VEREISUNGSBEDINGUNGEN

TECHNISCHES GEBIET

|0001 j Ausführangsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen ein Verfahren zur Erstellung eines Prädiktionsmodells von Eisansatz an Windkraftanlagen sowie ein Verfahren einer Prädiktion von Eisansatz an Windkraftanlagen.

STAND DER TECHNIK

[0002] Rotorblätter von Windkraftanlagen sind den Witterungsbedingungen der Umgebung ungeschützt ausgesetzt. An bestimmten Standorten kann bei entsprechend niedrigen Umgebungstemperaturen und ausreichend holier Luftfeuchte bzw. bei auftretendem Niederschlag Eis an den Rotorblättern angelagert werden. Mit zunehmender Größe der Rotorblätter von Windkraftanlagen nimmt deren Oberfläche zu, so dass auch die Gefahr zur Anlagerung von Eis, d. h. der Ausbildung eines Eisansatzes an den Rotorblättern, zunimmt.

[0003] Eisanlagerungen stellen einerseits eine potentielle Gefahr für die Umgebung der Windkraftanlage dar, da bei einem Abvvurf des Eisansatzes - im Betrieb oder im Stillstand der Anlage - die abgeworfenen Eisstücke Personen und Gegenstände im Abwurfradius gefährden können. Andererseits kann sich insbesondere bei ungleichmäßiger Anlagerung von Eis auch eine Unwucht des Rotors der Windkraftanlage ergeben, was im Betrieb der Windkraftanlage zu Schäden fuhren kann. Des Weiteren kann eine andauernde Eisanlagerung zum Stoppen der Gesamtanlage führen. Dies geht normalerweise mit Ertragsverlusten und w irtschaftl ichen Nachteilen einher.

[0004] Es ist bekannt, Daten einer Windkraftanlage auszuwerten, um auf die Gefahr einer bereits stattgefundenen Anlagerung von Eis zu schließen. Die DE 1 0 2005 016 524 A 1 offenbart ein Verfahren zum Erkennen von Eis an einer Windturbine, bei welchem sowohl meteorologische Bedingungen überwacht werden, die im Zusammenhang mit Vereisungszuständen stehen, und auch eine oder mehrere physikalische, charakteristische Größen der Windkraftanlage im Betrieb überwacht werden, die auf eine Massen Veränderung der Rotorblätter der Windkraftanlage schließen lassen.

[0005] Des Weiteren basieren im Stand der Technik Ertragsprognosen gewöhnlich auf Wettermodellen. Der Ertrag einer Windkraftanlage wird hierbei abhängig von erwarteter W i n d gesc h w i n d i gke i t , Windrichtung, Temperatur, Luftfeuchte, etc. zusammen mit relevanten Anlagenparametern (v.a. Leistungskurve) bestimmt. Zum Teil werden auch historische Daten verwendet um ein genaueres Modell für eine Windkraftanlage zu bestimmen. Zudem können geplante Wartungseinsätze in die Ertragsprognose aufgenommen werden. Eine dedizierte Verw endung von Vereisungsvorhersagen wird in der Regel nicht einbezogen.

[0006] Die US 2012/0226485 AI beschreibt ein Verfahren zur Vorhersage der Wahrscheinlichkeit der Bildung oder des Anwachsen von Eis an Rotorblättem von Windturbinen. Das Verfahren macht sich u.a. die historische Messung meteorologischer Daten wie Windgeschwindigkeit, Temperatur und relative Luftfeuchte zu Nutze. |0007| Die US2014/0244188 AI beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorhersage der Leistung einer Windkraftanlage in einem Windpark wobei ein korrigierter Datensatz, der auf Umgebungsdaten beruht, die von einem Sensor in einem Windpark gesammelt werden, v erw endet werden, um ein Wettervorhersagemodell zu v erbessern.

[0008] In Windparks kommt es gerade im Winter immer wieder zu Vereisungs fallen bei z.B. Rotorblättern der einzelnen W i n d k ra fta n 1 age n . Oftmals müssen Windkraftanlagen in Windparks daraufhin gestoppt werden. Dies führt zu Ertragsausfallen bei den W i n d parkbetre i bern durch eine verminderte Verfügbarkeit der Anlagen.

ZUSAMMENFASSUNG [0009] Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen ein Verfahren zur Erstellung eines Prädiktionsmodells von Eisansatz an Windkraftanlagen bereit. Ferner stellen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren einer Prädiktion von Eisansatz an Windkraftanlagen bereit. [0010] Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Erstellung eines Präd i kt ionsmodel ! s von Eisansatz an Windkraftanlagen angegeben, mit Erfassen von Eisansatzdaten an zumindest einer Windkraftanlage; Verwenden von meteorologischen Daten für den Standort der zumindest einen Wmdkraftanlage; Einspeisen der Eisansatzdaten der zumindest einen Windkraftanlage und der meteorologischen Daten in ein maschinelles Lernverfahren; und Erstellen eines Prädiktionsmodells basierend auf dem maschinellen Lernverfahren.

[0011] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren einer Prädiktion von Eisansatz an Windkraftanlagen angegeben, mit Erfassen von Eisansatzdaten an zumindest einer Windkraftanlage; Verwenden von meteorologischen Daten für den Standort der zumindest einen Windkraftanlage und Prädiktion eines Eisansatzes basierend auf einem maschinell erlernten Model l.

