Virtual sensing of wind turbine hub loads and drivetrain fatigue damage, Virtuelle Sensoren für die Messung von Hauptwellenlasten und Ermüdungsschäden im Antriebstrang von Windenergieanlagen
Abstract: This paper presents a Digital Twin for virtual sensing of wind turbine aerodynamic hub loads, as well as monitoring the accumulated fatigue damage and remaining useful life in drivetrain bearings based on measurements of the Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) and the drivetrain condition monitoring system (CMS). The aerodynamic load estimation is realized with data-driven regression models, while the estimation of local bearing loads and damage is conducted with physics-based, analytical models. Field measurements of the DOE 1.5 research turbine are used for model training and validation. The results show low errors of 6.4% and 1.1% in the predicted damage at the main and the generator side high-speed bearing respectively. Zusammenfassung: In diesem Aufsatz wird ein digitaler Zwilling für Windenergieanlagen vorgestellt, welcher die virtuelle Erfassung der Hauptwellenlasten und die Zustandsüberwachung von Ermüdungschäden und der verbleibende Nutzungsdauer der Antriebsstranglager ermöglicht. Der digital Zwilling nutzt Messdaten des Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) Systems und des Zustandsüberwachungssystems des Antriebsstranges (CMS). Die Berechnung der Hauptwellenlasten ist mit datenbasierten Regressionsmodellen umgesetzt, während die Berechnung der Lagerkräfte und der Ermüdungsschaden mit physikbasierten Modelle durchgeführt wird. Für die Modellentwicklung und -validierung werden Feldmessdaten der DOE 1.5MW Turbine eingesetzt. Die Abweichungen in den Ermüdungsschäden am Hauptwellenlager und am Generatorwellenlager betragen lediglich 6,4% beziehungsweise 1,1%.
- Research Organization:
- National Renewable Energy Laboratory (NREL), Golden, CO (United States)
- Sponsoring Organization:
- USDOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE), Renewable Power Office. Wind Energy Technologies Office; Research Council of Norway
- Grant/Contract Number:
- AC36-08GO28308
- OSTI ID:
- 1973671
- Report Number(s):
- NREL/JA-5000-84880; MainId:85653; UUID:fc19f234-8448-46e2-a992-a19967194a89; MainAdminID:68645
- Journal Information:
- Forschung im Ingenieurwesen, Vol. 87, Issue 1; ISSN 0015-7899
- Publisher:
- Springer NatureCopyright Statement
- Country of Publication:
- United States
- Language:
- English
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