ABSCHLUSSBERICHT - Lastreduktion bei Windenergieanlagen durch Einführung und Regelung von Systemfreiheitsgraden (LARS)

Kurzfassung

Der Beitrag des DLR zum Teilprojekt LARS im Rahmen des Verbundvorhabens Optimierung von Windkraftwerken (OpTiWi) ist aufgeteilt in die vier Arbeitspakete Analyse und Validierung aerodynamischer Verfahren, Reglerauslegung, Analyse des Systemverhaltens sowie Systembewertung und Validierung. Das globale Ziel war die Entwicklung von neuen Regelungskonzepten zur Reduktion der Lasten an einer 2-Blatt WEA. Unterstützend dazu sollte ein aeroelastisches Simulationstool für WEA aufgebaut werden. Im DLR-Beitrag stand am Beginn die Entwicklung des Simulationstools. Dafür wurde basierend auf dem hauseigenen und zum Zwecke der Simulation von Hubschrauberrotoren beim DLR entwickelten Rotorsimulationscode S4 eine Schnittstelle mit der kommerziellen Mehrkörpersimulationssoftware SIMPACK entwickelt. Zusätzlich wurden diverse Modifikationen in S4 vorgenommen, um die Besonderheiten von WEA gegenüber Hubschrauberrotoren zu berücksichtigen. Das Tool wurde für einfache Lastfälle erfolgreich getestet. Darüber hinaus war das DLR für die Lastreduktion mittels individueller Blattsteuerung an der 2-Blatt Anlage WETEC 3.4 durch regelungstechnische Maßnahmen verantwortlich. Nach der Analyse der Regelstrecke und der Spezifikation eines Gütefunktionals wurde eine Reglerstruktur (Mehrblattkoordinaten Transformation mit einem Regler niedriger Ordnung und einer Filterkaskade zum Aufbereiten der Messinformation) gewählt. Durch Optimierung wurden die Reglerparameter für verschiedene Betriebspunkte ausgelegt. Des Weiteren wurden Steuerungen untersucht, die mittels einer harmonischen Anregung die Freiheitsgrade der Kopf-Kipp-Steuerung ansprechen und Lasten an der Windenergieanlage reduzieren sollen.