Geri Dön

Modeling, hardware-in-the-loop simulations and control design for a vertical axis wind turbine with high solidity

Yüksek katılıklı bir dikey eksenli rüzgar türbini için modelleme, döngüde donanım simülasyonları ve kontrol tasarımı

  1. Tez No: 444571
  2. Yazar: AYKUT ÖZGÜN ÖNOL
  3. Danışmanlar: PROF. DR. SERHAT YEŞİLYURT, DOÇ. DR. AHMET ONAT
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Enerji, Mekatronik Mühendisliği, Energy, Mechatronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Sabancı Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 162

Özet

Dikey eksenli rüzgar türbinleri tüm-yönlü ve basit tasarımlarından dolayı yüzey rüzgarları gibi hızlı yön değiştiren, fırtınalı ve türbülanslı rüzgarlarda avantajlıdırlar. Dolayısıyla, küçük-ölçekli bir dikey eksenli rüzgar türbini hem kentsel alanlarda, mesela bir binanın tepesinde, hem de taşınabilir bir jeneratör olarak kullanılabileceği bütünleşik şebeke sistemlerinden uzak kırsal alanlarda elverişlidir. Bu tezde, küçük ölçekli, üç düz kanatlı ve yüksek katılıklı dikey eksenli rüzgar türbini, elektromekanik ve güç elektroniği bileşenleri ve kontrolörden oluşan sistemin genel performansının değerlendirilmesinde kullanılacak bir yöntem sunulmaktadır. Bu yaklaşımın öne çıkan özellikleri geçerli bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) modeli ve bir döngüde donanım simülasyonu (DDS) kullanılmasıdır. Zamana bağlı, iki boyutlu HAD modeli eylemsizliğe ve jeneratör yüküne bağlı olarak türbinin rotor dinamikleriyle bağlaştırılmıştır. DDS düzeneği bir elektrik motoru, bir dişli kutusu, bir doğrultucu ve bir programlanabilir elektronik yükten oluşmaktadır. Bu sistemde, elektrik motoru dikey eksenli rüzgar türbininin rotoruna benzetilmektedir. DDS elektromekanik enerji dönüşümünün genel performansa etkisini incelemek ve kontrol algoritmalarını gerçek zamanlı olarak denemek için kullanılmaktadır. Türbinin değişken hızlı kontrolü için, maksimum güç noktası izleyici ve model öngörülü kontrol algoritmaları ile model öngörülü kontrolü taklit edecek basit bir kontrol tasarlanmış ve test edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, rotor dinamiğiyle bağlaşık HAD modeli rotorun atalet etkileri ve geribeslemeli kontrol de dahil olmak üzere dikey eksenli rüzgar türbininin gerçekçi geçici performansının değerlendirilmesinde etkili bir araçtır; elektromekanik enerji dönüşümünün dikey eksenli rüzgar türbini sisteminin güç karakteristikleri ve verimliliği üzerinde önemli bir etkisi vardır; model öngörülü kontrol ve model öngörülü kontrolü taklit eden kontrol algoritmaları enerji üretimindeki gelecek kazançlar için anlık olarak maksimum güçten saplamalara izin vererek enerji çıkışı açısından maksimum güç noktası izleyicilerinden daha iyi performans göstermektedirler; ve tüm kontrolörler basamak rüzgar, rüzgar hamlesi ve gerçek rüzgar koşullarında başarılı şekilde çalışmaktadırlar.

Özet (Çeviri)

Vertical axis wind turbines (VAWTs) are advantageous in gusty, turbulent winds with rapidly changing direction such as surface winds by the virtue of their omnidirectional and simple design. Thus, a small-scale VAWT is favorable in urban areas, e.g., on top of a building, as well as in rural areas away from integrated grid systems where it can be used as a portable generator. In this thesis, a methodology is presented for the assessment of overall performance for a small-scale VAWT system that consists of a three-straight-bladed rotor with high solidity, electromechanical and power electronics components and controller. Salient features of this approach include a validated computational fluid dynamics (CFD) model and a hardware-inthe- loop (HIL) simulation. The time-dependent, two-dimensional CFD model is coupled with the dynamics of the rotor subject to inertia and generator load. The HIL test-bed consists of an electrical motor, a gearbox, a generator, a rectifier and a programmable electronic load. In this setup, the electrical motor emulates the VAWT rotor. The HIL simulation is used to study the impact of electromechanical energy conversion on the overall performance and to evaluate control algorithms in real-time. For variable-speed control of the turbine, maximum power point tracking (MPPT) and model predictive control (MPC) algorithms and a simple MPC-mimicking control are designed and tested. According to results, the coupled CFD model is an effective tool in evaluation of the realistic transient behavior of the VAWT including the inertial effects of the rotor and the feedback control; the electromechanical energy conversion has a profound effect on the power characteristics and the efficiency of the VAWT system; the MPC and MPC-mimicking control algorithms outperform the MPPT algorithms in terms of energy output by allowing deviations from the maximum power instantaneously for future gains in energy generation; and all of the controllers perform satisfactorily under step wind, wind gust and real wind conditions

Benzer Tezler

  1. A model based flight control system design approach for micro aerial vehicles using integrated flight testing and hil simulations

    Küçük boyutlu insansız hava araçları üzerinde sistem tanılama, uçuş kontrol sistem tasarımı ve donanım ile benzetim uygulamaları

    BURAK YÜKSEK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN

  2. Hardware in the loop system development for modeling and control of multirotor vehicles

    Multi rotorlu hava araçlarının modellenmesi ve kontrolü için donanım çevrimli benzetim sistemi tasarımı

    MUHSİN HANÇER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. İSMAİL BAYEZİT

  3. Design of an intelligent boost pressure controller for a series sequential turbocharged diesel engine

    Seri bağlı aşırı doldurma sistemine sahip dizel motorlar için akıllı manifold basıncı kontrolcüsü tasarımı

    MUSTAFA ENGİN EMEKLİ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BİLİN AKSUN GÜVENÇ

  4. İki ayaklı yürüyen robot için kontrol sistemi geliştirilmesi

    Control system development for bipedal walking robot

    NUMAN MERT TAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU

  5. Deep reinforcement learning approach in control of Stewart platform- simulation and control

    Stewart platformunun kontrolünde derin pekistirmeli öğrenme yaklaşımıc- simülasyon ve kontrol

    HADI YADAVARI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SERHAT İKİZOĞLU

    DR. ÖĞR. ÜYESİ VAHİT BARIŞ TAVAKOL