Wind turbine dynamics during non-linear load changes

Abstract

Työn tarkoituksena oli perehtyä tuulivoimalan dynamiikan mallintamiseen ja kehittää käytettyä mallinnusohjelmaa. Ohjelmana käytettiin laajalti käytössä olevaa ADAMS:a (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems), johon on olemassa tuulivoimalan mallintamiseen käytettävä WT (Wind Turbine)-liittymä. Tunlivoimalan mallinnusohjelmaan on tehty muutoksia aerodynamiikkaa kuvaavaan koodiin, sekä kehitetty mallinnuskomponentit siiven kärjessä kääntyvälle aerodynaamiselle kärkijarrulle ja pääakselin kallistuskulman asettamiselle. Lisäksi kehitettiin simuloinnin alkutransienttien aiheuttamien laskenta-aikaa vievien värähtelyjen vaimennin.

VTT:n arktisen tuulivoimatutkimuksen koevoimalana käyttämälle Pyhätunturin 220 kW:n voimalalle on rakennettu ADAMS-malli. Malli sisältää tornin, navasta ja kolmesta lavasta koostuvan roottorin sekä konehuoneen voimansiirtoineen. Voiman siirrosta on kuvattu generaattori, nopea ja hidas akseli sekä ideaalista vaihteistoa kuvaava komponentti.

Työssä on perehdytty koevoimalalle tehtyihin mittauksiin, käyty läpi kalibrointimittaukset, ja käytetty erikoistilanteissa tehtyjä mittauksia mallin verifioimiseksi.

Mallin todettiin kuvaavan voimalaa melko hyvin. Aerodynamiikka ja siiven kuvaus ovat hyviä. Tornin kuvaus vaatii vielä tarkentamista.

Kuvattujen epälineaaristen kuormitustapausten, kuten jään ja kärkijarrun aukeamisen ei todettu aiheuttavan voimalalle hälyttävän suuria äarikuormituksia.