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Aktuelle Projekte


Intelligente Verbindungselemente für Tragstrukturen und Antriebsstrang von Windenergiekonvertern

Projektlogo inVETra

Im Verbundprojekt inVETra wird ein innovatives Condition Monitoring System (CMS) basierend auf einem neuartigen Sensorkonzept für den Einsatz in Windenergiekonvertern (WEK) entwickelt. Die Kerninnovation liegt einerseits in der Entwicklung einer Sensorschraube, bei der genormte Schrauben als Sensorträger zum Einsatz kommen und mit einem Messwandler sowie einer Auswerteelektronik ausgestattet sind und andererseits in dem dynamisch nachgeführten CMS.

Als ohnehin elementares Verbindungselement werden die Sensorschrauben in den WEK-Tragstrukturen sowie Antriebs­strang­komponenten integriert. Dabei werden gezielt an geeigneten Messstellen Schraubverbindungen durch Sensorschrauben substituiert. Diese liefern hochaufgelöste Abbilder der einwirkenden Kräfte, welche mithilfe des speziell für die Sensorik konzipierten CMS neben der direkten Schraubüberwachung vor allem detaillierte Rückschlüsse auf die resultierenden Belastungskollektive sowie den Zustand einzelner betriebskritischer Tragstruktur- und Antriebsstrangkomponenten gibt.

Ein dynamisches Modell der kompletten Anlage wird auf Basis der erfassten Zustandsgrößen kontinuierlich nachgeführt und adaptiert. Hierdurch stehen dynamische Beobachterstrukturen zur Verfügung, die mit den hochaufgelösten Daten der intelligenten Verbindungselemente sowie vorliegender Messdaten der Windverhältnisse und des Netzzustandes, die entstehenden Belastungskollektive bestimmen und rekonstruieren. Die adaptiven Modell- und Beobachterstrukturen des CMS ermöglichen eine frühzeitige Detektion von Ausfällen sowie eine Abschätzung der Restlebensdauer der Anlage und ihrer Komponenten. Durch Einsatz der intelligenten Verbindungselemente mit hochdynamischem und systemübergreifendem CMS wird insgesamt ein längerer, wartungsarmer und kosteneffizienter Anlagenbetrieb erzielt. In diesem Teilvorhaben wird das innovative CMS konzipiert, umgesetzt und durch kleinmaßstäbliche Versuche validiert.

Das Vorhaben wird mit Mitteln des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des 7. Energie­forschungs­programms unter dem Kennzeichen 03EE3042 gefördert.


BMWi FörderhinweisProjektwebseite: inVETra
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Johnny Chhor




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SmartWind - Hochentwickelte Tools zur Optimierung von Betriebs- und Wartungsaktivitäten in Windparks

In Deutschland werden stetig neue und immer größere Windparks sowohl an Land, als auch auf See errichtet und auch international gewinnt die Windenergie weiter an Bedeutung. Durch den steigenden Anteil in der elektrischen Energieversorgung rücken daher neben dem Energieertrag auch die Kosten während des Betriebs und für die Wartung zunehmend in den Mittelpunkt.

Um den Betrieb und die Wartung von Windparks effizienter und zuverlässiger zu gestalten, wird in SmartWind in einem internationalen Konsortium ein KI-gestütztes „multi-kriterielles Entscheidungsunterstützungssystem“ entwickelt, das sämtliche relevanten Parameter und Messdaten innerhalb des Windparks bündelt und aufbereitet, um den aktuellen Betriebs- und Wartungszustand der einzelnen Anlagen zu rekonstruieren. Mit diesen Informationen können mithilfe moderner Algorithmen Künstlicher Intelligenz anstehende Komponentenausfälle erkannt und mit diesem Wissen die Betriebsweise und Wartungsintervalle angepasst werden. Außerdem kann die Betriebsführung der Einzelanlagen aufeinander abgestimmt werden, sodass aerodynamische Wechselwirkungen durch den Nachlauf und elektrische Wechselwirkungen durch den gemeinsamen Netzanschluss verringert werden.

