Muuttuvanopeuksisen tuulivoimalan säätö

Abstract

Työssä on perehdytty muuttuvanopeuksisen tuulivoimalan säätöön ja mallinnettu säätöjärjestelmä. Ohjelmana säätöjärjestelmän mallinnuksessa käytettiin Matlab/Simulink-ohjelmistoa. Voimalan mekaniikan simulointiin käytettiin ADAMS-ohjelmistoa. Mallinnuksen kohteena oli Oulussa sijaitseva Winwindin 1 MW:n lapakulmasäätöinen tuulivoimala. Säätöjärjestelmän malli sisältää pyörimisnopeuden säädön, lapakulman säädön, generaattorin momentin säädön, lapakulmien erillissäädön ja yaw-suunnan eli pääakselin suunnan säädön. Mallilla tutkittiin säätötoimenpiteiden vaikutuksia voimalan toimintaan, voimalan tuottamaan tehoon ja voimalan komponenttien kuormituksiin. Lisäksi tutkittiin erillissäädettyjen lapojen käyttöä kuormitusten pienentämiseen tuulen vertikaaliprofiilin, sivutuulen ja roottorin aerodynaamisen ja massaepätasapainon aikana. Osatehotilassa generaattorin momentin säädöllä onnistuttiin kasvattamaan voimalan tuottamaa tehoa, mutta samalla kuormitukset voimalan pääakselilla kasvoivat. Nimellistehoalueella generaattorin momentin säädöllä onnistuttiin pienentämään pääakselin kuormituksia ja tuottamaan tehoa tasaisemmin. Lapakulmien erillissäädöllä onnistuttiin pienentämään lapakuormia kaikissa kokeilluissa tapauksissa, mutta samalla torniin aiheutuvat voimat kasvoivat. Generaattorin momentin säädöllä pääakselin kuormitukset pienenivät massaepätasapainon tapauksessa, mutta tornin ja lapojen voimiin säädöllä ei ollut vaikutusta