[0012] Gemäß weiteren Ausführungsformen w ird eine Verwendung der hierin beschriebenen Verfahren zum Ersteilen einer Ertragsprognose für zumindest eine Windkraftanlage, insbesondere für zumindest eine Windkraftanlage eines Windparks zur Verfügung gestellt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0013] Ausführungsbeispieie sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

[0014] Fig. 1 A zeigt schematisch beispielhaft drei Windparks gemäß hier beschriebener Ausführungsformen;

[0015] Fig. 1B zeigt schematisch einen Windpark mit beispielhaft drei W i n d k ra f t anlagen gemäß hier beschriebener Ausführungsformen; [0016] Fig. 2A zeigt schematisch einen Teil einer Wmdkraftanlage mit Rotorblättern und Sensoren gemäß hier beschriebenen Aus fü h r u n gs fo rm e n ;

[0017] Fig. 2B zeigt schematisch ein Rotorblatt einer Windkraftanlage mit einem Sensor gemäß hier beschriebenen A u s fü h r u n g s fo rm e n ; [0018] Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen;

[0019] Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen; [0020] Fig. 5A zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen;

[00211 Fig. 5B zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß hier beschriebenen

Ausführungsformen;

[0022] Fig. 6 zeigt schematisch einen Lichtleiter mit einem Faser-Bragg-Gitter zur Verwendung in Sensoren gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen;

[0023] Fig. 7 zeigt schematisch einen Messaufbau für einen faseroptischen Sensor gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen bzw. für Verfahren zur Überwachung gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.

[0024] In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten oder Schritte.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0025] Im Folgenden wird detaillierter Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, wobei ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind.

[0026] Die vorliegende Erfindung findet Anwendung zur Vorhersage einer Vereisung an Windkraftanlagen eines oder mehrerer Windparks und zur Prognose v on Ertragsausfällen durch Vereisungs falle. Eine Eisbildung an Blättern einer Windkraftanlage kann dazu führen, dass die Anlage angehalten w erden muss oder weniger Erträge liefert. Dies kann vom Standort (z.B. erfordern behördliche Auflagen oft eine Abschaltung bei minimalem Eisansatz) und der Schwere der Vereisung abhängen (bei starkem Eisansatz muss die Anlage gedrosselt oder angehalten werden um starke Belastungen zu vermeiden ). Eine Prädiktion des Eisansatzes ermöglicht einen genaueren Ertragsprognose und mit allen sich daraus ergebenden Vorteilen.

[0027] Fig. 1A zeigt schematisch beispielhaft drei Windparks 10 gemäß hier beschriebener Ausführungsformen. Gemäß beschriebener Ausfuhrungsformen kann sich ein Verfahren auf mindestens einen oder mehrere Windparks 10 beziehen, insbesondere auf zehn oder mehr Windparks, wie z. B. auf zwanzig oder mehr Windparks. Die Daten der Windparks können zentral dokumentiert werden (gestrichelte Linien in Fig. 1 A ).

[0028] Fig. 1 B zeigt einen Windpark 10 beispielhaft bestehend aus drei Windkraftanlagen 200. Die Windkraftanlagen 200 können, wie in Fig. 1 B durch gestrichelte Linien dargestellt, unter einander vernetzt sein. Die Vernetzung kann eine gemeinsame Überwachung, Steuerung und/oder Regelung der W i n d k a ft a n 1 a ge n 200 ermöglichen. Zusätzlich können die Windkraftanlagen 200 auch einzeln überw acht, gesteuert und/oder geregelt w erden. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, kann ein Windpark eine oder mehr Windkraftanlagen, insbesondere fünf oder meh Windkraftanlagen, wie zum Beispiel zehn oder mehr Windkraftanlagen beinhalten.

[0029] Fig. 2A zeigt beispielhaft eine Windkraftanlage 200 eines Windparks, an welchem das hierin beschriebene Verfahren zum Einsatz kommen kann. Die Windkraftanlage 200 beinhaltet einen Turm 40 und eine Gondel 42. An der Gondel 42 ist der Rotor befestigt. Der Rotor beinhaltet eine Nabe 44, an der die Rotorblätter 1 00 befestigt sind. Gemäß typischen Ausführungsformen hat der Rotor zumindest 2 Rotorblätter insbesondere 3 Rotorblätter. Beim Betrieb der Windkraftanlage rotiert der Rotor, d.h. die Nabe mit den Rotorblättern um eine Achse. Dabei wird ein Generator zur Stromerzeugung angetrieben. Wie in Fig. 2A dargestellt, ist zumindest ein Sensor 1 1 0 in einem Rotorblatt 1 00 zur Verfügung gestellt. Der Sensor ist mit einer Signalleitung mit einer Auswerteeinheit 1 14 verbunden. Die Ausw erteeinheit 1 14 liefert ein Signal an eine Steuerung und/oder Regelung 50 der Windkraftanlage 200.

[0030] Im Bereich der Rotorblattspitze der Rotorbiätter 100 ist ein Eisansatz 1 schematisch dargestellt. Im Rotorbiatt werden mittels des Sensors 1 10 z.B. Vibrationen oder Beschleunigungen erfasst, der gemäß beschriebenen Ausführungsformen, als Vibrationssensor oder Beschleunigungssensor ausgestaltet sein kann. Bei dem Sensor 1 1 0 kann es sich z.B. um elektrische und/oder faseroptische Sensoren handeln. Die Sensoren können für eine Messung von z.B. Eismassen konfiguriert sein.

|00311 Fig. 2B zeigt ein Rotorblatt 1 00 einer Windkraftanlage. Das Rotorblatt 1 00 hat eine Achse 101 entlang seiner Längserstreckung. Die Länge 105 des Rotorblatts reicht von dem. Blattflansch 102 zu der Blattspitze 104. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen befindet sich in einem axialen bzw. radialen Bereich, das heißt einem Bereich entlang der Achse 101 , ein Sensor 1 10.

[0032] Es ist oftmals wünschenswert, den Eisansatz an Windkraftanlagen und/oder Windparks vorherzusagen. Dies kann z.B. eine Ertragsprognose ermöglichen.

Ertragsprognosen können durch genauere Vorhersagen stetig verbessert und spezifiziert werden. Ferner bieten Ertragsprognosen Vorteile beim Energiehandel als auch bei der Steuerung konventioneller Kraftwerke. Außerdem ist eine bessere Planung von Wartungseinsätzen möglich. [0033] Im Vereisungsfall kann sich Eis u.a. an den Rotorblättern 1 00 anlagern. An Anlagen kann die Anlagerung von Eis bzw. der Eisansatz gemessen werden. Die Menge oder das Volumen von angelagertem Eis kann zwischen den einzelnen Anlagen variieren.

