Metoda śledzenia punktu mocy maksymalnej do sterowania turbiną wiatrową o regulowanej prędkości obrotowej

• Autorzy: Baran Janusz , Jąderko Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2019.12.17

Warianty tytułu

EN

A method of maximum power point tracking for a variable speed wind turbine system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano metodę sterowania turbiną wiatrową o zmiennej prędkości, opartą na śledzeniu punktu mocy maksymalnej (MPPT). Metoda nie wymaga znajomości charakterystyki Cp(λ) turbiny. Algorytm znajduje moc maksymalną turbiny poprzez zmianę prędkości kątowej wirnika turbiny i obserwację rezultatu w postaci przyrostu bądź zmniejszenia mocy wyjściowej. Operacja powtarza się iteracyjnie w kierunku wzrostu mocy, aż do osiągnięcia punktu mocy maksymalnej na krzywej Pt (ω), gdzie dPt/dω = 0. Wartość prędkości zadanej obliczana przez algorytm jest użyta do wyliczenia wartości zadanej momentu generatora. Głównym problemem zastosowanej metody są zmiany położenia krzywej Pt(ω) i punktu mocy maksymalnej wraz ze zmianą prędkości wiatru, co może powodować błędne określenie aktualnego punktu pracy przez algorytm sterowania. W celu zweryfikowania zaproponowanego algorytmu przeprowadzono badania symulacyjne w środowisku MATLAB-Simulink. Wykorzystano rzeczywiste parametry turbiny wiatrowej o mocy 40 kW.

EN

The paper presents a hill climbing method of maximum power point tracking control for a variable-speed wind turbine energy conversion system. The method does not require knowledge on the turbine parameters, power coefficient characteristics Cp(λ) nor air speed and density. The algorithm searches for the generator peak power by varying the angular speed and observing if it results in increment or decrement of the output power. The operation is repeated iteratively in the direction of the power growth until the peak power point dP/d =0 on the P curve is reached. The speed reference calculated by the algorithm is used to modify the generator reference torque. The main difficulty is that P curve and the peak power point vary with the wind speed so the algorithm may wrongly recognize current position on the power curve. Illustrative Matlab/Simulink simulations carried out for a 40 kW fixed pitch wind turbine data are presented to verify the presented algorithm.

Słowa kluczowe

PL

śledzenie punktu mocy maksymalnej; znajdowanie maksimum funkcji; turbina wiatrowa; sterowanie momentem

EN

maximum power point tracking; hill climbing; wind turbine; torque control mode

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 95, nr 12
• Strony: 89--92
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Baran Janusz

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Al. Armii Krajowej 17, 42-200 Częstochowa

autor

Jąderko Andrzej

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Al. Armii Krajowej 17, 42-200 Częstochowa

Bibliografia

• [1] Datta R., Ranganathan V.T., A Method of Tracking the Peak Power Points for Variable Speed Wind Energy Conversion System, IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 18 (2003), 163-168
• [2] Kot R. Rolak M., Malinowski M., Comparison of maximum peak power tracking algorithms for a small wind turbine, Mathematics and Computers in Simulation, 91 (2013), 29-40
• [3] Llano D.X., McMahon R.A., Maximum Power Point Tracking and Sensorless control for permanent magnet generators tested on a wind turbine emulator, 16th European Conference on Power Electronics and Applications (2014), 1-8.
• [4] Sumathi S., Kumar L.A., Surekha P., Solar PV and Wind Energy Conversion Systems. An Introduction to Theory, Modeling with Matlab/Simulink and the Role of Soft Computing Techniques (2015), Springer.
• [5] Bianchi F., De Battista H., Mantz R., Wind Turbine Control Systems. Principles, Modelling and Gain Scheduling Design (2007), Springer
• [6] Baran J., Jąderko A., Układ sterowania turbiny wiatrowej o regulowanej prędkości obrotowej i stałym kącie ustawienia łopat z liniowym obserwatorem momentu aerodynamicznego, Przegląd Elektrotechniczny, 93(2017), nr 12, 59-62
• [7] PN-EN 61400-2: Turbozespoły wiatrowe. Część 2: Wymagania projektowe dotyczące małych turbozespołów wiatrowych, PKN 2008
• [8] Germanischer Lloyd Industrial Services GmbH, Guideline for the Certification of Wind Turbines, (2010), Hamburg - Germany

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019)