风电厂航空立标系统以及具有其的风电厂和用于对风电厂立标的方法与流程

本发明涉及一种风电厂航空立标系统，即一种用于风电厂的航空障碍立标的系统，以及一种具有这种风电厂航空立标系统的风电厂。此外，本发明涉及一种用于对风电厂立标(Befeuerung)的方法。

背景技术：

根据现有技术，已知用于航空障碍立标的系统，该系统在下文中也简称为用于航空立标的系统或航空立标系统，所述系统用于对风电厂的风能设备立标。

航空立标包括一个或多个发光器，所述发光器设置在风能设备上并且用于在能见度差时或在夜晚的黑暗中使飞行物注意到位于航线区域中的风能设备。

已知用于风电厂的多个不同的航空立标系统。根据第一系统，例如进行航空立标系统的发光器的控制，使得所述发光器在日间是切断的，以便节约能量。然而，航空立标的与日间时间相关的控制随之带来如下问题，即在日间也能够存在差的能见度，在所述差的能见度下需要接通航空立标。在夜间为风能设备持续立标对于在风能设备的区域中的居民是干扰性的。

因此，已经提出广泛的建议，以便在需要时接通航空立标。当飞行物靠近风能设备的或风电厂的区域时，出现这种需求。

根据所述已知的航空立标系统，例如借助于被动的副雷达识别飞行物的接近，所述被动副雷达检测飞行物的应答机信号并且根据检测接通或切断发光器。然而，所述系统与外部信号相关，如在此与飞行物的应答机信号相关。

此外，也已知独立的系统，其中多个主动雷达设置在风电厂的每个风能设备上，使得能够弃用飞行物的应答机信号。然而，主动雷达是非常昂贵的。

由于主动雷达的价格高，提出其他替选系统，所述系统例如设有麦克风阵列，以便通过飞行物发出的噪音检测飞行物，进而与噪音的检测相关地接通或切断发光器。

尽管已经已知用于风电厂航空立标系统的各种解决方案，但是所述风电厂航空立标系统要么在实施中非常昂贵，要么不完全排除故障。例如，在被动雷达系统中，飞行物的用于发送应答机信号的发送单元可能失效。

因此，本发明的目的是，提供一种已知的系统的替选方案，通过所述替选方案一方面使故障，例如通过应答机信号失效引起的故障最小化，而另一方面提供有利的且可靠的风电厂航空立标系统。

德国专利和商标局在本申请的优先权申请中检索到如下现有技术：DE 10 2011 086 990 A1和DE 10 2013 004 463 A1。

技术实现要素：

本发明借助于独立权利要求的特征实现所述目的。

因此，根据本发明，提出一种风电厂航空立标系统，即用于对风电厂的风能设备进行飞行障碍设立标的系统。

根据本发明，风电厂航空立标系统包括多个航空立标装置，所述航空立标装置尤其具有发光器。此外，风电厂航空立标系统包括至少一个用于发出电磁波，尤其雷达波的，和/或用于发出声波的发送站。还设有至少两个接收站，所述接收站用于接收电磁波，尤其反射的雷达波，和/或反射的声波。

接收站的数量为发送站的数量的至少多倍，尤其至少整数倍，即至少两倍或特别优选至少三倍。因此，在一个发送站的情况下，设有至少两个接收站，在两个发送站的情况下设有至少四个接收站，在三个发送站的情况下设有至少六个接收站，等等。

风电厂航空立标系统还具有评估装置，借助于所述评估装置可检测飞行物的位置，即飞行物位置。评估装置通过评估借助于发送站发出的和借助于接收站接收的电磁波和/或通过评估借助于发送站发出的和借助于接收站接收的声波检测飞行物位置。优选地，为此执行电磁波或声波的运行时间确定。借助于至少一个开关装置，根据借助于评估装置检测的飞行物位置接通或关断至少一个航空立标装置。

