Regelung von drehzahlvariablen Windenergieanlagen

Am Anfang der technischen Entwicklung moderner Windkraftanlagen dominierte das sogenannte dänische Konzept. Dabei wurde die Rotordrehzahl durch einen direkt an das Netz gekoppelten Käfigläufer-Asynchrongenerator weitgehend konstant gehalten und die Leistungsaufnahme aus dem Wind passiv durch aerodynamische Effekte begrenzt. Da weder das Antriebsmoment noch das Lastmoment der Anlagen aktiv beeinflußt werden konnte, spielte Regelungstechnik in diesen Windkraftanlagen der ersten Generation keine besondere Rolle. Im Laufe der letzten 30 Jahre hat sich dies aber entscheidend geändert: Mehr und mehr kamen drehzahlvariable Anlagen auf den Markt, die über die Blattwinkelverstellung eine Beeinflussung des aerodynamischen Rotormomentes und über ein Frequenzumrichtersystem eine drehzahlunabhängige Beeinflussung des Generatormomentes erlaubten. Diese Stellglieder ermöglichten damit die windabhängige Nachführung der Rotordrehzahl, um im Teillastbereich einen optimalen Wirkungsgrad und im Volllastbereich eine präzise Leistungsbegrenzung zu erreichen. Durch die Drehzahlvariabilität konnten außerdem die Triebstranglasten und die elektrische Leistung bei turbulenten Windverhältnissen gut geglättet werden. Allein in Deutschland beträgt die installierte Leistung von Windkraftanlagen zur Zeit schon mehr als 20 Gigawatt und die größten Anlagen erreichen eine Leistung von 5 MW, eine Nabenhöhe von 130 m und einen Rotordurchmesser von 140 m. Im vorliegenden Übersichtsbeitrag wird die technische Entwicklung bis zu den aktuellen Serienanlagen unter regelungstechnischen Aspekten beschrieben. Dabei werden Regelungsalgorithmen für drehzahlvariable Anlagen mit kollektiver Blattvertellung vorgestellt, die besonders die Wechsellasten im Triebstrang einer Windkraftanlage reduzieren. Ein weiterer Beitrag befasst sich darüber hinaus mit aktuellen Forschungsergebnissen zu regelungstechnischen Möglichkeiten der Lastreduktion bei individueller Verstellbarkeit der einzeln Blätter.