Der Einfluss von periodischen Wellenlasten auf die Leistungsqualität von schwimmenden Windkraftanlagen wird mittels nicht-linearer numerischer Simulation im Zeitbereich analysiert. Das Simulationsmodell basiert auf einem mathematischen Ansatz, welcher die Funktionalitäten der Finite Element Methode sowie der Mehr-Körper-Simulation vereinbart und hierbei aerodynamische Rotorblattlasten sowie hydrodynamische Wellenlasten implizit mitberücksichtigt. Um die welleninduzierte Leistungsschwankungen schwimmenden Offshore-Windkraftanlagen zu reduzieren, wird eine erweiterte Rotorblatt-Pitch-Regelungstrategie vorgestellt, welche es ermöglicht die Leistungsqualität signifikant zu verbessern. Es ist deutlich ersichtlich, dass die durch Schwimm- und Wellenbewegungen induzierten Leistungsschwankungen bei Verwendung der Reglervariante II im Vergleich zur Reglervariante A signifikant reduziert werden. Bei einer Nennleistung von 2 MW konnte die Standardabweichung in der Simulationsreihe II mit der optimierten Reglerrückführung um nahezu einen Faktor 10 reduziert werden. Die Leistungsqualität wird folglich durch die modifizierte Pitchstrategie erheblich verbessert. Eine weitere Auswertung der Simulationsergebnisse zeigte außerdem, dass die mitursächlichen Schwimm- und Schwankbewegungen der Offshore-WKA nur unwesentlich durch die Pitchregelung reduziert werden. Als wesentlicher Grund hierfür ist zu nennen, dass die aerodynamischen Rotorblattkräfte im Vergleich zu den generierten Trägheitskräften zu klein sind, als dass sie die Schwimm- und Schwankbewegungen durch die Pitchregelung kompensieren könnten.
The impact of wave loading on the generated power quality of floating wind turbines is analysed by non-linear numerical simulation in time domain. The mathematical formulation relies on an implicit non-linear dynamic Finite Element Method which is extended by Multi-Body-System/MBS functionalities, aerodynamics based on the Blade Element Momentum theory, controller functionalities and hydrodynamic loads. Offshore loads are formulated in terms of hydrostatic buoyancy and hydrodynamic wave loads which are approximated through Morison's equation. In order to reduce wave induced power oscillations of floating offshore wind turbines, there is presented an enhanced blade pitch strategy which improves substantially the power quality.
Erfahrungen zur dynamischen Simulation und Regelung schwimmender Offshore-Windkraftanlagen
Experiences in dynamic simulation and controller adaptations of floating offshore wind turbines
2013
10 Seiten, 6 Bilder, 8 Quellen
Conference paper
German
Simulation des dynamischen Verhaltens von Windkraftanlagen
Automotive engineering | 2003
|Kleine Windkraftanlagen : Technik, Erfahrungen, Meßergebnisse
TIBKAT | 1993
|DataCite | 1913
|Zur Hydroelastizität schwimmender Strukturen
TIBKAT | 1992
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