sensor dan perangkat kontrol turbin angin

Sensor dan perangkat pengontrol yang sesuai diperlukan untuk menjaga stabilitas dinamis turbin angin dan meningkatkan kinerja pada macam-macam kondisi angin. Pemantauan sensor untuk mencatat efisiensi dan data stabilitas dinamis turbin harus dikumpulkan secara acak.

Komponen penting seperti rotor, generator, transmisi, dan komponen lainnya bertanggung jawab untuk efisiensi sistem keseluruhan, keandalan, keamanan, dan stabilitas dinamis. Kebanyakan sensor pemantauan ,perangkat keamanan, dan komponen penting lainnya terletak di nacelle.

Komponen nacelle

Sistem Kontrol Regulasi

Sistem kontrol regulasi dengan loop umpan balik cepat, mekanisme kontrol berbasis mikroprosesor, dan algoritme kontrol banyak digunakan oleh turbin angin berkapasitas tinggi untuk menjaga stabilitas dinamis dan operasi yang andal di berbagai jenis angin termasuk turbulensi. Penting untuk ditekankan bahwa kedua pengaturan pitch dan yaw control diperlukan untuk mencapai stabilitas dinamis, aman dan pengoperasian rotor yang andal di berbagai kondisi angin.

Kendali Pitch Rotor

Persyaratan kontrol pengaturan pitch menunjukkan bahwa sudut serang harus dijaga di bawah 5,7 derajat jika koefisien daya optimal dan stabilitas dinamis harus dipertahankan di berbagai lingkungan angin. Sudut aliran (jumlah sudut pitch dan sudut serangan) berubah di berbagai macam kondisi angin pada satu wilayah. Sudut pitch harus disesuaikan di berbagai lokasi di sepanjang panjang blade untuk memenuhi persyaratan sudut aliran.

Tabel di bawah adalah tabel pengaturan pitch oleh pengendali pitch berdasarkan jari-jari blade dan kecepatan angin:

Tabel pengaturan pitch agar memenuhi sudut aliran yang diperlukan. Sumber: Buku Wind Turbine Technology (2011).

Sudut pitch harus disesuaikan dengan mekanisme kontrol pitch yang terdiri dari motor pitch, pengontrol, dan aksesori penggerak untuk memenuhi persyaratan sudut aliran. Penyesuaian sudut aliran dan sudut pitch akan bervariasi sebagai fungsi radius atau panjang blade. Dari tabel di atas terlihat bahwa sudut aliran, kecepatan angin, dan sudut pitch semuanya meningkat dari ujung blade ke lokasi hub. Nilai-nilai dari parameter ini berubah sesuai fungsi dari jari-jari blade.

Block diagram pitch control. Sumber: Buku Wind Turbine Technology (2011).

Elemen penting dari kontrol sistem adalah aktuator, pengontrol berbasis mikroprosesor, kontrol algoritma, power set point device, dan power transducer. Daya dihasilkan oleh turbin angin diukur menggunakan transduser biasanya terletak di dalam dasar menara. Sinyal listrik terukur dibandingkan dengan precision set point device device dan sinyal error kemudian dibawa ke pengontrol mikroprocessor. Kontrol algoritma digunakan untuk memperoleh respon dinamis yang dibutuhkan untuk aktuator memutar blade. Rotasi dari blade harus lancar dan presisi.

Yaw Control

Diagram blok sistem kontrol regulasi yaw mirip dengan pengaturan pitch, namun kontrol yaw kurang canggih. Pengaturan pitch belum cukup menjaga stabilitas dinamis pada kondisi turbulensi.

Implementasi kontrol yaw juga penting untuk memastikan stabilitas dinamis dan perlindungan struktural sistem turbin angin di lingkungan yang bergejolak. Sistem yaw pada turbin berguna untuk membelokkan arah rotor ke kanan/kiri untuk menerima aliran angin. Penerapan sistem pengaturan pitch dan yaw menambah biaya dan membuat sistem lebih kompleks, tetapi sistem kontrol ganda diperlukan untuk stabilitas dinamis utama dan pengoperasian yang aman dari turbin angin berkapasitas tinggi tanpa memedulikan kecepatan angin dan perubahan lingkungan.

Sensor untuk Memantau Parameter Angin

Desain turbin angin menggunakan wind-vane dan perangkat anemometer untuk memantau arah dan kecepatan angin. Pengukuran akurat dari parameter angin ini penting untuk mengoptimalkan efektivitas dari pitch dan kontrol yaw.

