Reubicación en Tiempo Real de Turbinas Eólicas Flotantes Usando Control Predictivo de Modelos para Regulación de Posición y Potencia
Autores: Jard, Timothé; Snaiki, Reda
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Reubicación en Tiempo Real de Turbinas Eólicas Flotantes Usando Control Predictivo de Modelos para Regulación de Posición y Potencia
Categoría
Energía
Subcategoría
Energía eólica
Palabras clave
Energía eólica marina
Turbinas eólicas flotantes
Mecanismos de control
Control predictivo de modelos
Perturbaciones ambientales
Restricciones del sistema
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
A medida que la capacidad eólica marina podría crecer sustancialmente en los próximos años, se espera que las turbinas eólicas flotantes (FOWTs) contribuyan de manera significativa a la capacidad instalada global anticipada. Sin embargo, las FOWTs son propensas a varios problemas, en parte debido a perturbaciones ambientales y a su configuración de sistema, lo que afecta su rendimiento y pone en peligro su integridad estructural. Por lo tanto, se requieren mecanismos de control avanzados para garantizar un buen rendimiento y operación de las FOWTs. En este estudio, se propone un control predictivo de modelo (MPC) para regular la potencia de las FOWTs, reposicionar sus plataformas para alcanzar posiciones objetivo predefinidas y asegurar su estabilidad estructural. Se utiliza un modelo de espacio de estados no lineal eficiente como el modelo predictivo interno del MPC. La estrategia de control se basa en la manipulación directa de la fuerza de empuje utilizando tres entradas de control, a saber, el ángulo de guiñada, el ángulo de paso colectivo de las palas y el par del generador, sin la necesidad de actuadores adicionales. El controlador propuesto tiene en cuenta las perturbaciones ambientales y satisface las restricciones del sistema para garantizar un buen rendimiento y operación de las FOWTs. Se ha proporcionado un escenario realista para una turbina eólica de referencia de 5 MW, modelada utilizando OpenFAST y Simulink, para demostrar la robustez del controlador MPC propuesto. Además, la comparación del modelo MPC y un modelo proporcional-integral-derivativo (PID) para satisfacer los tres objetivos predefinidos indica el rendimiento superior del controlador MPC.
Descripción
A medida que la capacidad eólica marina podría crecer sustancialmente en los próximos años, se espera que las turbinas eólicas flotantes (FOWTs) contribuyan de manera significativa a la capacidad instalada global anticipada. Sin embargo, las FOWTs son propensas a varios problemas, en parte debido a perturbaciones ambientales y a su configuración de sistema, lo que afecta su rendimiento y pone en peligro su integridad estructural. Por lo tanto, se requieren mecanismos de control avanzados para garantizar un buen rendimiento y operación de las FOWTs. En este estudio, se propone un control predictivo de modelo (MPC) para regular la potencia de las FOWTs, reposicionar sus plataformas para alcanzar posiciones objetivo predefinidas y asegurar su estabilidad estructural. Se utiliza un modelo de espacio de estados no lineal eficiente como el modelo predictivo interno del MPC. La estrategia de control se basa en la manipulación directa de la fuerza de empuje utilizando tres entradas de control, a saber, el ángulo de guiñada, el ángulo de paso colectivo de las palas y el par del generador, sin la necesidad de actuadores adicionales. El controlador propuesto tiene en cuenta las perturbaciones ambientales y satisface las restricciones del sistema para garantizar un buen rendimiento y operación de las FOWTs. Se ha proporcionado un escenario realista para una turbina eólica de referencia de 5 MW, modelada utilizando OpenFAST y Simulink, para demostrar la robustez del controlador MPC propuesto. Además, la comparación del modelo MPC y un modelo proporcional-integral-derivativo (PID) para satisfacer los tres objetivos predefinidos indica el rendimiento superior del controlador MPC.