本发明基于的认知是，对于由多个风能设备构成的风电厂通常设有多个雷达系统，所述雷达系统分别由发送器和接收器构成，以便尽管个别雷达接收器通过风能设备的塔以及转子叶片“阴影遮挡”而仍确保空域的可靠的监控。

然而因为被动雷达的使用——如已经在上文中所描述——不是可完全无故障地可行的并且多个主动雷达的使用是非常昂贵的，所以根据本发明的解决方案是可靠的且同时成本低的替选方案。

因为设有仅一个发送站或非常少的、尤其两个或三个发送站，借助于所述发送站能够发出电磁波或声波，使得——与被动雷达解决方案相反——提供电磁波或声波的恒定的或可控制的“源”。一个或多个发送站的失效与飞行应答机失效相反可被立即发觉。因此，通过如下方式能够对失效的发送站的故障情况立即做出反应，即例如持续地接通航空立标装置。

此外，除了一个或多个发送站以外，使用多个相对便宜的、用于接收电磁波的接收站，以便实现待监控的空域的良好的覆盖。

接收站为此能够根据风电厂的风能设备在风电厂中的位置来分布。然后，借助于评估装置和开关装置，根据检测到的飞行物位置接通或关断航空立标装置。

在评估装置中，根据一个实施方式，借助于发送的以及接收的电磁波或声波的运行时间确定来识别飞行物的航线。飞行物例如能够准确地被跟踪，使得进入风电厂的区域中的和从该区域中离开的物体不仅被准确地跟踪，而且例如甚至能够对进入的和离开的飞行物计数并且比较这些数量。

此外，根据一个优选的实施方式甚至可行的是，在航线不再脱离风电厂的区域中的情况下——这例如在救援直升机降落时能够是这种情况——将航空立标保持接通，直至所述航线再次脱离风电厂的区域。然而根据另一实施方式，航空立标仅在预定的时间段，例如一天期间接通，因为也可设想如下情况，即飞行物降落在风电厂的区域中，并且然后在地面上被运走，使得航线从未脱离风电厂的区域。

根据一个有利的实施方式，发送站和接收站设计为设置在风能设备的吊舱上或设置在风能设备的吊舱处。发送站和接收站的这种设置方式提高风电厂航空立标系统对于居民的接受度，因为电磁波更远离地基地发出，使得对在地面上的人员通过电磁波的假想的影响变小。此外，抵消个别的接收站通过自身的塔“阴影遮挡”。由于该“阴影遮挡”例如不再需要——如现今常见的那样——围绕塔的以120度错开地设置的三个雷达接收器的设置方式。

根据另一有利的实施方式，发送站包括两个彼此间隔开设置的主动雷达。由此可行的是，发出的电磁波冗余地从两个点发出。由此抵消：发出的电磁波通过发送站所设置于的风能设备的转子叶片阻挡，但是还有通过风电厂的其他风能设备的转子叶片阻挡。主动雷达有利地是脉冲雷达，所述脉冲雷达根据运行时间原理发出用于距离测量的脉冲。

根据另一有利的实施方式，每个主动雷达分别包括发送器，所述发送器具有用于发出电磁波的360度的水平的张角，并且有利地也包括接收器，所述接收器具有用于接收电磁波的360度的水平的张角。

根据另一实施方式，主动雷达的发送器也包括用于发出电磁波的竖直的张角。接收器也具有用于接收电磁波的竖直的张角。竖直的张角优选是可预先设定的。根据一个优选的实施方式，竖直的张角对应于60和80度之间的角度。

因此，发送站用于发出电磁波并且尤其也用于接收从任意方向反射到风能设备上的所发出的电磁波，发送站例如设置在所述风能设备上。

根据另一实施方式，航空立标系统除了刚好一个发送站以外包括至少三个接收站。因此，围绕风电厂的空域的监控借助于相对小的成本耗费是可行的，所述空域例如基本上四边形地设置。为此，接收站尤其设计为：分别设置在风能设备中的一个上，所述风能设备具有在风电厂中的角位置。发送站于是设计为：设置在如下风能设备上，所述风能设备定位在风电厂的还剩余的第四角的区域中，在所述角处不设有接收站。

