19154

۱۹۱۵۴

طراحي كنترل كننده هيبريد تطبيقي توربين بادي جهت تنظيم مناسب و گرفتن ماكزيمم توان خروجي در حضور اغتشاش

كارشناسي ارشد

كنترل

1393

۱۳۹۷/۰۲/۱۳

دكتر محمدرضا جاهد مطلق

برق

در اين پايان نامه، طراحي يك كنترلكننده هيبريد براي توربين بادي در شرايط عملياتي و در دو ناحيه عملكرد عمده صورت گرفته است. توربين بادي يك سيستم غيرخطي پيچيده با نواحي عملكرد مختلف است كه بسته به شرايط محيطي و فيزيكي سيستم ناحيه عملكردي تغيير ميكند اما به طوركلي دو ناحيه عمده عملياتي براي توربين بادي در نظر گرفته ميشود كه هدف كنترلي در هر ناحيه متفاوت است. در اين پايان نامه هم كنترل توربين بادي در دو ناحيه صورت ميگيرد؛ در ناحيه اول، هدف دستيابي به ماكزيمم توان خروجي با كنترل سرعت ژنراتور است و در ناحيه دوم هدف ثابت نگهداشتن توان خروجي با كمك كنترلكننده زاويه پيچ پره ها است. در توربينهاي بادي، باد علاوه بر نيروي محرك سيستم، به علت طبيعت تصادفي آن، خود عامل اغتشاش تلقي ميگردد. سيستم كنترل زاويه پيچ پرهها يكي از تكنيك هاي كنترلي است كه براي تنظيم توان خروجي توربين بادي كه دچار نوسان شده، بسيار مورداستفاده قرار ميگيرد. براي كنار آمدن با مشخصات غيرخطي توربين بادي و همينطور فاكتورهاي نامعين و اغتشاشات در هر دو ناحيهي كاري به يك كنترل كننده ي تطبيقي نياز است. براي كنترل زاويه پيچ پرهها با استفاده از كنترلكننده PID معمول، مدل رياضياتي سيستم بايد بهخوبي شناختهشده باشد. از طرف ديگر پارامترهاي تنظيمشده اين كنترل كننده به طور مداوم تغيير نميكنند. براي كنترل سرعت ژنراتور هم كنترلكننده PID داراي مشكلاتي است. اما كنترل كننده فازي داراي مزايايي چون خاصيت تطبيق پذيري و مقاومت بوده و نيازي به مدل رياضياتي دقيقي ندارد، از طرفي دقت كنترلكننده PID در كاهش خطاي حالت ماندگار را نميتوان ناديده گرفت؛ بنابراين در اين پاياننامه كنترلكنندهي هيبريدي طراحي شده كه تركيبي از كنترلكننده فازي تطبيقي و PID است و به اين شكل عمل ميكند كه ابتدا كنترلكننده فازي براي بهبود سرعت پاسخ دهي سيستم و كاهش فراجهش به كار ميرود و وقتي وارد مرحله تنظيم حالت ماندگار شد، كنترلكننده PID براي نگهداشتن خطاي حالت ماندگار در مقدار مينيمم آن وارد ميشود. تغييرات ناگهاني در سرعت باد ممكن است بر قسمتهاي مكانيكي پرهها آثار نامطلوبي بگذارد و عملكرد سيستم را دچار اختلال نمايد، لذا كنترل كننده ي طراحيشده در اين پاياننامه در حضور اغتشاش موجود در سرعت باد بر اساس مدل شبيه سازي طيف كايمال هم ارزيابي شده است. پس از شبيهسازي كنترلكننده هيبريد تطبيقي طراحي شده براي يك توربين بادي 9/ 0 مگاوات و بررسي نتايج آن در شرايط عادي و در حضور اغتشاش، مقايسهاي بين كنترلكننده هيبريد تطبيقي مطرحشده و كنترلكننده PID كه ضرايب آن توسط الگوريتم PSO تعيين شده انجام گرفته است. نتايج شبيهسازي نشان ميدهد كه كنترلكننده هيبريد تطبيقي ميتواند به عملكرد بهتري نسبت به كنترلكننده PID معمول در هر دو ناحيه كاري دست يابد. واژههاي كليدي: توربين بادي، كنترل سرعت ژنراتور، كنتـرل زاويـه پـيچ پـره هـا ، كنتـرل كننـده هيبريـد تطبيقي، دفع اثر اغتشاش

1397/03/14

9/23/2017 12:00:00 AM

In this thesis, a Hybrid controller designed for wind turbine in operating conditions for two main operation region of wind turbine. Wind turbine is a complex nonlinear system involving diffrenet operation regions that its operation region changes depending on environmental and physical conditions but generally two main operation region are considered for wind turbine that control objective in each region is different. In this thesis, wind turbine control is performed in two regions this means that in first region in order to catch maximum power extraction, generator speed control is employed and in second region pitch angle control is used to keeping output generator power at constant rated value. In wind turbines, wind in addition to act as a driving force is a disturbance factor because of its random nature .The pitch control system is one of the most widely used control techniques to regulate output power of a wind turbine that involved fluctuations. The mathematical model of the system should be well known to control the pitch angle by the conventional PID controller. on the other hand ,Tuning parameters of this controller are not consistently changed. For control the speed of the generator also use of PID controller has some problems.So to cope with the nonlinear characteristics of wind turbine also to deal with the disturbances and uncertain factors in both operating regions an adaptive controller is required. Fuzzy controller have advantages like adaptation and robustness and don't need to any accurate mathematical model but the accuracy of PID controller can not be ignored in reducing the steady-state error. Hence in this thesis a hybrid controller is designed that combined adaptive fuzzy controller with PID controller. During the early period the fuzzy controller is being used to improve system responsiveness and reduce the overshoot .When entering to steady-state regulation period, PID controller is being used to keep the the steadystate error at minimum value. Since sudden changes in wind speed may have undesirable effects on the mechanical blade and system performance so the controller designed in this thesis is investigated in the presence of disturbances in wind speed simulation model based on Kamal's spectrum. After simulation of adaptive hybrid controller designed for a 0.9 MW wind turbine and discussion about its results in normal condition and in the presence of disturbance, a comparision between proposed adaptive hybrid controller and conventional PID controller is performed. The simulation results show that the adaptive hybrid controller can achive better control performances in both operating regions than conventional PID controllers. Key words: Wind turbines, Pitch control, Hybrid controller, Adaptive fuzzy controller, Reduce disturbance effect