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Features

Durch die direkte Integration von alaska/Wind in die Mehrkörperdynamik-Simulationsumgebung alaska/ModellerStudio ist sichergestellt, dass die Wechselwirkungen der Aerodynamik, der flexiblen Strukturen, detaillierter Pitch-, Yaw- und Triebstrangmodelle, der Steuerungen sowie der Anlagenumgebung (elektrisches Netz, Erdbeben etc.) automatisch berücksichtigt werden.    

 

Wesentliche Merkmale von alaska/Wind sind:

 

 

Modellentwicklung im alaska/ModellerStudio

Die  Entwicklung und Nutzung von alaska/Wind-Simulationsmodellen erfolgt direkt im alaska/ModellerStudio. Die alaska/Wind-spezifischen Modellkomponenten unterscheiden sich in ihrer Verwendung nicht von anderen alaska-Modellkomponenten. Die Modellierung erfolgt interaktiv. Neue Modellkomponenten werden per Drag&Drop definiert. Alternativ können Simulationsmodelle 'programmiert', d.h. mit einem beliebigem ASCII-Editor unter Verwendung der alaska-Modellbeschreibungssprache definiert werden.

 

 

Erweiterbarkeit des Basis-Simulationsmodells

Das Basis-Simulationsmodell von alaska/Wind stellt ein Beispiel für eine Windkraftanlage mit drei Rotorblättern und horizontalem Triebstrang dar. Der Anwender kann auf der Grundlage dieses Simulationsmodells beliebige eigene Simulationsmodelle entwickeln. Diese können die Funktionalität des Basismodells wesentlich überschreiten. Sowohl die Modellstruktur als auch die Modellierungstiefe kann völlig frei an die eigenen Anforderungen angepasst werden. Detaillierte Triebstränge mit hochaufgelösten Getriebemodellen (unter Zuhilfenahme von alaska/Gear), detaillierte Pitch- und Azimut-Antriebe und Tilgermodelle sind ebenso möglich wie Naben mit abweichender Blattanzahl oder andere Triebstrangkonzepte.

 

 

Nichtlineare Systemanalyse im alaska/ModellerStudio

Die nichtlineare Analyse von Simulationsmodellen im alaska/ModellerStudio bietet dem Anwender ein direktes visuelles und numerisches Feedback. Das aktuelle Systemverhalten wird simultan zur Berechnung dargestellt. Vor allem bei der Entwicklung von Simulationsmodellen hat der Anwender damit sofortigen Zugriff auf alle MKS-Simulationsergebnisse wie den aktuellen Bewegungszustand von Körpern und in Gelenken, Reaktionskräfte und -momente in Koppelstellen, aktuell wirkende Kräfte wie z.B. Windkräfte an Blattstationen, Ein- und Ausgangsdaten von Reglern usw.

 

 

Lineare Systemanalyse im alaska/ModellerStudio

alaska/Wind-Simulationsmodelle können einer linearen Analyse unterzogen werden. Dabei wird das Verhalten des Simulationsmodells im Frequenzbereich ermittelt. Diese Analyse kann sowohl für den Ruhezustand der modellierten Windkraftanlagen als auch für beliebige Betriebszustände durchgeführt werden. Die berechneten Eigenfrequenzen und zugehörige Eigenschwingformen werden im alaska/ModellerStudio in beliebigen 3D-Ansichten dargestellt und können in einer vom Nutzer wählbaren Form exportiert werden.

 

 

Automatische Systemanalyse mit alaska/Batch

Für Routine-Berechnungen mit einem validierten Simulationsmodell kann alaska/Batch verwendet werden. alaska/Batch ist die Kommandozeilen-orientierte Variante des alaska/ModellerStudios. Mit alaska/Batch können alle verfügbaren Analysen, also z.B. nichtlineare und lineare Systemanalyse, komplett automatisiert durchgeführt werden. Der Prozess der Berechnung von Windkraftanlagen kann damit ein integrierter Teilprozess in einem übergeordneten Prozess aus Datenbereitstellung, Berechnung und Auswertung werden.

 

 

Verwendung nichtlinearer unreduzierter FE-Balkenmodelle

Eine wesentliche Komponente von Windkraftanlagen-Simulationsmodellen sind Modelle der Rotorblätter. Überlicherweise wird die Flexibilität der Rotorblätter durch die Verwendung modaler Reduktionen von FE-Balkenmodellen berücksichtigt. Mit zunehmender Schlankheit der Rotorblätter ist diese Vereinfachung häufig nicht mehr ausreichend. alaska/Wind bietet deshalb die Möglichkeit, FE-Balkenmodelle für Rotorblätter und Türme in unreduzierter Form zu verwenden. Für Rotorblatt-Simulationsmodelle relevante Eigenschaften wie die Biege-Torsions-Kopplung sowie die geometrische Versteifung sind dabei a priori berücksichtigt.

