A virtual replica of a system test bench for full-scale wind turbine nacelle is built up in the framework of this dissertation. The primary objective of the simulation study is to reveal the overall dynamics of the test bench and expose the difference between test bench dynamics and wind turbine field dynamics. The secondary objective is to make proper use of the developed models and design active control schemes for test bench operation. The virtual test bench is formulated in a multi-body simulation environment, with flexible drive train dynamics validated with experimental modal testing. The model also integrates the operation control and DUT control, having a similar hardware-in-the-loop architecture as the physical test bench. The data exchange between multi-body model and controllers is realized through co-simulation interface. Test scenarios with aeroelastic wind load calculation can be simulated. By comparing the interface force/torque response with the reference turbine model, it is found that the open-loop behavior of the tested nacelle explicitly differs from field operation.
Deutsch:
Im Rahmen dieser Dissertation wird ein maßstäblicher Gondelsystemprüfstand für Windenergieanlagen virtuell abgebildet. Das Primärziel der Simulationsstudie besteht darin, die Gesamtdynamik des Prüfstandes sowie den Unterschied zur realistischen Dynamik der Windenergieanlage in Feld zu zeigen. Zudem soll das entwickelte Modell und die Systemsteuerung für den Prüfstandsbetrieb verwendet werden. Der Prüfstand wird in einer Mehrköpersystem (MKS) Simulationsumgebung formuliert, dessen flexibler Antriebsstrang mit experimentellen Modalanalysen validiert wird. Im Modell werden die Betriebsregelung und Steuerung des DUTs (auf Englisch: Deviceunder- test) ähnlichen Hardware-in-the-loop-Architektur des physikalischen Systems implementiert. Der Datenaustausch zwischen dem MKS Modell und dem Regler wird durch eine Co-Simulation-Schnittstelle realisiert. Auch können Testszenarien mit aeroelastische Windlastberechnung durchgeführt werden. Durch den Abgleich der Schnittstellenlast am Rotorflansch mit des Referenzturbinenmodells ist es festgestellt worden, dass sich das Open-loop-Verhalten des Gondelprüfstands ausdrücklich von Feldoperationen unterscheidet. Hauptursache sind die geänderte Randbedingung der geprüften Gondel zum Beispiel der abweichenden Massen und Trägheiten des Lastanwendungssystems. Es zeigt sich, dass das rheonomische (zeitabhängig) Gelenk des Rotormodells zu dem Verlust von Gekoppelt Rotor-Antriebsstrang Dynamik während Windlastberechnung führt.
