abzunehmende Leistung von einem Windgenerator

[bernhard8]

Ich hätte gerne eure Kommentare zu meinen Gedanken zum Thema gehört. Mein Ziel ist es ja eine Regelung zu finden die jeweils die optimale Leistung aus dem Generator entnimmt. Mein Ansatz besteht daher folgendersmassen:

Ich kenne die aktuelle Drehzahl. Die vorhandene Leistung am Rotor sollte über eine Konstante mit der Drehzahl zum Quadrat zusammenhängen. Die Konstante kenne ich nicht, kann man aber durch Probieren bzw. Definition von Eckparametern (maximale Drezahl / maximale Leistung) je nach Rotorgrösse abschätzen.

Daraus bastle ich dann eine Kurve und entnehme nach dieser dann genau die errechnete Leistung. Ich habe das ganze im beiliegenden File durchgeführt. Derzeit versuche ich nach diesem Modell zu arbeiten. Das Ergebnis schaut nicht schlecht aus. Wenn der Wind nicht böig ist dann sieht läuft das ganze auch recht ruhig.

Die Kurve wird bei mir durch die drei Parameter MINRPM, MAXRPM und MAXPOWER festgelegt. Die kann ich mittlerweile schon ganz gut abschätzen.

Ich hab mir das ganze nur selbst überlegt, deswegen die Frage ob ich hier halbwegs richtig liege bzw. wie wird das üblicherweise gemacht?

[miniwindi]

Hallo Bernhard,
ein wenig Erläuterung tut vielleicht noch not?
Wie kommt es zu den Werten 99, 89100? Was sind das für Einheiten?
Viele Grüße Herbert

[bernhard8]

Ich habe das ganze mit Mathematica durchgerechnet.

Als erstes wird die Formel für die Leistung P in Abhängigkeit der Drehzahl definiert.

Dann definiere ich 2 Fixpunkte:
bei P[MINRPM] soll die Formel 0 Watt ergeben
bei P[MAXRPM] soll die Formel MAXPOWER in Watt ergeben

Das ganze liefert ein Ergebnis für die Konstanten k (Steilheit) und d (Offset).

Jetzt habe ich eine Formel für die Leistung in Abhängigkeit von der Drehzahl: P[n] gefunden. Dabei lasse ich die Variable MAXPOWER noch veränderlich. Ich kann sie im Betrieb verändern und so die Kurve nach unten und oben ziehen. Ich betrachte das als Anpassungsparameter und möchte dadurch manuell feststellen wo ich die meiste Leistung rausbekomme bzw. kann bei Sturm manuell mehr Leistung fordern damit nichts passiert.

Für meinen Fall ergibts sich also für d=-MAXPOWER/99 und für k=MAXPOWER/89100 . Das kommt halt darauf an was man für MINRPM, MAXRPM und MAXPOWER annimmt.

In der Software habe ich dann noch einen Therm ergänzt der ab MAXRPM die Leistung noch drastischer erhöht damit kaum Überdrehzahlen passieren können.

Habe das Notebook noch ein bissl dokumentiert und die wirkliche Regelungskurve RAEALP[n] ergänzt.

[Bernd]

Hmmm wie soll das funktionieren wo doch die Drehzahl die du am Windrad selber bestimmen willst,
nicht nur von der Windgeschwindigkeitsondern maßgeblich auch von der Leistungsentnahme bestimmt wird ?
Mit anderen Worten, die Drehzahl die deiner Belastungsrechnung zu Grunde liegt, ist ja selber ein Produkt
der Regelung, deine Drehzahl ist also kein unabhängiger Messwert sondern ein Produkt der jeweiligen Belastung
und muss keineswegs das Optimun darstellen.

Wenn du etwas drehzahlabhängig regeln/belasten willst, dann musst du die Drehzahl nicht am gergelten Windrad
ermitteln, sondern an einem unbelastet mitlaufenden Anemometer. So eine Regelung muss sich also
auf die Windgechwindigkeit beziehen und nicht auf eine Momentandrehzahl des Windrades selbst.
Eine andere Möglichkeit ohne Anemometer auszukommen wäre eine MPPT Regelung.

Grüsse

Bernd

[bernhard8]

Hallo Bernd,

die Windgeschwindigkeit zu verwenden wäre wohl theoretisch richtig. Allerdings ist hier die Messung ziemlich problembehaftet. Das Anemomenter reagiert träge, jedenfalls mit einem anderen Zeitverhalten als der Repeller. Speziell bei Böen passen die 2 Parameter Windgeschwindigkeit/Drehzahl nicht gut zusammen weil sie sich tw. unabhängig voneinander ändern.

Mir wurde von einer grösseren Anlage (10kW) berichtet dass dort die Regelung auch auf der Rotordrehzahl beruht (aus oben genanntem Grund).

Im Endeffekt will ich ja eine MPPT Regelung erreichen, wie ich wirklich dorthin komme ist mir noch nicht ganz klar. Ich kann aber berichten dass mein Ansatz bisher recht gut funktioniert.

Für Verbesserungsvorschläge wäre ich natürlich recht dankbar!

[miniwindi]

Wie wäre es denn, anstelle eines normalen Anemometers einfach einen "Mini" -Horizontalen zu nehmen mit einem Motor aus einer Festplatte, CD, DVD oder ähnlich, den man nur unbelastet laufen läst und die Drehzahl mißt?
Viele Grüße Herbert

[Bernd]

MPPT bedeutet doch aber das die tatsächliche Drehzahl völlig egal ist und nur die Drehzahlveränderung
nach einer Veränderung der Belastung relevant ist, oder ? Also Windrad wird trotz Erhöhung der Last noch
schneller = noch mehr Last. Umgekehrt gilt: Windrad wird bei Erhöhung der Last langsamer = weniger
Last. Windrad wird trotz Reduzierung der Last immer noch langsamer = noch weniger Last.... und so weiter.

Würde man einfach einer Drehzahl eine bestimmte Belastung durch den Generator zuordnen, dann müsste
man diese optimale Lastkennlinie ganz genau kennen und anpassen denn sonst ergäben sich sicher unschöne Reaktionen
wie das Verhindern einer zügigen Beschleunigung des Repellers oder ein unkontrolliertes Überdrehen.
Die Idee an sich finde ich gut weil sie unbedarft betrachtet einfacher realisierbar klingt, zumindest einfacher als eine
MPPT Regelung.

Die Schnelligkeit mit der ein Anemometer beschleunigt sehe ich nicht als Nachteil an, im Gegenteil, so weiss man
möglichst exakt wie hoch die aktuelle Windgeschwindigkeit ist. Ein Anemometer sollte möglichst trägheitslos die
Windgeschwindigkeit bestimmen können. Dieser Messwert kann dann die Grundlage einer Steuerung sein.
Schlechter wäre es wenn der Messwert der tatsächlichen Windgeschwindigkeit hinterher hinkt oder voraus eilt.
Die Ultraschallanemeometer auf kommerziellen Windrädern haben sogar überhaupt keine Trägheit, das Windrad
selber aber ganz sicher eine enorme Trägheit.

Je länger ich drüber nachdenke umso besser gefällt mir die Idee das Windrad rein anhand der Drehzahl zu belasten.
Mal sehen was draus wird.

Grüsse

Bernd