Pientuulivoimalan testausympäristön kehittäminen ja käyttöönotto Vacon-taajuusmuuttajilla

Abstract

Opinnäytetyössä oli tarkoitus tutkia pientuulivoimalan verkkoonkytkentää Vacon NXI-taajuusmuuttajilla ja toteuttaa 2 kW:n pientuulivoimalan sähköinen malli Technobothnian laboratoriossa. Opinnäytetyön tavoitteena oli saada tietoa Vaconin verkkovaihtosuuntaajan soveltuvuudesta pientuulivoimalakäyttöön ja aloittaa testausympäristön kehitystyö.

Aineistona käytettiin Vaconin sovellusmanuaaleja sekä kirjallisuutta tuulivoimatekniikasta ja tuulivoimalan säädöstä. Työssä sovellettiin ohjelmoitavien logiikoiden rinnankäyttömahdollisuutta taajuusmuuttajien kanssa. Tuulivoimalan simulomiseen käytettiin oikosulkumoottoria, jota ohjattiin taajuusmuuttajalla. Kaikkien prosessissa käytettyjen sähkökäyttöjen tarvittavat ohjaus- ja mittausarvot yhdistettiin Profibus-väylällä työssä tehtyyn valvomoon.

Pientuulivoimalan generaattorilla syötettiin tehoa sähköverkkoon laboratoriossa ja tehtiin suorituskykymittauksia. Todettiin, että Vacon-verkkovaihtosuuntaajalla on mahdollista toteuttaa pientuulivoimalan turvallinen käyttö yleisessä jakeluverkossa. Työssä esitettiin laitteistolta vaadittavia suojauksia ja säätötoimenpiteet verkkoonsyötetyn tehon optimoimiseksi.

The purpose of the thesis was to study on-grid system for a small 2 kW wind tur-bine. The control system was made of Vacon NXI frequency converters. The elec-trical model of the wind turbine studied was developed in the Technobothnia la-boratory. The aim of the thesis was to gather knowledge about the usability of the Vacon on-grid system in small wind turbine use and start development of the test-ing system.

Materials used in the thesis were mostly Vacon application manuals but also re-searches on wind power technology and control of wind turbines were used. The possibility of controlling frequency converters with an external programmable logic controller was applied in the laboratory tests. A squirrel cage motor con-trolled by NXP frequency converter was used in the simulation of the wind tur-bine. The process data controls and measured values used in the simulation were connected to a supervising system developed in the laboratory. A Profibus cable was used in the data transfer between the PLC and frequency converters.

As a result, electrical power was fed to the grid and performance tests for the sys-tem were made. The conclusion of the thesis was that Vacon on-grid system is suitable for small wind turbine use when all the protections and controls de-manded by the grid owner are appropriate.