Steuerung und Regelung von Windenergiesystemen - Einfuhrung in die Windenergietechnik - page 349

9.1.2 Systemeigenschaften der Energiewandlung in WEA

Die Leit-, Betriebsführungs- und Regelsysteme der WEA haben das Ziel, die Energiewandlung
von der kinetischen Energie des Windes in die elektrische Energie des Netzes zu optimieren
und die Anlage unter Einhaltung vorgegebener Grenzwerte sicher zu betreiben.
Unterhalb der Nennwindgeschwindigkeit einer WEA v WN wird dafür die ins Netz eingespeis-
te Leistung maximiert und oberhalb dieser Windgeschwindigkeit auf die Nennleistung P N ,
die elektrische Nennleistung P nN am Netzübergabepunkt, begrenzt. Zur Einhaltung der Netz-
anschlussbedingungen müssen WES die Wirkleistung auf Anforderung und bei ansteigender
Netzfrequenz begrenzen. Die Blindleistung muss auf Anforderung und bei Netzspannungs-
schwankungen verändert werden. Bei zeitlich begrenzten SpannungseinbrüchenmüssenWES
das Netz durch Einspeisung eines vorgegebenen Blindstroms stützen.
Um die grundlegenden Steuer- und Regelfunktionen einer WEA zu entwickeln, werden zu-
nächst die wesentlichen zur Beschreibung erforderlichen Systemeigenschaften der Energie-
wandlung inWEA zusammengefasst. Trotz der Unterschiede in den Antriebssträngen (mit und
ohne Getriebe, hochübersetzend, geringübersetzend), den Generatorsystemen (ASM, DASM,
FSM, PSM) und den Pitch- und Azimutantrieben (hydraulisch, elektrisch) weist die Regelung
grundlegende Gemeinsamkeiten auf.
Bild 9.3 zeigt das Blockschaltbild der Energiewandlung, in dem die Teilsysteme entsprechend
ihrer den Leistungsfluss beschreibenden Größen verbunden sind. Der Gleichspannungszwi-
schenkreis, der netzseitige Wechselrichter und der Transformator werden in einem Block zu-
sammengefasst. Anhand dieses Bilds werden die Möglichkeiten zur Beeinflussung des Leis-
tungsflusses beschrieben.

W B

s g

s w

n R M G

i g u d u n

v W ,
W

Antriebs-
strang (mit
oder ohne
Getriebe)

Zwischen-
kreis,Wech-
selrichter,
Transformator

M R n G

u g i d i n

Gleich-
richter

Wind Rotor Generator Netz

P W P G

P R P d P n

P g

Bild 9.3 Schematisierte Darstellung des Leistungsflusses in WEA

9.1.3 Energiewandlung des Rotors

Bild 9.4 zeigt mithilfe der Ansicht einer WEA (a), dem Schnittbild eines Blattes (b) und der
Draufsicht (c) die Orientierung der die Energiewandlung kennzeichnenden Größen v W , n R ,
dem Rotordurchmesser D , ∞ G und Ø B . Eine gute Zusammenfassung der Abhängigkeit der Ro-
torleistung von diesen Größen findet sich in [15] . An dieser Stelle werden die für die Steuerung
und Regelung entscheidenden Zusammenhänge zusammengefasst.
Im Schnittbild ist die Umfangsgeschwindigkeit des Blatts u B und die am Blattquerschnitt wir-
kende Geschwindigkeit v u dargestellt. Mit u wird dabei die Umfangsgeschwindigkeit der Blatt-