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| nd einem Drehzahlvariablen 1,5 MW Generator. Der Betriebsbereich beginnt ab einer Windgeschwindigkeit von 4 m/s und dreht ab einer Windgeschwindigkeit von 20 m/s die Rotorblätter mit einem Pitchwinkel ϑ = 90 ° in Fahnenstellung aus dem Wind. Nennleistung 1.5 MW Rotordurchmesser 77.1 m Anzahl der Rotorblätter 3 - Nabenhöhe 61.5 m Turmhöhe 60 m Rotorüberhang 3.7 m Rotationale Drehrichtun | t ab einer Windgeschwindigkeit von 20 m/s die Rotorblätter mit einem | Pitchwinkel | ϑ = 90 ° in Fahnenstellung aus dem Wind. Nennleistung 1.5 MW Rotord | Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH | |
| eweilige Rotorblattsegment. Der Winkel zwischen der Profilsehne und der resultierenden Anströmung ist der Anstellwinkel des Rotorblattes (α). Ihm gegenüber liegt der Einstellwinkel ϑ (auch Pitchwinkel genannt), der zwischen der Profilsehne und der durch die Rotation des Rotorblattes erzeugten Anströmung liegt. Aufgrund der über den Blattumfang veränderlichen aerodynamischen Eigenschafte | des Rotorblattes (α). Ihm gegenüber liegt der Einstellwinkel ϑ (auch | Pitchwinkel | genannt), der zwischen der Profilsehne und der durch die Rotation de | Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH | |
| hmoment in Betrieb 0.18 Nms²/rad² Maximale Generator Betriebsdrehzahl 1800 U/min Nenngröße Generatordrehmoment 8045 Nm Grenze der Generatordrehzahl zur Pitch- Regelung 1800 U/min Minimaler Pitchwinkel -4.0 ° Maximaler Pitchwinkel 90 ° Elektrische Verluste 1 % Getriebeverluste 0 % Tabelle 11: Ausschnitt aus Messergebnissen des Profilschnittes 1. Anstellwinkel α Auftriebsbeiwert CL Wider | renze der Generatordrehzahl zur Pitch- Regelung 1800 U/min Minimaler | Pitchwinkel | -4.0 ° Maximaler Pitchwinkel 90 ° Elektrische Verluste 1 % Getriebev | Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH | |
| rad² Maximale Generator Betriebsdrehzahl 1800 U/min Nenngröße Generatordrehmoment 8045 Nm Grenze der Generatordrehzahl zur Pitch- Regelung 1800 U/min Minimaler Pitchwinkel -4.0 ° Maximaler Pitchwinkel 90 ° Elektrische Verluste 1 % Getriebeverluste 0 % Tabelle 11: Ausschnitt aus Messergebnissen des Profilschnittes 1. Anstellwinkel α Auftriebsbeiwert CL Widerstandsbeiwert CD Rotormomente | ur Pitch- Regelung 1800 U/min Minimaler Pitchwinkel -4.0 ° Maximaler | Pitchwinkel | 90 ° Elektrische Verluste 1 % Getriebeverluste 0 % Tabelle 11: Auss | Deutsche WindGuard Engineering GmbH, Universität Oldenburg, Fachhochschule Kiel, Deutsche WindGuard Offshore GmbH | |
| er WEA. II.1.3.1.2 Winkeldefinition In dieser Arbeit werden verschiedene Winkel verwendet und genutzt. Zum Verständnis werden im Folgenden die wichtigsten Winkel definiert und erläutert. Pitchwinkel : Das gesamte Rotorblatt einer konventionellen WEA lässt sich um die eigene Achse drehen. Die Pitchwinkeländerung variiert den Anstellwinkel der Rotorblätter. Konuswinkel: Der Konuswinke | erden im Folgenden die wichtigsten Winkel definiert und erläutert. | Pitchwinkel | : Das gesamte Rotorblatt einer konventionellen WEA lässt sich um die | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| nenstellung: Mit der Fahnenstellung wird die Stellung der Rotorblätter bezeichnet, bei der kein Auftrieb erzeugt wird. Im Stillstand werden die Rotorblätter in diese Position gebracht. Der Pitchwinkel ist in dieser Stellung 0°. Der Widerstandsbeiwert cW und der Auftriebsbeiwert cA: Der Widerstandsbeiwert und der Auftriebsbeiwert sind dimensionslose Werte, um verschiedene geometrische | m Stillstand werden die Rotorblätter in diese Position gebracht. Der | Pitchwinkel | ist in dieser Stellung 0°. Der Widerstandsbeiwert cW und der Auftr | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| usammengetragen. Messparameter Bedingung Wert Anströmgeschwindigkeit 20 ms-1 Drehzahl des Rotors 150 