Das Gesamtvorhaben wurde mit dem EUROGIA2020 – Label ausgezeichnet, welches innovative internationale Verbundvorhaben zur Reduktion des CO2-Ausstoßes unterstützt. Das Projektkonsortium unter der Leitung des KMU Enforma setzt sich zusammen aus den ICT-Unternehmen Isotrol, Enforma und Netaş, dem Windparkbetreiber Zorlu Enerji sowie Tecnalia und der RUB als Partner aus Forschung und Entwicklung.

Im deutschen Teilvorhaben des Projektes SmartWind wird die Betriebsführung des Windparks mithilfe von Verfahren zur aktiven Nachlaufregelung optimiert, um so in Summe einen höheren Energieertrag, geringere Belastungen insbesondere geschwächter Anlagenkomponenten und verringerte Netzrückwirkungen zu erzielen. Der Schlüssel zur Lösung der Optimierungsaufgabe liegt auch hier in Algorithmen künstlicher Intelligenz.

Das deutsche Teilvorhaben „Konzipierung und Realisierung KI-gestützter Windparkbetriebsführung und aktiver Nachlaufregelung“ wird von dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen „03EE2020“ gefördert.



Ansprechpartner: Katharina Günther, M.Sc.
Projektwebseite: https://smart-wind.eu



Smartwind

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Konzept einer integrierten, nachhaltigen Mobilität für die Universitätsallianz Ruhr

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In einem multidisziplinären Konsortium aus Sozial-, Wirtschafts-und Ingenieurwissenschaften gehen Forscher*innen der drei UA Ruhr-Universitäten der Frage nach, wie die Mobilität im Ruhrgebiet nachhaltig gestaltet werden kann. Das Projekt wird ein Konzept einer integrierten, nachhaltigen Mobilität für die Universitätsallianz Ruhr entwickeln und in einem Feldversuch praktisch erproben.

Ziel ist es, die vier Standorte der Universitätsallianz Ruhr (UA Ruhr), Duisburg, Essen, Bochum und Dortmund, verkehrstechnisch besser miteinander zu vernetzen, Angebotslücken zu schließen und so das Mobilitätsverhalten der Studierenden, aber auch der Beschäftigten nachhaltig zu verändern.

Geplant sind die Erhebung des Mobilitätsbedarfs sowie die Entwicklung von Szenarien, die im Simulator getestet und schließlich im Realbetrieb erprobt werden sollen. Dabei werden lokal emissionsfreie Technologien, z.B. Elektro-Shuttles, aber auch On-demand-Services sowie andere Formen neuer Mobilität zum Einsatz kommen.


Ansprechpartner: Dr.-Ing. Philipp Spichartz



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Konzepte zur sicheren Inbetriebnahme, erweiterten Nutzung und umfassenden Überwachung modularer Hochspannungs-Mehrpunktstromrichter



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KoMoM entwickelt Konzepte zur sicheren Inbetriebnahme, erweiterten Nutzung und umfassenden Überwachung modularer Hochspannungs-Mehrpunktstromrichter z.B. für ein Multiterminal-DC-Transportnetz. Dazu werden innovative Mess-, Analyse- und Regelungsverfahren mit moderner Rechnertechnik, leistungsfähigen programmierbaren Logikbausteinen und neuesten Zeitreihenmodellen verknüpft. Messungen unter Einbeziehung eines vorhandenen, derzeit einzigartigen, Multiterminal-DC-Transportnetz-Versuchsstandes dienen der Verifikation. Der Versuchsstand besteht aus vier Mehrpunktstromrichtern auf Basis von Vollbrückenmodulen in den Stromrichterzweigen und beherrscht DC-Kurzschlüsse im geregelten Betrieb. Er entstammt einem Projekt mit der Firma Amprion und emuliert die erste im Netzentwicklungsplan vorgesehene Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsstrecke (HGÜ) „Ultranet“ (Amprion, TransnetBW).

Kurzschlussbeherrschung und -abschaltung im geregelten Betrieb erfordern hochgenaue DC-fähige Strommesstechnik auf Höchstspannungsniveau. Mess- und Regelungskonzepte hierfür werden im Projekt erarbeitet bzw. adaptiert.