[0034] Eine Anlagerung von Eis bzw. ein Eisansatz, wie hierin verwendet, bezeichnet eine Zunahme einer Eismasse an einem Rotorblatt im Zeitverlauf. Ferner kann eine Abnahme von Eis vorliegen. Ein Anstieg einer Eismasse kann eine Anlagerung bzw. Zunahme einer Eismasse sein, also positiv sein, oder kann eine Abnahme einer Eismasse sein, also negativ sein. Ein Vercisungslall, wie hierin verwendet, bezeichnet das Auftreten einer Anlagerung von Eis an zumindest einer Windkraftanlage eines Windparks.

[0035] Im Vereisungsfall kann die Eismasse, die sich in einem Zeitraum an den Rotorblättern von Windkraftanlagen ansetzt, bestimmt werden. Die erhaltenden Daten können als Eisansatzdaten bezeichnet werden. Eine Bestimmung einer Eismasse setzt die Messung einer geeigneten Messgröße voraus. Die Messung erfolgt mit Hilfe von Sensoren 1 1 0. Die Messgröße kann durch Transformation in eine Systemgröße S umgewandelt werden. Die Systemgröße S wird mittelbar bestimmt. Zum Beispiel kann eine Eigenschwingung eines Rotorblattes gemessen werden.

[0036] Die Systemgröße S hängt ferner mit der Masse des Rotorblattes zusammen. Alternativ oder zusätzlich hängt die Systemgröße S mit der Masse eines Eisansatzes an dem Rotorblatt zusammen. Typiseherweise wird die Systemgröße S aus Messdaten von Vibrations- oder Besch 1 eu n i gu ngsmessu n gen in oder an einem Rotorblatt oder mehreren der Rotorblätter erhalten. Bei Ausführungsformen wird die Messgröße im Zeitverlauf eines E rfass u n gszc i tra u m.s gemessen, vorzugsweise durch Messen von Vibrationen oder Beschleunigungen im Zeitverlauf des Erfassungszeitraums T. Die Messung erfolgt an oder in dem Rotorblatt.

10037| Die Systemgröße S wird aus den Messdaten hergeleitet, v orzugsw eise durch E igen freq u e n za n a 1 y se aus den Messdaten der Vibrations- oder Besc h 1 e u n i gu n gs m ess u n gc n . Beispielw eise kann ein Messsystem, welches z.B. einen aktuel len Eisansatz auf den Rotorblättern einer Windkraftanlagc bestimmt, auf mehreren Windkraftanlagen (z.B. innerhalb eines oder mehrerer Windparks) verbaut werden. Die Systemgröße S lässt auf die Masse des jeweiligen Rotorblatts bzw. der jeweil igen Rotorblätter und/oder auf die Eisansatz-Massc des jeweiligen Rotorblatts bzw. der jew eil igen Rotorblätter schließen. Bei Ausführungsformen ist die Systemgröße S proportional zur Gesamtmasse des Rotorblatts und/oder proportional zu einem zusätzlichen Massenbelag des Rotorblatts. Ein zusätzlicher Massenbelag des Rotorblatts ist ein solcher Massebelag, der zu der Eigenmasse des Rotorblatts hinzukommt. Typischerweise ist die Systemgröße proportional zur Eismasse.

[0038] Die Messung der Eisanlagerung an einem Rotorblatt erfolgt in dem Erfassungszeitraum T durch Sensoren 1 1 0. Die Messdaten können fortlaufend erfasst werden. Die Eisverläufe aller, mit Messsystemen ausgerüsteten, Windkraftanagen sowie z.B. aktuelle und vorhergesagte meteorologische Daten für beispielweise alle Windkraftanlagen-Standorte und weitere Daten zur z.B. aktuellen und zukünftigen Großwetterlage, können zentral aufgezeichnet werden. Bei dem Erfassungszeitraum T handelt es sich um einen Messzeitraum, der sich mit stetiger Zeitzunahme kontinuierlich vergrößert. [0039] Ein Prognosezeitraum Pt ist ein Zeitraum, für den eine Prognose gemacht wird. Zum Beispiel kann ein Eisansatz prognostiziert werden. Der Prognosezeitraum Pt kann den Messzeitraum beinhalten oder zumindest überlappen. Typischemeise ist der Prognosezeitraum Pt der Messzeitraum und ein zusätzlicher Tag (24 Stunden ) in die Zukunft. Dies kann bedeuten, dass zu jedem Zeitpunkt einer Prognose ein Messwert der Messgröße erfasst werden kann. Dies kann ferner einen ständigen Vergleich der prognostizierten Werte und der tatsächlich gemessenen Werte ermöglichen. Das Erfassen eines Messwertes zu einer Prognose für einen bestimmten Zeitpunkt kann zeitlich später erfolgen als die Prognose an sich. [0040] Ais historische Daten, wie hierin verwendet, werden Daten bezeichnet, die in einem vergangenen Zeitraum zu einem Zeitpunkt t _x _ _k , vor einem bestimmten Zeitpunkt t _x oder t _x+n erfasst wurden. Historische Daten werden erfasst und gespeichert, sodass sie auch zu einem späteren Zeitpunkt bereitgestellt werden können. Historische Daten können Daten zu einem Eisansatz sein. Historische Daten können meteorologische Daten sein. Historische Daten können zu mehreren Windparks vorliegen, insbesondere zu jedem Windpark vorliegen, ferner zu mehreren Windkraftanlagen eines Windparks vorl iegen z.B. zu jeder Windkraftanlage eine Windparks vorliegen.

[00411 Als aktuelle Daten, wie hierin verwendet, werden die jeweiligen Daten bezeichnet, die zu einem bestimmten Betrachtungszeitpunkt t _x die erfassten Daten darstellen. Aktuelle Daten können jeweils zum Betrachtungszeitpunkt t _x die jüngsten erfassten Daten sein. Aktuelle Daten können Daten zu einem Eisansatz sein. Aktuelle Daten können meteorologische Daten sein. Aktuelle Daten können zu mehreren Windparks vorl iegen, insbesondere zu jedem Windpark vorliegen, ferner zu mehreren Windkraftanlagen eines Windparks vorliegen z.B. zu jeder Windkraftanlage eine Windparks vorliegen.