Turbin angin menggunakan wind vane untuk memantau arah angin. Perangkat pemantau arah modern untuk turbin angin berkapasitas tinggi memberikan akurasi dan respon cepat. Sebuah monitor arah terletak di dekat anemometer. Anemometer banyak digunakan pada turbin angin untuk merekam kecepatan angin. Perangkat ini cukup akurat. Perangkat berbasis nanoteknologi sangat direkomendasikan, jika respons angin yang cepat dan akurat diperlukan.

Wind vane dan Anemometer. Sumber: https://www.mdpi.com/1996-1073/12/13/2624/htm

Sistem Transmisi

Daya mekanik yang dihasilkan oleh rotor ditransmisikan ke generator listrik oleh sistem mekanis yang terdiri dari gearbox, clutch, dan pengereman untuk mengerem rotor pada situasi darurat. Gearbox diperlukan untuk meningkatkan kecepatan biasanya dari 20 menjadi 50 rpm hingga 1000 hingga 1500 rpm yang dibutuhkan untuk menggerakkan sebagian besar jenis generator. Gearbox terletak di bagian atas menara.

Kekompakan poros dan pengoperasian poros yang mulus adalah persyaratan utama untuk stabilitas dinamis dan operasi rotor yang andal. Dua poros dalam gearbox harus beroperasi bebas getaran dan andal. Desainer harus berkonsentrasi pada beban dinamis tinggi karena daya yang berfluktuasi output dari rotor di bawah lingkungan angin variabel. Beban dinamis dapat dikendalikan dengan menambahkan penyesuaian mekanis dan kemampuan redaman ke dalam mekanisme drive train. Teknik ini sangat penting untuk turbin angin berkapasitas tinggi yang menghadapi beban dinamis tinggi dan generator induksi yang memiliki redaman sedikit. Singkatnya, kinerja sistem transmisi tergantung pada: efisiensi, keandalan, dan kekompakan komponen gearbox.

Generator Listrik

Skeam Induction Generator. Sumber: https://ww2.mathworks.cn/help/physmod/sps/powersys/ref/windturbinedoublyfedinductiongeneratorphasortype.html

Beberapa jenis generator tersedia secara komersial untuk ditempatkan di turbin angin. Generator induksi, generator sinkron, generator variable-speed menggunakan elemen switching berbasis transistor cepat, dan generator frekuensi konstan tersedia secara komersial. Generator terbagi dalam dua kategori: sinkron dan generator asinkron. Generator asinkron juga dikenal sebagai generator induksi dan generator sinkron umumnya dikenal sebagai alternator. Semua turbin angin yang terhubung ke jaringan digabungkan ke generator AC tiga fase untuk mengkonversi tenaga mekanik menjadi tenaga listrik. Stator dari generator sinkron dan asinkron memiliki tiga fase gulungan dilaminasi besi inti menghasilkan medan magnet yang berputar pada kecepatan konstan.

Rotor generator sinkron memiliki medan gulungan untuk membawa arus searah. Bidang lekok ini menciptakan medan magnet konstan berputar yang dibuat oleh stator lekok. Dengan demikian rotor selalu berputar pada kecepatan konstan sinkron dengan medan stator dan frekuensi jaringan. Pada beberapa desain generator, medan magnet rotor dihasilkan oleh magnet permanen yang tidak cocok untuk generator listrik besar.

PT Tensor memberikan jasa konsultasi Finite Element Analysis (FEA) dan Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk desain engineering. Kami juga memberikan tutorial-tutorial gratis penggunaan software nya di kanal youtube kami. Hubungi kami sekarang juga!

>> KLIK DI SINI UNTUK JASA KONSULTASI

>> YOUTUBE PT TENSOR

>> KLIK DI SINI UNTUK MEMBACA ARTIKEL LAINNYA !

Kontributor: Daris Arsyada

By Caesar Wiratama

Sumber:

Jha, A.R. 2011. Wind Turbine Technology. Florida: CRC Press Taylor & Francis Group.

https://www.mdpi.com/1996-1073/12/13/2624/htm (diakses pada tanggal 4 November 2021)

https://ww2.mathworks.cn/help/physmod/sps/powersys/ref/windturbinedoublyfedinductiongeneratorphasortype.html (diakses pada tanggal 4 November 2021)

Subscribe
Notify of
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
View all comments