Polradwinkelgesteuerter Drehstromgenerator mit gleichstromerregter rotorseitiger Drehstromwicklung und leistungsverzweigtem Getriebe für drehzahlvariable Windenergiewandler

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wilfried Hofmann
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 39154429

Für Windkraftanlagen der MW-Klasse ist zur optimalen Anpassung an die Eigenschaften der Strömungscharakteristika von Windturbinen die Drehzahlvariabilität unverzichtbar. Eine insbesondere für off-shore Anwendungen robuste Möglichkeit bietet der Einsatz eines leistungsverzweigenden Getriebes mit hydrodynamischem Drehmomentwandler zur Drehzahlanpassung an einen drehzahlstarren Drehstromgenerator. Bisherige Lösungsvorschläge mit elektrisch erregten Synchrongenerator weisen wegen fehlender Eingriffsmöglichkeit teilweise kritisches Betriebsverhalten bei Laständerungen und fluktuierenden Energieeintrags auf. Vorgeschlagen wird deshalb eine Asynchronschleifringläufermaschine, auf deren Rotorseite ein Gleichstrom eingespeist wird, dessen Durchflutungszeiger in Betrag und Phase bzgl. des Netzspannungsraumzeigers variabel einstellbar sind. Somit lässt sich aufgrund des Erregerstrombedarfs der Stromrichteraufwand sehr gering halten, da die Leistungseinspeisung ins Netz direkt erfolgen soll, und die Wirk- und Blindleistung entkoppelt steuern. Für den neuartigen Generator sind für zwei Steuerkonfigurationen als Polradwinkel-Dämpfer-/Erregerströmen gesteuerter (PDE) und als Frequenz-Spannungsgeregelter (FU) Generator mit unterlagerter Wirk- und Blindstromkomponente das Betriebsverhalten, die Stabilität sowie das Verhalten bei plötzlichen Netzspannungseinbruch zu untersuchen und mit bisherigen Lösungen zu vergleichen. Die Arbeiten sollen durch Simulationen und experimentelle Erprobung an einem 30 kW- Versuchsstand bestätigt werden und für einen 2.5 MW WEA-Prototyps in der Simulation nachgerechnet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen