This paper addresses the problem of controlling power generation in variable-speed wind energy conversion systems (VS-WECS). These systems have two operation regions depending on the wind turbine tip-speed ratio. They are distinguished by minimum phase behavior in one of these regions and a nonminimum phase in the other one. A sliding mode control strategy is then proposed to ensure stability in both operation regions and to impose the ideal feedback control solution despite model uncertainties. The proposed sliding mode control strategy presents attractive features such as robustness to parametric uncertainties of the turbine and the generator as well as to electric grid disturbances. The proposed sliding mode control approach has been simulated on a 1.5-MW three-blade wind turbine to evaluate its consistency and performance. The next step was the validation using the National Renewable Energy Laboratory (NREL) wind turbine simulator called the fatigue, aerodynamics, structures, and turbulence code (FAST). Both simulation and validation results show that the proposed control strategy is effective in terms of power regulation. Moreover, the sliding mode approach is arranged so as to produce no chattering in the generated torque that could lead to increased mechanical stress because of strong torque variations

چکیده

این مقاله به مسئله کنترل تولید توان در سیستم های تبدیل انرژی بادی سرعت متغیر (VS-WECS) می پردازد. این سیستم ها دارای دو منطقه عملیاتی هستند که به نسبت سرعت نوک پره توربین های بادی وابسته است. آنها توسط یک رفتار فازی حداقلی در یکی از این مناطق و در دیگری با یک فاز غیر حداقلی متمایز می شوند. استراتژی کنترل مد لغزشی برای اطمینان از پایداری در هر دو منطقه عملیاتی پیشنهاد شده است و با وجود عدم قطعیت های مدل، راه حل کنترل فیدبک ایده آل اعمال شده است. استراتژی کنترل مد لغزشی پیشنهادی ویژگی های جذابی مانند مقاوم بودن در برابر عدم قطعیت های پارامتری توربین و ژنراتور و همچنین مقاوم بودن در برابر اختلالات شبکه برق را ارائه می دهد. به منظور بررسی سازگاری و عملکرد روش کنترل مد لغزشی پیشنهادی، روی توربین بادی سه پره 1.5 مگاواتی شبیه سازی شده است. گام بعدی اعتبارسنجی با استفاده از NREL (آزمایشگاه انرژی تجدید پذیر ملی) شبیه ساز توربین بادی FAST (فرسودگی، آیرودینامیک، سازه ها و اغتشاش) بود. نتایج شبیه سازی و اعتبارسنجی نشان می دهند که استراتژی کنترل پیشنهادی از نظر تنظیم توان موثر است. علاوه بر این، روش مد لغزشی تنظیم شده است طوری که هیچ ویبره ای (chattering) در گشتاور تولید شده، که می تواند منجر به افزایش تنش مکانیکی به دلیل تغییرات بزرگ گشتاور شود، تولید نمی شود.

1-مقدمه

تبدیل انرژی بادی، منبع انرژی ای است که در میان منابع تولید برق جدید در جهان سریع ترین رشد را دارد و این گرایش باید برای برخی از زمان ها باقی بماند. در پایان سال 2003 ظرفیت انرژی بادی نصب شده بیش از40000  مگاوات، دو برابر سال 1999 است، و می تواند از95000  مگاوات تا پایان 2008 (شکل 1) تجاوز کند. یک هدف بالاتر می تواند دستیابی به 12٪ برق جهان از نیروی بادی در سال 2020 باشد. مهار انرژی بادی برای تولید برق یک منطقه، تحقیق مورد علاقه ای است و امروزه با هدف کیفیت و قابلیت اطمینان در انتقال برق تحویلی، به استفاده از این انرژی مقرون به صرفه تاکید شده است [1-2]. در طول دو دهه گذشته توربین های بادی اندازه هایی از20  کیلو وات تا2  مگاوات توسعه یافته اند، در حالی که توربین های بادی بزرگتر طراحی شده اند. علاوه بر این، بسیاری از جوانب مختلف ایجاد شده و تست شده اند...