Center for Wind Power Drives

Im Jahr 2011 ist mit den Gründungsinstituten des Centers der erste 1-MW-Systemprüfstand im Hardware in the Loop[12] betrieben worden. Der 1-MW-Systemprüfstand hat erstmals gezeigt, dass diese Tests ebenfalls auf einem Prüfstand unter realitätsnahen Bedingungen möglich sind. Die Vestas-V52-Gondel konnte mit der originalen Steuerungseinheit betrieben werden. Ein aerodynamisches Modell hat die Windlasten, wie Schubkraft, Gier- und Nickmomente in Echtzeit gerechnet und über Hydraulikzylinder auf den Rotorflansch der Windenergieanlage aufgeprägt. Der Umrichter der Gondel war an einem virtuellen Stromnetz angeschlossen. Aus den Erkenntnissen des Prüfstandes konnten Lastkollektive und Prüfverfahren für die versagensgefährdeten Komponenten in WEA abgeleitet werden. Das Vorhaben war Bestandteil des Hightech-NRW-Projekts „Verbesserung des Betriebsverhaltens von On-Shore WEA mithilfe eines neuartigen Systemprüfstandes“.

Auf Basis der Erkenntnisse des 1MW-Prüfstandes konnten Anforderungen für einen 4-MW-Systemprüfstand gewonnen werden. Aktuell ist das CWD als koordinierendes Institut im Rahmen des IEA Wind Task 35[13] Full Size Ground Testing of Wind Turbines and their Components tätig, mit dem Ziel, Anforderungen für Prüfprozeduren und Systemprüfstände zu definieren.

Im Jahr 2014 wurde der 4-MW-Systemprüfstand in Betrieb genommen. Mit Hilfe des 4-MW-Systemprüfstands für On-Shore-Windenergieanlagen kann das Verhalten von WEA-Antrieben im Multi-Megawatt-Bereich in seiner Gesamtheit und unter reproduzierbaren Bedingungen untersucht werden[14]. Da der gesamte WEA-Triebstrang und nicht nur die einzelnen Systemkomponenten untersucht werden können, wird es möglich, alle Systemeigenschaften, insbesondere die stark gekoppelten, dynamischen Abhängigkeiten, auf dem Prüfstand abzubilden.[15]

Durch die Integration von Hardware-in-the-Loop[12]-Modellen für die Abbildung von Rotor- und Netzseite wird ermöglicht, reproduzierbare, äußere Beanspruchungen nachzubilden[16]. Die entsprechende Umsetzung auf Leistungsebene erfolgt durch einen dynamischen Windkraftsimulator auf Rotorseite sowie durch elektrische Kopplung der WEA an die Prüfstandsumrichter mit elektronischen Schaltern zur Netzlastsimulation.

Am Back-to-Back-Prüfstand wurden Voruntersuchungen für den 1-MW-Systemprüfstand sowie die Vermessung eines 3-stufigen WEA-Getriebes durchgeführt. Das Getriebe wurde in verschiedenen Testzyklen wie Drehzahlhochläufen und Langzeitversuchen bei konstanter Drehzahl mit verschiedenen Drehmomenten belastet. Neben getriebespezifischen Anregungsgrößen werden die Verlagerung des Getriebes sowie Temperaturen und Oberflächenbeschleunigungen mit verschiedenen Sensoren gemessen.