Projeto de controladores escalonados e laços de anti-windup para regulação de velocidade em turbinas eólicas

• Autor(a) principal: Lourencena, Maurício Ohse
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/217381
• topic: Turbinas eólicas; Energia eólica; Wind turbine; Decoupled anti-windup; Scheduling control

Este trabalho apresenta a análise e o projeto de controladores e laços de anti-windup visando a regulação de velocidade do rotor em turbinas eólicas. Essa regulação se dá pelo ajuste do ângulo das pás da turbina e é importante para garantir a extração ótima de energia e também tem papel na redução das forças mecânicas atuando sobre a torre. Além da regulação de velocidade, a operação da turbina em diferentes intensidades de vento gera diferentes objetivos de controle - em particular, há uma região de transição onde é desligado o controle de ângulo quando a intensidade de vento é baixa. Dependendo do controlador utilizado, a regulação nessa região de transição pode apresentar piora no desempenho transitório devido à saturação pelo windup da ação integral. Além do problema da saturação, o sistema da turbina é não linear e pode ser aproximado por um modelo LPV (do inglês: Linear Parameter Varying). Baseado nesses fatos, foram considerados controladores PI com ganhos escalonados a partir da velocidade de vento e a utilização de laços anti-windup dinâmicos projetados a partir da solução de um prolema de otimização com restrições LMI (do inglês, Linear Matrix Inequalities). O controle proposto foi numericamente avaliado em uma turbina de 5MW, modelando os efeitos aerodinâmicos, elétricos e mecânicos. As simulações utilizaram o FAST em conjunto do Simulink/MATLAB. O sistema proposto obteve uma redução de até 26, 19% do overshoot em resposta a distúrbio de vento com o controlador PI escalonado, e uma redução de até 52, 94% no overshoot na região de transição no laço anti-windup dinâmico com relação ao estático.