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rapporti - Deliverable

Strategie di controllo multivariabile per aerogeneratori off-shore galleggianti

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Strategie di controllo multivariabile per aerogeneratori off-shore galleggianti

Il rapporto descrive l’attività di controllo di velocità delle pale e di assetto della struttura di aerogeneratori off-shore per acque profonde di tipo tension-leg e ballast-stabilized.

L’attività RdS qui descritta è parte degli studi sugli aerogeneratori per acque profonde, installati su strutture galleggianti, tematica in cui il mondo della ricerca si sta concentrando sempre di più, dati i vantaggi in termini di produzione di energia, di elevato numero aree libere a disposizione e di minori vincoli di impatto ambientale. L’attività riguarda il controllo di velocità delle pale e di assetto strutturale di queste macchine, in particolare questa è consistita nello sviluppo di modelli control-oriented (semplificati e bidimensionali) per aerogeneratori offshore con piattaforma tension leg e ballast stabilized e di proposta di un algoritmodi controllo. Dopo aver scritto il modello matematico, basato sulla precedente attività PAR2010, le equazioni sono state implementate in ambiente Simulink, creando il software denominato OWiTS2. Il simulatore così ottenuto è stato identificato e validato confrontandolo con FAST, un software tridimensionale estremamente dettagliato, molto utilizzato nelle attività di ricerca sulle turbine eoliche e considerato attendibile dalla comunità scientifica. Gli esiti sono stati molto positivi, visto che gli stati che descrivono la dinamica del modello bidimensionale hanno andamenti praticamente sovrapposti agli omologhi del modello 3D. Nel seguito si è proceduto alla sintesi di sistemi di controllo atti a controllare la potenza prodotta, la velocità di rotazione delle pale e le oscillazioni della struttura. Un obiettivo di particolare importanza, per dare effettivamente valore alla modellistica semplificata realizzata nella prima parte, è consistito nelverificare che i controllori progettati sul modello bidimensionale fornissero, a meno di piccole differenze, le medesime prestazioni anche sul modello dettagliato FAST. Ciò è risultato vero sia per il controllore classico PI, sia per il controllore multivariabile H. In secondo luogo, si è proceduto anche alla valutazione delle prestazioni del controllore H: complessivamente, esse sono state giudicate più che soddisfacenti, dal momento che in entrambe le piattaforme considerate il controllo della velocità di rotazione delle pale e della potenza prodotte sono risultati migliori sia di quelli prodotti dal controllore PI standard, sia di quelli relativi a un sofisticato controllore PI gain scheduling proposto nell’attività PAR2010. Le oscillazioni della struttura, invece, sono rimaste praticamente invariate in tutti e tre i casi: alcune riduzioni sono possibili con l’H, ma utilizzando elevate escursioni della coppia elettrica che si ripercuotono negativamente sulla potenza prodotta, la cui stabilizzazione costituisce lo scopo principale del sistema di controllo.

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