WIND CONTROL

Forschung und Entwicklungsdienstleistungen für die Windindustrie.

Von der Turbine bis zum Windpark

  • Regelungstechnik für Windkraftanlagen, Windparks, Generatoren und Umrichter
  • Echtzeitfähige Simulationen, Testautomatisierung und Hardware-in-the-Loop (HIL) Umgebungen
  • Gesamtsystemkompetenz: Systemanalyse, Systemdynamik und Modellbildung
  • Netzbildende Regelungsverfahren für Inselnetze und Netzparallelbetrieb

Die Steuerung von Windkraftanlagen und Ihre Entwicklung ist ein komplexes Thema, bei dem viele Aspekte betrachtet werden müssen, um ein optimiertes Ergebnis und letztendlich den gewünschten Ertrag bei geringen Kosten zu erzielen.

Mit Hilfe unserer Simulatoren von Windturbinen (WTsim) und Windparks (WPsim) lassen sich Controller und Regelungen in simulierten Umgebungen testen, die an die späteren realen Bedingungen genau anpassbar sind.

Von Entwicklungstests innerhalb der eigenen Entwicklungsumgebung (Rapid Prototyping) , bis hin zum finalen Test des Hardware-Controllers in unserer realtimefähigen Hardware-in-the-Loop (HIL) Umgebung, bieten wir Lösungen und Leistungen für die optimierte Regelung von Windturbinen und Windparks, bis zur Zertifizierungsvorbereitung.

Unsere Produkte und Leistungen

Profitieren Sie von unserer Erfahrung und unseren Tools und sparen Sie Geld und Zeit bei der Realisierung Ihrer Windturbine oder Windparks.

 

Windturbinen-Simulation

WTsim

Echtzeitfähige Simulation von Windturbinen für die Entwicklung, Prüfung und Optimierung von Windturbinen-Controllern und -Steuerungen.

 

Windpark-Simulation

WPsim

Echtzeitfähige Virtuelle Windparks für Tests und Optimierung von Windpark-Controllern und Betriebsstrategien.

 

Modalanalyse von Windkraftanlagen

Modalanalysetool

Das Verfahren erlaubt bei natürlicher Anregung einer gegebenen Struktur, z.B. durch den turbulenten Wind, allein aus den Antwortsignalen die modalen Informationen abzuleiten.

 

Reglerentwurf und -optimierung

Reglertools

Von der klassischen Basis-Regelung bis hin zu lastreduzierenden Regelungen, bei denen zusätzliche Last- oder Schwingungssignale als Eingangsgrößen für die Regelung verwendet werden.

Auftragsforschung und Dienstleistungen für die Praxis.

Industrie- und Dienstleistungsunternehmen jeder Größe profitieren von unserer anwendungsorientierten Forschung. Sowohl für kleine und mittlere Unternehmen (ohne eigene FuE-Abteilung), als auch für große Unternehmen sind wir ein wichtiger Lieferant für innovatives Know-how und Partner in der Entwicklung von Wettbewerbsvorteilen. Von der ersten Idee bis hin zur Herstellung von Prototypen und Kleinserien. Wir fördern Innovationen, stärken die technologische Leistungsfähigkeit, verbessern die Akzeptanz und den Einsatz moderner Technik und sorgen für Aus- und Weiterbildung des dringend benötigten wissenschaftlich-technischen Nachwuchses.

Die Abteilung Regelungstechnik bietet umfassende Dienstleistungen auf den Gebieten Entwurf, Implementierung und Test von Regelungssystemen für Windenergieanlagen und andere Erneuerbare Energiesysteme an:

  • Modellbildung, Validierung und Reglerentwurf für mechatronische Systeme
  • Hardwareauswahl und Erprobung
  • Hardware-in-the-Loop Test-Umgebungen für unterschiedliche Komponenten des Regelungssystems
  • Implementierung und Feldtests
  • Regelungsverfahren für Windenergieanlagen zur Reduktion der Extremlasten / Ermüdungslasten
  • Regelungsverfahren für umrichterbasierte erneuerbare Einspeiser (Windparks u.a.) zur Erhöhung der Netzstabilität
  • Echtzeitsimulationssysteme für die Netzintegration erneuerbarer Einspeiser

Windturbinenregelung und Fehlerfrüherkennung

Wir unterstützen mit unserer Forschungs- und Felderfahrung gerne Turbinen- und Komponentenherstellern in dem Bereich der Regelung von Windkraftanlagen, der Optimierung und der Fehlerfrüherkennungden. Dabei kommt unsere hauseigene Modellierungs- und Reglerentwurfs-Software zum Einsatz, so dass beispielsweise Modalanalysen von Anlagen realisiert und lastreduzierender Regelungen entworfen und getestet werden können. Auch die Durchführung von Hardware-in-the-Loop-Tests und in die Validierung der Regelungs- und Fehlerfrüherkennungssysteme im Feld bieten unseren Kunden vorteile in der Entwicklung und Inbetriebnahme.