min-1 ZZ auf dem Turm 70° ZZ auf den Rotorblättern 70° (vom Staupunkt aus gemessen) Pitchwinkel der Rotorblätter 90° Messdauer 120 s Tabelle 11: Standard Messbedingungen. Die Messdauer von 120 s ist so gewählt worden, dass mögliche Schwankungen über diese Zeit erfasst und gemittelt w | rm 70° ZZ auf den Rotorblättern 70° (vom Staupunkt aus gemessen) | Pitchwinkel | der Rotorblätter 90° Messdauer 120 s Tabelle 11: Standard Messbeding | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| n. Unterschiedliche Betriebszustände der Windkraftanlagen mit unterschiedlichen Pitchwinkeln werden untersucht. Diese Winkel variieren im Betrieb einer WEA. Es werden Messungen bei einem Pitchwinkel von 80° und 70° aufgenommen. Ansonsten werden die Standardbedingungen angenommen. II.1.3.9.2 Messaufbau Die Messungen werden mit einem Messrechen durchgeführt. Der Rechen besteht aus 49 Ge | Winkel variieren im Betrieb einer WEA. Es werden Messungen bei einem | Pitchwinkel | von 80° und 70° aufgenommen. Ansonsten werden die Standardbedingunge | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| ren Skala als im Anhang ausgewertet. Die Striche auf der yMod Achse kennzeichnen die Position der Gondel in dieser Ebene. Abbildung 110: Beispiel einer Messung. Vestas AoA 10° Ebene 130mm. Pitchwinkel In Abbildung 111 und in Abbildung 7 ist die Auswertung bei den Pitchwinkeln von 80° und 70° zu sehen, die in Anhang 20 bis Anhang 23 zu finden sind. Auch in dieser Konfiguration ändert sic | . Abbildung 110: Beispiel einer Messung. Vestas AoA 10° Ebene 130mm. | Pitchwinkel | In Abbildung 111 und in Abbildung 7 ist die Auswertung bei den Pitch | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| d 70° zu sehen, die in Anhang 20 bis Anhang 23 zu finden sind. Auch in dieser Konfiguration ändert sich die Struktur der Strömung nicht. Lediglich der Wertebereich verschiebt sich. Bei dem Pitchwinkel von 80° liegt die minimale Geschwindigkeit hinter dem Rotor bei 0,5 v∞. Der Turbulenzgrad liegt bei lediglich 30 % im gondelnahen Bereich. Der Trend geht bei einem Pitchwinkel von 70° weit | Strömung nicht. Lediglich der Wertebereich verschiebt sich. Bei dem | Pitchwinkel | von 80° liegt die minimale Geschwindigkeit hinter dem Rotor bei 0,5 | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| ich. Bei dem Pitchwinkel von 80° liegt die minimale Geschwindigkeit hinter dem Rotor bei 0,5 v∞. Der Turbulenzgrad liegt bei lediglich 30 % im gondelnahen Bereich. Der Trend geht bei einem Pitchwinkel von 70° weiter. Die Strömung wird weniger turbulent und die Strömungsgeschwindigkeit wird weniger abgeschwächt. Die Leistung, die bei einem kleineren Pitchwinkel entnommen wird, sowie der | bei lediglich 30 % im gondelnahen Bereich. Der Trend geht bei einem | Pitchwinkel | von 70° weiter. Die Strömung wird weniger turbulent und die Strömung | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| . Der Trend geht bei einem Pitchwinkel von 70° weiter. Die Strömung wird weniger turbulent und die Strömungsgeschwindigkeit wird weniger abgeschwächt. Die Leistung, die bei einem kleineren Pitchwinkel entnommen wird, sowie der Schub sind allerdings auch geringer. Dadurch lässt sich dieser Effekt erklären. Abbildung 111 Vestas mit Pitch 80° Abbildung 112 Vestas mit Pitch 70° II.1.3.9.4 E | eit wird weniger abgeschwächt. Die Leistung, die bei einem kleineren | Pitchwinkel | entnommen wird, sowie der Schub sind allerdings auch geringer. Dadur | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| liert. Abbildung 113. Vereinfachung der Modelgeometrie vor der Vernetzung. Quelle AkkaOctagon II.1.3.10.2 Stillstand Das Model stellt den Standstill Modus dar. Die Rotorblätter haben einen Pitchwinkel von 0°, und der Rotor dreht sich nicht. Abbildung 114 stellt die Ergebnisse der numerischen Simulation dar. Eine lokale Strömungsablösung ist