{"id":1097,"date":"2021-08-06T09:02:10","date_gmt":"2021-08-06T09:02:10","guid":{"rendered":"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/?p=1097"},"modified":"2024-05-03T09:05:46","modified_gmt":"2024-05-03T09:05:46","slug":"anlagenbetrieb-mit-regelung-laeuft-es","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/anlagenbetrieb-mit-regelung-laeuft-es\/marcus-wiens","title":{"rendered":"Anlagenbetrieb: Mit Regelung l\u00e4uft es"},"content":{"rendered":"\n

Ein Regler oder eine Steuerung ist eine essenzielle Anlagenkomponente. Bei modernen Windenergieanlagen ist ein stabiler Betrieb ohne Regler gar nicht m\u00f6glich.<\/p>\n\n\n\n

Als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IWES arbeite ich im Bereich Regelungstechnik f\u00fcr Windenergieanlagen (WEA). Dazu geh\u00f6rt die Entwicklung von WEA-Reglern, also das Aufstellen von Anforderungen, die Implementierung und letztlich die Validierung. In meiner ersten Arbeitswoche habe ich zu diesem Thema zun\u00e4chst Literatur recherchiert. Mittlerweile entwickeln wir am IWES unsere eigene Toolbox und einen modularen Regler speziell f\u00fcr WEA. Die Modularit\u00e4t erleichtert es, Ver\u00e4nderungen einzubauen und macht den WEA-Regler flexibel hinsichtlich der Regelstrategien, indem Komponenten einfach ausgetauscht werden k\u00f6nnen. Der WEA-Regler kann somit schnell an neue Anforderungen angepasst und f\u00fcr unsere Forschung eingesetzt werden.<\/p>\n\n\n\n

Regler z\u00e4hlen zu den wichtigen Komponenten einer WEA, im Allgemeinen wird aber wenig \u00fcber ihre konkreten Eigenschaften gesprochen. Ich selbst finde Regler faszinierend, da dort alles zusammenl\u00e4uft: Als zentrale Einheit verarbeitet der Regler alle Informationen des aktuellen Betriebszustands und der Umgebung der WEA. Er berechnet auf Basis des Anlagenverhaltens, wie die Reaktion der WEA auf ver\u00e4nderte Bedingungen sein soll, sodass eine optimale Energieausbeute erzielt und nichts besch\u00e4digt wird. Normalerweise geschieht das Eingreifen des Reglers dann durch eine Anpassung des Pitch-Winkels, des Drehmoments am Generator. An einen Regler werden hohe Erwartungen gestellt: Er muss jederzeit einwandfrei funktionieren – unter allen Gegebenheiten -, und darf nicht ausfallen. Genauer gesagt, sollen situationsbedingte Ausf\u00e4lle vermieden werden, denn sie k\u00f6nnen zu einer Instabilit\u00e4t des Betriebs f\u00fchren und Sch\u00e4den an der Anlage verursachen. Hieraus ergeben sich spannende Fragen der Regelungstechnik wie z.B. \u201eWie sieht der optimale Betrieb aus?\u201c, \u201eWelche Dynamik kann ich erreichen?\u201c, \u201eWie hoch ist die Robustheit?\u201c. Die Suche nach den richtigen Antworten kann auch mal Kopfzerbrechen bereiten, denn falls der Regler nicht funktioniert, versuchen wir schnellstm\u00f6glich eine L\u00f6sung zu finden.<\/p>\n\n\n\n

Meine Kolleg*innen am Dynamic Nacelle Testing Laboratory (DyNaLab<\/a>) arbeiten mit mir gemeinsam an konkreten L\u00f6sungen mit Simulationsmodellen von WEA verschiedenster Leistungsklassen von 2,5 Megawatt (MW) bis zu 15 MW. Jede dieser Anlagen ben\u00f6tigt einen Regler, der einen stabilen Betrieb garantiert. Durch eine automatisierte Analyse des jeweiligen WEA-Modells, der Betriebsparameter und der Regler-Einstellung wird die Konfiguration f\u00fcr jede WEA bestimmt. In der Grafik ist der Erstell- und Anwendungsprozess f\u00fcr den IWES WEA-Regler dargestellt. Dieser deckt unsere Forschungsaktivit\u00e4ten im Bereich Simulation am DyNaLab ab, die sich \u00fcber standardisierte Anlagensimulationen bis hin zur Optimierung eines gesamten Windparks erstrecken.<\/p>\n\n\n\n

