Dynamic modeling, control and adaptive envelope protection system for horizontal axis wind turbines
Yatay eksenli rüzgar türbinin dinamik modellenmesi, kontrolü ve adaptive zarf koruması sistemi
- Tez No: 540994
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İLKAY YAVRUCUK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Energy, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, türbinleri kısmı ve tam yük bölgelerinde önceden belirlenen güvenli limitler içerisinde tutmak için bir zarf koruma sistemi önerilmiştir. Önerilen sistem, adaptif bir yapay sinir ağı kullanmakta olup, rüzgar türbinlerinde oluşan değişikliğe ve farklı çalışma şartlarına adapte olabilmektedir. Önceden belirlenen limitin aşılma olasılığı durumunda, sistem türbini koruyabilecek bir özelliğe sahiptir. Koruma/sakınma işlemi, kanat yunuslama açısı kontrolcüsünün çıkışı ve sonucunda da kanatların yunuslama açışının değiştirilmesi ile sağlanmıştır. Önerilen sistemi tasarlamak ve test etmek için, Pal Elemanı Momentum (BEM) teorisine dayanan dinamik bir yatay eksenli rüzgar türbin modeli, MATLAB ve Simulink programları kullanılarak geliştirilmiştir. Geliştirilen model, MS (Mustafa Şahin) Bladed olarak isimlendirilmiştir. Modellemede, BEM teorisinin dışında, önemli aerodinamik düzeltme formülleri ve özel koordinat sistemlerinden de faydalanılarak, daha gerçekçi bir rüzgar türbin modeli elde edilmiştir. Amerika Birleşik Devletlerine ait Milli Yenilenebilir Enerji Laboratuvarının (NREL) türbinlerine ait test verileri ve mevcut program/model performans tahminleri kullanılarak, geliştirilen model doğrulanmıştır. En nihayetinde, NREL'in 5 MW'lık rüzgar türbini MS Bladed türbin simülasyon modelinde kullanılmış olup, bu türbine göre, temel kontrolcülerden jeneratör tork ve kanat yunuslama açısı kontrolcüleri tasarlanmış ve simülasyonları incelenmiştir. Ardından, önerilen zarf koruma sistemi de tasarlanarak kontrol edilen 5 MW'lık türbin modeline eklenmiştir. İtki kuvveti, limitlenecek parametre olarak seçilmiştir. Normal türbülanslı farklı ortalama rüzgar hızlarındaki simülasyonlarda, önerilen sistemin 5 MW'lık türbini kısmı ve tam yük bölgeleri boyunca önceden belirlenen itki değeri içinde tutarak, umut verici bir performans sergilediği gözlemlenmiştir. Bu tez çalışmasında, 8, 15 ve 11 m/s ortalama rüzgar hızlarındaki simülasyonlara yer verilerek sistemin etkinliği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, a wind turbine envelope protection system is introduced to protect turbines throughout the below and above rated regions. The proposed protection system, which is based on a neural network, adapts to various turbines and operational conditions. It can keep the turbine within pre-defined envelope limits whenever a safe operation is about to be violated. The avoidance is realized by control limiting technique applied to the blade pitch controller output, thereby adjusting the blade pitch angle. To achieve the purpose, a horizontal axis wind turbine (HAWT) dynamic (simulation) model based on Blade Element Momentum (BEM) theory is developed using MATLAB and Simulink programs. It is named as MS (Mustafa Sahin) Bladed simulation model. The MS Bladed model includes important aerodynamic corrections and particular coordinate systems etc. for a more realistic turbine behavior. It is validated using experimental data or program/model performance predictions of various turbines belong to National Renewable Energy Laboratory, or NREL. Eventually, NREL 5 MW wind turbine is adopted in the MS Bladed model. Baseline controllers such as generator torque and collective blade pitch controllers are designed for NREL 5MW turbine, and then their simulations are evaluated. Afterward, the proposed protection system is designed and added on to the controlled MS Bladed model for NREL 5 MW turbine. Thrust force is selected as the pre-defined envelope limit. Simulations under normal turbulent winds with different mean values have shown that the newly proposed system shows a promising capability to keep the 5 MW turbine within the pre-defined thrust limit throughout the below and above rated regions. In this thesis study, three example cases under normal turbulent winds with mean values of 8, 11 and 15 m/s are given to show the effectivity of the proposed algorithm.
Benzer Tezler
- Ofis mekanlarında dinamik cam ve güneş kırıcı kullanımının görsel konfor ve enerji performansı bakımından irdelenmesi
Dynamic glass and solar shading utilization in office spaces: an investigation based on visual comfort and energy performance
SİMGE ÖZYALIN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
MimarlıkEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAŞAK GÜÇYETER
- Küçük ölçekli turbo jet motor modellemesi ve kontrolü
Modeling and control of a small turbo jet engine
ÖZGÜR MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN TEMELTAŞ
- A model based flight control system design approach for micro aerial vehicles using integrated flight testing and hil simulations
Küçük boyutlu insansız hava araçları üzerinde sistem tanılama, uçuş kontrol sistem tasarımı ve donanım ile benzetim uygulamaları
BURAK YÜKSEK
Doktora
İngilizce
2019
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKHAN İNALHAN
- Adaptive control of guided missiles
Güdümlü füzelerin adaptif kontrolü
KADRİYE TİRYAKİ KUTLUAY
Doktora
İngilizce
2010
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İLKAY YAVRUCUK
- Dynamic modeling and control of underactuated planar bipedal walking
Eksik tahrikli düzlemsel iki bacaklı yürümenin dinamik modellenmesi ve kontrolü
SAİT SOVUKLUK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA MERT ANKARALI
PROF. DR. ULUÇ SARANLI