Preview-based Asymmetric Load Reduction of Wind Turbines
Authors
Filsø, Jakob ; Madsen, Mathias
Term
10. term
Publication year
2012
Submitted on
2012-05-31
Pages
77
Abstract
Efterhånden som vindmøller bliver større, udsættes de for stigende træthedsbelastninger, når vinden ikke er ens over hele rotoren. Sådanne asymmetriske belastninger kan forkorte levetiden. Denne afhandling præsenterer en forudsigelsesbaseret styring, der bruger Light Detection And Ranging (LIDAR) til at måle vinden, før den rammer møllen. En modelprædiktiv styring (MPC) udnytter denne forhåndsinformation om den kommende vind til at forudse vindvariationer og justere hver vinges pitch individuelt. Ved at anvende en transformation af de momenter, der virker på vingerne, omsætter regulatoren de asymmetriske belastninger til cykliske pitch-kommandoer, samtidig med at den overholder de fysiske begrænsninger i aktuatorerne og fastholder en given effektreference. Regulatoren blev testet i FAST-simuleringssoftwaren på en 5 MW vindmølle og sammenlignet med den samme MPC uden LIDAR-data samt en baseline-regulator. MPC uden LIDAR ydede på niveau med baseline, mens MPC med LIDAR reducerede de asymmetriske belastninger og samtidig holdt det ønskede effektudbytte.
As wind turbines grow larger, they face increasing fatigue loads when the wind is uneven across the rotor. These asymmetric loads can shorten component life. This thesis presents a preview-based control approach that uses Light Detection And Ranging (LIDAR) to measure the wind before it reaches the turbine. A Model Predictive Controller (MPC) uses this preview history to anticipate incoming wind variations and adjust each blade’s pitch individually. By applying a transformation of the moments acting on the blades, the controller turns the asymmetric loading into cyclic pitch commands, while respecting the physical limits of the pitch actuators and keeping the turbine at its power setpoint. The controller was tested in the FAST simulation software on a 5 MW turbine and compared with the same MPC without LIDAR data and with a baseline controller. The MPC without LIDAR performed similarly to the baseline. When supplied with LIDAR preview, the MPC reduced asymmetric loads and still maintained the desired power output.
[This abstract was generated with the help of AI]