مدل سازي و طراحي كنترل كننده ي فيدبك حالت ديناميكي به همراه تخمين گر سرعت باد، در توربين هاي بادي سرعت متغير

Modeling and design of dynamic state feedback controller with wind speed estimator, in variable speed wind turbines

در اين مقاله، به منظور بهبود عملكرد كنترل كننده و افزايش بازده ي توربين بادي 660 كيلووات وستاس، تحقيقاتي مبتني بر تئوري و تجربه با استفاده از داده هاي عملي صورت گرفته و يك كنترل كننده ي فيدبك حالت طراحي شده است. داده هاي واقعي به دست آمده از سايت بادي بينالود، نشان مي دهد كه اين توربين ها داراي بازده ي پاييني مي باشند. اين مسئله ناشي از عملكرد ضعيف كنترل كننده هاي كلاسيك در رديابي توان ماكزيمم (در ناحيه ي بار جزئي) و همچنين خطاي قابل ملاحظه در اندازه گيري سرعت باد مي باشد. در اين تحقيق، براي رفع اين مشكلات، يك كنترل كننده ي فيدبك حالت كه باعث بهبود عملكرد توربين مي شود، طراحي شده است. در اين كنترل كننده، به منظور كنترل گشتاور ژنراتور، از سرعت ژنراتور و گشتاور آيروديناميكي فيدبك گرفته شده است. همچنين با استفاده از سرعت زاويه اي روتور و گشتاور آيروديناميكي، مقدار سرعت باد با دقت بسيار مطلوب تري در مقايسه با اندازه گيري سرعت باد با بادسنج، تخمين زده شده است. با توجه به اينكه طراحي كنترل كننده و همچنين شبيه سازي عملكرد سيستم كنترلي نياز به مدل دقيق سيستم دارد، مدل سازي كامل توربين باد در زيرسيستم هاي مختلف انجام شده و پارامترهاي آن با استفاده از داده هاي واقعي شناسايي شده اند. شبيه سازي هاي انجام شده در نرم افزار متلب نشان دهنده ي بهبود عملكرد كنترل كننده ي فيدبك حالت طراحي شده در مقايسه با كنترل كننده ي كلاسيك استفاده شده در توربين واقعي مي باشد.

In this paper, in order to improve the control performance and increase the efficiency of Vestas 660 kW wind turbine, a research based on theory and practice, using real data is done, and a state feedback controller is designed. The actual data obtained from Binalood wind power plant, show that these turbines have a low efficiency. This is due to the poor performance of the classical controller in tracking maximum power in the partial load area, and the significant error in measurement of wind speed. In this research, to solve these problems, a state feedback controller is designed which improves the turbine performance. In this controller, in order to control the generator torque, feedback of generator speed and aerodynamic torque are taken. Also, using the rotor speed and aerodynamic torque, the wind speed is estimated much more accurately than it is measured by an anemometer. Since, an accurate model of the system is needed for controller design and simulation, wind turbine modeling is done in different subsystems, and its parameters are identified using real data. Simulations performed in MATLAB, indicate the improvement of the system performance with the designed state feedback controller, compared to the classical controller in the actual wind turbine