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Dr.-Ing. Thorsten Völker
Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB), Bremen
Tel. +49 421-21862698
voelker@ialb.uni-bremen.de


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Pr?fstand zur Untersuchung der dynamischen Belastungen in Antriebsstr?ngen

Belastungsminimale Regelung von Windenergieanlagen


Windenergieanlagen (WEA) sind heute deutlich leistungsstärker als noch vor wenigen Jahren. Folglich kommen sie in Auslegungsbereiche mit mechanischen Belastungen, die mit denen herkömmlicher Industrieanlagen nicht mehr vergleichbar sind. Hierzu gehören hohe Spitzendrehmomente und dynamische Lastwechseleinflüsse, die sich auf den gesamten Triebstrang übertragen. Der Triebstrang unterliegt damit hohen dynamischen Belastungen. Als direkte Verbindung zwischen dem Rotor und dem Generator-Umrichter-System muss er 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 muss die Wechselwirkung der mechanischen und elektrischen Komponenten berücksichtigt werden.

Ein detailliertes WEA-Modell, das neben der Nachbildung verschiedener elektrischer Zusammenhänge eine Mehrkörpersimulation des Antriebsstranges (MKS) beinhaltet, diente dem Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) als Grundlage hierzu. Ausgehend davon entwickelten die Wissenschaftler ein Online-Beobachtungssystem zur Erfassung nicht direkt messbarer Größen, 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 Windenergieanlage nachgebildet. Dieser soll die Verifizierung der aus Simulationen gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen. Er dient außerdem als Basis zur Realisierung des Online-Beobachtungssystems und der belastungsminimalen Regelung.