[00421 Als vorhergesagte Daten, wie hierin verwendet, werden Daten bezeichnet, die aus einem bel iebigen Vorhersagemodell oder Prädiktionsmodell hervorgehen. Dies können z.B. vorhergesagte meteorologische Daten oder ein vorhergesagter Eisansatz sein. Vorhergesagte Daten können auf mehrere Windparks bezogen sein, insbesondere auf jeden Windpark bezogen sein, ferner auf mehrere Windkraftanlagen eines Windparks bezogen sein z.B. auf jede Windkraftanlage eine Windparks bezogen sein. Es kann ein regionaler

Standortbezug der vorhergesagten Daten bestehen.

[0043] Meteorologische Daten, wie hierin verwendet, können Daten zur Windgeschwindigkeit, Windrichtung, Temperatur, Luftfeuchte, Luftdruck, und/oder weitere wetterbezogene Parameter beinhalten. Meteorologische Daten können sich auf einen oder mehrere Standorte von Windparks beziehen. Meteorologische Daten können insbesondere die Großwetterlage an einem oder mehreren Standorten einschl ießen. Meteorologische Daten können von einem kommerziellen Dienst bezogen werden, insbesondere vorhergesagte meteorologische Daten. Meteorologische Daten können ferner an einer Wettermessstation eines Windparks erfasst werden.

[0044] Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens 300 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.

[0045] In einem Schritt 310 des ersten Verfahrens werden Eisansatzdaten an zumindest einer Windkraftanlage erfasst. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, kann eine Eisansatzmessung an einer oder mehrerer Windkraftanlagen erfolgen. Die Messung kann an allen Windkraftanlagen eines Windparks erfolgen. Die Messung kann an Anlagen eines oder mehrerer Windparks erfolgen. Die Messung kann mittelbar erfolgen. Die Messung kann kontinuierlich erfolgen. Die erfassten Daten können historische Daten beinhalten. Die erfassten Daten können aktuelle Daten beinhalten. [0046] Ferner werden meteorologische Daten des Windparks, in dem sich die zumindest eine Windkraftanlage befindet, verwendet. Es können meteorologische Daten von mehreren Windparks verw endet werden, insbesondere wenn Daten des Eisansatzes an Windkraftanlagen dieser mehreren Windparks erfasst werden. Die verwendeten m e t eo ro I o g i sc h c n Daten können historische Daten beinhalten. Die verwendeten meteorologischen Daten können aktuelle Daten beinhalten.

[0047] In einem Schritt 320 des ersten Verfahrens werden die erfassten Eisansatzdaten in ein maschinelles Lern verfahren eingespeist. Bei den eingespeisten Eisansatzdaten kann es sich um Daten einer Windkraftanlage handeln. Es kann sich ferner um Daten mehrerer Windkraftanlagen handeln. Es kann sich ferner um Daten aller Windkraftanlagen handeln. Es können die historischen Eisansatzdaten eingespeist werden. Es können die aktuellen

Eisansatzdaten eingespeist werden.

[0048] Es werden ferner die verwendeten meteorologischen Daten in das maschinelle Lernverfahren eingespeist. Beispielweise werden die gesamten Daten, die über einen längeren Zeitraum erfasst wurden, in einem maschinellen Lernverfahren verwendet. Bei den eingespeisten m e t co ro logischen Daten kann es sich um Daten zu einem Windpark handeln. Es kann sich ferner um Daten zu mehreren Windparks handeln. Es können die historischen meteorologischen Daten eingespeist werden. Es können die aktuellen meteorologischen Daten eingespeist werden. Es können vorhergesagte meteorologische Daten eingespeist werden. In das maschinelle Lernverfahren können alle erfassten und verwendeten Daten aller Windkraftanlagen aller Windparks eingespeist werden.

|0049| Ein maschinelles Lemverfahren wie hierin verwendet, ist ein künstliches System, das aus Beispielen lernt und diese Lernphasen nach Beendigung verallgemeinert. Dies impl iziert das Erkennen von Mustern und Gesetzmäßigkeiten in den eingespeisten oder eingegebenen Daten. Die praktische Umsetzung erfolgt mittels Algorithmen. Insbesondere handelt es sich um ein überwachtes Lern verfahren. Bei einem überwachten Lernverfahren gibt ein «Lehrer» das korrekte oder beste entsprechende Ausgabemuster -werte zu dem Eingabcmuster -wertcn an. Somit kann das Modell nach wiederholter Präsentation der entsprechenden Ein- und Ausgabemuster diese Assoziation seibstständig vornehmen und generalisieren, d.h. dies auch für unbekannte, ähnl iche Eingabemuster tun.

[0050] In einem Schritt 330 wird ein Prädiktionsmodell erstellt. Das Prädiktionsmodell beruht auf das maschinelle Lernverfahren. Das Prädiktionsmodell beruht z.B. auf einem überwachten Lern verfahren. Das Modell kann ein sich kontinuierlich verbesserndes, probabil istisches Modell sein. Das Prädiktionsmodell kann z.B. aus den eingespeisten Daten eine zukünftige Vereisungsstärke für eine Windkraftanlage vorhersagen. Z.B. werden historische Eisansatzmessungen sowie meteorologischen Daten verwendet um ein probabil istisches Modell zur Prädiktion des Eisansatzes an allen Anlagen zu erlernen. Dieses Modell kann verwendet werden, um auf Basis aktueller und vergangener Eisansatzmessungen und aktueller, vergangener, sowie vorhergesagter meteorologischer Daten den zukünftigen Eisansatz an allen betrachteten Windenergieanlagen, zu bestimmen. [0051] Ein Vorhersagemodell oder Prädiktionsmodell, wie hierin verwendet, kann z.B. ein numerisches datenbasiertes Vorhersagemodell sein. Das Prädiktionsmodell basiert auf dem maschinellen Lernverfahren. Mit Hilfe des Prädiktionsmodel ls kann aus den eingespeisten Daten z.B. der zukünftige Eisansatz für eine Windkraftanlage vorhergesagt werden. Durch das bestimmte Modell kann z.B. der zukünftigen Eisansatz aus aktuellen und historischen Daten ( inklusive meteorologischer Vorhersagen) vorhersagt werden. Da Messdaten über den tatsächlichen Eisv erlauf auf den Windkraftanlagen vorliegen, kann ein überwachtes Lern verfahren eingesetzt werden. Das hieraus resultierende probabilistischc Modell erlaubt z.B. eine Vorhersage der Vereisungsstärke und Unsicherheit pro Windkraftanlage .

