Doubly fed wind turbine performance in variable grid conditions

Wind turbines based on doubly fed induction generators (DFIG) become the most popular solution in high power wind generation industry. While this topology provides great performance with the reduced power rating of power converter, it has more complicated structure in comparison with full-rated topologies, and therefore leads to complexity of control algorithms and electromechanical processes in the system. The purpose of presented study is to present a proper vector control scheme for the DFIG and overall control for the WT to investigate its behavior at different wind speeds and in different grid voltage conditions: voltage sags, magnitude and frequency variations. The key principles of variable-speed wind turbine were implemented in simulation model and demonstrated during the study. Then, based on developed control scheme and mathematical model, the set of simulation is made to analyze reactive power capabilities of the DFIG wind turbine. Further, the rating of rotor-side converter is modified to not only generate active rated active power, but also to fulfill Grid Codes. Results of modelling and analyzing of the DFIG WT behavior under different speeds and different voltage conditions are presented in the work.

Hävittäjäohjaajan kognitiivisen kuormituksen tason mittaaminen NASA-Task Load Index ja Modified Cooper-Harper -mittareilla F/A-18 virtuaalisimulaattorissa

F/A-18-monitoimihävittäjän ohjaajan tehtävän kognitiiviset vaatimukset ovat korkeat. Kognitiivisen kuormituksen taso vaikuttaa hävittäjäohjaajan suoritustasoon ja subjektiivisiin tun-temuksiin. Yerkesin ja Dodsonin periaatteen mukaisesti erittäin matala tai erittäin korkea kuormituksen taso laskee suoritustasoa. Optimaalinen kuormituksen taso ja suoritustaso saa-vutetaan jossain ääripäiden välillä. Hävittäjäohjaajan kognitiivisen kuormituksen tasoon vaikuttaa lentotehtävän suorittamiseen vaadittava henkinen ponnistelu. Vaadittavan ponnistelun taso riippuu tehtävien vaatimustasosta ja määrästä, tehtäviin käytettävissä olevasta ajasta sekä yksilöllisistä ominaisuuksista. Tutkimuksessa mitattiin kognitiivisen kuormituksen tasoa subjektiivisen arvioinnin menetelmällä NASA-TLX (National Aeronautics and Space Administration - Task Load Index) ja MCH (Modified Cooper-Harper) -mittareilla. Tutkimuksessa selvitettiin mittareiden havaintoarvojen muutosta, sensitiivisyyttä ja yhdenmukaisuutta kognitiivisen kuormituksen tason muuttuessa. Tutkimuksen mittauksiin osallistui 35 Suomen ilmavoimien aktiivisessa palveluksessa olevaa F/A-18-monitoimihävittäjäohjaajaa. Koehenkilöiden lentotuntien keskiarvo F/A-18-monitoimihävittäjällä oli 598 tuntia ja keskihajonta 445 tuntia. Koehenkilöiden tehtävänä oli lentää F/A-18-virtuaalisimulaattorilla 11 ILS (Instrument Landing System) -mittarilähestymistä eri aloitusetäisyyksiltä kiitotien kynnyksestä. Kognitiivisesti kuormitta-van mittarilähestymistehtävän aikana kuormituksen tasoa nostettiin lisätehtävillä ja vähentä-mällä tehtäviin käytettävissä olevaa aikaa. Koehenkilöitä pyydettiin ponnistelemaan mahdollisimman paljon tehtävien suorittamisen aikana hyvän suoritustason ylläpitämiseksi. Tulosten perusteella mittareiden havaintoarvot muuttuivat kognitiivisen kuormituksen tason muuttuessa. Käytettävissä olevan ajan vaikutus kognitiivisen kuormituksen tasoon oli tilastollisesti erittäin merkitsevä. Mittarit olivat sensitiivisiä kognitiivisen kuormituksen tason muutokselle ja antoivat yhdenmukaisia havaintoarvoja.

