مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

کنترل زاویه گام یک توربین بادی توان بالا توسط کنترل‌کننده‌ PID مرتبه کسری بهینه

نویسندگان
1 دانشجوی کارشناسی ارشد / دانشگاه گیلان
2 استادیار / دانشگاه گیلان
3 مدیر گروه مکانیک / دانشگاه گیلان
چکیده
در این مقاله، کنترل‌کننده تناسبی، انتگرال‌گیر و مشتق‌گیر مرتبه کسری (PID مرتبه کسری) بهینه برای کنترل زاویه گام توربین بادی از نوع فراساحلی با توان 5 مگاوات پیشنهاد شده‌ است. این کنترل‌کننده، در سرعت‌هایی که بیش از سرعت نامی توربین باشد، فعال می‌شود تا با تنظیم زاویه حمله پره‌های توربین بادی، سرعت زاویه‌ای ژنراتور و در نتیجه توان توربین را در مقادیر نامی نگاه دارد. از طرفی چون نامعینی در مدل برای کاربردهای واقعی اجتناب‌ناپذیر است، کنترل‌کننده پیشنهادی نیاز به دانستن مدل توربین ندارد. برای یافتن متغیرهای کنترل‌کننده PID مرتبه کسری، تابع هدفی مرکب پیشنهاد شده ‌است که حاصل جمع قدر مطلق سیگنال خطا و قدر مطلق نرخ سیگنال کنترلی در سه سرعت باد مختلف در ابتدا، میانه و انتهای بازه خواهد بود. بدین‌ترتیب، کنترل‌کننده طراحی شده قادر خواهد بود تا در تمام سرعت‌های باد، عملکرد مطلوبی داشته باشد و نیاز به کنترل‌کننده‌های پیچیده و غیرخطی را مرتفع سازد. تابع هدف تعریف شده، توسط سه الگوریتم تکامل تفاضلی، الگوریتم کرم شب‌تاب و الگوریتم ازدحام ذرات مورد کمینه‌سازی قرار می‌گیرد. در ادامه برای ارزیابی قوام کنترل‌کننده PID مرتبه کسری طراحی شده و مقایسه آن با کنترل‌کننده PID مرتبه صحیح بهینه، توربین بادی تحت پروقیل‌های باد با سرعت‌ها و نوسانات مختلف قرار می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که کنترل‌کننده PID مرتبه کسری عملکرد و قوام بهتری در تنظیم کردن سرعت و توان ژنراتور نسبت به کنترل‌کننده PID مرتبه صحیح بهینه از خود نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Pitch Angle Control of a High-Power Wind Turbine Using Optimal Fractional-order PID Controller

نویسندگان English

Amir Hossein Asgharnia 1
Reza Shahnazi 2
Ali Jamali 3
چکیده English

In this paper, an optimal Fractional-order Proportional-Integral-Derivative (FOPID) controller is proposed to control an offshore 5MW wind turbine’s pitch angle in above rated speed. The proposed pitch controller regulates the generator angular speed and consequently the generator power to its nominal value without any knowledge of the model. In order to find the parameters of the controller, a hybrid cost function is proposed, which consists of sum of absolute error signal and absolute rate of control signal in three different wind speeds. The wind speeds are chosen in the beginning, middle and at the end of the interval, thus, the optimized controller is able to show an acceptable performance in whole range of wind speeds, without any demand to nonlinear and complex controllers. To this end, the proposed cost function is minimized using three optimization algorithms: Differential Evolution (DE), Firefly algorithm and Particle Swarm Optimization (PSO). In order to evaluate the robustness of proposed FOPID, numerous wind profiles with different speeds and fluctuations are applied and the results are compared with the optimal integer order PID controller. The comparison demonstrates that the proposed FOPID has more effective performance and robustness than optimal integer order PID.

کلیدواژه‌ها English

Wind turbine
Pitch Control
Fractional order controller
Differential Evolution (DE)
Firefly Algorithm (FA)
Particle Swarm Optimization (PSO)