Minivesivoimalan taajuusmuuttajakäyttö
Suortti, Roope (2014)
2014
Kuvaus
Opinnäytetyö kokotekstinä PDF-muodossa.
Tiivistelmä
Alle megawatin vesivoimalat eli minivesivoimalat on perinteisesti rakennettu käyttäen epätahtigeneraattoria. Turbiinin pyörimisnopeus on sovitettu generaattorille sopivaksi mekaanisen vaihteiston avulla. Koska voimalan rakennuskustannukset pyritään samaan mahdollisimman alhaiseksi, niin turbiinina on usein huonosti säädettävä potkuriturbiini. Tällaiset ratkaisut toimivat tehokkaasti nimellisellä putouskorkeudella ja virtaamalla, mutta voimalan hyötysuhde putoaa nopeasti vesiolosuhteiden muuttuessa.
Tässä diplomityössä tutkitaan ratkaisua, jossa generaattori on kytketty verkkoon taajuusmuuttajan välityksellä. Hidaskäyntisellä turbiinilla on suositeltavaa käyttää kestomagneettitahtigeneraattoria. Tällöin voidaan jättää pois kallis ja vikaherkkä mekaaninen vaihteisto. Työssä on tutkittu myös vaihtoehtoa, jossa erillinen ohjelmoitava logiikka on korvattu taajuusmuuttajan laajennuksilla.
Taajuusmuuttajalla varustetussa vesivoimalassa turbiinin ja generaattorin pyörimisnopeus saa vaihdella vapaasti. Tällä saavutetaan etua perinteiseen ratkaisuun verrattuna vesiolosuhteiden muuttuessa. Yksi työn tärkeimpiä kohtia onkin turbiinin pyörimisnopeuden optimointi. Tarkoituksena on saada voimalan hyötysuhde pysymään mahdollisimman korkeana, vaikka vesiolosuhteet muuttuvat.
Tutkimuksen tuloksena saatiin selkeä käsitys siitä, mitä kaikkia vaatimuksia taajuusmuuttajakäytöllä on minivesivoimalalle. Työssä on myös selvitetty verkon tuomat vaatimukset voimalalle. Työn viimeisessä osiossa on ohjelmoitu pintasäätöä varten PID-säädin sekä turbiinin optimointiin tarkoitettu säädin käyttäen IEC 61131-3 -standardia.
Tässä diplomityössä tutkitaan ratkaisua, jossa generaattori on kytketty verkkoon taajuusmuuttajan välityksellä. Hidaskäyntisellä turbiinilla on suositeltavaa käyttää kestomagneettitahtigeneraattoria. Tällöin voidaan jättää pois kallis ja vikaherkkä mekaaninen vaihteisto. Työssä on tutkittu myös vaihtoehtoa, jossa erillinen ohjelmoitava logiikka on korvattu taajuusmuuttajan laajennuksilla.
Taajuusmuuttajalla varustetussa vesivoimalassa turbiinin ja generaattorin pyörimisnopeus saa vaihdella vapaasti. Tällä saavutetaan etua perinteiseen ratkaisuun verrattuna vesiolosuhteiden muuttuessa. Yksi työn tärkeimpiä kohtia onkin turbiinin pyörimisnopeuden optimointi. Tarkoituksena on saada voimalan hyötysuhde pysymään mahdollisimman korkeana, vaikka vesiolosuhteet muuttuvat.
Tutkimuksen tuloksena saatiin selkeä käsitys siitä, mitä kaikkia vaatimuksia taajuusmuuttajakäytöllä on minivesivoimalalle. Työssä on myös selvitetty verkon tuomat vaatimukset voimalalle. Työn viimeisessä osiossa on ohjelmoitu pintasäätöä varten PID-säädin sekä turbiinin optimointiin tarkoitettu säädin käyttäen IEC 61131-3 -standardia.