AnbieterGumbelWind - eine Software zur statistischen Lastextrapolation
Die Strukturdynamik von Windenergieanlagen, besonders die der modernen Großanlagen, wird bestimmt durch niederfrequente Schwingungsmoden. Die Schwingungen werden durch verschiedene Kräfte angeregt, einerseits durch deterministische Kräfte durch die Funktion der Maschine, andererseits durch stochastische Kräfte durch den turbulenten Wind. Die „stochastische Komponente“ der daraus resultierenden strukturellen Lasten ist immer da und besonders wichtig in verschiedenen Situationen, die typischerweise für Extremlasten verantwortlich sind, wie z.B. Produktionszustände bei hohen Windgeschwindigkeiten und 50-Jahres-Wind.
Als Folge der stochastischen Natur der Lasten muss man zusätzliche statistische Analysen durchführen, um Extremlasten zu erhalten, die mit einer wohl definierten Wiederkehrwahrscheinlichkeit ausgestattet sind. Die Grundlage für diese Auswertung bildet die Extremwerttheorie, woraus eine Reihe von Verfahren für die praktische Anwendung abgeleitet wurde.
In den Richtlinien für Windenergieanlagen wurde diese Tatsache lange Zeit nicht berücksichtigt. Die 3. Ausgabe der IEC 61400-1 (2005) enthält nun einen Abschnitt über statistische Extrapolation der Extremlasten. Die darin beschriebene Vorgehensweise wird in naher Zukunft im Rahmen der Festlegung der Lastannahmen und der Zertifizierung der Windenergieanlagen obligatorisch werden.
Mit GumbelWind haben wir eine Software entwickelt, die die Anforderungen der IEC Richtlinie erfüllt und ein Werkzeug zum post-processing der Lasten darstellt, das die zuverlässige und letztlich auch weniger konservative Festlegung der Extremlasten ermöglicht.
Allgemeine Merkmale des Programms
- Lastextrapolation basierend auf der peak-over-threshold (POT) Methode
- konsequente Anwendung der Extremwerttheorie
- Bestimmung von 50-Jahreswerten beliebiger Schnittgrößen aus Simulationen mit turbulentem Wind
- Bestimmung zeitgleicher Lasten zu vorgebbarem Konfidenzniveau
- Einteilung der Windbins nach mittlerer Windgeschwindigkeit und –richtung
- gleichzeitige Verarbeitung von Produktionslastfällen (DLC 1.1) und 50-Jahreswind (DLC 6.x) möglich
- Programmablauf ohne Anwenderinteraktion
Eingaben
- ein ASCII-File steuert den gesamten Programmablauf
- direkte Verarbeitung von Flex5 Simulationen (int-Dateien)
- Schnittstellen für andere Formate auf Anfrage
Ausgaben
- strukturiertes Textfile mit sämtlichen Ausgabedaten
- Header enthält sämtliche Angaben zu den verwendeten Windparametern
- lastsensorbezogene Ausgabe der 50-Jahreswerte mit zeitgleichen Lasten im typischen 6x6-Format
- zum Vergleich Ausgabe der klassischen Extremauswertung
- winbinbezogene Ausgabe der berechneten Verteilungsparameter
- relativer Fehlernorm ermöglicht Aussagen zur Approximationsgüte
- c2 Anpassungstest zur Vermeidung von Fehlern zweiter Art
- prozentuale Beteiligung einzelner Windbins am 50-Jahreslastniveau
Veröffentlichungen
- Gumbelwind – a computer code for statistical extrapolation of ultimate loads on wind turbines
- Vortrag auf der DEWEK2006
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