Lebensdaueruntersuchungen an IGBT

Power Electronics
Leistungselektronik
Anhand von Messwerten aus bestehenden Windkraftanlagen werden IGBT-Pulswechselrichter zyklisiert,
um über die gefundenen Schäden an IGBTs eine
Korrelation zu den realen Belastungszyklen zu finden.
Dadurch soll ermöglicht werden, über die Anlagensteuerung eine Restlebensdauervorhersage zu treffen.
Research
Based on measured values from existing wind
power turbines, IGBT-converters are cyclic-stressed
in order to find a correlation between the detected
damages and the real load cycles. It will thus be
possible in the future to predict precisely the remaining life expectancy by means of the embedded
control system of the wind power turbine.
Lebensdaueruntersuchungen an
IGBT-Umrichtern für
Windkraftanlagen
Forschung
Life-cycle Experiments on
IGBT-Converters for Wind
Power Turbines
The generation of electric energy from regenerative
sources with wind power turbines has gained significance over the last years. Small systems with few
kilowatts grew to systems with more than 2.5 MW.
Major projects of this size lead to an increased demand on electrical power yield, wind efficiency, net
compabatility and particularly life cycle.
Despite the broad use of IGBT converters in wind
power turbines only few practical experiences exist
with respect to stress factors of the power devices.
Therefore, in this project measured values of an
existing system are recorded. The recorded data will
help to make a forecast of the residual duration of
life of the wind power turbines on the basis of longterm life span tests.
The life span of the IGBT-converter in an existing
system is hard to determine: The natural fluctuations
of the wind speed are not predictable. Besides this, a
system failure must be avoided.
Based on data actually obtained from wind power
turbines, a concentrated load change profile was
generated and reproduced at the ISEA test bench in
co-operation with the company SEG. After about
1,000 full load cycles the damages in the IGBTs are
logged. The goal of this procedure is to examine the
correlation between the detected damages and the
real load conditions in order to allow precise predictions on the remaining life time by analyzing the
load profile logged in the embedded control system.
ISEADSP-Steuerung für den IGBT-Prüfstand
ISEADSP-controller for the IGBT test bench
Windkraftanlagen (WKA) zur Stromerzeugung aus
regenerativen Energien haben in den letzten Jahren
zunehmend an Bedeutung gewonnen. Aus Kleinanlagen mit wenigen Kilowatt wurden Systeme mit
über 2,5 Megawatt Maximalleistung. Mit diesen
Großprojekten sind die Ansprüche an Leistungsausbeute, Windwirkungsgrad, Netzverträglichkeit und
insbesondere die Lebensdauer gestiegen.
Trotz der weiten Verbreitung von IGBT-Umrichtern in
Windkraftanlagen gibt es kaum Messwerte über
typische Stressfaktoren. Daher werden in diesem
Projekt Messwerte an einer bestehenden Anlage gewonnen, mit denen anhand von Langzeit-Lebensdauertests eine Vorhersage der Restlebensdauer der
WKA erfolgen soll.
Die Lebensdauer des IGBT-Pulswechselrichters ist in
einem bestehenden System schlecht bestimmbar: Die
natürlichen Fluktuationen der Windstärke sind nicht
voraussagbar. Außerdem muss ein Anlagenausfall
durch die Zyklentests vermieden werden.
Kontakt
Contact
M. Bartram, [email protected],
02 41/80 96943
Literatur
Publications
Müller, S.; Deicke, M.; De Doncker, R.W.:
Adjustable Speed Generators for Wind Turbines
Based on Doubly-Fed Induction Machines and
4-Quadrant IGBT Converters Linked to the
Rotor, IEEE-IAS Conf., Rome, Italy, 2000
Auf Basis der Daten, die in Zusammenarbeit mit der
Firma SEG an einer WKA gewonnenen wurden, konnte
ein konzentriertes Lastwechselprofil generiert und an
einem am ISEA aufgebauten Prüfstand nachgebildet
werden. Nach ca. 1000 Volllastzyklen werden die
ausgebildeten Schäden an den IGBTs protokolliert.
Ziel ist die Korrelation der gefundenen Schäden zu
den realen Belastungen zu erforschen, um über die
mitprotokollierte Leistungsabgabe (Belastung) eine
präzise Lebensdauervorhersage des Umrichters zu
machen.
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