Optische Datenübertragung in Windkraftwerken

Abstract

Diese Diplomarbeit ist ein Teil eines Projektes der Firma TTTech Computertechnik AG. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer fehlertoleranten Controller-Plattformarchitektur für Windkraftwerke der Firma Vestas Wind Systems A/S. Die fehlertolerante Controller-Plattformarchitektur für Vestas Windturbinen wird entwickelt, um den Anforderung zur Reduktion der Kosten bei der Energiegewinnung gerecht zu werden und gleichzeitig die Kundenzufriedenheit zu verbessern. Diese Forderungen sollen durch eine redundante und möglichst ausfallsichere Architektur realisiert werden. Die Platt¬formarchitektur muss Sensoren und Aktuatoren verschiedenster Windturbinenbauformen und Größen mit einer möglichst einheitlichen Hardware und Software steuern und regeln können.<br />Im Rahmen dieser Diplomarbeit werden verschiedenste kommerzielle optische Datenübertragungstechnologien auf ihre Eignung für den Einsatz in Windkraftwerken untersucht. Diese Untersuchungen sind notwendig, da die optische Datenübertragung in Windkraftwerken unter extremen Umweltbedingungen stattfindet. Als ausschlaggebende Belastungen wurden extreme Vibrations.- und Temperatur¬beanspruchungen ermittelt. Ein zusätzlicher Aspekt des Einsatzes der optischen Datenübertragung in Windkraftwerken ist der schwere und teure Zugang zu Offshore-Windkraftanlagen. Dies erfordert eine extrem zuverlässige optische Datenübertragungstechnologie. Die Firma Vestas hat Rahmenbedingungen und wichtige Aspekte zur Beurteilung der verschiedenen verfügbaren Technologien vorgegeben. Als geeignetes Kriterium für eine erste grundlegende Bewertung der Technologien hat sich der Highly Accelerated Life Test (HALT) mit erweiterten Temperaurtests herausgestellt. Die Erklärung, die Durchführung und die Ergebnisse dieser Tests sind ein Teil dieser Diplomarbeit.<br />Um die Tests mit möglichst wenig Zeitaufwand und einer möglichst hohen Diagnoseabdeckung durchführen zu können, musste eine Testausrüstung zur Automatisierung entwickelt und realisiert werden. Dazu war es notwendig eine geeignete Hardware und Software zu entwickeln.<br />

This thesis is part of a TTTech Computertechnik AG project. The project goal is to develop a fault-tolerant wind turbine controller platform architecture for Vestas Wind Systems A / S. The fault tolerant controller platform architecture for Vestas wind turbines is being developed to target two main requirements, first to reduce the cost of energy and secondly to improve customer satisfaction. These requirements should be targeted by a modular, redundant and fail-safe architecture.<br />The platform architecture has to control sensors and actuators of various wind turbine types with a unified hardware and software.<br />In the context of this thesis, various commercial optical transmission technologies are investigated for their fitness to be used in wind turbines. This investigation is necessary because of the extremely challenging environmental conditions in wind turbines. Vibration and temperature stresses are identified as critical load conditions. An additional aspect of optical data transmission in wind power plants is the complicated and expensive access to offshore wind turbines. All these aspects require a highly reliable optical communication technology. Vestas defined criteria by which the available technologies are to be judged. The HALT (Highly Accelerated Life Test) and an advanced temperature test have been found as suitable first evaluation parameters. The declaration, the implementation and the results of these tests are a part of this thesis.<br />In the context of this test equipment was developed to run automated tests. This test equipment helps to carry out the tests in a minimal time and provides a high diagnostic coverage. Therefore it was necessary to develop an appropriate hardware and software.