Projeto de controle baseado em dados para regulação de velocidade de rotor e redução de esforços mecânicos em turbinas eólicas

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Lourencena, Maurício Ohse
• Orientador(a): Flores, Jeferson Vieira
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Turbinas eólicas; Controle baseado em dados
• Palavras-chave em Inglês: Wind turbine; Data driven control; VRFT; PID controller; Resonant controller; CPC; IPC
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/266126

Essa dissertação apresenta a aplicação do método Virtual Reference Feedback Tuning (VRFT) na regulação da velocidade do rotor e redução de esforços mecânicos em turbinas eólicas. Nesse sistema, duas estratégias de controle são aplicadas em paralelo: o ajuste coletivo dos ângulos (CPC, do inglês Collective Pitch Control), para regulação da velocidade do rotor, e ajuste individual dos ângulos (IPC, do inglês Individual Pitch Control) para reduzir a deflexão das pás. Os controladores utilizados nas estratégias são projetados com base em dados coletados em ensaios simulados na turbina, de modo que o sistema em malha fechada apresente um comportamento próximo ao descrito por um dado modelo de referência. No caso do CPC, controladores do tipo proporcional-integral são projetados com objetivo de manter a velocidade de rotação da turbina constante. Já na estratégia IPC, controladores ressonantes são projetados com intuito de reduzir a deflexão de cada uma das pás. São analisados aspectos fundamentais para a aplicação do método VRFT, como a definição do modelo de referência e do experimento adequado para a coleta de dados. Simulações no software FAST considerando uma turbina de 5 MW ilustram o comportamento do método no seguimento de referências de velocidade do rotor e na rejeição de distúrbios do vento incidente na turbina. Os controladores projetados são comparados a partir de critérios como o Integral Absolute Error (IAE) e Time Until Failure (TUF). Tanto os controladores CPC quanto os controladores IPC projetados apresentaram redução do critério IAE e aumento do critério TUF em comparação ao controlador padrão apresentado na literatura. Adicionalmente, o projeto do IPC de controladores ressonantes via método VRFT se mostrou mais simples que as alternativas baseadas modelo que utilizam transformadas de coordenadas devido à natureza periódica do sistema.