Regelung drehzahlvariabler Windkraftanlagen zur Reduktion von Wechselbeanspruchungen

Es wird ein Regelungskonzept vorgestellt, das eine direkte Berücksichtigung dynamischer Belastungsgrößen ermöglicht. Dazu werden zunächst die Ursachen dynamischer Belastung und ihre Auswirkungen analysiert. Anschließend werden die Einflußmöglichkeiten durch Blattverstellung und drehzahlvariablen Betrieb auf die dynamische Belastung erläutert. Daraus wird eine Regelungsstruktur entwickelt, die es erlaubt, Grenzwerte für verschiedene Belastungsgrößen vorzugeben. Anhand von Simulationen wird dieses Regelungskonzept mit heute im Gebrauch befindlichen Konzepten verglichen. Man unterscheidet windbedingte Belastungen, betriebsbedingte Belastungen und Belastungen durch Strukturschwingungen. In einer Abbildung werden die wichtigsten Belastungsarten, die bei homogener Anströmung in Richtung der Gondel auftreten, dargestellt. Eingriffsmöglichkeiten zur Reduktion der dynamischen Belastung bestehen in der Entlastung durch Blattverstellung und in der Entlastung durch Steuerung des Generatormoments. Es werden verschiedene Reglerstrukturen in ihrem Einfluß auf die dynamische Belastung der WKA miteinander verglichen. Auf einer Abbildung wird die Simulation einer 30-kW-Windkraftanlage mit unterschiedlichen Regelungskonzepten vorgestellt. Die Untersuchungen zeigen, daß die Berücksichtigung mechanischer Belastungsgrößen in geeigneten Regelungskonzepten zu einer deutlichen Reduktion der dynamischen Belastung einer Windkraftanlage führen kann. Diese Erweiterung der Regelziele führt weder zu einer Verschlechterung des elektrischen Verhaltens noch zu erhöhten Anforderungen an die Blattverstelleinrichtung. Das vorgeschlagene Regelungskonzept zeigt in der Simulation sehr gute Eigenschaften und ist infolge seiner einfachen Struktur mit relativ geringem Aufwand umzusetzen. Um die Praxistauglichkeit zu testen, sind Versuchsreihen an einer 30-kW-Experimentieranlage geplant