در سال‌های اخیر با توجه به کاربرد گسترده توربین‌های بادی، بهبود سیستم کنترلی آن‌ها با هدف‌ کاهش بارهای مکانیکی مورد توجه بوده است. از طرفی در توربین‌های بادی مدرن، ژنراتور سنکرون با تحریک الکتریکی در ساختار درایو مستقیم (بدون گیربکس) به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته است. در این پژوهش، مزیت بهره‌گیری از ولتاژ تحریک ژنراتور سنکرون و زاویه گام پره‌ها در ساختار کنترلی نوین چندمتغیره-تطبیقی توربین بادی مورد تحقیق قرار می‌گیرد. اهداف کنترلی محدود کردن نوسانات سرعت دورانی روتور و کاهش بارهای مکانیکی وارد بر برج می‌باشد. ساختار کنترلی متمرکز بر اساس مدل دینامیکی توربین بادی و با لحاظ کردن اثرات متقابل آیرودینامیکی، ارتعاشاتی و الکتریکی طراحی می‌گردد. تعیین بهره‌های ماتریس کنترلی با توجه به مدل غیرخطی و پیچیده توربین، با بهره‌گیری از روش‌های بهینه‌سازی انجام می‌شود. رفتار آیرودینامیکی پره‌ها تابعی غیرخطی از شرایط کاری می‌باشد و برای دستیابی به رفتار دینامیکی یکنواخت، بهره‌های کنترلی در شرایط مختلف محاسبه و به روش جدول‌بندی بهره پیاده‌سازی می‌گردد. در توربین‌های بادی، عوامل مختلفی همچون دینامیک‌های سیستم الکتریکی، محدودیت‌های کنترل دیجیتال و نویز سیگنال می‌تواند بر عملکرد کنترلی تاثیرگذار باشد. به منظور بررسی این اثرات، شبیه‌ساز توربین بادی توسعه داده می‌شود و عملکرد کنترلگر چندمتغیره-تطبیقی به صورت سخت‌افزار در حلقه مورد تحقیق قرار می‌گیرد. با مقایسه عملکرد کنترلگر طراحی شده و کنترلگر چندمتغیره دو ورودی-یک خروجی در شرایط باد مغشوش، بارهای مکانیکی وارد بر برج به میزان 26 درصد کاهش می‌یابد و در نتیجه عمر برج به عنوان یکی از اجزا اصلی توربین افزایش می‌یابد.

کلمات کلیدی