مطالعه اثرات افزودن ذخيره‌ كننده زمان كوتاه بر عملكرد حلقه بسته توربين باد هيدرواستاتيك در حضور جريان باد آشفته

Assessing short-term storage effects on hydrostatic wind turbine in presence of turbulent wind

توربين‌هاي باد با سيستم انتقال‌ قدرت هيدرواستاتيك علاوه بر مزاياي عمده خود از قبيل افزايش قابليت اعتماد و امكان بكارگيري ژنراتورهاي سنكرون، اين امكان را مي‌دهد تا با نصب ذخيره‌كننده زمان‌كوتاه، كيفيت و كميت توان خروجي از توربين باد را افزايش دهد. ذخيره‌سازي انرژي از اين لحاظ داراي اهميت مي‌باشد كه مقدار قابل‌ توجهي از توان موجود در پروفايل باد، نهفته در اغتشاشات است كه با بكارگيري ذخيره‌كننده‌ مناسب مي‌توان اين مقدار توان نهفته را بهره‌برداري نمود. در اين مقاله به بررسي و مطالعه آثار بكارگيري ذخيره‌كننده در توربين باد و تاثير سايز آن در سيستم انتقال ‌قدرت هيدرواستاتيك پرداخته شده است. ابتدا مدل ديناميكي غيرخطي توسط روابط آيروديناميكي و سيالاتي توربين باد بدست مي‌آيد. سپس معادلات حاكم، حول نقاط عملكردي از قبل بدست‌آمده، خطي‌سازي مي‌شوند. با استفاده از معادلات بدست‌آمده، سيستم كنترلي بر مبناي كنترل‌كننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي و با قابليت سوئيچينگ بمنظور كنترل در تمامي نواحي عملكردي توربين باد طراحي و سپس بر روي سيستم اعمال مي‌شود. طي سناريوهاي مختلف شبيه‌سازي در حالت بدون ذخيره‌كننده و همچنين با ابعاد مختلف آن، تاثير افزودن ذخيره‌كننده بر بهبود كيفيت و كميت توان خروجي مورد بررسي قرار مي‌گيرد. نتايج بدست‌آمده نشان مي‌دهد كه با انتخاب مناسب سايز ذخيره‌كننده، توان خروجي افزايش چشمگيري مي‌يابد و همچنين منجر به كاهش نوسانات و بهبود كيفيت توان خروجي خواهد شد.

One of the main challenges in wind turbine application is short-term storage of output power. Hydrostatic transmission systems, in addition to their advantages such as increasing the reliability of the system and ability to use high-efficiency synchronous generators, give the system the chance to install the short-term storage to elevate quality and amount of the output power. The short-term storage in wind turbines is important because that significant amount of power in a wind profile lies in turbulence, which can be exploited by using suitable short-term storage such as an accumulator. In this paper, the effects of employing accumulator on the hydrostatic power transmission system are investigated. First, the nonlinear dynamic model of the wind turbine system is obtained. Then the nonlinear dynamic equations are linearized around steady-state trajectory of the system. Control system is designed based on proportional-integral-derivative control method with switching capability overall operation regions. During various simulation scenarios with hydrostatic transmission without the accumulator and with different accumulator size, it is proved that employing accumulator in the wind turbine improves the quality and quantity of the output power. The results reveal that with right choice of the accumulator, output power of the wind turbine increases significantly.