EnvSimRT: Vollautomatisierte, unter Echtzeitbedingungen durchgeführte Tests von leistungselektronischen Systemen unter multimodalen Belastungen

Auf einen Blick

• Um aus regenerativen Energiequellen eine stabile Stromversorgung sicherzustellen, sind leistungselektronische Komponenten unverzichtbar. Entsprechend wichtig ist ihre Zuverlässigkeit.
• Im Verbundprojekt EnvSimRT entwickeln die Partner den bestehenden Teststand »HiPE-LAB« weiter, um leistungselektronische Systeme bereits während der Entwicklungsphase dynamischen und multimodalen Belastungen unterziehen zu können.
• Das Fraunhofer IWES verantwortet unter anderem die Modellerstellung sowohl für die Aeroelastik und den Antriebsstrang, als auch zur Abbildung der hygrothermischen Effekte im Umrichter.

Herausforderung

Durch die Umstellung auf regenerative Energieerzeuger sind Komponenten der Leistungselektronik zum zentralen Element der Energieversorgung geworden. Denn aufgrund der stark variierenden Verfügbarkeit von Sonne und Wind ist auch die verfügbare Energie nicht konstant. Leistungselektronische Komponenten in Frequenzumrichtern sorgen dafür, dass eine in Frequenz und Amplitude variierende Spannung in eine Spannung mit konstanter Frequenz und Amplitude gewandelt wird und so ein stabiles Stromversorgungssystem entsteht. Ihre Zuverlässigkeit ist daher von zentraler Bedeutung.

Bisher finden Tests allerdings erst statt, wenn das System bereits im Feld aufgebaut ist. Zur Vermeidung von häufig auftretenden Frühausfällen der Komponenten ist es dann zu spät. Vorabtests aber stellen Teststände vor besondere Herausforderungen, da unter anderem die klimatischen und elektronischen Bedingungen, unter denen die leistungselektronischen Systeme zuverlässig arbeiten müssen, stark variieren.

Lösung

Hier setzt das Forschungsprojekt EnvSimRT an. Ziel ist, den von Fraunhofer IWES und IALB aufgebauten Teststand »HiPE-LAB« um ein Echtzeitsimulationssystem zu erweitern, um die komplexen klimatischen und elektrischen Betriebsbedingungen anhand von im Vorfeld entwickelten Modellen noch genauer abbilden zu können. So wird es möglich, leistungselektronische Systeme bereits während der Entwicklungsphase anwendungsbezogenen, dynamischen und multimodalen Belastungen auszusetzen.

Das Fraunhofer IWES ist unter anderem für die Entwicklung der Modelle verantwortlich, die sowohl für die Aeroelastik und den Antriebsstrang erstellt werden als auch zur Abbildung der hygrothermischen Effekte. In einem weiteren Arbeitspaket verantwortet das Institut die Erstellung von Testprofilen für anwendungsspezifische Mess- und Testzeitreihen und die Auswertung der Messdaten. 

Mehrwert  

Das Ergebnis von EnvSimRT ist ein neues Testsystem, das es der Industrie ermöglicht, ihre Systeme bereits während der Entwicklung realen Umgebungsbedingungen auszusetzen und eventuell noch vorhandene Schwachstellen zu identifizieren und zu beheben. Dies bedeutet nicht nur eine Zeit- und Kostenersparnis für die Industrie, sondern vielmehr zuverlässige leistungselektronische Systeme, die wiederum eine stabile Energieversorgung aller Bereiche des täglichen Lebens gewährleisten. Die Ergebnisse werden im Projekt am Beispiel der Windenergie-Anwendung demonstriert, können aber auch auf andere Einsatzbereiche von Leistungselektronik übertragen werden.