\"Die
Die IWES-Toolbox \u201cWind Turbine Research Controller\u201d (WTRC) \u00a9 Fraunhofer IWES<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Bei der Entwicklung eines Reglers ist es f\u00fcr uns wichtig, immer das \u201eBig Picture\u201c im Auge zu behalten. F\u00fcr den Regler bedeutet dies, dass man \u00c4nderungen leicht vornehmen kann und eine gewissen Flexibilit\u00e4t vorliegt. Daher war es wichtig, von Anfang an einen modularen Aufbau zu ber\u00fccksichtigen. Die Wiederverwendbarkeit von einzelnen Modulen erh\u00f6ht die Flexibilit\u00e4t und verk\u00fcrzt unsere Entwicklungsprozesse. Mit diesem Prinzip konnten wir unser parametrierbares Pitch-Regler Modell mehrfach verwenden und je nach Anlage andere Module f\u00fcr die Signalfilter ausw\u00e4hlen: Jede WEA hat eine etwas andere Dynamik und stellt damit andere Anforderungen an die Signalverarbeitung. So konnten wir den spezifischen Anforderungen eines jeden einzelnen Anlagentyps gerecht werden, den Regler vielseitig einsetzen und Teilmodelle wiederverwenden. Unsere Methode funktioniert also ganz im Sinne der objektorientierten Programmierung, au\u00dfer, dass wir statt ausschlie\u00dflichen Programmcodes, Simulink-Modelle verwenden.<\/p>\n\n\n\n

Wir haben unsere Methode bereits konkret in einem Industrieprojekt angewendet f\u00fcr die Bewertung einer neuartigen Sensorik zur Lastmessung. Diese Sensorik wollten wir ebenfalls in unserem Regler zum Einsatz bringen. Das Problem war, dass dieser Sensor ein neues Konzept darstellte und nicht ohne weiteres in die Regelung integriert werden konnte. Zuerst haben wir darum gemeinsam mit dem Kunden ein Sensormodell f\u00fcr die Simulation entwickelt und anschlie\u00dfend die Schnittstelle f\u00fcr ein Modul innerhalb des WEA-Reglers implementiert. Aufgrund der Modularit\u00e4t war das schnell m\u00f6glich und wir konnten diese zus\u00e4tzliche Auswertung in das Projekt integrieren. Die Bewertung erfolgte dann anhand unserer Simulationen, sodass wir innerhalb weniger Wochen das gesamte Projekt abschlie\u00dfen konnten.<\/p>\n\n\n\n

In einem anderen Projekt haben wir unseren Regler innovativer verwendet: Konkret ging es um die Frage, ob sich durch eine intelligente Windparkregelung in einem Windpark mit 6 MW WEA Kostenvorteile f\u00fcr Betreiber ergeben. Herausfordernd war dabei, dass uns kein entsprechendes Anlagenmodell von der 6 MW WEA vorlag. Wir haben jedoch ein Modell einer 7.5 MW WEA (I<\/a>WT 7.5-164<\/a>). Unser L\u00f6sungsansatz: Wir betreiben die 7,5 MW genauso wie die 6 MW WEA, indem wir den Regler so ver\u00e4ndern, dass die IWT 7.5-164 die Leistungskurve und den Schubkoeffizienten in Abh\u00e4ngigkeit der Windgeschwindigkeit der 6 MW WEA nachbildet. Gesagt, getan! Daf\u00fcr waren einige Anpassungen der Einstellungskurven f\u00fcr das Generatordrehmoment und den Pitchwinkel des Reglers notwendig, letztendlich konnten wir aber das Verhalten der 6 MW WEA nachbilden und hatten so ein \u201eneues\u201c Anlagenmodell.<\/p>\n\n\n\n

Diese innovative Herangehensweise ist f\u00fcr mich das Besondere an der angewandten Forschung, denn hier k\u00f6nnen auch unkonventionelle Ans\u00e4tze zur L\u00f6sung eines Problems herangezogen werden. Somit kann ich meine Kenntnisse ganzheitlich vertiefen.
Unsere IWES-Toolbox werden wir stetig weiterentwickeln und besch\u00e4ftigten uns demn\u00e4chst mit modellpr\u00e4diktiver Regelung, in der eine z.B. eine Vorhersage der Windgeschwindigkeit genutzt wird, um die optimale Reaktion der WEA zu berechnen. Darauf freue ich mich schon.<\/p>\n\n\n\n

Mehr Informationen hier: <\/strong><\/p>\n\n\n\n

Gondelpr\u00fcfung und Untersuchung der elektrischen Eigenschaften (fraunhofer.de)<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Ein Regler oder eine Steuerung ist eine essenzielle Anlagenkomponente. Bei modernen Windenergieanlagen ist ein stabiler Betrieb ohne Regler gar nicht m\u00f6glich. Als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IWES arbeite ich im Bereich Regelungstechnik f\u00fcr Windenergieanlagen (WEA). Dazu geh\u00f6rt die Entwicklung von…<\/p>\n","protected":false},"author":27,"featured_media":1105,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[11],"tags":[14,138,140,142],"coauthors":[365],"class_list":["post-1097","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-windforschung","tag-teamwork","tag-wea-betrieb","tag-wissenschaft","tag-zuverlaessigkeit"],"acf":[],"yoast_head":"\nEntwicklung von WEA-Reglern: Herausforderungen und L\u00f6sungen<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Ein Regler ist eine essenzielle Anlagenkomponente. 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