Design and analysis of a digital hydrostatic transmission for wind turbines

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Manosso, Lucas Zanatta
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/231221
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2021.
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Um algoritmo de dimensionamento é desenvolvido utilizando dados de eficiência real, a fim de otimizar a seleção de componentes e definir a mais eficiente configuração para a transmissão hidrostática. O projeto de uma transmissão hidrostática digital é feito para um aerogerador de 28,5 kW. Considerando a utilização de um gerador apenas, a melhor configuração de transmissão hidrostática é definida com uma bomba digital com dois módulos binários e um motor variável. Um controlador para as válvulas on-off da bomba digital é desenvolvido. O modelo computacional atual é modificado de acordo com o novo sistema projetado. As transmissões hidrostáticas convencional e digital são comparadas para confrontar as diferenças entre ambas. Uma análise em regime permanente mostra que a transmissão hidrostática digital é 3% mais eficiente em média e em operação de carga parcial esta diferença sobe para 10%. Essa diferença tende aumentar ainda mais para aerogeradores maiores, uma vez que bombas maiores são menos disponíveis no mercado, tendo mais chance de a transmissão convencional ser sobredimensionada. Uma simulação dinâmica é executada considerando um perfil de vento real, onde é concluído que a transmissão hidrostática digital é capaz de controlar a velocidade ideal do rotor. Contudo, o comportamento da bomba digital causa picos de pressão, produzindo oscilações na frequência do gerador. Mesmo assim, os desvios de frequência permanecem de acordo com as normas que especificam os requisitos de plantas geradoras conectadas a redes elétricas. É necessária uma futura validação experimental para comprovar o sistema projetado.Abstract: Hydrostatic transmission (HST) has proved to be a feasible and an interesting solution for wind turbine application. However, there is still room for improvements regarding the energy efficiency. Digital fluid power technology is an interesting solution for improving hydraulic systems efficiency throughout the operating range. This thesis presents the design, modelling and simulation of a digital HST for wind turbines using fixed and variable displacement components. It is noted the lack of such studies in the literature. A sizing algorithm is developed using real efficiency data, in order to optimize the selection of components and set the most energy efficient configuration. The design of a digital HST for a 28.5 kW wind turbine is carried out. Considering the use of one generator, the best HST configuration is set with two fixed pumps and one variable motor. It is developed a controller for the on-off valves of the digital pump. The current computational model is modified according to the new designed system. The performances of conventional and the digital HSTs are compared, in order to in order to identify the pros and cons of each one. A steady-state analysis shows the digital HST is 3% in average more efficient and at partial load operation the difference reaches up to 10%. This difference tends to increase even more for bigger wind turbines, since the lower availability of bigger pumps in the market increases the chance of the conventional HST be oversized. Dynamic simulations are performed considering a realistic wind profile, concluding that the digital HST is able to control the ideal rotor speed. However, the digital pump behaviour causes pressure peaks, producing generator frequency oscillations. Nevertheless, the frequency deviations stay under the grid regulations. A further experimental validation is needed, in order to prove the system designed.De Negri, Victor JulianoUniversidade Federal de Santa CatarinaManosso, Lucas Zanatta2022-02-14T13:35:10Z2022-02-14T13:35:10Z2021info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis142 p.| il., gráfs.application/pdf373724https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/231221engreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-02-14T13:35:10Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/231221Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732022-02-14T13:35:10Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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