因为根据一个实施方式发送站也用于接收电磁波，因此风电厂的所有四个角配设有用于接收电磁波的接收器。因此，不受风电厂本身阻碍地，能够从所有方向检测飞行物位置。这通过将借助于发送站发出的电磁波和/或声波在飞行物上反射和再由风电厂航空立标系统接收反射的电磁波和/或声波的方式进行。

这种系统通过使用唯一的发送站和多个接收站而是非常有利的并且仍然是非常可靠的。

此外，根据另一有利的实施例，至少两个或刚好两个接收站设计为：以彼此间的高度差设置在不同的风能设备上。接收站彼此间的高度差优选为大于5、10或20米。特别有利的是40至60米的高度差。通过这种设置方式，能够以简单的方式通过比较接收的电磁波和/或声波的运行时间差，以简单的方式推断出飞行物的高度。

根据另一实施方式，风电厂航空立标系统对于风电厂的每个风能设备分别包括刚好一个接收站。因此可行的是，风能设备的航空立标装置单独地根据借助于所述风能设备的接收站接收的电磁波和/或声波来接通和关断。

为此，根据一个具体的实施方式，每个风能设备也具有自身的评估装置，利用所述评估装置仅借助于相应的接收站检测飞行物位置，并且具有自身的开关装置，借助于所述开关装置仅根据借助于相应的评估装置检测到的飞行物位置接通和关断航空立标装置。

因此，单个风能设备的接收站、评估装置或开关装置失效不会造成整个风电厂航空立标系统失效。

根据另一实施方式，接收站分别具有两个彼此间隔开地设置的被动雷达。因此，也抵消个别接收站通过相同的风电厂的自身的风能设备或其他的风能设备的塔或转子叶片“阴影遮挡”。

根据另一实施方式，每个被动雷达分别具有接收器，所述接收器具有360度的水平的张角并且用于接收来自所述张角的电磁波。以这种方式接收来自任意射入角到风能设备上的电磁波是可行的。

根据另一实施方式，被动雷达的接收器也包括用于接收电磁波的竖直的张角。竖直的张角优选是可预先设定的。根据一个优选的实施方式，竖直的张角对应于60和80度之间的角度。

根据另一实施方式，风电厂航空立标系统包括至少一个接收器，所述接收器用于接收移动发送器，尤其航空无线电应答器的信号。因此，移动发送器例如是航空无线电应答器，所述航空无线电应答器能够设置在飞行物中并且发送识别信号，例如24位识别信号，借助于所述识别信号能够明确地识别飞行物或至少能够识别飞行物的类型。风电厂航空立标系统的接收器接收所述信号进而能够对借助于发送站和接收站检测的物体明确地分类并且跟踪所述物体的航线。

因此，例如航线交叉的飞行物能够明确地彼此区分。

此外，在风电厂的区域中冗余地识别飞行物是可行的，因为一方面借助于移动应答机的信号和另一方面借助于评估设备，能够识别进入风电厂的区域中的飞行物。

根据所述实施例的另一方面，存储关于预定的时间段，例如一年或六个月期间的飞行物的航线，所述航线借助于移动发送器的信号以及还借助于评估设备检测。

存储的数据能够在风电厂航空立标系统的维护区间中被调出并且随后用于验证风电厂航空立标系统的正确的功能。为此，例如将针对相同的飞行物以不同的方式在相同的时间点检测到的位置进行比较。在一致的情况下，由正确工作的风电厂航空立标系统发出，而在不一致的情况下可推断出故障。

根据另一实施方式，在用于风电厂的开关装置中可限定区块。所述区块尤其对应于风电厂的之前提到的区域。开关装置于是设计为：当借助于评估装置检测到一个或多个位于围绕风电厂的预先限定的区块之内的飞行物位置时，接通至少一个航空立标装置，多个或所有航空立标装置或使至少一个航空立标装置，多个或所有航空立标装置接通。

