Die Bremer Wissenschaftler am IALB gingen das Problem der bisher noch zu unzuverlässigen Fernüberwachung von Windradkomponenten am Frequenzumrichter an: Ergebnis ihres zweijährigen Forschungsprojekts „Windenergieanlagen mit intelligenter Leistungselektronik zur Energieeffizienz-Steigerung“ (Wint-LES), das von Ende 2009 bis Ende 2011 lief, ist ein intelligenter Frequenzumrichter. Dieser soll die Ist-Daten erfassen, anhand dieser online den Zustand der Anlage und ihrer Maschinenteile bewerten und die Belastungen der Komponenten minimieren helfen. Die Forscher entwickelten den Umrichter selbst und erforschten seine Einsatzmöglichkeiten. „Wir nutzen die Rechenarchitektur der Frequenzumrichter in Windturbinen als Messsystem, haben dem Frequenzumrichter sozusagen mehr Intelligenz verpasst“, erklärt der am Projekt beteiligte Wissenschaftler Holger Raffel von der Universität Bremen.
Bei dem Lösungsansatz werden die Spannung, Ströme und die Drehzahl des Generators gemessen, vorausgewertete Daten über das Internet an einen zentralen Datenspeicher übermittelt und mit einer Software weiter analysiert. Die Software ermöglicht beispielsweise eine Entlastung der mechanischen Bauteile, indem sie bei Windböen kompensierend auf das Drehmoment des Generators einwirkt. Die Ergebnisse sollen zudem für die Entwicklung künftiger Multimegawatt-Windenergieanlagen genutzt werden.
Das Verfahren entwickelten die Wissenschaftler mit Hilfe mathematischer Modelle. Diese beschreiben das Systemverhalten und die in einer Windenergieanlage auftretenden Wechselwirkungen. Zur Modellierung, also zum Nachstellen der Vorgänge im Betrieb einer Windenergieanlage, werden dazu im Computer einzelne Teilsysteme für Aerodynamik, Mechanik und Elektrik miteinander verknüpft. In der Maschinenhalle des IALB wurde ein Prüfstand, der den Triebstrang einer Windenergieanlage nachbildet, mit Generator und Frequenzumrichter aufgebaut und in Betrieb genommen. Als Projektpartner arbeitete der Umrichterhersteller Converteam mit – stellte eigene Konzepte zur Ferndiagnose von Teilen der elektrischen Antriebsausrüstung bereit. Das vom IALB entwickelte Verfahren zur Beurteilung mechanischer Belastungen kann in dieses System zur Ferndiagnose integriert, aber auch in bestehende Windenergieanlagen eingesetzt werden. Der zweite Projektpartner, die Windrad Engineering GmbH aus Bad Doberan, trug dazu bei, dass aus den elektrischen Messdaten gezielt Rückschlüsse auf die mechanische Belastung des Antriebsstranges, zum Beispiel durch schädliche Schwingungen, gezogen werden konnten.
„Wir wollen die Software künftig an Prüfständen weiter optimieren“, erklärt Raffel. „Bisher lässt sie sich für Anlagen mit doppelgespeisten Asynchrongeneratoren anwenden.“ Darüber hinaus wird Windrad Engineering die Software zur Integration in die eigene Simulationssoftware nutzen, um das Betriebsverhalten von Windturbinen weiter zu erforschen und um die Zertifizierung von Windenergieanlagen zu beschleunigen. Projektpartner Converteam will die intelligente Software auf Wunsch von Kunden in die eigenen Umrichter integrieren.
(Regine Krüger)
