Belastungsminimale Regelung von Windenergieanlagen
Windenergieanlagen (WEA) sind heute deutlich leistungsstärker als noch vor wenigen Jahren. Folglich kommt es zu hohen mechanischen Belastungen, wie hohe Spitzendrehmomente und dynamische Lastwechseleinflüsse, die sich auf den gesamten Triebstrang übertragen. Als direkte Verbindung zwischen dem Rotor und dem Generator-Umrichter-System muss der Triebstrang sowohl die Dynamik der Windlasten über den Rotor als auch die Dynamik des elektrischen Netzes über den Generator aufnehmen.
Dies macht detaillierte Untersuchungen zur stationären und dynamischen Beanspruchung des gesamten Triebstranges erforderlich. Für gesicherte Vorhersagen zur Lebensdauer einzelner Komponenten und damit zur Nutzungsdauer der gesamten Anlage müssen die Wechselwirkungen der mechanischen und elektrischen Komponenten berücksichtigt werden.
Ein detailliertes WEA-Modell, das neben der Nachbildung verschiedener elektrischer Zusammenhänge eine Mehrkörpersimulation des Antriebsstranges (MKS) beinhaltet, dient dem Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB), Universität Bremen, hierzu als Grundlage. Ausgehend davon haben die Wissenschaftler ein Online-Beobachtungssystem zur Erfassung nicht direkt messbarer Größen entwickelt, das u.a. die Bestimmung der Wellentorsionsmomente ermöglicht. Die Kenntnis der Wellentorsionsmomente ist ein entscheidendes Kriterium für die Entwicklung einer belastungsminimalen Regelung.
Zur direkten experimentellen Untersuchung ist in einem Versuchs- und Demonstrationsprüfstand des IALB der Antriebsstrang einer WEA nachgebildet, mit dem simulatorisch gewonnene Erkenntnisse an einem realen System verifiziert werden können. Darüber hinaus dient der Prüfstand als Basis zur Realisierung des Online-Beobachtersystems für eine belastungsminimale Regelung.
Prüfstand zur Untersuchung der dynamischen Belastungen in Antriebssträngen