根据另一实施方式，开关装置还设计为：当借助于评估装置没有检测到飞行物位置时，即没有检测到具有位于围绕风电厂的预先限定的区块之内的位置的飞行物时，关断至少一个航空立标装置或使至少一个航空立标装置关断。

因此，通过限定区块来确定围绕风电厂的区域，所述区域例如根据法律规定或准则限定为如下区域，飞行物停留在所述区域之内必须引起风能设备的航空立标接通。区块对应于三维的空间或区域，所述空间或区域在开关装置中例如通过x、y和z坐标来限定。

因此，这种区块例如包括如下区域或空间，所述区域或空间的下侧通过风电厂的风能设备所安装于的地面限定。区块的上侧通过如下面形成，所述面整体上高于下侧至少几百米，例如高于下侧600米。区块的侧面还限定为，使得每个侧面在水平方向上距通过风电厂的位于外部的风能设备限定的轮廓至少若干千米，尤其四千米。

因此，通过侧面与区块的上侧和下侧共同地限定三维的空间或区域，所述空间或区域的围绕整个风电厂的水平的伸展以距风电厂的位于外部的风能设备至少几千米，尤其四千米的间距伸展。

如果飞行器因此进入到所述区域中，即进入到围绕风电厂的限定的区块中，那么接通航空立标装置，以便警告飞行物。如果在所述区域中，即在限定的区块中不再存在飞行物，那么关断航空立标装置。因此，确保及时地警告飞行物，而附加地节约能量成本。

根据另一实施方式，风电厂的每个风能设备分别具有刚好一个航空立标装置，所述航空立标装置尤其包括两个发光器，所述发光器优选分别在水平线上围绕360度放射。因此，在能见度差时，飞行物能够有利地识别每个单个的风能设备并且相应地调整航线。

根据另一实施方式，在开关装置中可限定多个分别用于风电厂的一个或多个风能设备的子区块。尤其，在开关装置中，可为每个风能设备限定自身的子区块。每个子区块对应于三维的空间或区域，在开关装置中例如通过x、y和z坐标限定所述空间或区域。

为此，每个子区块于是例如包括如下区域或空间，所述区域或空间的下侧通过地面限定，在所述地面上安装有与相应的子区块相关联的一个风能设备或与相应的子区块相关联的多个风能设备。每个子区块的上侧分别通过如下面形成，所述面整体上高于相应的子区块的下侧至少几百米，例如高于下侧600米。每个子区块的侧面限定为，使得在水平方向上，所述侧面距与相应的子区块相关联的这一个或每个风能设备至少几千米，尤其四千米。因此，每个子区块对应于三维的空间，其中子区块当然也能够彼此不同。

此外，开关装置设计为：当借助于评估装置检测到一个或多个位于针对相应的一个或多个风能设备所限定的子区块之内的飞行物位置时，接通一个或多个风能设备的航空立标装置或使一个或多个风能设备的航空立标装置接通。

根据另一实施方式，开关装置还设计为：当借助于评估装置没有检测到位于为一个或多个对于相应的风能设备所限定的子区块之内的飞行物位置时，关断一个或多个风能设备的航空立标装置或使一个或多个风能设备的航空立标装置关断。

因此，风能设备的航空立标装置的选择性的接通和关断是可行的。这在风电厂非常大时是特别有利的，风电厂例如具有数千米的扩展方向。因此，在这种风电厂中仅适用的是：当飞行物进入到相应的风能设备的子区块中时，接通风能设备的航空立标装置。

因此可行的是，在例如从西到东具有10千米的伸展和飞行物在风电厂的西面边界的区域中靠近的风电厂中，首先仅接通位于西面的风能设备，所述风能设备例如具有距飞行物大约4至5千米的间距。更位于东面的航空立标装置能够首先保持切断，使得节约用于所述航空立标装置的运行的能量。

