Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/9487
Type: Dissertação
Title: Smooth sliding control and extremum seeking applied to wind turbines
Author(s)/Inventor(s): Pacheco, Gabriel Felippe da Cruz
Advisor: Peixoto, Alessandro Jacoud
Abstract: Este estudo se direciona à aplicação de controle por busca extremal (ESC) em uma malha de controle externa a fim de realizar o rastreamento de ponto de máxima potência (MPPT). Para o caso no qual medições de potência não estão disponíveis, um mecanismo para estimação de torque ou potência é proposto. Este algoritmo de otimização não necessita qualquer tipo de medida ou estimação da velocidade do vento nem de conhecimento prévio acerca da curva de potência da turbina. Na malha de controle interna, um controlador não linear robusto também é projetado a fim de garantir rastreamento prático global para a velocidade angular do rotor da turbina. A parte robusta do controlador, que mantém uma resposta transiente rápida, é baseada em controle por modos deslizantes mas apresenta um sinal de controle suavizado (SSC), evitando chatttering. Tal controlador fora previamente projetado para sistemas lineares com grau relativo arbitrário, este trabalho apresenta uma primeira generalização para classe de plantas não-lineares representada pelos sistemas de conversão de energia eólica. Além disso, o algoritmo de controle não necessita de medidas de fluxos do estator ou de observadores desta variável. O mesmo é projetado usando uma propriedade de estabilidade inerente à dinâmica do WECS e demonstrada neste documento, chamada de estabilidade entrada para estado com relação à velocidade de rotação do rotor da turbina e suas derivadas no tempo. A análise de estabilidade em malha fechada para o sistema de conversão de energia eólica é fornecida considerando a malha interna com SSC e a externa com uma variação do ESC baseado em perturbações senoidais. A eficácia do esquema de otimização e controle proposto é evidenciada através de simulações numéricas.
Abstract: This study addresses the application of extremum seeking control (ESC) in an outer loop to perform the maximum power point tracking (MPPT) in wind energy conversion systems (WECS). For the case when power measurements are not available, a torque or power estimation scheme is proposed. This optimization algorithm is categorized as a Hill Climb Search (HCS) control and does not require any measurement or estimation of the wind speed nor previous knowledge about the turbine’s power-curve. It is also designed a nonlinear robust controller for the inner loop in order to achieve global practical tracking of the turbine’s rotor speed. The robust part of the controller, which maintains fast transient response, is based on sliding mode control that features a smooth control signal (SSC), free of chattering, previously designed for linear plants with arbitrary relative degree. In this sense, this work presents a first generalization of this controller for the class of nonlinear plants representing the WECS dynamics. Moreover, the proposed robust inner loop control does not require measurements of the stator flux nor any flux observer. The controller is designed by using an inherent stability property of the WECS dynamics demonstrated in this document, named, the input-to-state stable with respect to the turbine angular velocity and its time derivatives. The closed-loop stability analysis is provided considering the WECS with an inner loop with SSC and an outer loop with a variation of the ESC based on sinusoidal perturbations. The effectiveness of the proposed scheme is supported by analysis and simulation results.
Keywords: Engenharia elétrica
Sistemas não-lineares
Sistemas de conversão de energia eólica
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Mar-2018
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Elétrica

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