Design of a hydro power turbine model for Kaplan turbines

Denna rapport beskriver arbetet med utvecklingen av en ny modell för kaplanturbiner. Utvecklingen bygger på två kopplade differentialekvationer som under arbetets gång anpassats och implementerats i turbinmodellen. <br /> Modellen beskriver hur vattenflöde och turbinmoment påverkas av avvikelsen från den optimala kombineringskurvan för vinklarna på turbinens ledskena och löphjul, och är anpassad för ett referensaggregat med tillgängliga provdata. Även övriga enheter i vattenkraftaggregatet modelleras och sätts samman med frekvensregulator och elnät för att simulera aggregatets reglerstabilitet i önätsdrift. <br /> Verifieringen av turbinmodellen sker genom försök att återskapa de befintliga verkningsgradskurvorna med hjälp av modellen. Resultatet visar en god följning av de verkliga kurvformerna, dock med något lägre maximal verkningsgrad. <br /> Verifieringen av önätmodellen sker genom att prova stabiliteten i nätfrekvens och turbineffekt vid stegpålastningar. Resultatet ger en stabilare reglerstabilitet än i verkligheten, men uppfyller ändå förväntningarna på en fungerande modell. <br /> <br /> This report describes the development of a new kaplan turbine model. The model development is based upon two coupled differential equations, which during the project have been adapted and implemented in the turbine model. <br /> The model describes how the flow of water and the turbine torque are affected by the deviations from the optimal combination curve of the wicket gate and runner blade angles, based on a hydropower unit with available test data. Also the remaining units in the hydro power plant are modelled and put together with a frequency regulator and a power grid in order to simulate the control stability of the hydropower plant in island operation. <br /> To verify the turbine model, efforts have been made to reproduce the existing efficiency curves by using the turbine model. The result establishes behaviour close to the real curves; however, the maximum efficiency value is a bit lower. <br /> To verify the island operation model the stability in grid frequency and turbine power are tested by changing the load power in steps. The results show a more stable control than the real island operation measurements, but do still satisfy the expectations of a working island operation model