Control de potencia de salida y mitigación de carga de un aerogenerador de eje horizontal con un modelo aerodinámico totalmente acoplado: nueva perspectiva del modo deslizante
Autores: Zhang, Hongfu; Wen, Jiahao; Golnary, Farshad; Zhou, Lei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Control de potencia
Cargas de vibración
Vida útil por fatiga
Algoritmos de control sin sensor
Teoría de control de modo deslizante
Sensibilidad al tono
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
El control de potencia de los aerogeneradores de eje horizontal puede afectar significativamente las cargas de vibración y la vida útil por fatiga de la torre y las palas. En este documento, consideramos tanto el control de potencia como la mitigación de carga de vibración de la torre en el sentido de avance. Para este propósito, primero desarrollamos un modelo completamente acoplado del aerogenerador de 5MW de NREL. Este modelo considera el comportamiento aeroelástico completo de las palas y la torre y se valida con resultados experimentales, comparando los datos de historial de tiempo con el código FAST (Fatiga, Aerodinámica, Estructuras y Turbulencia) desarrollado por NREL (Laboratorio Nacional de Energía Renovable en los Estados Unidos). En segundo lugar, se desarrollan algoritmos de control novedosos sin sensores basados en la teoría de control de modo deslizante de super torsión y observador de modo deslizante para el rechazo de perturbaciones. En la región II (la velocidad del viento está entre el arranque y la velocidad nominal del viento), el algoritmo de control novedoso sin sensores aumentó el coeficiente de potencia en comparación con el método de control de velocidad indirecta convencional (ISC) (el método convencional en la industria). En la región III (la velocidad del viento está entre la velocidad nominal y la velocidad de desconexión), se desarrolla un sistema adaptativo de inferencia difusa neural (ANFIS) para estimar la sensibilidad al paso. La velocidad del rotor, el ángulo de paso y la velocidad efectiva del viento son entradas, y la sensibilidad al paso es la salida. El rendimiento de control de paso novedoso diseñado se compara con el método PI programado por ganancia (GPI) (el enfoque convencional en esta región). Los resultados de la simulación demuestran que el desplazamiento de la pala en el sentido del borde se reduce significativamente. Finalmente, para reducir la vibración en el sentido de avance de la torre, se diseñó un amortiguador de masa sintonizada (TMD) utilizando el algoritmo genético y el modelo completamente acoplado. En comparación con la literatura existente, demostramos que el modelo completamente acoplado proporciona una precisión mucho mejor en comparación con el modelo no acoplado para estimar las cargas de vibración.
Descripción
El control de potencia de los aerogeneradores de eje horizontal puede afectar significativamente las cargas de vibración y la vida útil por fatiga de la torre y las palas. En este documento, consideramos tanto el control de potencia como la mitigación de carga de vibración de la torre en el sentido de avance. Para este propósito, primero desarrollamos un modelo completamente acoplado del aerogenerador de 5MW de NREL. Este modelo considera el comportamiento aeroelástico completo de las palas y la torre y se valida con resultados experimentales, comparando los datos de historial de tiempo con el código FAST (Fatiga, Aerodinámica, Estructuras y Turbulencia) desarrollado por NREL (Laboratorio Nacional de Energía Renovable en los Estados Unidos). En segundo lugar, se desarrollan algoritmos de control novedosos sin sensores basados en la teoría de control de modo deslizante de super torsión y observador de modo deslizante para el rechazo de perturbaciones. En la región II (la velocidad del viento está entre el arranque y la velocidad nominal del viento), el algoritmo de control novedoso sin sensores aumentó el coeficiente de potencia en comparación con el método de control de velocidad indirecta convencional (ISC) (el método convencional en la industria). En la región III (la velocidad del viento está entre la velocidad nominal y la velocidad de desconexión), se desarrolla un sistema adaptativo de inferencia difusa neural (ANFIS) para estimar la sensibilidad al paso. La velocidad del rotor, el ángulo de paso y la velocidad efectiva del viento son entradas, y la sensibilidad al paso es la salida. El rendimiento de control de paso novedoso diseñado se compara con el método PI programado por ganancia (GPI) (el enfoque convencional en esta región). Los resultados de la simulación demuestran que el desplazamiento de la pala en el sentido del borde se reduce significativamente. Finalmente, para reducir la vibración en el sentido de avance de la torre, se diseñó un amortiguador de masa sintonizada (TMD) utilizando el algoritmo genético y el modelo completamente acoplado. En comparación con la literatura existente, demostramos que el modelo completamente acoplado proporciona una precisión mucho mejor en comparación con el modelo no acoplado para estimar las cargas de vibración.