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Analyse und aktive Dämpfung von durch Netzeinbruch verursachten Schwingungen am Antriebsstrang einer Windenergieanlage (WEA) mit DFIG

 
: Xu, H.; Chen, L.; Jersch, T.; Zuga, A.; Wenske, J.

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Postprint urn:nbn:de:0011-n-3235021 (348 KByte PDF)
MD5 Fingerprint: 26fb5312e423cb5e30a9fee0f26ef1bd
Erstellt am: 23.1.2015


Verein Deutscher Ingenieure -VDI-, Fachgruppe Schwingungstechnik:
5. VDI-Fachtagung Schwingungen von Windenergieanlagen 2014 : Mit Fachausstellung, Bremen, 11. und 12. Februar 2014
Düsseldorf: VDI-Verlag, 2014 (VDI-Berichte 2220)
ISBN: 978-3-18-092220-1
S.49-64
Fachtagung Schwingungen von Windenergieanlagen <5, 2014, Bremen>
Deutsch
Konferenzbeitrag, Elektronische Publikation
Fraunhofer IWES ()

Abstract
Windenergieanlagen (WEA) mit doppeltgespeisten Asynchrongeneratoren (DFIG) dominieren den Windenergiemarkt seit Jahren. Anlagen mit diesem Generatorkonzept weisen jedoch einen großen Nachteil auf: die sensible Reaktion auf Netzstörungen. Durch diese werden Schwingungen im Antriebsstrang induziert, die wiederum zu einer massiven Belastung der mechanischen Komponenten führen. Durch die Kopplung mit einem elastischen Rotor verschieben sich zudem die Eigenfrequenzen und zusätzliche Schwingungen werden angeregt. Dieser Effekt tritt verstärkt durch den Einsatz von immer längeren und elastischeren Rotor-blättern auf.
Der vorliegende Beitrag untersucht anhand von Simulationen die Schwingung im Antriebs-strang einer 5MW WEA mit DFIG. Hierbei werden zwei dominante Schwingungsfrequenzen erfasst, welche aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung der elastischen Blätter und des Antriebsstrangs angeregt werden. Basierend auf diesen Schwingungsfrequenzen und den physikalischen Parametern der WEA wird ein Ersatzmodell abgeleitet und ein aktives Dämpfungsverfahren durch Momentenregelung des Generators entwickelt. Die aktive Dämpfung ist mit dem LQG (Linear-Quadratic-Gaussian)-Verfahren entworfen und besteht aus einem LQR (Linear-Quadratic-Regulator)-Regler sowie einem diskreten Kalman Filter zur Zustandsschätzung. Mit diesem Regelungskonzept werden Schwingungen im Antriebsstrang, in dem hier betrachteten Fall als Folge von Netzfehlern, deutlich gedämpft.

 

Wind turbines with doubly fed induction generators (DFIG) are most popular in the wind branch since years. However, this kind of turbines exhibits a high sensibility to grid faults. Furthermore, oscillations will be induced and transferred to the drive train because of grid faults, which results in large loads to the mechanical components. Due to the coupling with the elastic rotor blades the oscillation frequencies will be changed and extra vibrations will be induced. This feature will be more strengthened with the application of longer and more elas-tic rotor blades. This paper studies the vibrations in the drive train of 5MW DFIG turbine through simulations. Two dominate frequencies of the torsional vibration can be extracted, which is the result of the interaction of flexible rotor b lades and the drive train. According to the frequencies and physical parameters the equivalent model of the drive train can be derived, with which the model-based active vibration damping can be developed. The active damper is designed with the LQG algorithm, which consists of a LQR controller and discrete Kalman Filter. With this concept the oscillations in the drive train, which in our case mainly induced by the grid fault, can be effectively suppressed by the generator control.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-323502.html