[0052] Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens 400 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen.

[0053] In einem Schritt 410 des zweiten Verfahrens werden Eisansatzdaten an zumindest einer Windkraftanlage erfasst. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, kann eine Eisansatzmessung an einer oder mehrerer Windkraftanlagen erfolgen. Die Messung kann an allen Windkraftanlagen eines Windparks erfolgen. Die Messung kann an Anlagen eines oder mehrerer Windparks erfolgen. Die Messung kann mittelbar erfolgen. Die Messung kann kontinuierlich erfolgen. Die erfassten Daten können historische Daten beinhalten. Die erfassten Daten können aktuelle Daten beinhalten. [0054] Ferner werden meteorologische Daten des Windparks, in dem sich die zumindest eine Windkraftanlage befindet, v erwendet. Es können meteorologische Daten v on mehreren Windparks verwendet werden, insbesondere wenn Daten des Eisansatzes an Windkraftanlagen dieser mehreren Windparks erfasst werden. Die verw endeten meteorologischen Daten können historische Daten beinhalten. Die verwendeten meteorologischen Daten können aktuel le Daten beinhalten.

[0055] In einem Schritt 420 w ird ein Eisansatz prädiziert. Es kann z.B. die Vereisungsstärke und/oder die Masse an zu erwartendem Eis vorhergesagt werden. Die Prädiktion beruht auf ein Prädiktionsmodell. Z.B. kann die Vorhersage des Eisansatzes auf das Prädiktionsmodell, das in Bezug auf Fig. 3 beschreiben ist, basieren. Der Eisansatz kann für einen Standort v orhergesagt werden. Der Standort kann mehrere Windparks einschließen. Der Eisansatz kann zusätzlich für einen Windpark vorhergesagt werden. Der Eisansatz kann ferner für mehrere Windkraftanlagen eines Windparks vorhergesagt werden. Der Eisansatz kann für eine Windkraftanlage eines Windparks p radiziert werden.

[0056] Die Prädiktion kann eine Unsicherheit beinhalten. Diese Unsicherheit ist ein nicht-negativer Parameter, der die Streuung derjenigen Werte kennzeichnet, die der Prädiktion auf der Grundlage der benutzten Information beigeordnet ist.

[0057] In einem Schritt 430 wird eine Wahrscheinlichkeit zur Drosselung und/oder Abschaltung einer Windkraftaniage berechnet. Je nach Anlagenstandort und sich daraus ergebenden Rahmenbedingungen kann eine Wahrscheinlichkeit ermittelt w erden, mit der die Anlage angehalten oder gedrosselt werden kann. Dies hängt z.B. von behördlichen Auflagen, dem Anlagentyp, sowie der erwarteten Vereisungsstärke ab. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Anlage angehalten oder gedrosselt werden kann, kann verwendet w erden, um eine auf meteorologischen Daten basierende Ertragsprognose entsprechend zu korrigieren. [0058] Die Drosselung und/oder Abschaltung beruht z.B. auf den prädizierten

Eisansatz. Eine Windkraftanlage wird z.B. gedrosselt, wenn der Eisansatz an einer Anlage einen Schwellenwert S|> erreicht. Ferner wird eine Windkraftanlage abgeschaltet, wenn der Eisansatz an einer Anlage z.B. einen Schw ellenwert S, _\ erreicht.

[0059] Der Schw ellenw ert S _D wie hierin verwendet, ist ein Schwellenwert für die Menge an angelagertem Eis, der für die Systemgröße S geeignet ist und an dem die Anlage, die den Schwellenwert erreicht gedrosselt wird. Der Schwellenwert S _D ist beispielsweise ein definierter Grenzwert für eine Menge von angelagertem Eis, z. B. der Masse und/oder des Volumens von angelagertem Eis, bei dessen Überschreiten die Windkraftanlage gedrosselt wird. Eine Drosselung beschreibt das negative Beschleunigen der Rotorblätter auf eine geringere Drehzahl . Der Schwel lenwert S _D kann beispielsweise empirisch ermittelt werden. Eine Drosselung von Rotorblättern muss beispielsw eise erfolgen, w enn eine schnel lere Rotation der Rotorblätter zu Schäden führen würde.

>0| Ferner kann eine Bedingung für das Abschalten einer Windkraftanlage durch den Betrieb beeinträchtigende Menge an angelagertem Eis durch einen Schwellenwert SA, der für die Systemgröße S geeignet ist, festgelegt werden. Der Schwellenwert S _A ist beispielsweise ein definierter Grenzwert für eine Menge von angelagertem Eis. z. B. der Masse und/oder des Volumens von angelagertem Eis, bei dessen Überschreiten eine betroffene Windkraftanlage abgeschaltet wird. Der Schwellenwert S _A ist größer als der Schwellenwert S _D . Eine zuvor gedrosselte Anlage kann anschließend den Schwellenwert S.. _v erreichen. Die zuvor gedrosselte Anlage wird dann abgeschaltet. Der Schwellenwert S _A kann beispielsweise empirisch ermittelt werden. Das Abschalten einer Anlage muss beispielsweise erfolgen, wenn ein Fortfahren eines gedrosselten oder eines Normalzustandes der Windkraftanlage zu erhebl ichen Schäden und/oder Sicherheitsproblemen führen w ürde. [0061 ] Die Wahrscheinlichkeit einer zukünftigen Drosselung und/oder Abschaltung für eine oder mehrere Windkraftanlagen richtet sich z.B. nach dem für die Anlagen vorhergesagten Eisansatz. Der Eisansatz kann auch für den Windpark p radiziert werden.

