توضیحات
Robust MPC Tower Damping for Variable Speed Wind Turbines
- مقدمه
کنترل پیش بین در سیستم های تولید انرژی الکتریکی به کمک باد به عنوان ابزاری سودمند شناخته می شود. مزیت این کنترلر با توجه به قابلیت اعمال قیود سیستم به طراحی کنترل کننده و طراحی صریح آن برای سیستم دینامیکی مفروض می باشد. در این بین با توجه به وجود عدم قطعیت ها کنترلر باید از قوام[1] کافی برخوردار گردد. از این رو کنترل کننده پیش بین رباست مطرح می گردد. قابلیت حذف عدم قطعیت ها به دو صورت جمع شده و ضرب شده در این کنترل کننده وجود دارد. طراحی بااستفاده از مساله برنامه ریزی درجه دوم و با فرض عدم قطعیت ها به فرم دنباله ای از پلی تُپ ها[2] انجام می گردد.
- مدل سیستم
توربین بادی به عنوان یک سیستم هایبرید مکانیکی و الکتریکی از اجزای مختلفی تشکیل می گردد. باد با سرعت متغیر در محیط با به حرکت آوردن پره های توربین بسته به توان آن، سبب تولید انرژی الکتریک می باشد. این انرژی وابسته به سرعت باد، چرخ روتور و زاویه پره های توربین می باشد. دینامیک غیرخطی سیستم با سه معادله زیر قابل بیان است.
به کمک معادلات غیرخطی و با توجه به اهداف کنترلی و لزوم دسترسی به مدل با ساختاری خطی، مدل متغیر با زمان وابسته به سرعت باد υ به صورت زیر بیان می گردد.
که در آن ماتریس های و و به صورت مستقیم مرتبط با باد هستند. بردار حال شامل مربع سرعت روتور و سرعت چرخش می باشد. بردار ورودی شامل زاویه پره ها و توان ژنراتور است.
با توجه به دینامیک واقعی سیستم قیود زیر روی ورودی ها و حالت قابل فرض می باشد.
معادلات ذکر شده معمولا به شکل زیر در حل مساله بهینه سازی در نظر گرفته می شوند.
با توجه به متغیر با زمان بودن سیستم، در هر افق پیش بینی به صورت ثابت در نظر گرفته می شود. همچنین در مقاله مقادیر و با در نظر گرفتن سرعت باد در مجموعه شناسایی گردیده است.
- طراحی کنترل کننده مقاوم
مدل کنترلی ارائه شده با توجه به تغییرات سرعت باد و همچنین خطای مدلسازی دارای عدم قطعیت می باشد. این عدم قطعیت ناشی از تفاوت معادلات غیرخطی با مدل متغیر با زمان خطی ارائه شده در بخش قبل می باشد. مقادیر پی بینی شده باد می باشد که در بازه [ قرار می گیرد.
در این مقاله برای تغییرات باد در محیط با توجه به داده های واقعی در سیستم تابع احتمال مثلثی شکل به صورت زیر در نظر گرفته شده است.
در نتیجه مدل حاوی عدم قطعیت و مقادیر نامی به فرم زیر بیان می گردد.
جهت کنترل مدل ذکر شده طراحی سیگنال کنترلی متشکل از دو قسمت شامل برای مدل نامی سیستم و L جهت جبران خطای ناشی از عدم قطعیت سیستم بیان می گردد.
همچنین با تعریف و به صورت زیر
قیود سیستم در ادامه بازنویسی می گردند.
تابع هزینه در نظر گرفته شده برای مساله بهینه سازی عبارت است از
کنترل کننده نهایی با استفاده از حل معادلات درجه دوم خطی با کمینه سازی تابع هزینه ذکر شده در MATLAB طراحی می گردد.
- شناسایی
با توجه به رابطه میان توان تولیدی و جابجایی عرضی برج توربین نیازمند مدلسازی مناسبی از دینامیک برج در جهت طراحی سیگنال کنترلی ضمن حفظ قیود عملکردی نوسانات برج توربین می باشیم. از این رو با در نظر گیری مدل درجه دو جرم و فنر و میرایی و همچنین اندازه گیری نیروی وارده بر برج ناشی از توان تولیدی توربین به صورت زیر
دینامیک برج به صورت زیر مدل می شود.
با توجه به در دسترس نبودن پارامترهای میرایی و ثابت فنر بر مبنای جفت داده های ورودی و خروجی و مدل جعبه سفید با استفاده از روش حداقل مربعات به تعیین این پارامترها پرداخته ایم.
- نتایج
شبیه سازی به فرم زیر انجام در نرم افزار MATLAB پیاده سازی شده است. در ادامه و در شکل های زیر نتایج و خروجی های سیستم بیان می گردند.
شکل 1 – شماتیک مدل دینامیکی و کنترل کننده در نرم افزار MATLAB
شکل 2 – سرعت متغیر باد (تغییرات سریع)
شکل 3 – خروجی کنترل شده ، سرعت حرکت توربین
شکل 4 – سیگنال کنترلی ، تغییر زاویه پره ها
کنترل کننده مقاوم MPC باید در محدوده ی کاملی از تغییرات سرعت باد در محیط عملکرد قابل قبلی را در ردیابی مرجع ارائه نماید. این رفتار با توجه به نتایج ارائه شده در شکل های 1 تا 4 قابل مشاهده می باشد. قابل ذکر است که کنترل کننده برای حالت نامی طراحی شده و جهت جبران اثر عدم قطعیت در سیستم سیگنال کنترلی به شکل مناسب در نظر گرفته می شود. همچنین پارامترهای تابع احتمال فرض شده برای تغییرات سرعت باد در مقاله به همراه پارامترهای سیستم با توجه به داده های واقعی شناسایی شده است.
در شکل زیر خروجی سیستم با توجه به تغییرات سرعت باد در دو حالت کنترل کننده رباست و عادی مقایسه شده اند.
شکل 5 – مقایسه خروجی های سیستم – الف ) سرعت باد ب) خروجی سیستم p ، پ)ورودی β، ت) خروجی Ω
کلید واژه:
Active damping, model predictive control (MPC), robust control, wind turbines
شبیه سازی مقاله Robust MPC Tower Damping for Variable Speed Wind Turbines
توسط کارشناسان سایت متلبی پیاده سازی گردیده و به تعداد محدودی قابل فروش می باشد.
سفارش انجام پروژه مشابه
درصورتیکه این محصول دقیقا مطابق خواسته شما نمی باشد،. با کلیک بر روی کلید زیر پروژه دلخواه خود را سفارش دهید.
دیدگاهها
هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.