Windenergie, präzise berechnet

Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien steht im Fokus der Energiewende. Das stellt Energieversorger, Netzbetreiber und Anlagenhersteller vor große Herausforderungen. Vor allem der weiter steigende Anteil der Windenergie an der Stromerzeugung stellt hohe technische Anforderungen, um eine zuverlässige Energieversorgung zu garantieren. Das Steinbeis-Transferzentrum Energieeffiziente Leistungselektronik für elektrische Antriebe und Speicher an der Hochschule Aschaffenburg hat gemeinsam mit der Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH mathematische Verfahren entwickelt, die bei der Zertifizierung von Windenergieanlagen zum Einsatz kommen.

Aufbau einer Windenergieanlage mit Windturbine, Getriebe, Generator und dem Stromrichter sowie das Messsystem zur Vermessung und Analyse der Anlage. © Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH

Bei der Entwicklung von Windenergieanlagen haben die Hersteller viel Erfahrung in der Erprobung der Einzelkomponenten. Die Erprobung und Prüfung der Windenergieanlage als System allerdings wird zunehmend aufwendiger, da einerseits die Systemleistungen ständig steigen und zum anderen die technischen Richtlinien zur Zertifizierung immer detaillierter formuliert werden.

Um die Zertifizierung der elektrischen Eigenschaften von Windenergieanlagen in Feldversuchen oder in Systemprüfständen nach der Technischen Richtlinie TR3 der Fördergesellschaft Windenergie und andere Erneuerbare Energien (FGW e.V.) durchzuführen, ist ein präzises Messsystem mit einer leistungsstarken mathematischen Auswertung nötig. Die Experten um Prof. Dr.-Ing. Johannes Teigelkötter am Steinbeis- Transferzentrum in Aschaffenburg haben sich gemeinsam mit dem Projektpartner Hottinger Baldwin Messtechnik an die Entwicklung und Erprobung mathematischer Verfahren gemacht, um das Verhalten von Windenergieanlagen am Netzeinspeisepunkt zu beschreiben und zu beurteilen. Beide Partner verbindet eine schon längere, sehr erfolgreiche Zusammenarbeit: 2015 erhielten sie mit ihrem Transferprojekt zur Rohdatenanalyse und präzisen Effizienzmessung an elektrischen Antrieben den Transferpreis der Steinbeis-Stiftung – Löhn-Preis. Die aktuelle Projektzusammenarbeit entstand als Folgeprojekt.

Eine der zentralen Herausforderungen im neuen gemeinsamen Projekt liegt in der Berechnung der Wirk- und Blindleistung aus den gemessenen Zeitverläufen der Ströme und Spannung am Einspeisepunkt. Dazu hat das Projekt-Team ein mathematisches Verfahren optimiert, es kann nun hochdynamisch die symmetrischen Komponenten aus den gemessenen Spannungs- und Stromverläufen berechnen. Diese so ermittelten symmetrischen Komponenten sind notwendig, um die weiteren Leistungsgrößen der Windenergieanlage normenkonform zu berechnen.

Die grafische Darstellung zeigt den Aufbau einer Windenergieanlage mit Windturbine, Getriebe, Generator und Stromrichter zur Einspeisung in das elektrische Energienetz. Daneben ist das Messsystem zur präzisen Vermessung und Analyse der Anlage mit wichtigen Systemgrößen dargestellt. Auf diesem Messsystem der Hottinger Baldwin Messtechnik wurden die Algorithmen zur Erfassung der symmetrischen Komponenten und weitere Analysearten für Windenergieanlagen implementiert.

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