Analytics for the modified kraft pulps

Tämän diplomityön tavoitteena on kehittää sopiva analyyttinen menetelmä muokatun kraft-sellukuidun substituutioasteen (DS) kvantitatiivista määrittämistä varten. Muokkauksella tarkoitetaan tässä yhteydessä joko kovalenttisesti tai adsorption avulla tapahtuvaa molekyylin kiinnittymistä sellukuidun pinnalle. Työn kirjallisuusosuudessa käsitellään lyhyesti eri muokkaustapoja ja yhdisteitä joiden avulla voidaan saavuttaa haluttuja ominaisuuksia sellusta valmistetuille lopputuotteille. Lisäksi kirjallisuusosuudessa käydään läpi käyttötarkoitukseen soveltuvimpia suoria ja epäsuoria analyysimenetelmiä. Analyysimenetelmistä kaikkein lupaavimpia testattiin työn kokeellisessa osassa. Diplomityön kokeellisessa osassa keskityttiin kehittämään muokatulle sellulle kvantitatiivista menetelmää DS:n määrittämiseksi Fourier-muunnos infrapuna-vaimennettu kokonaisheijastus (FTIR-ATR) spektrometrillä. Kirjallisuuskatsauksessa ei löytynyt yhtään dokumentoitua tutkimusta, jossa FTIR-ATR menetelmää olisi käytetty muokatun sellukuidun kvantitatiiviseen tutkimukseen. Muiden analyysimenetelmien, kuten alkuaineanalyysin, termogravimetrisen analyysin (TGA) ja valomikroskopian avulla pyrittiin tuottamaan lisätietoa muokkauksesta. Kvantitatiivisen FTIR-ATR menetelmän kehitykseen käytetyt muokatut sellukuidut olivat selluloosa-asetaattia ja selluloosa betainaattia. Saatujen tulosten perusteella muokattujen sulfiitti- ja kraft sellukuitujen DS:n kvantitatiivinen määrittäminen on mahdollista FTIR-ATR menetelmällä. Vähäinen kalibrointipisteiden määrä vaikeutti tarkan analyysimenetelmän tekemistä. Kehitetyn menetelmän suurimpina ongelmina olivat kiinteiden näytteiden heterogeenisyys sekä mahdollisten epäpuhtauksien tunnistaminen. Jatkotutkimusten avulla kehitettyä menetelmää on kuitenkin mahdollista käyttää muokattujen sellukuitujen jatkuvaan analysointiin selluteollisuudessa.

A modified nominal stress method for fatigue assessment of steel plates with thermally cut edges

Thermal cutting methods, are commonly used in the manufacture of metal parts. Thermal cutting processes separate materials by using heat. The process can be done with or without a stream of cutting oxygen. Common processes are Oxygen, plasma and laser cutting. It depends on the application and material which cutting method is used. Numerically-controlled thermal cutting is a cost-effective way of prefabricating components. One design aim is to minimize the number of work steps in order to increase competitiveness. This has resulted in the holes and openings in plate parts manufactured today being made using thermal cutting methods. This is a problem from the fatigue life perspective because there is local detail in the as-welded state that causes a rise in stress in a local area of the plate. In a case where the static utilization of a net section is full used, the calculated linear local stresses and stress ranges are often over 2 times the material yield strength. The shakedown criteria are exceeded. Fatigue life assessment of flame-cut details is commonly based on the nominal stress method. For welded details, design standards and instructions provide more accurate and flexible methods, e.g. a hot-spot method, but these methods are not universally applied to flame cut edges. Some of the fatigue tests of flame cut edges in the laboratory indicated that fatigue life estimations based on the standard nominal stress method can give quite a conservative fatigue life estimate in cases where a high notch factor was present. This is an undesirable phenomenon and it limits the potential for minimizing structure size and total costs. A new calculation method is introduced to improve the accuracy of the theoretical fatigue life prediction method of a flame cut edge with a high stress concentration factor. Simple equations were derived by using laboratory fatigue test results, which are published in this work. The proposed method is called the modified FAT method (FATmod). The method takes into account the residual stress state, surface quality, material strength class and true stress ratio in the critical place.

Efficient Algorithms for Coastal Geographic Problems

The increasing performance of computers has made it possible to solve algorithmically problems for which manual and possibly inaccurate methods have been previously used. Nevertheless, one must still pay attention to the performance of an algorithm if huge datasets are used or if the problem iscomputationally difficult. Two geographic problems are studied in the articles included in this thesis. In the first problem the goal is to determine distances from points, called study points, to shorelines in predefined directions. Together with other in-formation, mainly related to wind, these distances can be used to estimate wave exposure at different areas. In the second problem the input consists of a set of sites where water quality observations have been made and of the results of the measurements at the different sites. The goal is to select a subset of the observational sites in such a manner that water quality is still measured in a sufficient accuracy when monitoring at the other sites is stopped to reduce economic cost. Most of the thesis concentrates on the first problem, known as the fetch length problem. The main challenge is that the two-dimensional map is represented as a set of polygons with millions of vertices in total and the distances may also be computed for millions of study points in several directions. Efficient algorithms are developed for the problem, one of them approximate and the others exact except for rounding errors. The solutions also differ in that three of them are targeted for serial operation or for a small number of CPU cores whereas one, together with its further developments, is suitable also for parallel machines such as GPUs.