Construction of Modular Turbine Control Unit for Applications in Hydroelectric Power Production

Syftet med detta examensarbete är att designa en modulär turbinstyrning för användande inom hydroelektrisk kraftproduktion. Normalt specialbyggs styrenheterför varje specifik kund, men denna arbetsmetod är både dyr och tidskrävande. De lokala förutsättningarna (så som turbintyp eller generatorantal) kan skilja sig mellan kraftstationer, och enheten måste således designas för att vara så kompatibel och allsidig som möjligt. Styrenheten skall kunna kontrollera turbinens ledskenepådrag, och bladvinkel i stationer med Kaplanturbin. Enheten skall designas för att fungera som en fristående enhet, såväl som en del i ett nätverk av kontrollenheter. Konstruktionen måste vara säker, inom vattenkraftssammanhang sätts stora krafter i rörelse och nödvändiga åtgärder för att garantera säkerheten måste därför vidtas. Det övergripande målet är att konstruera en billig, mångsidig produkt för vattenturbinstyrningsom kan användas under så många olika förutsättningar som möjligt. Projektet delas upp i tre olika delar, Design, Hydraulikkonstruktion och Styrprogram. Mycket av konstruktions- och designarbetet följer samma mönster; Ett antal specikationer och krav ställs upp. Därefter utvärderas olika lösningar och utformningar som tagits fram, och efter ytterligare arbete tas ritningar och styrprogram fram. I projektet ingår även dimensionering och val av komponenter. Projektet har resulterats i en planritning för hur en turbinstyrenhet skall konstrueras. Konceptet har bland annat funktionalitet för PID-regulatorer, och styrfunktioner för turbinpådraget. Resultatet presenteras i mekaniska och hydrauliska CAD-ritningar, och i form av ett styrprogram för PLC. I resultatet ingår även komponentlistor och en ekonomisk utvärdering.The purpose of this degree project is to design a modular turbine control unit for applications in hydroelectric power production. Normally, the control units are custom made for each new customer, this method is however quite expensive and time-consuming. The local conditions (such as turbine type or number of generators) can vary greatly between hydro power plants, and the unit must therefore be designed to be as compatible and allround as possible. The control unit is required to manage the control of the wicket gates of the turbine and, where it is needed, the propeller angle of a Kaplan turbine. The unit should be designed to work as a stand-alone unit, as well as a part of a network of control units. The construction has to be safe. Powerful forces are in motionwhen dealing with hydroelectric power production, thus necessary arrangements are required to be made to guarantee personal and material safety. The overall goal is to construct a cheap, versatile product for water turbine controlthat can be used under as many dierent conditions as possible. The project is split into three different parts, Design, Hydraulic Construction and Control Program. A lot of the construction and design work follows the same pattern: A set of specifications and requirements are defined. Different solutions and designs are then constructed and evaluated. After some work, a drawing(or program) will emerge. The project also includes dimensioning and choosing thecomponents that are used. The project resulted in blueprints for a turbine control unit concept. The design concept features a system that is compatible with PID controllers, it has the necessary functions to control the water turbine, and it is built to guarantee mechanical as well as personal safety. The result is presented as a number of mechanical and hydraulic CAD drawings, and a control program made for use in a PLC. A list of all the components needed, and an economical evaluation is also presented as a part of the result