|0062 | In einem Schritt 490 w erden weitere, das System beeinflussende Parameter oder Rahmenbedingungen erfasst. Solche Parameter können z.B. der Standort der Anlage, behördliche Regularien und/oder durch das Material hervorgerufene Limitierungen, sein. Die Parameter können in Form von Schwel lenwerten in das System einfließen. Diese Parameter werden in die Berechnung der Wahrscheinl ichkeit zum Drosseln und/oder Abschalten der Anlage miteinbezogen. Die Wahrscheinl ichkeit zum Drosseln und/oder Abschalten der Anlage kann hierdurch z.B. spezifiziert werden. Z.B. könnte eine behördliche Regelung das Abschalten einer Anlage bei einer geringeren Vereisungsstärke erforderlich machen als die Materialspezifikationen des Rotorblattes.

[0063] Fig. 5A zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen. Fig. 5B zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500- 1 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen. [0064] in einem Schritt 5 10 des Verfahrens werden Eisansatzdaten an zumindest einer Windkraftanlage erfasst. Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen, kann eine Eisansatzmessung an einer oder mehrerer Windkraftanlagen erfolgen. Zum Beispiel erfolgt die Messung gemäß Schritt 5 12- 1 des Eisansatzes an der Anlage 1 . die Messung kann gemäß Schritt 5 12-2 auf n Windkraftanlagen, erfolgen, „n" ist dabei die Anzahl der Windkraftanlagen. Beispielhaft können „n" Windkraftanlagen eines Windparks oder unterschiedlicher Windparks einbezogen werden. Es können sich gemäß Schritt 512-3 historische und aktuel le Daten für einen Eisansatz aller Windkraftanlagen ergeben. Eine Messung kann an allen Windkraftanlagen eines Windparks erfolgen. Die Messung kann an Anlagen eines oder mehrerer Windparks erfolgen. Die Messung kann mittelbar erfolgen. Die Messung kann kontinuierlich erfolgen. Die erfassten Daten können historische Daten beinhalten. Die erfassten Daten können aktuelle Daten beinhalten.

[0065] Ferner werden meteorologische Daten des Windparks, in dem sich die zumindest eine Windkraftanlage befindet, verwendet. Es können meteorologische Daten von mehreren Windparks verwendet werden, insbesondere wenn Daten des Eisansatzes an Windkraftanlagen dieser mehreren Windparks erfasst werden. Es können meteorologische Daten zu der Windkraftanlage 1 , wie in Schritt 5 14- 1 gezeigt, verwendet werden. Es können meteorologische Daten zu n Windkraftanlagen, wie in Schritt 5 14-2 gezeigt, verwendet werden. Die verwendeten Daten können historische Daten beinhalten. Die verwendeten Daten können aktuelle Daten beinhalten. Die verwendeten Daten können vorhergesagte meteorologische Daten enthalten.

|0066| In einem Schritt 520 werden die erfassten und verwendeten Daten in ein maschinelles Lernverfahren eingespeist. Bei den eingespeisten Daten kann es sich gemäß Ausführungsformen sowohl um die Eisansatzdaten als auch meteorologische Daten handeln. Beide Datensätze können historische, aktuelle und vorhergesagte Daten enthalten. Das maschinelle Lernverfahren kann z.B. das Lernverfahren aus einem Schritt 320 aus dem Verfahren 300 sein. Es kann ein sich kontinuierlich v erbesserndes probabilistisches Modell, wie z. B. gemäß Schritt 532, erlernt werden.

[0067] In einem Schritt 530 w ird ein Prädiktionsmodell erstellt. Das Prädiktionsmodell beruht auf dem maschinellen Lernverfahren. Das Lernverfahren ist ein überwachtes Lernverfahren. Aktuelle gemessene Daten können als «Lehrer» zur Eingabe korrekter Ausgabew erte zu dem Eingabewerte dienen. Dabei kann es sich um Eisansatzdaten, meteorologische Daten oder beides handeln. Eine kontinuierliche Verbesserung des Modells kann z. B. bedeuten, dass bereits vorhergesagte Daten mit den Daten abgeglichen werden, die tatsächlich an dem betreffenden Zeitpunkt in der Zukunft gemessen wurden. [0068] In einem Schritt 540 wird ein Eisansatz mithilfe eines maschinell erlernten Modells prädiziert. Die Vorhersage des Eisansatzes kann gemäß Schritt 542 für alle Windkra tanlagen erfolgen. Die Vorhersage des Eisansatzes kann für einen Windpark erfolgen. Die Vorhersage des Eisansatzes kann für mehrere Windparks erfolgen. Es kann eine Menge an angesetzten Eis vorhergesagt werden dies kann zum Beispiel die Masse und/oder das Volumen des Eises sein. Die vorhergesagte Eismenge kann in den Schritt 520 integriert werden. Dies kann z. B. im Schritt 542 erfolgen . Wie oben beschrieben, kann der vorhergesagte Eisansatz eine Unsicherheit enthalten. Gemäß Schritt 544- 1 kann bereits Ansatz für Windkraftanlage 1 vorhergesagt werden. Gemäß einem Schritt 544-2 kann ein Ansatz für n Windkraftanlagen vorhergesagt werden.

[0069] In einem Schritt 550 wird die Wah schei n 1 i ch k ei t zur Drosselung/ Abschaltung der Windkraftanlage bestimmt. Zum Beispiel kann eine Wahrscheinlichkeit der Drosselung/ Abschaltung für die Windkraftanlage 1 gemäß eines Schrittes 552- 1 bestimmt werden. Zusätzlich kann, gemäß eines Schrittes 552-2, die W a h rsc h e i n 1 i c h k e i t der Drosselung/ Abschaltung für n Windkraftanlagen bestimmt werden. Die Drosselung und/oder Abschaltung der Windkraftanlagen kann sich nach dem aktuel len Eisansatz richten. Ferner kann ich die Drosselung und/oder Abschaltung nach dem vorhergesagten Eisansatz richten. Die Drosselung und/oder Abschaltung kann sich nach beidem richten.

