بخشی از مقاله
خلاصه
هدف این مقاله ارائه دستاوردهای مربوط به توسعه دو روش کنترلی خطیسازی فیدبک و کنترل مد لغزشی برای سیستم کنترل دوران در توربین بادی با محرکه سرو هیدرولیک کنترل شده با پمپ سرعت متغیر میباشد. سیستم سرو هیدرولیک کنترل شده با پمپ سرعت متغیر، متشکل از سرو موتورجریان متناوب، پمپ پیستون هیدرولیک، دو سیلندر هیدرولیکی تفاضلی و مدارهای هیدرولیک میباشد. برای چنین سیستمی دو کنترل کننده خطیسازی فیدبک و کنترل کننده مد لغزشی طراحی و کارایی ردیابی به ازای شرایط مختلف مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته است. نتایج شبیهسازی مبین عملکرد قابل قبول روش ارائه شده میباشد.
.1 مقدمه
در چندین سال اخیر به علت افزایش مصرف سوختهای فسیلی،انرژی باد به عنوان مهمترین انرژی قابل تجدیدپذیر شناخته میشود. بنابراین کاربرد انرژی باد نه تنها در سالهای اخیر بسیار گسترش یافته، بلکه جایگزینی برای انرژی هستهای در جوامع غربی مثل آلمان و دانمارک شده است. گسترش مزارع بادی در کشور انگلستان نیز اشاره بر اهمیت توربینهای بادی بزرگ 2 - مگاوات - دارد. توربینهای بادی بزرگ و مدرن به سه دسته تقسیم میشوندکه عبارتاند از: توربینهای سرعت ثابت، سرعت متغیر و کنترل زاویه پیچ متغیر. تحقیقات بسیاری از سال 1980در این حوزه منتشر شدهاند.
در سال 1988 استراتژی سادهای با روش کنترل بازدارنده و تیغه ثابت نگه داشته شده، مطرح گردید .[1] فریمن و بالاس سیستم شناسایی مدلهای دینامیکی توربین بادی را ارائه کردند .[2] در سال 2000 کنترل دوران متغیر توربین بادی توسط سونگ با استفاده از روش کنترل تطبیقی و کنترل غیرخطی ارائه شد .[3] برای کشورهای آسیایی کهمعمولاً از طوفان و بادهای متلاطم رنج میبرند، نوع کنترل زاویه از موارد دیگر مناسبتر است. با کنترل زاویه متغیر میتوان سرعت دوران توربین بادی را ثابت نگه داشت تا قدرت الکتریکی نامی را تولید کرد.
مزیت دیگر این روش این است که تغییرات آیرودینامیک باعث تغییر در زاویه تیغه گردیده و این امر از خاموش شدن روتور جلوگیری میکند. سیستم محرک دوران توربینهای بادی، به دو دسته محرک موتور الکتریکی و سیستمهای محرک هیدرولیک تقسیم میشود. با مقایسه این دو دسته درمییابیم که سیستم محرک هیدرولیکی نه تنها از فرسایش جدی و خطرناک چرخ دندهها جلوگیری میکند، بلکه به علت مکانیزم محرک سیلندر، باعث افزایش مقاومتشان نیز میگردد. به هر حال راندمان پایین و مشکلات ناشی از عوامل غیرخطی را نباید در دستگاههای هیدرولیکی نادیده گرفت.
در مرجع[4] سیستم محرک هیدرواستاتیک-الکتریک با سرو موتور جریان متناوب همراه با پمپ با جابجایی ثابت، برای ذخیره انرژی سیستم کنترل حرکت مورد استفاده قرار گرفته است. در [5] ویژگیهای محرک هیدرولیک-الکتریک همراه با پمپ و الکتروموتور مورد بررسی قرار گرفته است. برای سیستمهای سرو هیدرولیک، تا کنون روش های کنترلی مختلفی ارائه شده است که به عنوان مثال روش کنترل فازی در [6] برای سیستم کنترل پمپ با سرعت دورانی متغیر جهت کنترل موقعیت استفاده شده است.
در [7] کنترل کننده فازی-تطبیقی به صورت کنترل کننده جبرانساز مد لغزشی-فازی خود تنظیم، گسترش داده شده که باعث افزایش کارایی کنترل موقعیت شده است. خطیسازی یکی از مهمترین و اساسیترین روشها در سیستمهای غیرخطی بوده و نقش مهمی را در تئوری سیستمهای کنترل غیرخطی بازی میکند .[8] مفهوم و روش کلی مساله خطیسازی فیدبک، تبدیل سیستم غیرخطی به یک سیستم خطی با طراحی سیگنال کنترل مناسب مبتنی بر مدل و با هدف ردیابی است. تئوری خطیسازی فیدبک برای سیستم سرو هیدرولیک در[9] و برای سیستمهای الکتروهیدرولیک در مرجع [10] مطرح شده است.
نقطه ضعف خطیسازی فیدبک این است که اگر عدم قطعیت و نامعینی داشته باشیم دیگر رابطه خطی بین ورودی وخروجی از بین میرود. برای رفع این مشکل، از کنترل مدلغزشی بهره میگیریم.کنترلکننده مدلغزشی در برابر اغتشاشات و تغییر پارامترها و همچنین نویزهای مزاحم مقاوم میباشد. دلیل کارایی بالای این روش، سادگی طراحی و پیادهسازی آن در عمل میباشد. این روش به طور گسترده در سیستمهای غیرخطی مورد استفاده قرار میگیرد [11] و .[14]
.2 مدلسازی سیستم
ساختار کلی سیستم کنترل پمپ هیدرولیک سرعت متغیر در [12] ارائه شده است که در شکل1 نمای کلی آن نشان داده شده است. این سیستم ترکیبی از دو سیلندر تفاضلی با محرکه سیستم کنترل شده باپمپ هیدرولیک سرعت متغیر است. فرض شده است که دو سیلندر مذکور از یک طرف روی پایه تیغه و از طرف دیگر روی سیستم پمپ که شامل سرو موتور جریان متناوب و یک پمپ جابجایی ثابت است، نصب شدهاند.
چون امکان ساخت توربین بادی 2 مگاوات با اندازه واقعی به صورت آزمایشگاهی پیچیده میباشد، در [12] مدل کوچکی از توربین به صورت آزمایشگاهی ساخته شده است. در این مقاله با بهرهگیری از مدل ارائه شده در [12]، الگوریتم کنترلی مناسبی برای دستیابی به اهداف موردنظر در توربین بادی مذکور ارائه شده است. مطابق با مدار تست نشان داده شده در شکل 2، مدل دینامیکی حاکم بر مجموعه اجزای سیستم شامل سرو موتور، پمپ پیستون جابجایی ثابت و سیلندرهای کنترلی بصورت معادلات - 1 - استخراج شده است .[13]
