Sabit mıknatıslı senkron generatörlü değişken hızlı rüzgâr türbinlerinin dayanıklı hibrit sensörsüz denetimi

Yıl 2017, Cilt: 23 Sayı: 2, 126 - 132, 28.04.2017

Murat Karabacak , Fuat Kılıç

Öz

Bu
çalışmada, Sabit Mıknatıslı Senkron Generatör (SMSG) sürücü sisteminin değişken
hızlarda dinamik cevabını iyileştirmek ve hız (mekanik) sensörsüz çalışma
sağlamak için hibrit bir gözlemleyici ile birlikte ikinci dereceden kayan kipli
hız denetimci beraber önerilmektedir. Önerilen denetim sisteminde, anlık hız
değişimi ve parametre değişimleri gibi bozucu etkilerin var olduğu durumlarda, sürücü
sisteminde mekanik sensör kullanılmadan dış bozucu etkilere karşı dayanıklı hız
cevabının elde edilmesi amaçlanmaktadır. SMSG’ün denetiminde,
gözlemleyici-denetleyici yapısının basit ve uygulanabilirliğinin kolay olması
amacıyla ikinci dereceden kayan kipli gözlemleyici (üstün burulma algoritması)
ve basit bir Kalman Filtresi yapısı kullanılmaktadır. Bu sayede, klasik kayan
kip gözlemleyici-denetimci yapısının önemli dezavantajlarından biri olan
çatırdama etkisi azaltılmakta ve hız referansı değişimlerine karşı iyi bir
dinamik hız cevabı elde edilmektedir. Sonuçlar, klasik kayan kip gözlemleyici
yapısı ile karşılaştırılmakta ve aralarındaki farklar gösterilmektedir.

Anahtar Kelimeler

Rüzgâr türbini, SMSG, Hibrit gözlemleyici, Üstün burulma gözlemleyicisi, Çatırdama

Robust hybrid sensorless control of variable speed wind turbine with permanent magnet synchronous generator

Öz

In
this study, in order to improve dynamic performance of variable speed Permanent
Magnet Synchronous Generator (PMSG) drive system and obtain a speed (mechanic)
sensorless operation, a second order sliding mode controller together with a hybrid
observer are proposed. In the presence of instantaneous speed change and
disturbance effects such as parameter and load torque deviations, it is aimed at
developing a robust speed response against all uncertainties without using a
mechanical sensor in the drive system. In controlling PMSG, a second order
sliding mode observer and a simple Kalman Filter, hybrid structure, are
utilized in view of their simple observer-controller structure. Thanks to this
the structure, chattering effect, one of the important disadvantages of
classical sliding mode observer-controller structure, is reduced and a good
dynamic speed response is yielded in variable speed operation. Results are
compared to classical sliding mode and differences between the hybrid observer-controller
and the classical system are revealed. 

Anahtar Kelimeler

Wind turbine, PMSG, Hybrid Observer, Supertwisting observer, Chattering

Kaynakça

• Huang N, He J, Demerdash N. “Sliding mode observer based position self-sensing control of a direct-drive PMSG wind turbine system Fed by NPC converters”. 2013 IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC), Chicago, USA, 12-15 May 2013.
• Yang X, Gong X, Qiao W. “Mechanical sensorless maximum power tracking control for direct-drive PMSG wind turbines”. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Atlanta, USA, 12-16 September 2010.
• Huang K, Zheng L, Huang S, Xiao L, Li W. “Sensorless control for direct-drive PMSG wind turbines based on sliding mode observer”. International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), Beijing, China, 20-23 August 2011.
• Rolán A, Luna Á, Rocabert J, Aguilar D, Vázquez G. “An approach to the performance-oriented model of variable-speed wind turbines”. IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), Bari, Italy, 4-7 July 2010.
• Utkin VI. Sliding Modes in Control Optimization. Berlin, Germany, Springer-Verlag, 1992.
• Erbatur K, Kaynak MO, Sabanovic A. “A study on robustness property of sliding-mode controllers: A novel design and experimental investigations”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 46(5), 1012-1018, 1999.
• Hernández AG, Fridman L, Levant A, Shtessel Y, Leder R, Monsalve CR, Andrade SI. “High-Order sliding-mode control of blood glucose concentration via practical relative degree identification”. 50th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference (CDC-ECC), Orlando, FL, USA, 12-15 December 2011.
• Levant A, Alelishvili L. “Integral high-order sliding modes”. IEEE Transactions on Automatic Control, 52(7), 1-17, 2007.
• Davila J, Fridman L, Levant A. “High-Order sliding observation and fault detection”. 16th Mediterranean Conference on Control and Automation, Ajaccio, Korsika, 25-27 June 2008.
• Liu J, Laghrouche S, Harmouche M, Wack M. “Adaptive-Gain second-order sliding mode observer design for switching power converters”. Control Engineering Practice, 30, 124-131, 2014.
• Fayez S, Salah L, El Bagdouri M. “An experimental comperative study of different second order sliding mode algortihms on mechatronic actuator”. American Control Conference, San Francisco, CA, USA, 29 June-01 July 2011.
• Moreno JA, Osorio M. “A Lyapunov approach to second-order sliding mode controllers and observers”. 47th IEEE Conference on Decision and Control, Cancun, Mexico, 9-11 December 2008.