Mit steigender Anzahl installierter Windenergieanlagen (WEA) steigt auch die Zahl der Stromrichter im Feld. Diese basieren auf Leistungshalbleiterbauelementen, in den meisten Fällen auf IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) und Dioden. Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen aufgrund von Betriebs- und Umgebungsbedingungen führen im Laufe der Zeit zu einer Alterung der Halbleiter.
Anlagenausfälle aufgrund degradierter Stromrichterkomponenten verursachen erhebliche Kosten. Während die vorausschauende Wartung bei Antriebssträngen und anderen mechanischen Teilen bereits Stand der Technik ist, ist sie für die Leistungselektronik noch nicht verfügbar. Angestrebt wird ein System zur Vorhersage der Restlebensdauer bzw. eine Online-Überwachung der Elektronik.
Notwendig hierfür sind zum einen genaue Messungen der relevanten Größen einer sich im Betrieb befindlichen WEA, zum anderen entsprechende Modelle für die Lebensdauerprognose. Letztere existieren bereits in Ansätzen und berücksichtigen dabei sowohl thermomechanische, als auch elektrochemische Alterungsmechanismen. Zum Zweck einer Aufzeichnung der erforderlichen Felddaten über einen langen Zeitraum ist am Institut für elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Bauelemente (IALB) ein flexibel einsetzbares Condition Monitoring-System entwickelt worden. Die Überwachung der Anlage erfolgt hochaufgelöst mit bis zu 200 kHz, 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr. Aktuell und zukünftig werden in aktiven, kommerziellen Windparks Daten von WEA gesammelt, um die Ereignisse und Bedingungen zu identifizieren, die einen großen Einfluss auf die Degradation haben.
Basierend auf den gemessenen Daten und Zuverlässigkeitsmodellen kann ein Echtzeit-Algorithmus den aktuellen Lebensdauerverbrauch abschätzen und die noch verfügbare Lebensdauer vorhersagen.
Dr.-Ing. Holger Groke
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