RT22 | Entwurf und Realisierung eines PMSG-basierten Windkraftanlagensystems unter Verwendung des digitalen Reglers OPAL-RT

Im Bereich der Windenergieerzeugung hat das auf PMSG basierende, netzunabhängige Windenergieumwandlungssystem mit variabler Drehzahl (VSWECS) in den letzten Jahren großes Interesse geweckt. Aufgrund seiner enormen Vorteile, wie beispielsweise der getriebelosen Bauweise, des Verzichts auf eine externe Feldversorgung des Rotors, der hohen Leistungsdichte, der Geräuscharmut, des hohen Wirkungsgrads und der einfachen Wartung, wird der PMSG in VSWECS-Systemen in großem Umfang eingesetzt. In diesem Beitrag werden der Entwurf und die Entwicklung eines PMSG-basierten VSWECS vorgestellt, das einen Diodenbrücken-Gleichrichter in Verbindung mit einem DC-DC-Boost-Wandler verwendet. Es wurde ein auf einem Gleichstrommotor basierender Windkraftanlagen-Emulator (WTE) entwickelt, um die Eigenschaften einer Windkraftanlage im Feldbetrieb nachzubilden. Der Laboraufbau besteht aus einem WTE, der als eigenständiges System an einen dreiphasigen Permanentmagnet-Synchrongenerator (PMSG) gekoppelt ist. Der WTE und der Aufwärtswandler für das VSWECS wurden unter Verwendung des digitalen Echtzeit-Controllers OPAL-RT entworfen und implementiert. Das transiente und stationäre Verhalten des entworfenen WTE wird ausführlich beschrieben. Zudem wird das herkömmliche „Perturb and Observe“ (P&O)-Verfahren zur Nachführung des maximalen Leistungspunkts (MPPT) angewendet, um die maximale Leistung für das entwickelte System zu erzielen. Die Wirksamkeit dieses RT-LAB-basierten WTE und der MPPT-Regelung wird durch Simulations- und Versuchsergebnisse unter verschiedenen Windgeschwindigkeits- und Laständerungsbedingungen verifiziert. Es wird eine deutliche Leistungsverbesserung sowohl im stationären als auch im transienten Betrieb mit einer besseren Nachführleistung erzielt. SCHLÜSSELWÖRTER: Gleichstrommotor, Maximum-Power-Point-Tracking (MPPT), Permanentmagnet-Synchrongenerator (PMSG), „Perturb and Observe“ (P&O), Windenergieumwandlungssystem mit variabler Drehzahl (VSWECS), Windkraftanlage (WT), Windkraftanlagen-Emulator (WTE).