A. ALLGEMEINE BESCHREIBUNG

Die Windtec 1500 ist eine Dreiblattanlage mit horizontaler Achse. Sie verfügt über eine variable Rotordrehzahl und kann somit im Teillastbereich d.h. 11 bis 12 m/s mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden. Bei einer Windgeschwindigkeit von 11 bzw. 12 m/s erreicht die Anlage die Nennleistung von 1500 kW. Die Kombination aus elektrischer Drehmomentregelung und Rotorblattverstellung erlaubt einen Betrieb der Anlage bei einer Windgeschwindigkeit von 11 m/s bis zu 27 m/s ( 1566 - 12 - 27 m/s; 1570 - 11 - 20 m/s ) mit konstanter Abgabeleistung.

Die beigelegte Darstellung zeigt eine schematische Ansicht der Anlage inklusive Bezeichnung der in Folge beschriebenen Komponenten.

Die wesentlichen Vorzüge der Windtec 1500 Windkraftanlage sind:

• Neue drehzahlvariable Leistungselektrik mit hohem Wirkungsgrad, Leistungs faktorregelung und ohne Flicker- und Oberw~ellenbelastung für das Netz.
• Wesentlich verbesserte Wirtschaftlichkeit gegenüber dem Stand der Technik
• Rotorblatt mit integriertem Blitzschutz und lärmoptimierten Blattspitzen

Abb. 1: Schematische Ansicht derAnlage inklusive Bezeichnung
der in Folge beschriebenen Komponenten.

Rotorblatt

Der Rotor hat einen Durchmesser von 66 m und 70 m mit einer Rotorblattlänge von jeweils 32 m und 34 m. Durch Verwendung von Wortmannprofilen wird ein äußerst hoher Wirkungsgrad erreicht. Das Rotorblatt ist aus Glasfaser/Epoxidharz und besteht aus einer mehrzelligen Holm/Schalenstruktur. Die einzelnen Rotorblätter haben ein integriertes Blitzschutzsystem, bestehend aus einer Metallspitze, einem Erdungskabel entlang des Rotorblatt-Holmes, und einem Erdungskabel in das Maschinenhaus.

Rotornabe

Die Rotornabe ist eine GuRkonstruktion, die an der Rotorwelle mittels Scrauben verbindung befestigt wird. An der Rotornabe werden auch die Rotorblattlager und die für jedes Rotorblatt separaten Verstell-Antriebseinheiten befestigt. Damit werden die Rotorblätter mittels elektronischer Regelung synchron verstellt.

Rotorblattverstellung, Bremseinrichtung

Die Rotorblattverstellung dient als Bremssystem und zur Drehzahlregelung der Anlage im Nennlastbereich. Sie besteht aus drei Getriebemotor-Einheiten, wodurch jedes Rotorblatt einzeln verstellt werden kann, bzw., im Fall eines Fehlers an einer Antriebseinheit die beiden anderen die Anlage sicher zum Stillstand bringen können. Die Stromversorgung der Rotorblatt-Verstellantriebe ist redundant ausgeführt, wodurch jedes Rotorblatt quasi ein autarkes aerodynamisches Bremssystem darstellt.

Mittels elektronischer Steuerung werden die einzelnen Antriebseinheiten miteinander synchronisiert, wodurch eine gleichmäßige Anstellung der Rotorblätter gegeben ist. Eine Scheibenbremse auf der Abtriebswelle des Getriebes dient als Notbremse und zur Arretierung des Rotors bei Montage und Wartung.

Getriebe

Mittels eines mehrstufigen Getriebes werden die Lasten in das Chassis eingeleitet, bzw. die Rotordrehzahl auf Generatordrehzahl erhöht. Das Getriebe besteht aus zwei Planetenstufen und einer schnellaufenden, schrägverzahnten Stirnrad Getriebestufe. Die Rotorwelle ist im Getriebe integriert, d.h., die Rotornabe wird direkt an der Antriebswelle des Getriebes befestigt. Ein Ölaggregat sorgt für die notwendige Schmierung und Kühlung des Getriebes.