Reglerentwicklung für Windparks

Am Fraunhofer IEE Kassel entwickeln wir für unsere Kunden performante Windparkregler sowohl für die Spannungs-/ Blindleistungsregelung als auch für die Wirkleistungsregelung.

Mit Hilfe von Parkreglern unterstützen moderne Windparks den stabilen Betrieb des elektrischen Netzes. Dabei stützt die Wirkleistungsregelung die Frequenzhaltung im Netz, während die Blindleistungsregelung entscheidend ist für die Spannungshaltung im Anschlussbereich des Windparks. Die Parkregelung ist dabei eine zentrale Regeleinheit, die mehrere, auch verschiedenartige Stellglieder im Windpark ansteuert, um am Netzanschlusspunkt einen vorgegebenen Sollwert zu erreichen.

Mit Hilfe unserer Regelungsverfahren, Entwicklungs- und Testleistungen unterstützen wir bei der Fehlervermeidung, Optimierung und Inbetriebnahme von Regelungen von Windparks.

Fragen? Nehmen Sie unverbindlich Kontakt mit uns auf.

 

Reglerimplementierung und Feldtests

Wir unterstützen Sie gerne bei der Implementierung und dem Feldtest von Reglern durch erfahrene Test-Ingenieure und mit Hilfe unserer erprobten Test-Infrastruktur. Unsere langjährige Erfahrung erlaubt uns Tests an die jeweiligen Bedürfnisse so anzupassen, dass sie schnell und zuverlässig die gewünschten Resultate liefern. Von den bei Bedarf individuell entwickelten Test-Programmen, bis hin zur Validierung von Sensorik und Schnittstellen, über die Auswahl der richtigen Messtechnik stehen wir Ihnen mit Rat und Tat zur Seite.

Selbst die größten Herausforderungen bei Tests und der Bewertung der Test-Ergebnisse, wie z.B. der Synchronisation der im Windpark räumlich verteilten Messstellen bei dem Test von Windpark-Regelungssystemen, werden von uns kompetent gemeistert.

Stellen Sie uns auf die Probe und Nutzen Sie unsere Erfahrung und Kompetenz. Zu Ihrem Vorteil.

 

Labore

Zur Entwicklung lastreduzierender Regelungssysteme steht eine Entwicklungsumgebung für Blattverstellsysteme großer Windenergieanlagen zur Verfügung. Der Teststand erlaubt die realistische Untersuchung von drei wechselwirkenden geregelten Pitchantrieben zur indivi­duellen Blattverstellung.

Wirklichkeitsnahe Gegenmomente werden durch Echtzeitsimulatio­nen großer Windenergieanlagen unter Verwendung synthetisierter inhomogener und turbu­lenter Windfelder erzeugt. Weiterhin steht ein Teststand zur Untersuchung antagonistisch geregelter Pitchantriebe zur Verfügung, die eine besonders lastarme Blattverstellung erlauben.

Transstabil-EE

In diesem Forschungsprojekt werden neuartige Regelungsverfahren für große Windparks entwickelt, die einen Paradigmenwechsel hinsichtlich der Netzstabilisierung herbeiführen.

Jede Windkraftanlage bzw. Windpark soll zukünftig anteilig an der Frequenz und Spannungshaltung beteiligt sein und insbesondere in der Lage sein, im Störungsfall über einen begrenzten Zeitraum selbst die lokale Netzspannung zu bilden und zu stabilisieren. Nach dem Prinzip der Verteilten Stabilität sollen die dafür erforderlichen netzbildende Regelungsverfahren in vielen verteilten Einheiten implementiert werden, die im Störungsfall ohne Kommunikation miteinander die globale Stabilität des Verbundnetzes oder von abgespaltenen Teilnetzen gewährleisten können.

