Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung.

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1 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de SIMU-Wind Combination of multi body system simulation, electrical simulation and Condition monitoring a powerful research development Research Project of “Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit (BMWA)“ in scope of the support program “InnoNet“

2 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 2 Motivation increasing risk of damage/defects in combination with increasing performance knowledge loss of the actual operating conditions increasing performance requirements for all drive train components class of insurance claims for determined revision cycle in Germany

3 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de Project objective is the … …development of a combined multi sensor, multi body condition monitoring system for wind turbine drive trains optimized dimensioning of drive train elements reduction of down times integrated consideration of the drive train of wind turbines analysis of abnormal drive train operating conditions increasing life cycle of drive train elements

4 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de Project partners Research institutes IMM, TU Dresden IBH, RWTH Aachen ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH Eickhoff Maschinenfabrik GmbH ITI GmbH REpower Systems AG SEG GmbH & Co.KG Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk Industrial partners

5 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 5 Measurement system (1) 86sensors at the nacelle drive train base frame (data storage on industrial PC) 16 sensors in tower base electrical signals of generator and converter parallel data storage with signals of drive train remote control

6 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 64 sensors at the drive train torsion and bending at the rotor shaft and generator shaft movement of the rotor shaft belonging to bearing- and gearbox housing movement inside gearbox gearbox and generator temperature vibration at gearbox and generator … Measurement system (2)

7 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de Measurement system (3)

8 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 8 22 strain gauges at the base frame Measurement system (4)

9 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 9 mechanical system consists of  rotor and blades, main shaft  gear unit  coupling, brake disk  generator  baseframe controller consists of  pitch controller  output power controller  speed controller  brake controller electrical system consists of  generator  converter  grid MBS-Model (modular design) wind aerodyn. model mechanical system electrical system wave controller network Wind Turbine relevant only for offshore systems Field of Interest

10 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 10 simulation model included  rotor modelsingle blade and complete rotor (bending in flap- and edge-wisedirection)  drive traintorsional vibration model (with rigid and flexible rotor) MBS model (with rigid and flexible rotor)  nacelleflexible base frame model  electrical systemasynchronous generator model with converter and grid model  aerodyn. modelwind to moment converter model with c p equation MBS-Model (components)

11 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de P,Q pitch rotor wind drive train  T rotor stator MSC LSC model of generator and converter I U grid- model Electrical simulation model (1)

12 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 12  calculation of the electro-mechanical system Co-Simulation (time domain)  T rotor stator MSC LSC model of generator and converter I U grid- model

13 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 13 torsional frequencies axial mode shape bending rotor (edgewise) bending rotor (flapwise) Torsional Model Torsional Model (Flexible Rotor) Torsional / Axial Model Torsional / Axial Model (Flexible Rotor)  natural frequencies Results (frequency domain) 60 Hz 170 Hz

14 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 14 (I)torsional mode shape gearbox [approx. 60 Hz] (II)axial mode shape low speed shaft LSS [approx. 170 Hz] (I)torsional mode shape gearbox [approx. 60 Hz] (II)axial mode shape low speed shaft LSS [approx. 170 Hz] Results (mode shapes) mode shapes of the rigid drive train model

15 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 15 (I)torsional and bending mode shape of base frame and drive train [approx. 2 Hz] (II)bending mode shape of base frame [approx. 4 Hz] (I)torsional and bending mode shape of base frame and drive train [approx. 2 Hz] (II)bending mode shape of base frame [approx. 4 Hz] Results (mode shapes) mode shapes of the flexible drive train model

16 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 16 voltage drop at the net meeting point uPCC 0.40.50.60.70.80.9 -400 0 400 800 UPCC [V] [s] 0.40.50.60.70.80.9 -20000 -10000 0 10000 [s] Air gap moment [Nm] Results (electrical signals)

17 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de 17 - power loss dependent of temperature 23.04.200524.04.200525.04.2005 0 600 1200 1800 2400 Power [kW] 0 40 80 120 Temp. Gen. [°C] non linear property: power dependency of generator temperature - verification of temperature dependency by measuring data analysis Results (electrical signals)

18 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de Integrated system Condition-Monitoring-SystemMulti body simulation model Electrical simulation model Integrated system

19 Weitere Kooperationspartner: ACIDA GmbH Centa Antriebe Kirschey GmbH EickHoff Maschinenfabrik GmbH ITI Gesellschaft für ingenieurtechnische Informationsverarbeitung mbH Repower Systems AG SEG Schaltanlagen-Elektronik Geräte GmbH Svendborg Brakes A/S VEM Sachsenwerk GmbH www.ibh.rwth-aachen.de www.me.tu-dresden.de SIMU-Wind Combination of multi body simulation, electrical simulation and Condition monitoring a powerful research development Thank you for your attention!