Environmental Engineering Reference
In-Depth Information
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Leistungselektronik-
Generatorsysteme für
Windenergieanlagen
8.1 Einführung
Die mechanische Leistung, die mithilfe des Rotors der Windenergieanlage aus dem Wind ge-
wonnen wird, wird über den Generator in elektrische Energie umgeformt und in das elektri-
sche Netz eingespeist.
zahl-Drehmoment-Wandlung auch ein Getriebe zwischengeschaltet, umdie Drehzahl von Ro-
tor und Generator optimal und unabhängig wählen zu können. Auf der elektrischen Seite ist
der Generator auf die Bemessungsfrequenz des Netzes und, oft über einen Transformator, auf
die Bemessungsspannung des Netzes auszulegen.
Die vom Rotor der Windenergieanlage an die Welle abgegebene Leistung ist abhängig von der
Windgeschwindigkeit und der Rotordrehzahl, wie es Bild
8.1
zeigt. Die bei kleinen Rotordreh-
zahlen ansteigenden und bei größeren abfallenden Kurven weisen ein deutliches Maximum
auf. Die Kurven gelten für konstanten Blatteinstellwinkel.
Der Rotor des Drehstromgenerators läuft bei Betrieb direkt am elektrischen Netz mit fester
Frequenz mit einer festen Drehzahl proportional zu dieser Netzfrequenz um. Im Fall der Syn-
chronmaschine ist die Drehzahl exakt fest, im Fall der Asynchronmaschine entstehen lastab-
hängig kleine Abweichungen zur Synchrondrehzahl.
Eine Erweiterung des Konzepts des Generators mit fester Drehzahl wird „dänisches Konzept“
genannt und war in den 80er-Jahren weitverbreitet [
2]
. Dabei wird zusätzlich ein zweiter Ge-
nerator oder eine zweite Wicklung im ersten Generator verwendet, um eine zweite Drehzahl
durch Umschalten zu erreichen.
Wegen der nicht optimalen Energieausbeute, den hohen Belastungen im Antriebsstrang und
dem Blindleistungsbedarf bei Netzeinspeisung mit direkt gekoppelten Asynchrongeneratoren
wird dieses Konzept heute kaumnoch verwendet
[2]
, mit Ausnahme von Anlagenmit kleinster
Leistung. Die nicht optimale Energieausbeute ist im Leistungs-Drehzahl-Diagramm (Bild
8.1)
durch die vertikale Linie verdeutlicht. Bei fester Drehzahl kann nur bei Windgeschwindigkei-
ten von 7 bis 8m/s die optimale Leistung, im Maximum der Leistungskurve, gewonnen wer-
den.
Bei demheute verwendeten Konzept der Anlagenmit variabler Drehzahl wird die Drehzahl ab-
hängig vomWind so geregelt, dass das Optimumder Leistung aus demWind entnommenwird.
Im Leistungs-Drehzahl-Diagramm (Bild
8.1)
ist dies durch die Linie dargestellt, die die Maxi-
ma der Leistungskurven schneidet. Es bedeutet, die Drehzahl immer auf den Wert zu fahren,