Es werden Verfahren entwickelt und erprobt, die neben den grundlegenden stabilisierenden Effekten einer Virtuellen Synchronmaschine auch Kurzzeitspeicher im Sinne einer Virtuellen Trägheit (Emulation der Netzträgheit) einbinden.

GRID LOADS

In diesem Forschungsprojekt werden die Rückwirkungen von neuen, netzstützenden Generatorregelungen auf die Strukturdynamik und die Lasten
im Triebstrang und in der Tragstruktur einer Windkraftanlage untersucht.

Es erfolgt eine Weiterentwicklung netzbildender Regelungsverfahren für Generatoren mit dem Ziel der Minimierung von zusätzlichen Lasten
der Windkraftanlagenstruktur und der Vermeidung von Instabilitäten.

Im Rahmen des Projekts werden gekoppelte Schwingungsmodelle von einzelnen Windkraftanlagen und Netz basierend auf den Methoden
der experimentellen Modalanalyse (EMA) und Output-Only Modalanalysen (OMA) erstellt.

Veröffentlichungen

Control design for mechanical hardware-in-the-loop operation of dynamometers for testing full-scale drive trains

Boris Fischer, Christian Mehler, Martin Shan und Adam Zuga

Wind Energy 19, DOI :10.1002/we.1957, 2016

Systematic tuning of fixed-structure speed and active tower damping controllers using H∞-norm criteria in the frequency domain

Martin Shan, Boris Fischer und Peter Loepelmann

EWEA 2015, Scientific Proceedings, 2015

Participation of wind power plants in system frequency control: Review of grid code requirements and control methods

Francisco Diaz-Gonzalez, Melanie Hau, Andreas Sumper und Oriol Gomis-Bellmunt

Renewable and Sustainable Energy Reviews 34, 2014

Synchronous inertia control for wind turbines: Adaption of the virtual synchronous machine to wind turbines for providing distributed contributions to power system inertia

Daniel Duckwitz, Boris Fischer und Martin Shan

13th Wind Integration Workshop, 2014

Reducing rotor speed variations of floating wind turbines by compensation of non-minimum phase zeros

Boris Fischer

IET Renewable Power Generation 7,DOI: 10.1049/iet-rpg.2012.0263, 2013

Robuste Spannungsregelung von Windparks mit Q(U)-Kennlinie

Melanie Hau

at – Automatisierungstechnik 61, DOI: 10.1524/auto.2013.0032, 2013

Regelungsentwurf für Windenergieanlagen

Martin Shan, Boris Fischer und Philipp Brosche

at – Automatisierungstechnik 61, DOI: 10.1524/auto.2013.0028, 2013

Field Testing and Practical Aspects of Load Reducing Pitch Control Systems for a 5 MW Offshore Wind Turbine

Martin Shan, Jörn Jacobsen und Steffen Adelt

EWEA 2013, Scientific Proceedings, 2013

HiL-Simulation Platform for the Test of Wind Turbine Controllers

Martin Shan, Boris Fischer, Daniel Duckwitz, Philipp Brosche und Matthias Wecker

DEWEK 2012, Proceedings, 2012

Robust Multivariable Pitch Control Design for Load Reduction on Large Wind Turbines

Martin Geyler, Peter Caselitz

Journal of Solar Energy Engineering 130, 2008

Aktuelle Veranstaltungen

13. Österreichisches Windsymposium | 13.03.2018 | Wien | Besucher

Windmesse Symposium 2018 | 29.05.2018 | Hamburg | Besucher

Seminar Last- und Leistungsoptimierte Regelung von Windenergieanlagen | 05.06.2018 | Essen | Leiter / Referent

VDI - Schwingungen von Windenergieanlagen | 12.06.2018 | Bremen | Referent | Programm

Global Wind Summit 2018 | 25.09.2018 | Hamburg | Besucher

Windenergietage 2018 | 06.11.2018 | Linstow | Besucher

Ansprechpartner

Martin Shan

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Martin Shan

Abteilungsleiter Regelungstechnik

Fraunhofer IEE
Goethestraße 29
34119 Kassel

Telefon +49 561 7294-364

Philipp Brosche, M.Sc.

Contact Press / Media

Dipl.-Ing. Philipp Brosche, M.Sc.

Produktverantwortlicher WIND CONTROL

Fraunhofer IEE
Königstor 59
34119 Kassel

Telefon +49 561 7294-293

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