Dynamische Wirk- und Blindleistungsstellung sowie Oberschwingungskompensation sind höchst relevante Netzdienstleistungen. Realisierungskonzepte, Möglichkeiten und Grenzen werden erarbeitet und erforscht. Auch die Interaktion von Stromrichtern und deren Regelung ist für stabilen Betrieb entscheidend. Das Projekt erarbeitet Beschreibungen für Stromrichter in unterschiedlichen Spannungsebenen, kombiniert diese mit einer geeigneten stromrichternahen Regelung und einer Anlagencharakteristik und leitet daraus Möglichkeiten und Grenzen des Zusammenspiels von Stromrichtern im Netz ab.

Die komplexe Stromrichtertopologie und die herausfordernde Mess- und Regelungstechnik stellen höchste Anforderungen an Inbetriebnahmekonzepte – heutige Methoden sind nicht wirtschaftlich und risikoreich. Erweiterte, spezielle Hardware-In-The-Loop (HIL)-Verfahren zur Vorabverifikation werden erarbeitet.

Die Komplexität drückt sich auch in einer Vielzahl von Messgrößen aus: An realen Anlagen fallen mehrere tausend Messdaten mehrere hundert Mal pro Sekunde an und sind zu bewerten. Dieses „Big Data“-Problem wird mit Blick auf Zustandsmonitoring und Ereignisarchivierung durch eine neuartige Ausrichtung aktueller Methoden der Zeitreihenanalyse angegangen.

Projektabschluss: 09/2020

Weitere Informationen

Ansprechpartner: M.Sc. Thomas Stoetzel
Kontakt: office@enesys.rub.de

Foerderung

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Smart Windpark Laboratory

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Mit dem Klimaschutzabkommen von Paris 2015 hat die Bundesregierung Deutschland die globalen Herausforderungen des Klimawandels anerkannt und sich unter anderem zu einer Dekarbonisierung der Energiebereitstellung verpflichtet, die nur durch die Nutzung Erneuerbarer Energien nachhaltig erreichbar sind. Aufgrund des bisher erreichten technologischen Entwicklungsstands stellt die Windenergie eine der vielversprechendsten Technologien dar, um einen nachhaltigen Beitrag zur Lösung der gesellschaftlichen Herausforderungen des Klimaschutzes und der sicheren Energiebereitstellung zu leisten.

Unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Sourkounis wird im Rahmen dieses Forschungsvorhabens die erste Phase einer Forschungsinfrastruktur „Smart Windpark Laboratory“ (SWiPLab) konzipiert, aufgebaut und getestet, mit dem primären Ziel neue Untersuchungsmöglichkeiten für eine umsetzungsorientierte Forschung im Bereich der Windenergie zu schaffen.

Weitere Informationen

Das Vorhaben wird im Rahmen des Förderwettbewerbs „Forschungsinfrastrukturen“ durch die Europäische Union und das Land Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“ gefördert.


Ansprechpartner: Dr.-Ing. Johnny Chhor
Kontakt: office@enesys.rub.de



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Mitgliedschaft im Kompentenzzentrum für hydraulische Strömungsmaschinen der Ruhr-Universität Bochum


Das Institut für Energiesystemtechnik und Leistungsmechatronik ist Mitglied im Kompetenzzentrum Hydraulische Strömungsmaschinen, einem Forschungsverbund an der Ruhr-Universität Bochum. Im Rahmen der Mitgliedschaft beschäftigt sich EneSys mit dem Antriebssystem und deren Regelung von hydraulischen Strömungsmaschinen.

Der Betrieb von Pumpen ist gekennzeichnet durch anspruchsvolle thermische und chemische Umgebungsbedingungen. Dies betrifft zum einen das zu pumpende Medium, da dieses eine Temperatur über 100°C und aggressive chemische Substanzen aufweisen kann, zum anderen sind die Umgebungsbedingungen, der Einbauort häufig nicht spezifikationsgemäß. Trotzdem muss ein zuverlässiger und effizienter Betrieb gewährleistet werden. Neben der Effizienz sind weitere Randbedingungen wie eine geräuscharmer Betrieb und extreme Anforderungen seitens des versorgenden Netzes zu berücksichtigen. Unter diesen, sich dynamisch ändernden, Bedingungen ist die Konzipierung und Auslegung einer effizienten und kostengünstigen Antriebseinheit eine technische Herausforderung.

