Für den Entwurf moderner Windenergieanlagen spielen die Stromgestehungskosten eine zentrale Rolle. Sie werden durch die Energieausbeute der Anlage und die mechanischen Betriebslasten mitbestimmt. Durch fortgeschrittene modellbasierte Regelungen für Windenergieanlagen der „nächsten Generation“ können diese nachweislich positiv beeinflusst werden. Dies setzt jedoch präzise Kenntnisse über den aktuellen Systemzustand der Windturbine voraus, welche über die „rein messbaren“ Informationen weit hinaus gehen. Hier kommen sogenannte Zustandsschätzer ins Spiel.
Ziel: Bereitstellung der "nicht messbaren" Größen für moderne modellprädiktive Regelungskonzepte (MPC)
Methode: Modellbasierter Entwurf und effiziente Implementierung nichtlinearer Schätzer, systematische Bewertung der Performance und Validierung von Zustandbeobachtern für Windenergieanlagen der nächsten Generation
Herausforderung: Windenergieanlagen sind komplexe, technische Systeme. Die erfolgreiche Integration und Anwendung modellbasierter nichtlinearer Schätzer erfordert umfangreiches Systemverständnis. Der erfolgreiche Entwurf basiert auf Expertise im Bereich nichtlinearer stochastischer Filteralgorithmen und deren effizienter Implementierung.
Vorgehensweise: Zu Beginn analysieren wir das Problem und formulieren Meilensteine. Bei der anschließenden Synthese bestimmen wir die notwendige Modellgranularität. Auf die physikalische Modellbildung folgt die Validierung durch numerische Simulation. Nach einer umfassenden Recherche, Bewertung und Auswahl von nichtlinearen Filteralgorithmen werden alle Komponenten in ein numerisches Werkzeug integriert. Zuletzt wird die Leistungsfähigkeit des neuen Entwicklungswerkzeugs anhand von gemeinsam mit dem Kunden definierten Szenarien und Bewertungskriterien evaluiert.
Kundennutzen: Jede hardwaretechnische Übertragung einer neuen Technologie auf die reale Anlage muss gut vorbereitet sein, um die Kosten bei der anforderungs- und standortgerechten Umsetzung zu minimieren. Insbesondere die optimale Planung von Feldversuchen sind im Fokus. Das von uns entwickelte Tool als Software-in-the-Loop in Kombination mit einem zertifizierten Simulationsprogramm erlaubt eine realitätsnahe Testung und Minimierung der Unsicherheiten. Das Tool stellt zugleich eine Umgebung bereit, um verschiedene Algorithmen und Architekturen zur Zustandsschätzung systematisch testen und bewerten zu können. Das bedeutet nicht nur umfangreiche Studien zu einzelnen Parametern sondern auch zum strukturellen Aufbau des Schätzers vor der eigentlichen Implementierung. Damit kann unser Kunde bereits während der Entwicklung die wichtigen Herausforderungen gezielt ausmachen und geschickt umgehen. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die leichte Übertragbarkeit des Entwurfsprozesses auf Folgeentwicklungen.