Untersuchung des Betriebsverhaltens einer Windkraftanlage mit permanenterregten Synchrongeneratoren für den Einsatz im Offshore-Bereich

Um den Wartungsaufwand zu verringern und die Zuverlässigkeit und Effizienz zu erhöhen, steht heutzutage das Gesamtgewicht der Offshore-Windkraftanlagen (WKA) im Mittelpunkt der Forschung. In dieser Arbeit wird daher ein getriebeloses Energiemodul entwickelt, das in Offshore-WKA eingesetzt werden kann und mittels zweier Synchrongeneratoren die erzeugte Leistung unter Beachtung der Richtlinien ins Netz einspeist. Basierend auf einer Erregung durch Permanentmagnete und einer Aufteilung des elektrischen Systems in zwei Einheiten wird vorab der gemeinsame Betrieb der mechanischen und elektrischen Komponenten sowie ihr Schwingungsverhalten im Normal- und Fehlerfall eingehend untersucht und anhand eines Versuchsaufbaus eine Validierung dieses Modells vorgenommen. Mit einer robusten Regelung werden unabhängig von Parameterungenauigkeiten oder Systemstörungen der mechanische Teil entlastet bzw. die Triebstrangbelastungen verringert.
Für den Einsatz der Windkraftanlage im Offshore-Windpark wird im Rahmen dieser Arbeit der erste deutsche Offshore-Windpark „alpha ventus“ modelliert, um das dynamische Betriebsverhalten der WKA bei Netzfehlern dem eines konventionellen Kraftwerks gegenüberstellen zu können. Die Untersuchungen der entwickelten WKA sowie der Übertragungseigenschaften des Offshore-Windparks werden sowohl analytisch und praktisch als auch mithilfe des Netzberechnungsprogramms „Power Factory“ und Matlab/Simulink durchgeführt. Der Fokus beim Einsatz der WKA in alpha ventus ist jedoch auf die transienten Untersuchungen im elektrischen Bereich gerichtet.