根据另一实施方式，在开关装置中可存储物体和地理数据的拓扑结构。优选地，可存储物体的和风电厂的限定的区块的和/或限定的子区块的地理数据拓扑结构。

此外，评估装置设计用于通过评估发出的和/或接收的电磁波或声波检测物体位置和地理数据并且用于将检测到的物体位置和地理数据传输给开关装置。此外，开关装置设计为：通过观察传输的数据的时间变化或尤其通过识别时间上不变化的数据产生物体的和地理数据的、尤其风电厂的限定的区块和/或限定的子区块的地理数据的拓扑结构。因此，所述物体和地理数据不是当然关于时间观察改变其位置的飞行物。

因此，拓扑结构数据存储在开关装置中，借助于所述拓扑结构数据随后能够在接通或关断航空立标之前验证：由评估装置检测到的飞行物是否实际上是飞行物。例如，从拓扑结构数据中可得出街道或高速公路伸展进而可将在街道或高速公路伸展的区域中移动的物体明确地验证为实际上并非飞行物的物体。

此外，拓扑结构数据用于验证风电厂航空立标系统本身。根据一个实施方式可行的是：通过如下方式检查或验证风电厂航空立标系统是否正常工作，即借助于评估装置检测到的拓扑结构数据与存储的拓扑结构数据一致。由此也能够例如通过确定检测到的拓扑结构数据不与存储的拓扑结构数据一致的方式检测例如雾、冰雹或闪电。

本发明还涉及一种具有根据上述实施方式中任一的风电厂航空立标系统的风电厂。

此外，本发明涉及一种用于对风电厂立标，即用于航空立标的方法。根据所述方法，借助于发送站发出电磁波和/或声波。此外，借助于至少一个接收站和/或发送站接收电磁波和/或声波并且通过借助于评估装置评估发出的和/或接收的电磁波和/或声波检测飞行物的位置，即飞行物位置。

此外，根据借助于评估装置检测到的飞行物位置接通和/或关断航空立标装置中的至少一个。

附图说明

下面，示例地参照附图详细阐述本发明的实施例。附图示出：

图1示出风能设备；

图2示出具有风电厂航空立标系统的一个实施例的风电厂；

图3示出具有接收站的风能设备的吊舱；以及

图4示出具有发送站的风能设备的吊舱。

具体实施方式

图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有转子106，所述转子具有三个转子叶片108和一个导流罩110。转子106在运行中通过风置于转动运动中进而驱动在吊舱104中的发电机。

图1中的风能设备100也能够联合在风电厂中的多个其他风能设备100运行，如其在下文中参照图2所描述那样。

在图2中示出风电厂112，其示例性地具有四个的风能设备100a至100c。四个风能设备100a至100d能够是相同的或是不同的。因此，风能设备100a至100d基本上代表风电厂112的任意数量的风能设备100。风能设备100提供其功率，即尤其经由电厂电网114所产生的电流。在此，将各个风能设备100的分别产生的电流或功率相加并且通常设有变压器116，所述变压器将电厂中的电压升压变换，以便随后在馈入点118处馈入到供电网120中，所述馈入点通常也称作为PCC。

图2仅示出风电厂112的简化图，所述图例如没有示出功率控制装置，尽管当然存在功率控制装置。电厂电网114也能够例如不同地构成，为了仅列举一个实施例，在所述电厂电网中例如在每个风能设备100的输出端处也存在变压器。

此外，示出风电厂航空立标系统的一个实施例。详细地，风能设备100a至100c分别具有接收站20。风能设备100d包括发送站22。

借助于发送站22发出电磁波，所述电磁波随后例如由飞行物反射。反射的电磁波随后由接收站20中的一个或多个接收并且输送给评估装置24。

接收站20中的至少两个具有大约50米的彼此间的高度差。所述高度差在图2中为了更简单的概览而未被示出。高度差例如通过如下方式达到：将接收站20中的一个设置在位于小丘上的风能设备100上，而将另一接收站20设置在另一风能设备100上，所述另一风能设备更低，例如在洼地中。

