طراحي و شبيه سازي كنترل كننده خطي ساز پسخورد ورودي – خروجي بر مبناي مدل رياضي براي توربين بادي

Design and simulation of linear feedback controller based on the mathematical model for the wind turbine

در سال هاي اخير به منظور اقتصاد رقابتي، سيستم هاي كنترل مختلفي در توربين هاي بادي بزرگ مقياس مورد استفاده قرار گرفته اند. اين سيستم ها، توربين بادي را براي بهره وري كاري و ايجاد حداكثر توان خروجي در سرعت هاي باد مختلف، امكان پذير مي سازند. بنابراين كنترل توربين براي دستيابي به حداكثر ميزان كارايي و حفظ شرايط پايداري امري ضروري به نظر ميرسد. با توجه به كاربرد گسترده توربين هاي بادي، بهبود سيستم كنترلي آن ها با هدف كاهش بارهاي مكانيكي مورد توجه بوده است. از طرفي در توربين هاي بادي مدرن، ژنراتور سنكرون با تحريك الكتريكي در ساختار درايو مستقيم )بدون گيربكس( به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. در اين مقاله به بررسي بهترين نوع توربين بادي كه امروزه علي رغم هزينهي زياد آن، استفاده فراواني ميشود، يعني توربين بادي با سرعت متغير خواهيم پرداخت. ساختار كنترلي متمركز بر اساس مدل ديناميكي توربين بادي و با لحاظ كردن اثرات متقابل آيروديناميكي، ارتعاشاتي و الكتريكي طراحي مي گردد. تعيين بهره هاي ماتريس كنترلي با توجه به مدل غيرخطي و پيچيده توربين، با بهره گيري از روش هاي كنترلي غير خطي انجام ميگيرد . براي سيستم توربين بادي سرعت متغير كه در آن زاويه پيچ متغير فرض شده است، براي پايداري سرعت زاويهاي روتور و ژنراتور در مقدار اسمي آنها ،كنترل كنندههاي غيرخطي پسخورد خطي ساز ورودي-خروجي را طراحي خواهيم كرد و در نهايت در بخش شبيه سازي، معادلات توربين بادي را با استفاده از كنترل كننده هاي طراحي شده، در محيط سيمولينك متلب شبيه سازي كرده و سپس عملكرد كنترل كننده ها را با هم مقايسه خواهيم كرد.

make it possible for wind turbines to work efficiently and create maximum output power at different wind speeds. Therefore, turbine control is necessary to achieve maximum performance and sustainability. Considering the widespread use of wind turbines, improvement of their control system has been considered with the aim of reducing mechanical loads. On the other hand, in modern wind turbines, synchronous generator is widely used in electric drive structures in direct drive (no gearbox). This paper examines the best types of wind turbines that today, despite its high cost, are used extensively, i.e., variable speed wind turbines. The centralized control structure is designed based on the dynamic turbine dynamics model, taking into account the aerodynamic, vibration and electric interactions. Determination of the control matrix gain based on the nonlinear and complex turbine model is carried out using nonlinear control methods. For a variable speed wind turbine system, in which the variable screw angle is assumed, we design non-linear input-output linear-line controllers for the stability of the angular velocity of the rotor and the generator in their nominal value, The simulation section simulates wind turbine equations using simulated controllers in the Simulink MATLAB environment, and then compares the performance of controllers.