Einfluss des Ubergangs vom Teillastbetrieb in den Volllastbetrieb auf das mechanische Teilsystem des Triebstranges eines Windenergiekonverters

摘要

Regelungstechnisch betrachtet kann der Betrieb von Windenergiekonvertern prinzipiell in die Betriebsarten Teillastbetrieb und Volllastbetrieb unterschieden werden. Im Teillastbetrieb wird die Anlage unterhalb der Nennwindgeschwindigkeit betrieben und die Regelverfahren sind allgemein darauf ausgelegt, moglichst viel Leistung dem Wind zu entziehen. Dazu werden allgemein MPPT-Tracking-Verfahren mit unterlagerten Drehmoment- oder Drehzahlregelungen verwendet. Im Volllastbetrieb wird die Anlage bei Nennwindgeschwindigkeit und daruber betrieben, bevor sie, bei zu grosser Windgeschwindigkeit, abgeschaltet wird. Der Volllastbetrieb zeichnet sich dadurch aus, dass die Leistung, die dem Wind entzogen wird, auf die Nennleistung der Anlage begrenzt werden muss. Dazu wird das Pitch-System eingesetzt. Die Drehzahl bleibt in diesem Betriebsbereich weitestgehend konstant und das von der Rotorseite eingeleitete Moment wird durch das Verstellen der Blatter begrenzt. Durch die Tatsache, dass beide Regelungen, die Drehzahlregelung fur den Teillast- und die Pitch-Regelung fur den Volllastbereich auf das gleiche mechanische System zugreifen und somit gekoppelt sind, kommt es im Ubergangspunkt um die Nennwindgeschwindigkeit zu Interaktionen, die immense mechanische Belastungen zur Folge haben, wenn beide Regelverfahren nicht aufeinander abgestimmt sind. Der Ubergang zwischen den beiden Betriebsbereichen kann zu signifikanten Erhohungen im Lastkollektiv des Triebstrangs und zu mechanischen Belastungen der Windenergieanlage fuhren. Die besonderen Belastungen des Triebstrangs werden im Rahmen des Beitrags besonders betrachtet. Grossen Einfluss haben hier insbesondere die Regelverfahren der jeweiligen Betriebsbereiche (MPPT- und Pitchregelverfahren). Durch den relativ harten Ubergang zwischen den Bereichen kann es zu Anregungen der Triebstrangeigenfrequenzen kommen, gerade dann, wenn der Ubergang mehrmals durchschritten wird. Hier ist es wichtig die Regelverfahren aufeinander abzustimmen und Regelungen mit "weichen" Ubergangsbereichen (z.B. SK-Regler) einzusetzen.