Leistungselektrik

Zum drehzahlvariablen Betrieb der Anlage verfügen die Windtec 1500 über eine Doppeltgespeiste Drehstrommaschine. Diese besteht aus einem Asynchron generator und einem IGBT-Umrichter, der den Rotorkreis des Generators mit variabler Frequenz und Spannung erregt.

Durch den Einsatz einer Doppeltgespeisten Drehstrommaschine ergeben sich gegenüber anderen Möglichkeiten zur Verwirklichung der variablen Drehzahl folgende wesentliche technische Vorteile:

• hoher elektrischer Wirkungsgrad
• Reduktion der Oberwellenbelastung auf ein kaum meßbares Minimum.

Die Abgabeleistung und der Blindleistungsfaktor (cos ) können über den gesamten Leistungsbereich stufenlos, entsprechend externer Sollwertvorgabe, oder mit einstellbarem Fixwert geregelt werden.

Sowohl Generator als auch Umrichter sind mit mehreren Temperatursensoren zur Temperaturüberwachung sowie Heizelementen zur Vermeidung von Kondenswasserbildung ausgerüstet.

Chassis, Abdeckung

Das Chassis bildet das Kernelement des Maschinenhauses, auf welchem Getriebe, Generator und Windrichtungs-Nachführung befestigt sind. Das Chassis ist eine Schweißkonstruktion . Zum Schutz der Maschinenkomponenten gegen Witterungseinflüsse und zur Reduktion der Geräuschabstrahlung ist das Maschinenhaus mit einem Gehäuse aus GFK mit Metalleinlagen als Blitzschutz abgedeckt.

Windrichtungs-Nachführung

Das Maschinenhaus sitzt auf einem Gleitlager mit einfach nachzustellenden Gleitelementen. Der Antrieb erfolgt, basierend auf den Signalen der Windrichtungs erfassung, mit vier gesteuerten Getriebemotoren.

Steuerung

Die Anlagensteuerung besteht aus drei Prozeßrechnern mit angehängten Ein-/ Ausgabe Einheiten, welche über eine serielle Schnittstelle miteinander kommunizieren. Die Einheiten sind in der Nabe, im Maschinenhaus und im Mastfuß positioniert und übernehmen dort dezentral die anfallenden Regelungs- und Steuerungsaufgaben. Der im Mastfuß installierte Prozeßrechner verfügt weiters über serielle Schnittstellen zur Kommunikation mit dem Umrichter und einem Anlagen-Fernüberwachungssystem.

Turm

Die Windtec 1500 haben einen rohrförmigen Turm, der mit den Standardlängen von 63 und 80 m angeboten wird. Entsprechend der gegebenen Transportmöglichkeiten wird der Turm entweder als Stahlrohrmast oder in Gleitbeton-Bauweise geliefert. In Kombination mit dem modularen Aufbau des Maschinenhauses kann die komplette Anlage bei Einsatz eines Gleitbetonturmes ohne großen mobilen Kran errichtet werden.

Im Inneren des Turms befinden sich eine Aufstiegsleiter inkl. Aufstiegssicherung, Ruheplattformen, Kabeltrassen, im Mastfuß befindet sich der Umrichter und ein Teil der Anlagensteuerung sowie ein Anlagen-, Leistungs- und Trennschalter.

Sicherheitseinrichtungen

Die Windtec 1500 verfügen über elektrische und mechanische Sicherheits einrichtungen, welche die Anlage in jeder Betriebs- und Notfallssituation in einen sicheren Zustand bringen können. Die Sicherheitseinrichtungen entsprechen den Vorschriften der Institution "Germanischer Lloyd".

B. TECHNISCHE DATEN

Anlage

Rotor

Rotorblatt

Rotorblatt-Verstellantrieb

Triebstrang

Bremssystem

Windrichtungs-Nachführung

Steuerungssystem

Leistungselektrik

Typenbezeichnung   Type des Generators Type des Umrichters Nennleistung, kVA Nennspannung, V Leistungsfaktor (cos ) Oberwellen Methode der Drehmomentregelung

Windtec 1570   Windtec 1566       Doppelgespeiste Drehstrommaschine IGBT, 4-Quadrant 1670 690 Standard 1,0 stufenlos regelbar verschwindend klein Feldvektor-Regelung