im Wurzelbereich des Rotorblattes zu erkennen. | Model stellt den Standstill Modus dar. Die Rotorblätter haben einen | Pitchwinkel | von 0°, und der Rotor dreht sich nicht. Abbildung 114 stellt die Erg | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| ebnisse der numerischen Simulation dar. Eine lokale Strömungsablösung ist im Wurzelbereich des Rotorblattes zu erkennen. Abbildung 114 Darstellung der numerische Simulation bei Stillstand. Pitchwinkel = 0°, Ungestörte Windgeschwindigkeit = 8 m/s. Quelle: Akka Octagon. II.1.3.10.3 Betrieb bei 8 m/s (Cp_max) Für die Simulation der laufenden Anlage wurde Abbildung 115: Strömungsfeld durch | Abbildung 114 Darstellung der numerische Simulation bei Stillstand. | Pitchwinkel | = 0°, Ungestörte Windgeschwindigkeit = 8 m/s. Quelle: Akka Octagon. | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| keine markante Häufigkeit aufweist, ist ein Indiz dafür, dass im Messzeitraum seltener Windgeschwindigkeiten im Vollastbereich auftraten. Abbildung 121: Hochfrequente Auswertung Vergleich Pitchwinkel an drei Testanlagen. Die Auswertung in Abbildung 122 zeigt keine deutliche Abweichung zu den Auswertungen auf Basis der 10-Minutenzeitreihen. Die Varianz über den gesamten Leistungsbereich | bereich auftraten. Abbildung 121: Hochfrequente Auswertung Vergleich | Pitchwinkel | an drei Testanlagen. Die Auswertung in Abbildung 122 zeigt keine deu | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| tersuchten Windpark (siehe stehen hochfrequente Messdaten von WEA1, WEA4 und WEA9 zur Verfügung. Über das SCADA-System der WEA wurden die elektrische Leistung, die Windgeschwindigkeit, der Pitchwinkel sowie die Drehzahl von Rotor und Generator gemessen. Für die WEA1 und WEA4 wurde die Windgeschwindigkeit zusätzlich mit im Projekt installierten Cup-Anemometern gemessen (im Folgenden „Met | er WEA wurden die elektrische Leistung, die Windgeschwindigkeit, der | Pitchwinkel | sowie die Drehzahl von Rotor und Generator gemessen. Für die WEA1 un | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| aft erzeugt. Die Rotorblätter drehen langsamer und die Anlagenleistung ist dementsprechend gering. Bei schwachen Windgeschwindigkeiten von 0-4 m/s stehen die Blätter in Fahnenstellung. Der Pitchwinkel beträgt hierbei 90°. Nimmt die Windgeschwindigkeit zu, stellt sich der Anstellwinkel auf 0° ein. Bei starkem Wind von 13 bis 25 m/s muss die Anlage in ihrer Leistung her begrenzt werden. D | chwindigkeiten von 0-4 m/s stehen die Blätter in Fahnenstellung. Der | Pitchwinkel | beträgt hierbei 90°. Nimmt die Windgeschwindigkeit zu, stellt sich d | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| trägt hierbei 90°. Nimmt die Windgeschwindigkeit zu, stellt sich der Anstellwinkel auf 0° ein. Bei starkem Wind von 13 bis 25 m/s muss die Anlage in ihrer Leistung her begrenzt werden. Der Pitchwinkel nimmt mit steigender Windgeschwindigkeit zu und liegt im Bereich von 0-30°. Muss die Anlage abgeschaltet werden, stellen sich die Rotorblätter wieder in die Fahnenstellung. Eine weitere Mö | is 25 m/s muss die Anlage in ihrer Leistung her begrenzt werden. Der | Pitchwinkel | nimmt mit steigender Windgeschwindigkeit zu und liegt im Bereich von | SGD Süd, Zentralstelle der Forstverwaltung, Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz (FAWF) | |
| ox 21 Kupplung 11 Generator 22 Maschinenträger 2 Mechanisches System 2.1 Rotor Der Rotor besteht aus drei Rotorblättern, die über Blattlager drehbar an die Rotornabe angeflanscht sind. Der Pitchwinkel der Rotorblätter kann so über elektrische, mitrotierende Pitchantriebe um ihre Längsachse verstellt und damit den Windbedingungen angepasst werden. Um den sicheren Betrieb des Pitchsystems | die über Blattlager drehbar an die Rotornabe angeflanscht sind. Der | Pitchwinkel | der Rotorblätter kann so über elektrische, mitrotierende Pitchantrie | Senvion SE | |
