• Energy Research

Este documento presenta un enfoque de control efectivo para la vibración estructural de las turbinas eólicas terrestres en la dirección del borde. Actualmente se desarrollan enormes turbinas eólicas de varios megavatios para cosechar grandes cantidades de energía del viento. Tales diseños requieren la construcción de enormes palas y torres delgadas que, en consecuencia, conducen a deformaciones estructurales indeseables que dificultan la producción de energía y reducen la vida útil de la turbina eólica. Muchos investigadores han trabajado en el control estructural de las turbinas eólicas. Sin embargo, estos esfuerzos no han dado como resultado una mitigación efectiva y confiable de la deformación de los elementos estructurales, ni han logrado una solución económica en términos de explotación de los actuadores. El trabajo presentado en este trabajo, sin embargo, introduce un controlador semi-activo basado en la optimización del enjambre de partículas que aprovecha los amortiguadores magnetorreológicos para mitigar los desplazamientos de las palas en el borde. Los amortiguadores se modelan utilizando redes neuronales, ya que son capaces de predecir fuerzas futuras y eliminar el retraso de control. El controlador desarrollado se prueba en varias configuraciones de colocación de actuadores en un aerogenerador de referencia de 5 MW. El enfoque propuesto, de hecho, mostró una reducción significativa de más del 80% en las respuestas de pico y alrededor del 77% de la respuesta de pico a pico de las palas contra sistemas incontrolados y pasivos, lo que conduce a promover la longevidad de las turbinas eólicas. Cet article présente une approche de contrôle efficace pour les vibrations structurelles des éoliennes terrestres dans la direction du bord. D'énormes éoliennes de plusieurs mégawatts sont actuellement développées pour récolter de grandes quantités d'énergie éolienne. De telles conceptions nécessitent la construction d'énormes pales et tours minces qui entraînent par conséquent des déformations structurelles indésirables qui entravent la production d'énergie et réduisent la durée de vie de l'éolienne. De nombreux chercheurs ont travaillé sur le contrôle structurel des éoliennes. Cependant, ces efforts n'ont ni abouti à une atténuation efficace et fiable de la déformation des éléments structurels, ni à une solution économique en termes d'exploitation des actionneurs. Le travail présenté dans cet article, cependant, présente un contrôleur semi-actif basé sur l'optimisation de l'essaim de particules qui exploite les amortisseurs magnétorhéologiques pour atténuer les déplacements des lames sur le bord. Les amortisseurs sont modélisés à l'aide de réseaux de neurones car ils sont capables de prédire les forces futures et d'éliminer le retard de contrôle. Le contrôleur développé est testé dans plusieurs configurations de positionnement des actionneurs sur une éolienne de référence de 5 MW. L'approche proposée, en effet, a montré une réduction significative de plus de 80% des réponses de crête et d'environ 77% de la réponse de crête à crête des pales contre des systèmes non contrôlés et passifs, ce qui conduit à promouvoir la longévité des éoliennes. This paper presents an effective control approach for structural vibration of onshore wind turbines in the edgewise direction. Huge multi mega-watt wind turbines are currently developed to harvest large amounts of energy from the wind. Such designs require the construction of huge slender blades and towers which consequently lead to undesirable structural deformations that hinder the power production and reduce life span of the wind turbine. Many researchers have worked on structural control of wind turbines. However, these efforts neither have resulted in an effective reliable mitigation for deformation of structural elements, nor they have achieved an economical solution in terms of actuators exploitation. The work presented in this paper, however, introduces a particle swarm optimisation-based semi-active controller which exploits magnetorheological dampers to mitigate edgewise blade displacements. Dampers are modelled using neural networks for they are capable of predicting future forces and eliminating control lag. The developed controller is tested at several configurations of actuators placement on a benchmark 5-MW wind turbine. The proposed approach, indeed, showed a significant reduction of over 80% in the peak responses and about 77% of peak-to-peak response of blades against uncontrolled and passive systems which leads to promoting longevity of wind turbines. تقدم هذه الورقة نهج تحكم فعال للاهتزاز الهيكلي لتوربينات الرياح البرية في اتجاه الحافة. يتم حاليًا تطوير توربينات رياح ضخمة متعددة الميجاوات لحصاد كميات كبيرة من الطاقة من الرياح. تتطلب مثل هذه التصاميم بناء شفرات وأبراج نحيلة ضخمة مما يؤدي بالتالي إلى تشوهات هيكلية غير مرغوب فيها تعيق إنتاج الطاقة وتقلل من العمر الافتراضي لتوربينات الرياح. عمل العديد من الباحثين على التحكم الهيكلي في توربينات الرياح. ومع ذلك، لم تسفر هذه الجهود عن تخفيف فعال وموثوق به لتشوه العناصر الهيكلية، كما أنها لم تحقق حلاً اقتصاديًا من حيث استغلال المشغلات. ومع ذلك، يقدم العمل المقدم في هذه الورقة وحدة تحكم شبه نشطة تعتمد على تحسين سرب الجسيمات والتي تستغل مخمدات الانسيابية المغناطيسية للتخفيف من إزاحة الشفرات الطرفية. يتم نمذجة المخمدات باستخدام الشبكات العصبية لأنها قادرة على التنبؤ بالقوى المستقبلية والقضاء على تأخر التحكم. يتم اختبار وحدة التحكم المطورة في العديد من تكوينات وضع المشغلات على توربين رياح قياسي بقدرة 5 ميجاوات. أظهر النهج المقترح، في الواقع، انخفاضًا كبيرًا بأكثر من 80 ٪ في استجابات الذروة وحوالي 77 ٪ من استجابة الشفرات من الذروة إلى الذروة ضد الأنظمة غير المنضبطة والسلبية مما يؤدي إلى تعزيز طول عمر توربينات الرياح.