شبيه‌سازي بلوك دياگرامي توربين‌هاي باد محور افقي مقياس بزرگ

Block Diagram Simulation of a Large Horizontal Axis Wind Turbine

در پژوهش حاضر، روشي براي شبيه‌سازي بلوك دياگرامي يك توربين باد محور افقي مرجع با مكانيزم كنترل توان زاويه پيچ ارايه شده‌است. از روش مهندسي تقريب تحليلي براي مدل آيروديناميك روتور و تخمين ضريب توان توربين و از كنترل گر PID براي كنترل زاويه پيچ پره روتور استفاده شده‌است. همچنين بستر نرم‌افزار امسيم براي پياده‌سازي معادلات حاكم بر سيستم انتقال توان و ژنراتور و سپس تركيب مدل‌ آنها با بخش آيروديناميك و كنترل گر به‌كار گرفته شده‌ است. به‌كمك مدل بلوك دياگرامي پيشنهادي، رفتار گذراي توربين و عملكرد كنترل زاويه پيچ در تنظيم توان خروجي براي حالتي‌كه پروفيل سرعت باد ورودي به صفحه روتور طي 130 ثانيه به‌صورت خطي از 21 تا 8 متربرثانيه تغيير مي‌كند، بررسي شده‌است. نتايج نشان دهنده دقت قابل قبول مدل براي پيش‌بيني رفتار عملكرد توربين است. همچنين استفاده از مدل آيروديناميك و كنترل گر دقيق‌تر موجب بهبود نتايج مي‌شود. اعتبارسنجي شبيه‌سازي با مقايسه عملكرد توربين با نتايج توربين مرجع انجام شده‌است.

In the present study, block-diagram simulation of a reference horizontal axis wind turbine with pitch-regulated mechanism is presented. The aim of this simulation is modeling of wind turbine subsystems to investigate the transient behavior of the turbine under unsteady incoming wind. Analytical approximation model is used to estimate the output power coefficient. In addition, PID controller is imposed to regulate the output power via changing the blade pitch angle. Governing equations of the mechanical part (i.e. gearbox), electrical part (i.e. three-phase doubly fed induction generator), aerodynamic and controller models are implemented in LMS AMESim software package. The model uses a purely torsional multi-body simulation to show the dynamic behavior of gearbox. The proposed model is used to investigate the rotor transient behavior as well as the controller performance under the conditions that the wind speed changes linearly from 21 to 8 m/s during 130 seconds. The results show acceptable accuracy in comparison with the reference data.