@PhdThesis{duepublico_mods_00038850,
  author = 	{Zwingenberg, Marcel},
  title = 	{Teilautomatisierte Erstellung und Anpassung von Komponenten-Kennfeldern f{\"u}r Gasturbinen mit Hilfe von Betriebsdaten-Auswertung und numerischen N{\"a}herungsverfahren},
  year = 	{2015},
  month = 	{Jul},
  day = 	{15},
  keywords = 	{Gasturbine; Kennfeld; Kalibrierung},
  abstract = 	{In dieser Dissertation wird die methodisch zusammenh{\"a}ngende thermodynamische Modellbildung von Heavy-Duty Gasturbinen auf Basis von Betriebsmessdaten dargestellt. Die wichtigsten Punkte der entwickelten Modellbildung sind die Validierung der Daten, die Dekorrelation von Messwerten und zeitlichen Einfl{\"u}ssen sowie die automatisierte Adaption von Stromlinienkr{\"u}mmungsverfahren f{\"u}r Verdichter und Turbine an den Messdatensatz durch Kalibrierung der zu Grunde liegenden Verlustkorrelationen. 
Der vorgestellte Ansatz zur Validierung von Betriebsmessdaten basiert auf drei Stufen. Die erste Stufe ist eine signalverlaufbasierte Pr{\"u}fung vor Beginn der thermodynamischen Auswertung, um gro{\ss}e Abweichungen zu identifizieren. Die zweite Stufe ist die Erkennung spontaner Signalabweichungen mit zu geringer Amplitude, um w{\"a}hrend der ersten Pr{\"u}fung vor der thermodynamischen Auswertung erkannt zu werden. Der in der zweiten Stufe genutzte Ansatz kann alle thermodynamisch relevanten Fehlerszenarien zu 100{\%} korrekt identifizieren. Die notwendige Abweichung f{\"u}r die Detektion einer Anomalie betr{\"a}gt hierbei das Dreifache der Standardabweichung des jeweiligen Signals. Die dritte Stufe ist die Erkennung langsam steigender Abweichungen. Aufgrund der Nicht-Anwendbarkeit der Einzelfehlerhypothese f{\"u}r dieses Szenario wird ein auf Fuzzylogik basierter Algorithmus mit dem Fehlerisolator aus der zweiten Stufe als Rechenkern entwickelt. Dieses System ber{\"u}cksichtigt erstmalig die Pr{\"a}zision der L{\"o}sungen in den einzelnen Fehlerkombinationssets und wird intensiv auf Basis realer Daten und unter Ber{\"u}cksichtigung des Einflusses verschiedener Alterungsgradienten getestet. 
Nach der Validierung der Daten wird aufbauend auf dieser Datenbasis ein Verfahren entwickelt, um die unweigerlich auftretenden Alterungseffekte aus dem Datensatz zu entfernen und so die Datenqualit{\"a}t signifikant zu verbessern. In diesem mehrstufigen Prozess werden die Performancewerte f{\"u}r Verdichter und Turbine sequentiell von Alterungseffekten bereinigt. Hervorzuheben hierbei ist, dass in diesem neu entwickelten Vorgehen die Korrektur nicht nach Auswertung des Datensatzes erfolgt, sondern die notwendigen Korrekturen in den Rohdatensatz eingebracht werden. So ist sichergestellt, dass alle Performancewerte auch nach Alterungskorrektur die Energie- und Massenbilanzen erf{\"u}llen. 
Der so bereinigte Datensatz stellt die Basis f{\"u}r die automatisierte Kalibrierung von zwei verschiedenen Stromlinienkr{\"u}mmungsverfahren f{\"u}r die Simulation von Verdichter und Turbine dar. Das angewendete Kalibrierungsverfahren ist f{\"u}r beide SKV im Kern identisch, unterscheidet sich jedoch in zwei wesentlichen Punkten. So wird f{\"u}r den Verdichter ein Ansatz mit wenigen Kalibrierungsfaktoren gew{\"a}hlt, welche im Gegenzug {\"u}ber den Lastbereich variabel gestaltet werden k{\"o}nnen. F{\"u}r die Kalibrierung der Turbine wird hingegen der Ansatz gew{\"a}hlt, m{\"o}glichst viele, daf{\"u}r aber {\"u}ber den Lastbereich konstante, Kalibrierungsfaktoren zu nutzen. Vor- und Nachteile beider Ans{\"a}tze werden ausf{\"u}hrlich diskutiert. Weiterhin unterscheiden sich die Kalibrierungsverfahren darin, dass das SKV Verdichter sowohl bez{\"u}glich des Verdichterwirkungsgrades als auch des Verdichtermassenstromes kalibriert wird, w{\"a}hrend das SKV Turbine bez{\"u}glich des Wirkungsgrades kalibriert wird.
Beiden Kalibrierungsans{\"a}tzen ist gemein, dass sie sowohl direkte als auch indirekte Limitierungen der Kalibrierungsparameter erlauben. Insbesondere die Einbindung indirekter Randbedingungen erm{\"o}glicht eine physikalisch basierte Eingrenzung der Kalibrierungsparameter, welche den Umgang mit den Randbedingungen deutlich intuitiver und effektiver gestaltet. Weiterhin bieten die entwickelten Kalibrierungsans{\"a}tze erstmalig die M{\"o}glichkeit, durch Zuordnung von Varianzen zu den Kalibrierungsparametern eine Gewichtung einzubringen, um so den Erfahrungsschatz des Anwenders in der Kalibrierung zu ber{\"u}cksichtigen. 
Die Ergebnisse zeigen in beiden F{\"a}llen eine deutliche Verbesserung im Hinblick auf eine pr{\"a}zisere Beschreibung der Performance der Komponenten, so dass die kalibrierten Stromlinienkr{\"u}mmungsverfahren auch f{\"u}r eine sinnvolle Extrapolation der Komponentenkennfelder genutzt werden k{\"o}nnen. Dieses Vorgehen f{\"u}hrt somit insbesondere im nicht durch Betriebsmessdaten abdeckbaren Kennfeldbereich zu einer deutlich erh{\"o}hten Sicherheit in der Performancevorhersage bei gleichzeitig reduziertem Einflusses des Anwenders auf das Endergebnis.
Das hier vorgestellte Verfahren ist vor allem f{\"u}r {\"a}ltere Gasturbinen Versionen nutzbar, er{\"o}ffnet jedoch auch M{\"o}glichkeiten der weiterf{\"u}hrenden Anwendung, unabh{\"a}ngig von Version und Alter der Gasturbine.},
  url = 	{https://duepublico2.uni-due.de/receive/duepublico_mods_00038850},
  file = 	{:https://duepublico2.uni-due.de/servlets/MCRFileNodeServlet/duepublico_derivate_00039546/Zwingenberg_Diss.pdf:PDF},
  language = 	{de}
}