Einsatz von HiL-Systemen in der Windenergie

Real testen

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Heute helfen in vielen industriellen Bereichen sogenannte Hardware-in-the-Loop (HiL)-Systeme, die Entwicklungszeiten von Geräten und Anlagen zu verkürzen. HiL bedeutet, dass eine reale Komponente mit Hilfe eines Simulators getestet wird. Dabei bildet der Simulator das Verhalten des Gesamtsystems aus der Sicht der zu testenden Komponente nach.

Exklusiv in KEM Dieser Beitrag stammt vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystem- technik IWES, Kassel

Die zu testende Komponente kann ein mechatronisches Teilsystem, z.B. ein Antrieb, oder auch ein Steuergerät sein. Da es sich um eine reale Komponente handelt, muss der Simulator in der Lage sein, das Gesamtsystem in Echtzeit zu simulieren. Solche HiL-Systeme sind in der Automobilbranche seit mehr als zehn Jahren unverzichtbarer Bestandteil der Entwicklungsprozesse. In der Windindustrie gewinnen sie in den letzten Jahren ebenfalls zunehmend an Bedeutung. Die Vorteile liegen auch in diesem Umfeld auf der Hand: Umfassende Tests der Anlagensteuerung oder der Blattverstellantriebe im Labor oder in der Werkshalle reduzieren Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeiten.
HiL-Teststand zum Test von Blattverstellantrieben
Die Abteilung Regelungstechnik am Fraunhofer IWES in Kassel entwickelt verschiedene HiL-Systeme für Komponenten von Windenergieanlagen. Im Rahmen eines vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit geförderten Projektes wurde ein HiL-Teststand zum Test von Blattverstellantrieben aufgebaut. Der Simulator bildet das Verhalten der ganzen Windenergieanlage samt Windfeld und Netzanschluss nach. Die daraus resultierenden Lasten für die Antriebe werden durch Lastmaschinen auf die Antriebswellen gegeben. Somit lässt sich beispielsweise die thermische Auslegung der Antriebe im Labor überprüfen. Ein weiteres HiL-System wird für den Test von Anlagensteuerungen verwendet. Diese Umgebung ermöglicht eine automatisierte Überprüfung des gesamten Steuerungssystems: Software und Hardware, Regelung sowie Betriebsführung.
Modellierung und technische Umsetzung
Kern des am IWES entwickelten Systems ist ein Anlagen- bzw. Parkmodell mit blockorientierter Modellphilosophie. Die einzelnen Komponenten (Generator, Steuerung, etc.) werden in voneinander unabhängigen Blöcken modelliert. Dies ermöglicht eine schnelle und flexible Anpassung des Anlagenmodells an den jeweiligen Testfall: Der Block der zu testenden Komponente wird einfach aus dem Anlagenmodell genommen und die zugehörige Schnittstelle zwischen Komponente und Gesamtsystem nach außen geführt. Bei der Modellerstellung kommt das Software-Paket Matlab/Simulink zum Einsatz. Es handelt sich hierbei um eine Standard-Simulationsumgebung, die auch im Bereich der Windenergie zur Simulation und zum Regelungsentwurf weit verbreitet ist. Sobald das Simulations-Modell an den jeweiligen Testfall angepasst ist, lässt es sich per Knopfdruck in ausführbaren Echtzeit-Code umwandeln. I

Info & Kontakt
Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik
Dr.-Ing. Boris Fischer
Gruppenleiter Windturbinenregelung und Fehlerfrüherkennung
Tel.: 0561 7294-287
Direkt zu
Testlabore am IWES
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