Tuulivoimalan simulointi laboratorioympäristössä

Abstract

Tämä opinnäytetyö on tehty Tampereen ammattikorkeakoulun sähkölaboratorioon. Työn tarkoituksena oli tehdä muuttuvanopeuksista tuulivoimalaa simuloiva järjestelmä. Työssä käytetyt laitteet olivat koulun sähkölaboratorioon kuuluvia, ja työ on tehty niiden mukaisesti.

Työn tärkeimpänä osana oli muuttuvanopeuksisen tuulivoimalan roottorin pyörimisnopeuden muuttuminen kuormitustilanteen muuttuessa. Kun kuormitus kasvoi, pyörimisnopeus hidastui. Tuulivoimalan roottorin mallintamiseen käytettiin taajuusmuuttajaohjattua servomoottoria. Servomoottorille vietiin nopeusohje aiemmassa työssä servomoottorin käyttöpaneeliin lisättyihin ulkoisen nopeusohjeen liitäntöihin. Mittaussignaali saatiin servomoottorin käyttöpaneelin momentinmittauksen liitännöistä.

Servomoottorin ohjaus on toteutettu National Instrumentsin myDAQ -laitteella. NI myDAQ on pienikokoinen, erityisesti opiskelijoiden käyttöön suunnattu signaalien käsittelytyökalu. Sillä saadaan vietyä ±10 voltin ohjausjännite sekä tuotua ±10 voltin mittausjännite. Servomoottorin ohjauksessa käytetty ohjelmisto on tehty LabVIEW-ohjelmistolla. Se on graafinen ohjelmointiympäristö, joka tekee ohjelman lisäksi käyttöliittymää, jolla ohjelmaa käytetään. Käyttöliittymään syötetään halutut simulointiarvot esimerkiksi tuulennopeudelle ja roottorin säteelle.

This thesis was made for the electric laboratory in Tampere University of Applied Sciences. The purpose of this thesis was to make a system that simulates a variable speed wind turbine. Devices that were used for this thesis are property of the electric laboratory, and the stydy was made accordingly.

The most important element of this thesis was changing the rotation speed of a variable speed wind turbine when the load of the turbine changes. When the load increased the rotation speed decreased. In the modelling of the wind turbine a frequent changer controlled servomotor was used. The speed reference for the servomotor was taken to connectors for external speed reference that were added to the servomotors control panel in earlier thesis. The measurement signal was acquired from the torque measurement connectors in the control panel.

The control of servomotor is executed with the National Instruments myDAQ -device. The NI myDAQ device is a portable data acquisition device that is made especially for students. It can export ±10 V control voltage as well as import ±10 V measuring voltage. The software that was used to control the servomotor was made with LabVIEW software. LabVIEW is a graphic programming environment that makes program and user interface at the same time. Desired simulating values are supplied to user interface, for example, the wind speed and the radius of the rotor.