Tuulivoimalan simulointiympäristö : 22 kW kuormakoneen ohjaus
Lappalainen, Tommi (2016)
Lappalainen, Tommi
Tampereen ammattikorkeakoulu
2016
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016053010674
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2016053010674
Tiivistelmä
Opinnäytetyö on tehty Tampereen ammattikorkeakoulun sähkölaboratorioon. Työn tarkoituksena oli tehdä todellista tuulivoimalaa mallintava simulointijärjestelmä siten, että sitä on helppo ohjata ja valvoa tietokoneelta. Järjestelmä on tehty sähkölaboratorion GreenLab-puolelle. Järjestelmän toteutus on tehty sähkölaboratorion tarjoamilla komponenteilla ja ne ovat sähkölaboratorioon kuuluvia.
Tuulivoimalan mallintamisen tärkeimpänä elementtinä oli roottorin pyörimisnopeuden muuttuminen, kun generaattorin kuormitus muuttuu. Roottorin toiminnan mallintaminen suoraan teoriasta löytyvillä kaavoilla ei ole todenmukainen, sillä yksinkertainen teoria ei suoraan mallinna tuulivoimalassa syntyviä häviöitä. Tuulivoimalan roottorin toiminnan mallintamiseen käytettiin taajuusmuuttajakäyttöä, jossa on 22 kW:n oikosulkumoottori. Mallissa roottorin pyörimisnopeuden ohjearvo on riippuvainen tuulennopeudesta ja tuulivoimalan generaattorin kuormamomentista.
Käytön ohjaus on toteutettu National Instrumentsin valmistamalla myDAQ-laiteella. Se on kannettava mittaus- ja instrumentointilaite, jolla voidaan luoda ja käsitellä analogisia signaaleja sekä digitaalista dataa. Laiteen ohjelmointi on tehty LabVIEW-ohjelmistolla. Ohjelmisto tekee ohjauksen lisäksi käyttöliittymää, jonka kautta tuulivoimalan käyttöä voidaan ohjata ja monitoroida tietokoneen välityksellä. Käyttöliittymään voidaan syöttää käyttöön asennetun generaattorin maksimisuoritearvot, joiden kautta ohjelma laskee sopivaa roottorin pyörimisnopeutta eri tuulennopeusarvoilla. Käyttöliittymään voidaan ladata erilaisia tuuliolosuhdemalleja ja monitoroida roottorin käyttäytymistä eri käyttötilanteissa.
Käytölle on tehty lopuksi kuormituskokeet eri tuulennopeuksissa. Mittaustuloksista voidaan todeta roottorin toiminnan olevan tuulivoimamallin mukainen. Lopuksi työssä käsitellään toimenpiteitä, kuten monipuolisempaa laitteistoa, joilla simulointiympäristöä voitaisiin tulevaisuudessa kehittää.
Tuulivoimalan mallintamisen tärkeimpänä elementtinä oli roottorin pyörimisnopeuden muuttuminen, kun generaattorin kuormitus muuttuu. Roottorin toiminnan mallintaminen suoraan teoriasta löytyvillä kaavoilla ei ole todenmukainen, sillä yksinkertainen teoria ei suoraan mallinna tuulivoimalassa syntyviä häviöitä. Tuulivoimalan roottorin toiminnan mallintamiseen käytettiin taajuusmuuttajakäyttöä, jossa on 22 kW:n oikosulkumoottori. Mallissa roottorin pyörimisnopeuden ohjearvo on riippuvainen tuulennopeudesta ja tuulivoimalan generaattorin kuormamomentista.
Käytön ohjaus on toteutettu National Instrumentsin valmistamalla myDAQ-laiteella. Se on kannettava mittaus- ja instrumentointilaite, jolla voidaan luoda ja käsitellä analogisia signaaleja sekä digitaalista dataa. Laiteen ohjelmointi on tehty LabVIEW-ohjelmistolla. Ohjelmisto tekee ohjauksen lisäksi käyttöliittymää, jonka kautta tuulivoimalan käyttöä voidaan ohjata ja monitoroida tietokoneen välityksellä. Käyttöliittymään voidaan syöttää käyttöön asennetun generaattorin maksimisuoritearvot, joiden kautta ohjelma laskee sopivaa roottorin pyörimisnopeutta eri tuulennopeusarvoilla. Käyttöliittymään voidaan ladata erilaisia tuuliolosuhdemalleja ja monitoroida roottorin käyttäytymistä eri käyttötilanteissa.
Käytölle on tehty lopuksi kuormituskokeet eri tuulennopeuksissa. Mittaustuloksista voidaan todeta roottorin toiminnan olevan tuulivoimamallin mukainen. Lopuksi työssä käsitellään toimenpiteitä, kuten monipuolisempaa laitteistoa, joilla simulointiympäristöä voitaisiin tulevaisuudessa kehittää.