 

 

Effizienter Solver für numerisch steife Systeme

Das alaska/ModellerStudio bietet für die Analyse im Zeitbereich verschiedene Integratoren an. Je nach Art der Modellbeschreibung und somit der Art der zu lösenden Gleichungen sind explizit und implizit arbeitende Integratoren verfügbar. Für numerisch steife Systeme, die z.B. aus der Verwendung unreduzierter FE-Balkenstrukturen resultieren, wird ein Generalized-Alpha-Verfahren verwendet. Dieses Verfahren berechnet derartige Systeme sehr effizient und äußerst robust.

 

 

Definition beliebiger Resultate

Die Simulationsumgebung erlaubt den Zugriff auf alle anfallenden Resultate der Systemanalyse. Zusätzlich ist der Anwender frei in der Definition eigener Modellbeobachtungsgrößen, die beliebig aus den Primärergebnissen berechnet werden können. Zur Ausgabe stehen Standardschnittstellen zur Verfügung. Über eine zusätzliche frei programmierbare Schnittstelle wird dem Anwender die Möglichkeit gegeben, Berechnungsergebnisse in einem beliebigen Format, seinem Postprozessing entsprechend, zu exportieren.

 

 

Nutzung der alaska-Submodell-Technik

alaska/Wind-Simulationsmodelle können aus Teilmodellen (Submodellen) bestehen. Komplettmodelle werden aus mehreren Teilmodellen kombiniert. Die Verbindung der Teilmodelle erfolgt automatisch. Der Informationsaustausch zwischen Teilmodellen erfolgt über Datenkanäle. Die Verbindung der Teilmodelle erfolgt über die Definition von Kopplungspunkten. Das alaska/Wind-Basis-Simulationsmodell besteht aus Submodellen. Darauf aufbauend kann der Anwender eigene Submodelle entwickeln. alaska-Submodelle bieten sehr gute Möglichkeiten, die eigentliche parametrisierte Modelldefinition von der tatsächlichen Modellausprägung, also den aktuell zu verwendenden Parameterwerten, zu trennen.

Submodelle sind eigenständig lauffähig und können somit separat entwickelt und getestet und verwendet werden. Das bedeutet, dass z.B. ein Blatt oder ein Triebstrang bzw. Teile davon einzeln geladen, mit Belastungen beaufschlagt und analysiert werden können. Das bietet z.B. die Möglichkeit, virtuelle Prüfstandsversuche durchzuführen. Ebenso können beliebige Submodell-Kombinationen, z.B. Rotoren bestehend aus Nabe und Blättern oder Gondeln mit Triebstrang einzeln simuliert werden.

 

 

Verwendung von ParameterSets

alaska-ParameterSets sind die Grundlage der Definition von unterschiedlichen Belastungsszenarien (design load cases) in alaska/Wind. ParameterSets sind separate Dateien im XML-Format, die Modellparameterwerte tabellarisch sortiert enthalten. Diese Dateien können entweder mit einem speziellen Editor vom alaska/ModellerStudio aus oder, auf Grund des dokumentierten Formates, mit einem anwenderspezifischen externen Programm, z.B. aus einem Simulationsdatenmanagement-Programm, generiert werden. Über ParameterSets können beliebige Modelldaten variiert werden.  

 

 

Lastfallberechnung mit alaska/DC

Für die bei der Entwicklung von Windkraftanlagen üblicherweise anfallende große Anzahl von Lastfall-Berechnungen kann alaska/DC verwendet werden. DC steht für distributed computation. alaska/DC verteilt automatisch und sehr effizient viele einzelne Berechnungsaufgaben, die in ParameterSets zusammengefasst sind, auf mehrere im Netzwerk miteinander verbundene Rechner oder auf Rechencluster. 

 

 

Definition von Erdbebeneinflüssen

Durch die Beschreibung des alaska/Wind-Simulationsmodells direkt in der allgemeinen MKS-Modellierungs- und Simulationsumgebung alaska/ModellerStudio können beliebige an der Windkraftanlage angreifende Störungen modelliert werden. Die Wirkung von Erdbeben kann z.B. durch die Vorgabe der Bewegung des Fundamentes unter Verwendung extern definierter Zeitreihen beschrieben werden.

 

 

Definition von extremen Belastungsszenarien

Neben den bei der Entwicklung und Auslegung von Windkraftanlagen allgemein zu berücksichtigenden Belastungsszenarien, die bestimmte Windeinflüsse (Böen, Turbulenzen etc.) und Auswirkungen der Steuerung/Betriebsführung (Hochlaufprozesse, Notabschaltung etc.) berücksichtigen, ist es unter Verwendung der MKS-Modellierfähigkeiten des alaska/ModellerStudios möglich, extreme Belastungsszenarien abzubilden, die z.B. bei Bauteilversagen oder während der Anlagenmontage auftreten. Dazu zählen der Abwurf ganzer Rotorblätter oder Teile davon, das Ertragen extremer Böen während der Errichtung u.a.m.      

 

 

System-Matrizen und Transfer-Funktion

Z. B. für die Entwicklung von Reglern und Steuerungen können die System-Matrizen A, B, C und D des linearisierten Systems des Simulationsmodells sowie, bei definierten Ein- und Ausgängen, die Übertragungsfunktion exportiert werden.