Digital Twin Modelling of High Voltage DC Generator

Denne masteroppgaven er utført som en del av konsept- og teknologiutviklingen i første fase av ModHVDC-prosjektet. Prosjektet tar sikte på å utvikle en modulær HVDC-generator som samsvarer med det fremtidige strømnettet og støtter dagens batterilagring av vekselstrømskilder. Arbeidet er et bidrag til det mekaniske designet av den segmenterte generatoren. Koblede analyser ble utført ved hjelp av ANSYS sine simuleringsplattformer. Termiske og elektromagnetiske analyser ble koblet gjennom ANSYS Workbench, med bruk av plattformene Maxwell og Mechanical. En forenklet termisk krets ble utviklet for å validere de termiske resultatene. Deretter ble arbeidet med å utvikle en digital tvilling satt i gang. Muligheter og bruksområder med ANSYS sitt tverrfaglige konsept for digitale tvillinger, Twin Builder, ble studert og testet. Analyseresultatene ble brukt til å lage en FMU med generatorhastighet som input og og temperatur som output. Dette er gjort i lignende arbeid med GE Haliade vindturbinen og PTC sin elektriske motor. Til slutt ble de termiske solverne i NX Nastran, SOL 153/159, studert og testet for bruk i lignende prosjekter. De to lasttilfellene i de termiske analysene resulterte i maksimale temperaturer på 123°C og 99°C. Disse resultatene er svært avhengig av den påførte konveksjonskoeffisienten som er definert som relativ lav i disse analysene. Ved å øke konveksjonskoeffisienten på statorens ytre flater, ble temperaturen redusert betydelig. Den termiske kretsen resulterte i en maksimal temperatur på 74°C. Flere forenklinger ble gjort i denne kretsen, og FEA-resultatene anses derfor for å være i en rimelig størrelsesorden. Et rammeverk for en digital tvilling er foreslått. Temperatur og vibrasjon ble funnet til å være de mest kritiske feilmodene, og må derfor være i fokus i videreutviklingen av den digitale tvillingen. FMU-filen ble vellykket implementert i Twin Builder for overvåkning av de viktigste parameterne. ANSYS Twin Builder mangler fortsatt viktige funksjoner for å utvikle digitale tvillinger, og konkluderes derfor for å være prematurt på dette stadiet. Tidligere arbeid er antatt å være utført på beta-versjoner som ikke er tilgjengelig enda. ModHVDC-prosjektet er fortsatt på et tidlig stadium, og skal fortsettes på i påfølgende masteroppgaver