Die allgemeine Forschung im Bereich der Antriebstechnik für Pumpen ist getrieben von der Optimierung der Teilsysteme in den statischen Nennbetriebsbereichen. Die Optimierung bezieht sich dabei nicht nur auf die Steigerung der Effizienz sondern bewegt sich im Spannungsfeld zwischen Effizienz, Zuverlässigkeit und Kosten, was Aspekte wie Produzierbarkeit, Reduktion von notwendigen Sensoren etc. mit einschließt.
Im Rahmen des KHS wird ein integrierter Forschungsansatz verfolgt. Die Optimierung und Effizienzsteigerung des Gesamtsystems steht im Vordergrund. Dazu werden Teilsysteme unter Berücksichtigung der Interaktionen untereinander im Gesamtsystem und bzgl. der Gesamtziele optimiert.
In dem Projektvorhaben werden Optimierungspotentiale im Bereich des Antriebssystems erforscht. Diese werden über den gesamten Betriebsbereich, insbesondere auch den Teillastbetrieb, identifiziert. Ansätze sollen eine kostenoptimale Ausnutzung dieser Potentiale unter Einhaltung der genannten Anforderungen, und trotzdem einen sicheren Betrieb unter unsicheren Randbedingungen erreichen.


Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Sourkounis




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Hoch­prä­zi­se Strom­sen­so­ren mit neu­ar­ti­ger Über­tra­gungs­me­tho­de

Der Schwer­punkt in die­sem Pro­jekt ist die Ent­wick­lung eines hoch­ge­nau­en Strom­sen­sors mit einer neu­ar­ti­gen Über­tra­gungs­me­tho­de. Als Messein­heit wird der ASIC IHM-A-1500 der Firma Isa­bel­len­hüt­te ver­wen­det. Die­ser Mes­schip nutzt den Span­nungs­drop über einem Shunt für die Strom­mes­sung. Die Auf­lö­sung des ge­mes­se­nen Stroms be­trägt 16 Bit. Die­ser 16-Bit-Wert wird mit­tels einer Mo­du­la­ti­ons­ein­heit in ein spe­zi­el­les PWM-Si­gnal co­diert, bei dem so­wohl die Puls­wei­te als auch die Pe­ri­ode va­ria­bel sind. Das Ver­fah­ren zur Co­die­rung des Si­gnals wird als F-PWM be­zeich­net. Auf­grund der ein­fa­chen Di­gi­ta­li­sie­rung des Mess­si­gnals kann die­ses mit jeder mikrocon­trol­ler­ba­sie­rten Messein­heit de­mo­du­liert wer­den.


Ansprechpartner: Dr.-Ing. Abdoulkarim Bouabana




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TSA­E­SA - HIL-Test­sys­tem für SPS-Steue­rungs­sys­te­me

Das Pro­jekt hat das Ziel, In­be­trieb­nah­men von SPS-ge­steu­er­ten In­dus­trie­an­la­gen zu op­ti­mie­ren. Im Rah­men des Pro­jek­tes wird eine Soft­ware zur Hard­ware-in-the-lo­op-Prü­fung von SPS-Steue­rungs­sys­te­men ent­wi­ckelt. Die zu steu­ern­de An­la­ge wird in einer Si­mu­la­ti­ons­um­ge­bung nach­ge­bil­det und mit dem zu prü­fen­den SPS-Sys­tem ver­bun­den. So kann das SPS-Sys­tem auf kor­rek­te Funk­tio­na­li­tät ge­prüft wer­den schon bevor die An­la­ge fer­tig ge­stellt ist. Es kön­nen ge­zielt Si­cher­heits­funk­tio­nen ge­tes­tet und eva­lu­iert wer­den, die sonst eine Schä­di­gung oder Zer­stö­rung der An­la­ge zur Folge hät­ten. Dies spart Zeit und Kos­ten für die In­be­trieb­nah­me, au­ßer­dem ist die Feh­ler­su­che und –be­he­bung leicht durch­zu­füh­ren. Das Si­mu­la­ti­ons­sys­tem ist frei kon­fi­gu­rier­bar und kann so an an­de­re An­la­gen­ty­pen an­ge­passt wer­den. Das Pro­jekt er­laubt eine kos­ten­ef­fi­zi­en­te und schnel­le In­be­trieb­nah­me von SPS-ge­steu­er­ten An­la­gen.


Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Sourkounis



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