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Steuerung und Regelung von Windenergieanlagen (SRWEA)

Die Steuerung und Regelung nimmt eine zentrale Rolle in der Konzeption, dem Entwurf und dem Betrieb von Windenergieanlagen ein. Sie nimmt die Anpassung der Anlage an die äußeren Bedingungen vor (z.B. Windnachführung, Drehmomentenregelung des Triebstrangs, Pitchregelung, etc.). Ein gut ausgelegter und eingestellter Regler kann die Performanz der Anlage deutlich erhöhen und signifikant mechanische Lasten auf die WEA-Komponenten reduzieren. Im Umkehrschluss kann ein schlecht ausgelegter und eingestellter Regler die theoretisch hohe Performanz hochwertiger Anlagenkomponenten zunichte machen. Es gibt sozusagen keine "gute" Anlage ohne "guten" Regler. Das Modul Steuerung und Regelung von Windenergieanlagen (SRWEA) vermittelt die Grundlagen für die Modellierung, Analyse und Reglersynthese linearer Systeme mit Fokus auf die Anwendung für Windenergieanlagen.

Das Modul wird mit 6 LP bewertet und wird im Sommersemester angeboten.

Dozent

PD Dr.-Ing. habil. Adrian Hector Gambier, Lehrbeauftragter, Fraunhofer IWES Bremerhaven

Privatdozent Adrian Gambier verfügt über langjährige Erfahrungen in verschiedensten Bereichen der Regelungstechnik. Er ist seit 2011 als Senior Scientist beim Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik in Bremerhaven beschäftigt und dort für die Entwicklung und Implementierung von Steuerungs- und Regelungs-Modellen zur Gesamtanlagensimulation verantwortlich. 

Lernziele

Das Modul SRWEA vermittelt auf dem Gebiet der Regelungstechnik vielfältige Kompetenzen im Bereich der Steuerung und Regelung von Windenergieanlagen. Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls können die Studierenden

  • ein vereinfachtes dynamisches Modell einer Windenergieanlage erstellen,
  • die Modellteile einer Windenergieanlage mathematisch beschreiben,
  • die Systemeigenschaften einer Windenergieanlage auf Basis eines dynamischen Modells analysieren,
  • die regelungstechnische Problematik einer Windenergieanlage verstehen,
  • einen PID-Regler für die Pitchregelung entwerfen und
  • einen Regelalgorithmus für die digitale Implementierung vorbereiten.

Vorlesung

 Die Vorlesung des Moduls SRWEA besteht aus folgenden Themenkomplexen:

  • Einführung in die Regelungstechnik
  • Modellierung dynamischer Systeme: Aufstellen linearer Differentialgleichungen, Übertragungsfunktionen, Zustandsraumdarstellung, dynamische Modellierung einer Windenergieanlage
  • Analyse dynamischer Systeme: Analyse im Frequenz- und Zeitbereich, Wurzelortskurven, Stabilitätsanalyse, Steuer- und Beobachtbarkeit
  • Reglerentwurf: Regelungstechnische Problematik einer Windenergieanlage, PID-Regelung und Parametereinstellung, Kaskadenregelung, individuelle Pitch-Regelung, Echtzeitimplementierung

Übung

Vorlesungsbegleitend werden betreut Übungsaufgaben bearbeitet. Es finden außerdem regelmäßig CIP-Pool-Übungen am Rechner statt, in denen die gewonnenen Erkenntnisse in Form von Simulationen veranschaulicht werden.

Prüfung

Die Erfüllung der Lernziele wird in Form einer mündlichen Prüfung am Semesterende überprüft. Die mündliche Prüfung dauert ca. 20 Minuten.

Studierende müssen sich für die Teilnahme am Prüfungsverfahren rechtzeitig online beim Akademischen Prüfungsamt anmelden.