KI schaltet die Windenergie auf Turbo

Sie haben gemeinsam an intelligenten Modellen zur selbstoptimierenden Lastreduktion bei Windenergieanlagen geforscht. Was ist der Hintergrund dazu?

Prof. Dr. János Zierath: Mit steigender Nennleistung und damit zunehmenden Rotordurchmessern und Nabenhöhen moderner WEA steigen auch die Anforderungen an die nachhaltige strukturelle Integrität des Aufbaus. Mit geeigneten Regelungsstrategien versucht man deshalb, durch elektronische Stelleingriffe eine Reduktion der Lastamplituden in Rotor und Turm und damit gegebenenfalls auch Materialeinsparungen zu ermöglichen.

Klassische Regelungsstrategien stoßen dabei jedoch an Grenzen. Deshalb hat man sich bereits in der Vergangenheit mit den Möglichkeiten einer modellprädiktiven Regelung (MPC) auseinandergesetzt. Diese eignet sich gut für Anwendungen an einer Windturbine, da sie mehrere, auch widersprüchliche Regelungsziele und -beschränkungen in einem Optimierungsproblem zusammenfassen kann.

Wir haben die MPC nun erweitert, indem wir ein Regressionsmodell basierend auf maschinellem Lernen integriert haben. Mit dieser Verbesserung passt der Regler nun proaktiv die Blattanstellwinkel und das Drehmoment des Generators an, um die Lastwechsel an der WEA zu minimieren und so das Risiko von Langzeitverschleiß und Schäden zu verringern.

Wie gestaltete sich der Entwicklungsprozess?

Andreas Klein: Die von uns verwendeten Algorithmen stammen aus dem IntelliWind-Forschungsprojekt. Wir verwendeten MATLAB®, um das datenbasierte Modell zu trainieren, das die dynamischen Zustände des internen MPC-Prädiktionsmodells auf die Änderung der auf den Rotor wirkenden Schubkraft abbildet. Mit Simulink® und der Model Predictive Control Toolbox™ von MATLAB® haben wir schließlich den Regler ausgelegt und umfassend simulativ erprobt. Den in Simulink® erzeugten Code konnten wir im Anschluss mit M-Target for Simulink® auf eine MH230-Steuerung von Bachmann electronic portieren, um ihn anschließend an einer von W2E Wind to Energy entwickelten 3-MW-Windenergieanlage in der Realität zu verifizieren. Das war ein wichtiger Schritt zur Validierung mit Blick auf eine Serienreife dieses neuartigen Reglerentwurfs.

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