Un nouveau contrôleur prédictif basé sur un modèle (MPC), spécialement orienté pour faciliter sa mise en œuvre pratique, est présenté. Ce contrôleur est dédié à la réduction de la charge structurelle dans le groupe motopropulseur et/ou le rotor d'une éolienne. Il maintient sa complexité et sa charge de calcul faibles, en utilisant un seul modèle interne linéaire sur toute la gamme d'utilisation. Pour valider la nouvelle approche, les performances de deux versions d'un tel contrôleur sont comparées au cas de référence. Plus précisément, les contrôleurs mis en œuvre se concentrent sur l'atténuation des vibrations de torsion qui apparaissent dans la transmission pendant le fonctionnement de la turbine pour des vitesses de vent supérieures à la vitesse nominale. Tout d'abord, des simulations numériques sont utilisées pour étudier la performance potentielle. Ensuite, la méthodologie proposée est mise en pratique en utilisant des prototypes rapides des contrôleurs en temps réel appliqués à un simulateur Hardware-in-the-Loop (HiL) spécialement conçu pour les éoliennes. Ce simulateur HiL reproduit de manière réaliste les performances de l'éolienne de 5 MW du National Renewable Energy Laboratory (NREL). Afin de confirmer l'applicabilité pratique de tels algorithmes MPC, la plate-forme électronique montée sur le système de prototypage rapide a une puissance de calcul similaire - ou inférieure - aux plates-formes de contrôle industrielles utilisées dans les éoliennes réelles. Quoi qu'il en soit, la charge de calcul est analysée en détail.

Se presenta un nuevo controlador predictivo basado en modelos (MPC), especialmente orientado a facilitar su implementación práctica. Este controlador está dedicado a reducir la carga estructural en el tren de transmisión y/o el rotor de un aerogenerador. Mantiene su complejidad y carga computacional bajas, mediante el uso de un único modelo interno lineal en toda la gama de uso. Para validar el nuevo enfoque, se compara el rendimiento de dos versiones de dicho controlador con el caso de referencia. Específicamente, los controladores implementados se centran en mitigar las vibraciones torsionales que aparecen en el tren de transmisión durante el funcionamiento de la turbina para velocidades de viento superiores a las nominales. En primer lugar, se utilizan simulaciones numéricas para estudiar el rendimiento potencial. Luego, la metodología propuesta se pone en práctica mediante el uso de prototipos rápidos de los controladores en tiempo real aplicados a un simulador de Hardware-in-the-Loop (HiL) de aerogeneradores diseñado específicamente. Este simulador HiL reproduce de forma realista el rendimiento del aerogenerador de 5 MW del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL). Para confirmar la aplicabilidad práctica de dichos algoritmos MPC, la plataforma electrónica montada en el sistema de prototipado rápido tiene una potencia computacional similar o inferior a las plataformas de control industrial utilizadas en los aerogeneradores reales. De todos modos, la carga computacional se analiza en detalle.

A new model-based predictive controller (MPC), specially oriented to facilitate its practical implementation, is presented. This controller is devoted to reduce the structural load in the drive train or/and the rotor of a wind turbine. It keeps its complexity and computational load low, by using a single linear internal model throughout the full range of use. To validate the new approach, the performance of two versions of such a controller is compared to the baseline case. Specifically, the implemented controllers are focused on mitigating the torsional vibrations that appear in the drive-train during turbine operation for wind speeds above rated. First, numerical simulations are used to study the potential performance. Then, the proposed methodology is put into practice by using rapid prototypes of the real-time controllers applied to a specifically designed Hardware-in-the-Loop (HiL) simulator of wind turbines. This HiL simulator realistically reproduces the performance of the National Renewable Energy Laboratory (NREL) 5 MW wind turbine. In order to confirm the practical applicability of such MPC algorithms, the electronic platform mounted on the rapid-prototyping system has a similar -or inferior- computational power than the industrial control platforms used in the actual wind turbines. Anyway, the computational burden is analyzed in detail.

يتم تقديم وحدة تحكم تنبؤية جديدة قائمة على النموذج (MPC)، موجهة خصيصًا لتسهيل تنفيذها العملي. تم تخصيص وحدة التحكم هذه لتقليل الحمل الهيكلي في مجموعة الدفع و/أو دوار توربين الرياح. يحافظ على تعقيده وحمله الحسابي منخفضين، باستخدام نموذج داخلي خطي واحد في جميع أنحاء النطاق الكامل للاستخدام. للتحقق من صحة النهج الجديد، تتم مقارنة أداء نسختين من وحدة التحكم هذه بالحالة الأساسية. على وجه التحديد، تركز وحدات التحكم المنفذة على التخفيف من الاهتزازات الالتوائية التي تظهر في مجموعة الدفع أثناء تشغيل التوربين لسرعات الرياح أعلى من التصنيف. أولاً، يتم استخدام المحاكاة العددية لدراسة الأداء المحتمل. بعد ذلك، يتم وضع المنهجية المقترحة موضع التنفيذ باستخدام نماذج أولية سريعة لوحدات التحكم في الوقت الفعلي المطبقة على محاكي الأجهزة في الحلقة (HiL) المصمم خصيصًا لتوربينات الرياح. يقوم جهاز محاكاة HiL هذا بإعادة إنتاج أداء توربينات الرياح من المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) بقدرة 5 ميجاوات بشكل واقعي. من أجل تأكيد التطبيق العملي لخوارزميات MPC هذه، فإن المنصة الإلكترونية المثبتة على نظام النماذج الأولية السريعة لديها قوة حسابية مماثلة - أو أقل - من منصات التحكم الصناعية المستخدمة في توربينات الرياح الفعلية. على أي حال، يتم تحليل العبء الحسابي بالتفصيل.