A novel fuzzy logic pitch angle controller with genetic algorithm optimization for wind turbines
Yenilikçi rüzgar türbini kanat açısı denetleyicisi bulanık mantık yöntemi ve genetik algoritma ile tasarımı
- Tez No: 784713
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KEMALETTİN ERBATUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Mekatronik Mühendisliği, Energy, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 132
Özet
Günümüz dünyasında en çok tercih edilen yenilenebilir enerji kaynaklarından biri olan rüzgar türbini teknolojisinin önemi giderek artmaktadır. Kanatlar, modern bir yatay eksenli rüzgar türbinlerinin en önemli parçaları arasındadır.Rüzgardan kinetik enerji toplayarak türbin için dönme mekanik enerjisine dönüştürürler. Kanatlar, rüzgar türbinlerinin güvenliği, stabilitesi ve kontrolünde önemli bir rol oynar. Kanat eğim açıları, türbini aşırı rüzgar koşullarının tehlikelerinden korumak için elektrikli veya hidrolik mekanizmalar aracılığıyla ¸cevrimiçi olarak kontrol edilir. Aynı çalıştırma mekanizmaları, kontrol amacıyla güç üretimi sırasında da aktiftir. Türbinler, önceden belirlenmiş güç referanslarıyla çalışır. Üretimi bu referans kanat açılarında tutmak için, güç çıkışından gelen geri besleme ile konum kontrollüdür. Geleneksel olarak, lineer kontrol metodolojileri uygulanır. Son zamanlarda, yenilikçi hesaplama teknikleri ve özellikle bulanık mantık denetleyicileri bu alanda umut verici bir başarı ile uygulanmaktadır. Bulanık kural tabanı, kullanılan girdiler ve parametre değerleri, denetleyici performansında önemli roller oynar. Bu tez, yeni bir bulanık mantık kanat hatve açısı kontrol cihazının tasarımını sunar. Güç regülasyonu, güç hatasını, güç hatası değişim oranını ve jeneratör hızını de˘gerlendiren bu sistem tarafından gerçekleştirilir. Literatürde bildirilen çalışmaların çoğundan farklı olan bu girdi seti, kanat aktüatörlerine uygulanacak hatve açısı referanslarını hesaplayan bulanık kuralların tasarımında esneklik yaratır. Bununla birlikte, üç boyutlu kural tabanının birçok parametresini en iyilemek, ayrıntılı ve yenilikçi bir ¨onerme konusu olduğunu kanıtlamaktadır. Bu tezde, bu parametrelerin ayarlanması için yenilikçi hesaplama uygulanmıştır. Önerilen kontrolcü, 2 MW'lık bir rüzgar türbini için dalgalı rüzgar formları ve nominal hız üzerindeki hız profilleri ile dinamik olarak benzetim çalışmaları yapılmıştır. Yeni kontrolörün performansı, bir dizi geleneksel kanat açısı kontrol tekniğiyle karşılaştırılmıştır. Genetik algoritmalar tarafından en iyleme çalışması sonrasında bu geleneksel teknikler de test edilmiştir. Benzetim çalışmaları ve literatürden elde edilen veriler, önerilen tekniğin üstün performansını göstermektedir. Geleneksel tekniklere kıyasla % 1,1'lik bir enerji üretim arttırımı sağlanmıştır.
Özet (Çeviri)
As one of the most preferred renewable energy sources in the contemporary world, wind turbine technology has grown in importance. Blades are among the most crucial parts of a modern horizontal-axis wind turbines. They extract dynamic energy from the wind and convert it to rotational mechanical energy for the turbine. Blades play a significant role in the safety, stability and control of the wind power plant. Blade pitch angles are controlled online via electrical or hydraulic actuators to safeguard the turbine from hazards of extreme wind conditions. The same actuation mechanisms are also active during power production for control purposes. Turbines operate with prespecified generated power references. In order to keep the production at this reference pitch angles are position-controlled with feedback from the power output. Conventionally, linear control methodologies are applied. Recently, soft computing techniques and especially fuzzy logic controllers are applied in this field with promising success. The fuzzy rule base, the employed inputs and parameter values play important roles in the controller performance. This dissertation presents the design of a novel fuzzy logic blade pitch angle controller. Power regulation is carried out by this system which evaluates power error, rate of change of power error and generator speed. This set of inputs, different from the majority of the studies reported in the literature, creates flexibility in the design of fuzzy rules which compute pitch angle references to be applied to the blade actuators. Tuning the many parameters of the three-dimensional rule base, however, proves to be an elaborate task. Evolutionary computing is applied in this thesis for the tuning of these parameters. The controller is tested with dynamic simulations of a 2 MW wind turbine model under fluctuating wind profiles and over nominal wind speeds. The performance of the novel controller is contrasted to a number of traditional pitch angle control techniques. Also tested are these conventional techniques when they are tuned by genetic algorithms. Simulation studies and data from the literature indicate superior performance of the proposed technique. An energy production improvement of 1.1 % is achieved when compared with conventional pitch control technique.
Benzer Tezler
- Differential flatness-based fuzzy controller design for aggressive maneuvering of quadcopters
Çok rotorlu hava araçlarının agresif manevra kontrolü için diferansiyel düzlük tabanlı bulanık kontrolör tasarımı
ÇAĞRI GÜZAY
Doktora
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUFAN KUMBASAR
- Extended kalman filter estimation based control of double twin rotor aerodynamic system
Çift ikili rotor aerodinamik sistemin extended kalman filtresi tabanlı kontrolü
FAZAL E NASIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mekatronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZAFER BİNGÜL
- Iq-Bike: çevreci, sağlıklı, enerji maliyeti düşük, paralel hibrit, yenilikçi bir şehir içi ulaşım aracı
Iq-Bike: an enviroment-friendly, healthy , energetically low cost, parallel hybrid, novel urban transportation vehicle
ALİ EMRE UTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Makine MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜR ÜNVER
DOÇ. DR. SELAHATTİN ÇAĞLAR BAŞLAMIŞLI
- Antenlerin hızlı ve doğru tasarımı için esnek hesaplamaya dayalı sayısal karma yöntemler
Numerical hybrid methods based on soft computing for fast and accurate design of antennas
MAHMUD ESAD YİĞİT
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT TAYFUN GÜNEL
- A novel approach for the incipience of sediment entrainment in a wide range of flow conditions via experimentally driven geno-fuzzy inference system model
Deneysel veri tabanlı geliştirilen özgün genetik-fuzzy yöntemi ile akım şartlarının geniş aralığında sediment hareketinin başlangıcının araştırılması
HUSSEIN BIZIMANA
Doktora
İngilizce
2020
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜSSELAM ALTUNKAYNAK