[0070] In einem Schritt 560- 1 wird die Wahrscheinlichkeit der Drosselung Abschaltung für die Windkraftanlage 1 erhalten. Zusätzl ich wird in einem Schritt 560-2 die Wah rsch ei n 1 i ch ke i t für die D ro s sc I u n g A b Schaltung fü n Windkraftanlagen erhalten. Aus diesem Wahrscheinl ichkeiten, kann eine Ertragsprognose gemacht werden. Eine genaue Ertragsprognose ist wichtig, um die Leistung einer Windkraftanlage, eines Windparks und/oder mehrerer Windparks vorausberechnen zu können.

[00711 Die Wahrschein lichkeitsberechnung aus Schritt 550 kann durch weitere Parameter von außerhalb beeinflusst werden. Aus diesem können sich Schwellenwerte für z. B. Eismengen ableiten lassen. Weitere Parameter können zum Beispiel behördliche Regularien sein. Gemäß eines Schrittes 590- 1 können Schwellenwerte existieren, die die Drosselung Abschaltung der Windkraftanlage 1 beeinflussen. Gemäß eines Schrittes 590-2 können ferner Schwellenwerte e istieren, die die Drosselung Abschaltung v on n Windkraftanlagen beeinflussen. Diese Parameter können in das Lernverfahren einfließen. Ferner können diese Parameter in die Prädiktion eines Eisansatzes einfließen.

|00721 Wie bereits im Zuge des Schrittes 520 angedeutet, können die vorhergesagten als auch die aktuell gemessenen Eisansatzdaten wiederum in das überwachte Lernverfahren durch ein Feedback 542 eingespeist werden.

[0073] Die berechnete Wahrscheinlichkeit zum Drosseln und/oder Abschalten der Windkraftanlage, kann dazu verwendet werden, eine Ertragsprognose zu erstellen. Die Ertragsprognose kann für mehrere Windparks gelten insbesondere kann sie für einen Windpark gelten. Ferner kann eine Ertragsprognose für mehrere Windkraftanlagen gültig sein insbesondere für eine Windkraftanlagc. Eine Ertragsprognose kann durch die Vorhersagen stetig verbessert und spezifiziert werden.

[0074] Im Vergleich zu rein auf meteorologischen Daten basierenden Ertragsprognosen, kann der Eisansatz explizit in die Betrachtung einbezogen werden. Dies ermöglicht eine deutlich genauere Prognose von Stillstandzeiten aufgrund von Eisansatz an Windkraftanlagen. Im Vergleich zur Eisvorhersage basierend auf rein meteorologischen Daten ergibt sich ein Vorteil aus der Messung der tatsächlichen Vereisung auf den Windkraftanlagen. Einerseits erlaubt dies eine kontinuierliche Verbesserung der Vorhersage. Andererseits ist hierdurch der aktuelle Vereisungszustand genau bekannt was eine genauere Prognose erlaubt da die zukünftige Veränderung des Eisansatzes stark vom aktuellen V ere i su n gsz u st a n d der Rotorblätter abhängen kann. Des Weiteren kann mit diesem Verfahren der Zusammenhang in der Eisbildung zwischen verschiedenen Anlagen ermittelt werden. So kann es z.B. innerhalb eines Parks Anlagen geben die immer zuerst vereisen weil sie exponierter stehen oder Anlagen eines Windparks vereisen bevor Anlagen eines anderen Parks vereisen (je nach Großwetterlage). [0075] Fig. 6 zeigt schematisch einen Lichtleiter mit einem Faser-Bragg-Gitter zur Verwendung in Sensoren gemäß hier beschriebenen Ausfuhrungsformen.

[0076] Fig. 6 zeigt einen in einen Lichtweilenleiter integrierten Sensor bzw. einen faseroptischen Sensor 61 0, welche ein Faser-Bragg-Gitter 606 aufweist. Obwohl in Fi . 5 nur ein einziges Faser-Bragg-Gitter 606 gezeigt ist, ist zu v erstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine Datenerfassung aus einem einzelnen Faser-Bragg-Gitter 606 beschränkt ist, sondern dass längs eines Lichtleiters 212, einer Übertragungsfaser, einer Sensorfaser bzw. einer optischen Faser eine Vielzahl von Faser-Bragg-Gittem 606 angeordnet sein können. [0077] Fig. 6 zeigt somit nur einen Abschnitt eines optischen Wellenleiters, welcher als Sensorfaser, optischer Faser bzw. Lichtleiter 212 ausgebildet ist, wobei diese Sensorfaser empfindlich auf eine Faserdehnung (siehe Pfeil 608) ist. Es sei hier darauf hingewiesen, dass der Ausdruck „optisch" bzw. „Licht" auf einen Weiienlängenbereich im elektromagnetischen Spektrum hinweisen soll, welcher sich vom ultravioletten Spektralbereich über den sichtbaren Spektralbereich bis hin zu dem infraroten Spektralbereich erstrecken kann. Eine Mittenweiienlänge des Faser-Bragg-Gitters 606, d.h. eine so genannte Bragg- Weilenlänge λΒ, wird durch die folgende Gleichung erhalten: λΒ = 2 · nk · Λ.

[0078] Hierbei ist nk die effektive Brechzahl des Grundmodus des Kerns der optischen Faser und Λ die räumliche Gitterperiode (Moduiationsperiode) des Faser-Bragg- Gitters 606.

