Ziel der Entwicklung
Die Größe von neu entwickelten Windkraftanlagen (WKA) nimmt stetig zu. Diese Entwicklung ist gepaart mit dem zunehmenden Einsatz von Leichtbau-Methoden. Eine Folge davon ist, dass aktuelle WKA deutlich stärker zu Instabilitäten im Betrieb neigen als ältere. Diese Eigenschaften müssen unbedingt im Entwicklungs- und Auslegungsprozess von WKA mit dazu geeigneten Entwurfswerkzeugen berücksichtigt werden.
Die Projektidee bestand darin, Werkzeuge zur Analyse der Stabilität von Windkraftanlagen als Add-On zur WKA-Simulationssoftware alaska/Wind zu entwickeln. Die neu zu entwickelnden Softwarekomponenten dienen der Generierung erforderlicher Anfangszustände entsprechender WKA-Simulationsmodelle, der eigentlichen Analyse mit geeigneten Verfahren sowie der Aufbereitung der Resultate in einer anwendergerechten Form. Grundlage der Stabilitätsanalyse sind Ergebnisse linearer Analysen, d.h. das Eigenschwingungs- und Dämpfungsverhalten, in ausgewählten Betriebszuständen.
Vorteile und Lösungen
Im Vergleich zu Konkurrenzprodukten zeichnet sich die Stabilitätsanalyse-Erweiterung für die Simulationssoftware alaska/Wind vor allem dadurch aus, dass der WKA-Entwickler mit nur einem einzigen Simulationsmodell arbeiten kann, das er für Designstudien, Belastungsanalysen, den Entwurf von Reglern und Steuerungen usw. und eben auch für Stabilitätsanalysen verwendet. Der Einsatz eines einheitlichen, validierten Simulationsmodells ist ein wesentlicher Aspekt bei der effizienten Durchführung unterschiedlichster Aufgaben im CAE-Umfeld, da erforderliche Aufwendungen für die Modellvalidierung auf ein einziges Anlagenmodell beschränkt sind und Aufwendungen für den Modelltransfer hin zu anderen Entwurfswerkzeugen entfallen. Bei der Verwendung des Simulationsmodells in der der Software alaska/Wind zu Grunde liegenden General-Purpose-Simulationsumgebung alaska/ModellerStudio steht dem WKA-Entwickler deren komplette Modellierungs-, Berechnungs- und Analyse-Funktionalität zur Verfügung.
Zielgruppe und Zielmarkt
Mit der weiteren Zunahme der Größe von Windkraftanlagen und der damit im Zusammenhang stehenden verstärkten Nutzung von Leichtbaumethoden wird die Berücksichtigung der dynamischen Stabilität der aeroelastischen Wechselwirkungen bereits im Entwurfs- und Auslegungsprozess immer bedeutsamer. Daraus lässt sich ein wachsender Bedarf an entsprechender Simulations- und Analyse-Software ableiten.
Die für die Stabilitätsuntersuchungen entwickelten Methoden, beispielsweise zur Generierung periodischer oder stationärer Systemzustände und zur Auswertung und Darstellung des dynamischen Verhaltens der untersuchten Simulationsmodelle mit Bezug auf eine ausgewählte Modellgröße, z. B. die WKA-Rotordrehzahl oder die vorherrschende mittlere Windgeschwindigkeit, lassen sich in einer Reihe anderer Analyse- und Auswerteverfahren verwenden.