| eigene, mitrotierende und unabhängige Akkumulatorensätze und Ansteuerungen. Im Teillastbereich, d.h. bei Anlagenbetrieb unterhalb der Nennwirkleistung, wird bei variabler Rotordrehzahl der Pitchwinkel konstant gehalten und so eine möglichst effektive Anströmung der Rotorblätter gewährleistet. Im Nennlastbereich, d.h. bei Betrieb ab Nennwindgeschwindigkeit, wird die WEA mit konstantem Ne | unterhalb der Nennwirkleistung, wird bei variabler Rotordrehzahl der | Pitchwinkel | konstant gehalten und so eine möglichst effektive Anströmung der Rot | Senvion SE | |
| mitrotierenden Pitchantriebe sind als Gleichstrommotoren ausgeführt und wirken über Planetengetriebe und Ritzel auf die Außenverzahnung der Lagerung. Zur Synchronisierung der individuellen Pitchwinkel kommt ein schnell arbeitender Synchronisierungsregler zum Einsatz. Um auch bei Netzausfall oder einer Störung einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, verfügt jeder Pitchantrieb über einen | Außenverzahnung der Lagerung. Zur Synchronisierung der individuellen | Pitchwinkel | kommt ein schnell arbeitender Synchronisierungsregler zum Einsatz. U | Senvion SE | |
| erfügt jeder Pitchantrieb über einen eigenen mitrotierenden Akkumulatorensatz. Technische Daten Pitchsystem Prinzip Elektrisches Pitchsystem für jedes einzelne Rotorblatt Leistungsregelung Pitchwinkel - und Drehzahlregelung Maximaler Pitchwinkel 91° Pitchwinkelverstellgeschwindigkeit bei Sicherheitsabschaltung ca. -3 bis +7 °/s Antrieb Gleichstrommotoren, akkumulatorgepuffert, synchronge | trisches Pitchsystem für jedes einzelne Rotorblatt Leistungsregelung | Pitchwinkel | - und Drehzahlregelung Maximaler Pitchwinkel 91° Pitchwinkelverstellg | Senvion SE | |
| mitrotierenden Akkumulatorensatz. Technische Daten Pitchsystem Prinzip Elektrisches Pitchsystem für jedes einzelne Rotorblatt Leistungsregelung Pitchwinkel- und Drehzahlregelung Maximaler Pitchwinkel 91° Pitchwinkelverstellgeschwindigkeit bei Sicherheitsabschaltung ca. -3 bis +7 °/s Antrieb Gleichstrommotoren, akkumulatorgepuffert, synchrongeregelt 2.2 Gondel Um dem Anspruch einer inno | rblatt Leistungsregelung Pitchwinkel- und Drehzahlregelung Maximaler | Pitchwinkel | 91° Pitchwinkelverstellgeschwindigkeit bei Sicherheitsabschaltung ca | Senvion SE | |
| Die Windenergieanlage arbeitet vollautomatisch im Netzparallelbetrieb und läuft bei Windgeschwindigkeiten ab ca. 3–5 m/s automatisch an. Im Teillastbereich werden die Rotordrehzahl und der Pitchwinkel kontinuierlich geregelt, um ein Maximum an aerodynamischer Effizienz zu erreichen. Bis zu einer Windgeschwindigkeit von 13–14 m/s nimmt die abge gebene Leistung der Windenergieanlage zu. A | automatisch an. Im Teillastbereich werden die Rotordrehzahl und der | Pitchwinkel | kontinuierlich geregelt, um ein Maximum an aerodynamischer Effizienz | Siemens AG | |
| SiL (Software in der Loop) durchgeführt und durch Parametervariation wurde das Modell auf der realen Anlage validiert. Als steuerbare Größen für den Betrieb der Anlage dienten zunächst nur Pitchwinkel und Yaw-Position. Der Generator war bei den ersten Teste zunächst inaktiv, die Anlage im Leerlauf. Für die Validierungsversuche wurde die Anlage in den Wind gedreht und verschiedene Pitchw | ls steuerbare Größen für den Betrieb der Anlage dienten zunächst nur | Pitchwinkel | und Yaw-Position. Der Generator war bei den ersten Teste zunächst in | SkyWind GmbH | |
| winkel und Yaw-Position. Der Generator war bei den ersten Teste zunächst inaktiv, die Anlage im Leerlauf. Für die Validierungsversuche wurde die Anlage in den Wind gedreht und verschiedene Pitchwinkel gefahren. Das Verhalten der Anlage, beschrieben durch die Drehzahl von langsamer und schneller Welle sowie von Beschleunigungen am Turmkopf, wurde bei diesen Versuchsreihen gemessen. Die g | erungsversuche wurde die Anlage in den Wind gedreht und verschiedene | Pitchwinkel | gefahren. Das Verhalten der Anlage, beschrieben durch die Drehzahl v | SkyWind GmbH | |