Turm

Leistungskurve 1500

Basis: Luftdichte ... 1.225 kg/m3

Jahresenergieertrag

Basis: Rayleigh; Luftdichte ... 1.225 kg/m3; Vefügbarkeit...100%

C. ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN

Leistungsfaktor	P/P bei > 0,9	¼ Pa	½ Pa	¾ Pa	Pn	Pmax
	immer	0,95 kap	0,95 kap	0,95 kap	0,95 kap	0,95 kap

Leistungsspitze	momentan	1-min.	10-min.	Leistungskurvenmax.
P/Pn	1,1	1,00	1,00	1,1

Windtec Windkraftanlagen verfügen über eine stufenlose Blindstromregelung, d.h., bei jeder Leistung kann cos =1 betragen.

Bei Bedarf kann die Blindleistung auch bis cos = 0,95 kapazitiv erhöht werden. Eine Verringerung der Blindleistung auf cos =0,90 induktiv ist ebenfalls möglich. Mit dieser stufenlosen Blindleistungsregelung ist es moglich, bei Bedarf die Spannung im Netz zu regeln.

D. TECHNISCHE ANGABEN ZUR NETZANBINDUNG

Allgemein

Die Windkraftanlage Windtec 1500 ist mit einer Doppeltgespeisten Drehstrommaschine (DDM) ausgeführt. Der Stator der DDM ist direkt an das Drehstromnetz angeschlossen. Der Rotor wird von einem IGBT - Umrichter mit Spannungszwischenkreis gesteuert (siehe Figur 1).

Diese DDM hat das Regelungsverhalten ähnlich einer Synchronmaschine. Zwei unabhängige Gröl3en sind beim rotorseitigen Umrichter einstellbar: Das Moment und die Erregung. Dabei bestimmt die Erregung die produzierte Blindleistung am Stator.

Im normalen Betrieb wird der cos konstant gehalten. Das Moment wird abhängig von der Drehzahl geregelt. Siehe Figur 2 für die Drehzahl - Drehmoment Kurve. Ab 20 bzw. 21 Upm fährt der Generator mit konstantem Moment. Das ergibt eine konstante mechanische Belastung für die gesamte Anlage. Windböen werden nicht an das Netz weitergegeben. Die Beschleunigung der Maschine über ein definiertes Limit wird von der Rotorblattverstellung verhindert.

Doppeltgespeiste Drehstrommaschine (DDM)

Figur 1: Übersichtsschema Leistungsteil

Leistungsfaktor ( cos )

Der Leistungsfaktor ist bis maximal 0,95 kapazitiv bei Nennspannung frei einstellbar.

Flicker

Die Windkraftanlage Windtec 1500 ist so geregelt, daß keine abrupte Laständerungen innerhalb von einer Sekunde auftreten. Deshalb entsteht, gemäß dem Bericht der VEÖ, eine vernachlässigbare Flickerbelastung ("Empfehlung für die Beurteilung von Netzrückwirkungen", 1. Ausgabe 1995, VEÖ. Zitat Seite 4.4: "Rampenförmige Spannungsänderungsverläufe mit einer Anstiegs- oder Abfallzeit > 1 s werden nicht gezählt.").

Oberschwingungen

Der IGBT Umrichter hat eine konstante Schaltfrequenz von 2000 Hz. Deshalb tritt im Spektrum die 40. Oberschwingung auf. Durch die hohe Schalffrequenz ist der Filteraufwand gering und der Oberschwingungsanteil minimal. (THD ca. 1%).

Schaltvorgänge

Ein Schaltvorgang tritt nur beim Aufladen des DC-Busses auf. Die Kondensatoren des DC-Busses werden über einen Widerstand geladen. Der dabei auftretende Strom beträgt max. 3% des Nennstromes.

Netzzuschaltung

Die DDM wird stoßfrei mit dem Netz synchronisiert. Nach der Synchronisation wird das Moment und damit die Leistung langsam aufgeregelt.

Kurzschlußleistung

Kurzschlußleistung Trafo: 1700 kVA / uk 10% = 17 MVA
Kurzschlußleistung Leistungsschalter: 2000 A * 2 * * 690 V = 4,8 MVA