[0079] Eine spektrale Breite, die durch eine Haibwertsbreite der Reflexionsantwort gegeben ist, hängt von der Ausdehnung des Faser-Bragg-Gitters 606 längs der Sensorfaser ab. Die Lichtausbreitung innerhalb der Sensorfaser bzw. des Lichteiters 212 ist somit durch die Wirkung des Faser-Bragg-Gitters 606 beispielsweise abhängig von Kräften, Momenten und mechanischen Spannungen sowie Temperaturen, mit der die Sensorfaser, d.h. die optische Faser und insbesondere das Faser-Bragg-Gitter 606 innerhalb der Sensorfaser beaufschlagt werden.

[0080] Wie in Fig. 6 gezeigt, tritt elektromagnetische Strahlung 14 oder Primärl icht von links in die optische Faser bzw. den Lichtleiter 212 ein, wobei ein Teil der elektromagnetischen Strahlung 14 als ein transmittiertes Licht 16 mit einem im Vergleich zur elektromagnetischen Strahlung 14 veränderten Weiieniängenveriauf austritt. Ferner ist es möglich, reflektiertes Licht 15 am Eingangsende der Faser (d.h. an dem Ende, an welchem auch das elektromagnetische Strahlung 14 eingestrahlt wird) zu empfangen, wobei das reflektierte Licht 1 5 ebenfal ls eine modifizierte Wel 1 etil ängen v ertei 1 ung aufweist. Das optische Signal, das zur Detektion und Auswertung verwendet wird, kann gemäß den h ier beschriebenen Ausführungsformen durch das reflektieret Licht, durch das transmittierte Licht, sowie eine Kombination der beiden zur Verfügung gestel lt werden. [0081] In einem Fall, in dem die elektromagnetische Strahlung 14 bzw. das Primärl icht in einem breiten Spektralbereich eingestrahlt wird, ergibt sich in dem transmittierten Licht 1 6 an der Stel le der Bragg- Wellenlänge ein Transmissionsminimum. I n dem reflektierten Licht ergibt sich an dieser Stelle ein Reflexionsmaximum. Eine Erfassung und Auswertung der Intensitäten des Transmissionsminimums bzw. des Reflexionsmaximums, oder von I ntensitäten in entsprechenden Wellenlängenbereichen, erzeugt ein Signal , das im H inbl ick auf die Längenänderung der optischen Faser bzw. des Lichtleiters 212 ausgewertet werden kann und somit auf Kräfte bzw. Vibrationen Aufschluss gibt.

[0082] Fig. 7 zeigt ein typisches Messsystem zur Auswertung von faseroptischen u.a. Beschleunigungssensoren. Das System weist eine Quelle 702 für elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel eine Primäriichtquelle, auf. Die Quelle dient zur Bereitstellung von optischer Strahlung mit welcher mindestens ein faseroptisches Sensorelement eines Sensors, zum Beispiel eines Beschleunigungssensors, bestrahlt werden kann. Zu diesem Zweck ist eine optische Übertragungsfaser bzw. ein Lichtleiter 703 zwischen der Primärlichtquelle 702 und einem ersten Faserkoppler 704 bereitgestel lt. Der Faserkoppler koppelt das Primärlicht in die optische Faser bzw. dem Lichtleiter 212. Die Quelle 702 kann zum Beispiel eine Breitbandlichtquelle, ein Laser, eine LED (light emitting diode), eine SLD (Superlumineszenzdiode), eine ASE-Lichtquel lc (Ampli fied Spontaneous Emission- Lichtquel le) oder ein SOA ( Semiconductor Optica] Ampl i fier) sein. Es können für hier beschriebene Ausführungsformen auch mehrere Quel len gleichen oder unterschiedl ichen Typs (s.o.) verwendet werden.

[0083] Das faseroptische Sensorelement 710, wie zum Beispiel ein Faser-Bragg-Gitter (FBG) oder ein optischer Resonator, ist in eine Sensorfaser integriert bzw. an die Sensorfaser optisch angekoppelt. Das von den faseroptischen Sensorelementen zurückgeworfene Licht wird wiederum über den Faserkoppler 704 geleitet, welcher das Licht über die Übertragungsfaser 705 einen Strahltei ler 706 leitet. Der Strahlteiler 706 teilt das zurückgeworfene Licht zur Detektion mittels eines ersten Detektors 707 und eines zweiten Detektors 708. Hierbei wird das auf dem zweiten Detektor 708 detektierte Signal zunächst mit einem optischen Kantenfilter 709 gefiltert.

[0084] Durch den Kantenfilter 709 kann eine Verschiebung der Braggwellenlänge am FBG bzw. eine Wellenlängenänderung durch den optischen Resonator detektiert werden. Im Al lgemeinen kann ein Messsystem, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, ohne den Strahlteiler 706 bzw. den Detektor 707 zur Verfügung gestellt sein. Der Detektor 707 ermögl icht jedoch eine Normierung des Messsignals des Beschleunigungsscnsors in Bezug auf anderweitige Intensitätsfluktuationen, wie zum Beispiel Schwankungen der Intensität der Quelle 702, Schwankungen durch Reflexionen an Schnittstellen zwischen einzelnen Lichtleitern, oder andere I mens i tätssch wan k u n gen . Diese Normierung verbessert die Messgenauigkeit und reduziert die Abhängigkeit von Messsystemen von der Länge der zwischen der Auswerteeinheit und dem faseroptischen Sensor zur Verfügung gestellten Lichtleiter.

[0085] Insbesondere bei der Verwendung von mehreren FBGs können zusätzliche optische Filtereinrichtungen (nicht dargestellt) für die Filterung des optischen Signales bzw. Sekundärl ichts verwendet werden. Eine optische Filtereinrichtung 709 bzw. zusätzliche optische Filtereinrichtungen können einen optischen Filter umfassen, der gew ählt ist aus der Gruppe, welche besteht aus einem Dünnschichtfilter, einem Faser-Bragg-Gitter, einem LPG, einem A rrayed- Wavegu ide-G rat i ng (AWG), einem Echelle-Gitter, einer Gitteranordnung, einem Prisma, einem Interferometer, und jedw eder Kombination davon.

[0086] Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand typischer Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf viel ältige Weise modifizierbar. Auch ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmögl ichkeiten beschränkt. Es sei ferner 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.