Zuverlässige Leistungselektronik für Windenergieanlagen

Der Betrieb und die Instandhaltung machen rund ein Drittel der Lebenszykluskosten von Windenergieanlagen (WEA) aus. Für die weitere Senkung der Gestehungskosten von Windstrom wird die Anlagenzuverlässigkeit eine zentrale Rolle spielen. Im Fokus sollten dabei die Komponenten stehen, die aufgrund hoher Ausfallraten bzw. langer Stillstandszeiten die Hauptkostentreiber darstellen. Dies trifft insbesondere auf die leistungselektronischen Frequenzumrichter zu, die heute in nahezu allen modernen WEA zum Einsatz kommen.

Als Bindeglied zwischen Generator und Anlagentransformator dienen sie der netzfrequenten Anbindung der drehzahlvariablen WEA an das Energie-versorgungsnetz. Sie stellen sicher, dass die Netzanschlussbedingungen eingehalten werden und eine optimale Ausnutzung des Windangebotes möglich wird. Die Kombination aus windtypischen dynamischen Belastungen und extremen Umweltbedingungen stellt besonders hohe Anforderungen an die Leistungselektronik.

Dieses Projekt zielt darauf ab, die derzeit noch unverstandenen Ursachen und Mechanismen der häufig auftretenden Schäden an leistungselek-tronischen WEA-Komponenten nachzuvollziehen und darauf aufbauend Lösungen zur Steigerung der Zuverlässigkeit zu entwickeln. Neben der umfassenden Auswertung von Felddaten sowie Schadensanalysen im Labor werden Simulationsmodelle optimiert, um die Belastung der Leistungs-elektronik unter Berücksichtigung der Gesamtanlagendynamik im Betrieb besser abbilden zu können. Weitere Schwerpunkte liegen in der Entwicklung von Systemen zur Fehlerfrüherkennung in elektronischen Anlagenkomponenten und im Entwurf innovativer fehlertoleranter Generator-Umrichter-Konzepte für Windenergieanlagen der nächsten Generation.

Das Spektrum der Industriepartner reicht von Betriebsführungs- und Instandhaltungsunternehmen über Frequenzumrichter- und Anlagenhersteller hin zu Versicherern und Unternehmen mit Schwerpunkten im Bereich der Messtechnik und der Zustandsüberwachung. Eine Besonderheit des Vorhabens liegt in der umfassenden systematischen Rückkopplung von Felderfahrung in den Design-, Herstellungs- und Instandhaltungsprozess.

Gefördert durch

Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.