ساختار نوین کنترل توربین بادی با ژنراتور سنکرون با هدف کاهش بارگذاری برج

در سال های اخیر با توجه به کاربرد گسترده توربین های بادی، بهبود سیستم کنترلی آن ها با هدف کاهش بارهای مکانیکی مورد توجه بوده است. از طرفی در توربین های بادی مدرن، ژنراتور سنکرون با تحریک الکتریکی در ساختار درایو مستقیم (بدون گیربکس) به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. در این پژوهش، مزیت بهره گیری از ولتاژ تحریک ژنراتور سنکرون و زاویه گام پره ها در ساختار کنترلی نوین چندمتغیره-تطبیقی توربین بادی مورد تحقیق قرار می گیرد. اهداف کنترلی محدود کردن نوسانات سرعت دورانی روتور و کاهش بارهای مکانیکی وارد بر برج می باشد. ساختار کنترلی متمرکز بر اساس مدل دینامیکی توربین بادی و با لحاظ کردن اثرات متقابل آیرودینامیکی، ارتعاشاتی و الکتریکی طراحی می گردد. تعیین بهره های ماتریس کنترلی با توجه به مدل غیرخطی و پیچیده توربین، با بهره گیری از روش های بهینه سازی انجام می شود. رفتار آیرودینامیکی پره ها تابعی غیرخطی از شرایط کاری می باشد و برای دستیابی به رفتار دینامیکی یکنواخت، بهره های کنترلی در شرایط مختلف محاسبه و به روش جدول بندی بهره پیاده سازی می گردد. در توربین های بادی، عوامل مختلفی همچون دینامیک های سیستم الکتریکی، محدودیت های کنترل دیجیتال و نویز سیگنال می تواند بر عملکرد کنترلی تاثیرگذار باشد. به منظور بررسی این اثرات، شبیه ساز توربین بادی توسعه داده می شود و عملکرد کنترلگر چندمتغیره-تطبیقی به صورت سخت افزار در حلقه مورد تحقیق قرار می گیرد. با مقایسه عملکرد کنترلگر طراحی شده و کنترلگر چندمتغیره دو ورودی-یک خروجی در شرایط باد مغشوش، بارهای مکانیکی وارد بر برج به میزان ۲۶ درصد کاهش می یابد و در نتیجه عمر برج به عنوان یکی از اجزا اصلی توربین افزایش می یابد.

کلیدواژه ها:

Multivariable-adaptive control ، Wind turbine simulator ، Mechanical load reduction ، Non-linear model ، کنترل چندمتغیره-تطبیقی ، شبیه ساز توربین بادی ، کاهش بارهای مکانیکی ، مدل غیرخطی