| Ansteuerung des hier beschriebenen neuen Freiheitsgrades, zum Beispiel abhängig von der Rotorposition, ist es möglich, auftretende Lasten an Turm und Blättern zu reduzieren, ohne dabei den Pitchwinkel der Blätter verstellen zu müssen, wie es gewöhnliche Lastregler machen. Im Rahmen dieses Projektes wurden hierzu Untersuchungen an einer virtuellen Windenergieanlage gemacht. Für die Simul | uftretende Lasten an Turm und Blättern zu reduzieren, ohne dabei den | Pitchwinkel | der Blätter verstellen zu müssen, wie es gewöhnliche Lastregler mach | SkyWind GmbH | |
| wird die WEA mit konstantem Nennmoment und damit konstanter Wirkleistung betrieben. Änderungen der Rotordrehzahl aufgrund sich verändernder Windgeschwindigkeit werden durch Verstellen des Pitchwinkels der Rotorblätter ausgeglichen. Windenergie aus starken Böen wird durch eine Beschleunigung des Rotors gespeichert und erst dann durch Verstellung des Pitchwinkels in gedämpfter Form in e | d sich verändernder Windgeschwindigkeit werden durch Verstellen des | Pitchwinkels | der Rotorblätter ausgeglichen. Windenergie aus starken Böen wird d | Senvion SE | |
| den durch Verstellen des Pitchwinkels der Rotorblätter ausgeglichen. Windenergie aus starken Böen wird durch eine Beschleunigung des Rotors gespeichert und erst dann durch Verstellung des Pitchwinkels in gedämpfter Form in elektrische Energie umgewandelt und ins Netz gespeist. Die Anwendung des „Tilted-Cone“-Konzepts mit einem Konuswinkel der Rotornabe von 3,5° und vorgebogenen Rotorb | eunigung des Rotors gespeichert und erst dann durch Verstellung des | Pitchwinkels | in gedämpfter Form in elektrische Energie umgewandelt und ins Netz | Senvion SE | |
| . Die Drehzahl wird hierbei 100 Umin-1 betragen. Auch diese Werte werden mit der Standardmessung verglichen. Unterschiedliche Betriebszustände der Windkraftanlagen mit unterschiedlichen Pitchwinkeln werden untersucht. Diese Winkel variieren im Betrieb einer WEA. Es werden Messungen bei einem Pitchwinkel von 80° und 70° aufgenommen. Ansonsten werden die Standardbedingungen angenommen | edliche Betriebszustände der Windkraftanlagen mit unterschiedlichen | Pitchwinkeln | werden untersucht. Diese Winkel variieren im Betrieb einer WEA. Es | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik | |
| hnen die Position der Gondel in dieser Ebene. Abbildung 110: Beispiel einer Messung. Vestas AoA 10° Ebene 130mm. Pitchwinkel In Abbildung 111 und in Abbildung 7 ist die Auswertung bei den Pitchwinkeln von 80° und 70° zu sehen, die in Anhang 20 bis Anhang 23 zu finden sind. Auch in dieser Konfiguration ändert sich die Struktur der Strömung nicht. Lediglich der Wertebereich verschiebt s | nkel In Abbildung 111 und in Abbildung 7 ist die Auswertung bei den | Pitchwinkeln | von 80° und 70° zu sehen, die in Anhang 20 bis Anhang 23 zu finden | Deutsche WindGuard GmbH, Universität Oldenburg ForWind - Institut für Physik |
Notes:
1 Where to start a query
2Smart Searcht breaks the user's input into individual words and then matches those words in any position and in any order in the table (rather than simple doing a simple string compare)
3Regular Expressions can be used to initialize advanced searches. In the regular expression search you can enter regular expression with various wildcards such as:
- Start of the line ^
- Any character .
- Any character in the range between characters N and P [M-P]
- End of the line 33/li>
- Also you can use operators:
- Character/strings that repeats 0 or more times - operator *
- Character/strings that repeats 1 or more times - operator +
- Character that may but does not need to appear in the sequence - operator ?