Environmental Engineering Reference
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9.2.2 Blattwinkelregelung
Die Leistungs- und Drehzahlbegrenzung im Volllastbereich erfolgt durch die Blattwinkelrege-
lung mithilfe von elektrischen oder hydraulischen Stellantrieben. Die drei unabhängigen in
der Nabe angebrachten Stellantriebe vergrößern oberhalb der Nennwindgeschwindigkeit den
Blattwinkel, um die Rotorleistung bei zunehmender Leistung imWind konstant zu halten.
Um nicht auf die schnellen und nur ungenau zu bestimmenden Windgeschwindigkeiten rea-
gieren zu müssen, wird als Eingang der Blattwinkelregelung die Abweichung der Rotordreh-
zahl von der Rotornenndrehzahl verwendet. Bei positiven Abweichungen wird der Blattwinkel
durch den PI-Regler vergrößert.
Das Verhalten der Strecke ist nichtlinear. Für kleine Abweichungen der Windgeschwindigkeit
von der Nennwindgeschwindigkeit ist eine große Blattwinkeländerung erforderlich, um die
Leistung und damit die Drehzahl konstant zu halten. Für große Windgeschwindigkeiten reicht
eine kleine Blattwinkeländerung aus, um Leistung und Drehzahl zu begrenzen. Bekannte Re-
gelungen verwenden daher einen PI-Blattwinkelregler mit Anpassung des Verstärkungsfaktors
(Gain-Scheduling). Dabei sinkt der Verstärkungsfaktor mit zunehmendem Blattwinkel, sodass
auch bei großen Windgeschwindigkeiten die Regelabweichungen der Drehzahl nicht zu groß
werden oder der geschlossene Regelkreis gegebenenfalls sogar instabil wird.
Bild
9.14
zeigt eine mögliche Struktur der Blattwinkelregelung, bei der sowohl der Blattwin-
kelsollwert als auch die Blattwinkeldrehzahl an die Pitch-Antriebe übergeben werden. Üblich
eingesetzte elektrische Servoantriebe verwenden dann intern eine Kaskadenregelung aus ei-
ner überlagerter Winkelregelung, einer Drehzahlregelung und einer unterlagertenMomenten-
oder Stromregelung. Detaillierte Beschreibungen zur Auslegung finden sich unter anderem
Gain-
Scheduling
Blattdrehzahl-
vorsteuerung
Blattdrehzahl-
begrenzung
n
max
n
*
ref
/
t
(D-Glied)
n
ref
n
mi n
n
*
K
T
I
max
ref
*
n
R
+
mi n
Blattwinkel-
regler
Blattwinkel-
begrenzung
Tiefpass
Bild 9.14
Blattwinkelregelung mit Parameteranpassung
Die Drehzahlbegrenzung ist so ausgelegt, dass auch für einen Nothalt der maximale Blattwin-
kel von nahezu 90
±
in weniger als 10 s erreicht wird, dies bedeutet Winkelgeschwindigkeiten
von einigen Grad pro Sekunde. Damit ist der Blattwinkelregler im Vergleich zur Momenten-
oder Leistungsregelung wesentlich langsamer, sodass sich bei dynamischen Windgeschwin-
digkeitsänderungen merkliche Änderungen in der Drehzahl ergeben.
Um einen kontinuierlichen Übergang vom drehzahlvariablen in den drehzahlkonstanten
Betrieb zu erreichen, beginnt die Blattwinkelregelung schon vor Erreichen der Nennwindge-
