عنوان پایان‌نامه
طراحی سیستم کنترل با تحمل عیب برای توربین های بادی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2526;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 64681
- تاریخ دفاع
- ۰۹ تیر ۱۳۹۳
- دانشجو
- امیر صابری
- استاد راهنما
- فرزاد رجایی سلماسی, تورج عباسیان نجف آبادی
- چکیده
- در سال های اخیر، استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر مانند انرژی باد توجه زیادی را به خود جلب کرده است. بطوریکه دولت ها در سرتاسر دنیا به دنبال بهره گیری از این منابع هستند تا تنوع منابع انرژی را بیشتر کنند و شرایط زیست‌محیطی را بهبود دهند. از طرف دیگر، نیاز به تولید انرژی بیشتر، باعث خیزش شرکت‌های تولیدکننده توربین بادی به سمت توربین‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر شده است. شرایط باد آشفته و غیرقابل‌پیش‌بینی به همراه رفتار غیرخطی و متغیر بازمان، کنترل توربین بادی را با دشواری همراه ساخته است. چنین چالشی نیازمند مدرن ترین فناوری است تا بتواند سطح کارایی، قابلیت اطمینان و دسترسی‌پذیری موردنیاز را برآورده سازد. تمرکز این پایان نامه روی طراحی سیستم کنترل با تحمل عیب به منظور نزدیک شدن به این موارد، برای توربین های بادی است. به همین منظور کنترل کننده مقاوم بر اساس تئوری ?? برای کنترل عملگر پره های توربین بادی در حضور اغتشاشات باد طراحی‌شده است، سپس با بهره گیری از مدل LPV، این روش برای کنترل با زمان بندی بهره توربین بادی بسط داده‌شده است. سپس با استفاده از روش تخصیص کنترل، روشی برای کنترل با تحمل عیب عملگری با استفاده از مدل LPV ارایه‌شده است. به‌منظور معرفی کنترل-کننده با تحمل عیب حسگری، در کنار کنترل کننده ی پیشنهادی برای تخصیص کنترل، از یک رویتگر مد لغزشی برای تشخیص و جداسازی عیب حسگری استفاده‌شده است. در این پایان نامه از شبیهساز FAST برای مدل‌سازی و ارزیابیِ سیستم های کنترل و تشخیص عیب ارایه‌شده بر یک توربین بادی مرجع 5 مگاوات، که متعلّق به آزمایشگاه ملی انرژیهای تجدیدپذیر آمریکا است، استفاده‌شده است. برای مقایسه کارایی کنترل کننده در حالت بدون عیب، نتایج شبیهسازی با کنترل کننده تناسبی-انتگرالگیر با زمانبندیِ بهره مقایسه شد که نشان دهندهی برتری روش های پیشنهادی در این شرایط است و همچنین، در حالت وقوع عیب های شدید کارایی سیستم توربین بادی تا حد زیادی حفظ‌شده است. کلمات کلیدی: کنترل با تحمل عیب، توربین بادی، کنترل ??، تخصیص کنترل، مدل LPV، زمان-بندی بهره
- Abstract
- In last years, renewable energy has attracted much attention and governments across the world are funding these resources to produce cleaner and also more diversified energy. Wind energy is one of the pervasive part of these initiatives. More energy demand has made wind turbine manufacturers to produce larger and more complex structures such that in past years, the size and nominal output power of wind turbines have been multiplied. Operating in unpredictable and turbulence wind conditions along with nonlinear and time variant dynamics of wind turbine has made it very difficult and challenging to achieve high performance, reliability and availability. Some of the key technologies are health monitoring, fault tolerant and optimal control of wind turbine. In this thesis, robust and fault tolerant control design methods are presented to regulate wind turbine outputs using blade actuators. Proposed methods include passive fault tolerant control based on ?? theory and active fault tolerant control based on gain scheduling and control allocation for actuators faults. In control allocation based method, with regard to LPV model of wind turbine a novel approach is used to distribute control action between blades such that disturbance attenuation and fault tolerance is achieved. Moreover, for sensor faults a sliding mode observer is used to reconstruct possible faults and actively control the faulty system. FAST simulator developed by NREL is used to model and simulate a referenced 5-MW wind turbine in a realistic turbulent wind condition. For performance assessment of proposed methods, different comparisons is presented which show great improvement with regard to other advanced control methods in nominal and faulty conditions. Keywords: Fault tolerant control, ?? control, wind turbine, control allocation, LPV model, gain-scheduling