评估装置24是风电厂航空立标系统的控制装置26的一部分。借助于所述控制装置26例如也操控用于发出电磁波的发送站22。

在评估装置24中通过评估发出的和接收的电磁波来检测飞行物位置，即飞行物的位置。为此，根据一个实施例，检测从借助于发送站22发出特定的电磁波的时间点直至借助于接收站20接收反射的电磁波的时间点的运行时间差的测量。

通过电磁波的已知的传播速度以及检测到的运行时间，能够借助于评估装置24确定飞行物的间距，电磁波在所述飞行物上反射。因此，随后可从这些间距中确定飞行物位置。

此外，设有开关装置28，所述开关装置在此示例地同样是控制装置26的组成部分。借助于开关装置28可接通和切断航空立标装置30，所述航空立标装置设置在每个风能设备100a至100d的吊舱104上。根据借助于评估装置24确定的飞行物位置接通和关断航空立标装置30。

是否接通或切断航空立标装置30同样飞行物的精确的位置相关。为此，在开关装置28中限定区块32。所述区块32在图2中示例地二维地示出，其中所述区块通常具有三维的规模，即具有例如宽度、高度和深度，其中风能设备100a至100d基本上位于区块32的中心中。

区块32在图2中也非常靠近风能设备100a至100d地示出，其中区块32的外部边界通常在至少水平方向上能够具有数千米的间距。

如果现在借助于评估装置24在所述区块32之内检测飞行物的位置，即飞行物位置，那么根据本实施例，当之前已经在区块32中检测到另一飞行物时，将航空立标装置30接通或保持接通。

在区块32中没有(不再)检测到飞行物，即在区块32之内没有检测到飞行物位置的情况下，将航空立标装置30切断或保持切断。

在此，示出区块32，所述区块对整个风电厂112“加框”。然而，根据另一在此未示出的实施例，也可行的是，为每个风能设备100a至100c分别限定自身的子区块，所述子区块随后由评估装置24单独地监控。

因此，风能设备100a至100c的航空立标30在如下情况下接通，即当飞行物进入风能设备100a至100c的相应的子区块中或在风能设备100a至100c的所述子区块中被检测到时。因此，根据飞行物位置可以选择性地接通各个航空立标装置30。因此，尤其在大的、在数千米的面上延伸的风电厂中，仅能够激活风电厂112的实际上可能为对于飞行物的危害的部分中的航空立标装置30。

图3示出风能设备100的吊舱104的放大的前视图。在吊舱104上设置有天线载体34，并且固定地与吊舱104连接。天线载体34具有各一个被动雷达的两个接收器36，所述接收器一起对应于接收站20。接收器用于接收电磁波并且具有360度的水平的张角。

此外，设有两个发光器38，所述发光器一起形成风能设备100的航空立标装置30。通过一方面将发光器38以及另一方面将接收器36间隔开地设置，进行系统的复制，使得尽管通过转子叶片108部分地阴影遮挡，但是仍确保风电厂航空立标系统的无故障的功能。

因此，图3示出图2中的风能设备100a至100c中的一个的吊舱104的放大图。

图4基本上对应于图3，其中现在除了被动雷达的接收器36以外还设有两个发送器40，所述发送器用于发出电磁波。因此，发送器40以及接收器36一起对应于发送站22。因此，在图4中示出图2中的风能设备100d的吊舱104的放大图。

配设有风电厂航空立标系统的风电厂112因此实现与应答机信号和其他发送信号无关地控制风电厂112的航空立标装置30，其中所述风电厂航空立标系统包括多个接收站20以及唯一的发送站22，其中风电厂航空立标系统同时弃用多个主动雷达进而比已知的解决方案明显更便宜。