Pitch Angle Control of Wind Turbine with PI, PID and GA-PID controller

Year 2022, Volume: 14 Issue: 2, 502 - 513, 31.07.2022

Ismail Mohamed Sougueh Göksu Görel

https://doi.org/10.29137/umagd.1036461

Abstract

Today, the share of renewable energy sources in the energy market is on the rise. The most important of these resources is wind energy. Depending on the wind speed, wind turbine speed control is an important control parameter. This speed parameter must be kept under control in order not to damage the turbine and other important parts at high wind speeds. In this study, a modeling has been made to control the pitch angle of a wind turbine with PI, PID and GA-PID controllers. PI, PID and GA-PID controller methods are used to ensure that the energy system is not damaged at high wind speeds and the effect of variable wind speed on output power remains acceptable. It is aimed to keep the output power constant. The wind turbine was modeled as a simulation in the Matlab/Simulink program. In this study, the output power point (500 KW) is kept at a more optimum level by applying the GA-PID controller.

Keywords

Wind turbine, Genetik algorithm, Optimization

PI, PID ve GA-PID Kontrolör ile Rüzgâr Türbinin Kanat Hatve Açısı Kontrolü

Abstract

Günümüzde yenilenebilir enerji kaynaklarının enerji piyasasındaki payı yükseliş içerisindedir. Bu kaynakların en önemlisi ise rüzgâr enerjisidir. Rüzgâr hızına bağlı olarak rüzgâr türbin hız kontrolü önemli kontrol parametresidir. Bu hız parametresinin yüksek rüzgâr hızlarında türbin ve diğer önemli parçalara zarar vermemesi için denetim altında tutulması gerekmektedir. Bu çalışmada, PI, PID ve GA-PID kontrolör ile bir rüzgâr türbinin hatve açısını kontrol etmek için bir modelleme yapılmıştır. Yüksek rüzgâr hızlarında enerji sistemine zarar verilmemesi ve değişken rüzgâr hızının çıkış gücüne çıkış gücüne etkisinin kabul edilebilir ölçülerde kalmasını sağlamak PI, PID ve GA-PID kontrolör yöntemi kullanılmıştır. Çıkış gücünün sabit tutulması hedeflenmiştir. Matlab/Simulink programında simülasyon olarak rüzgâr türbini modellenmiştir. Bu çalışmada çıkış gücünü noktası (500 KW) GA-PID kontrolörün uygulanmasıyla daha optimum seviyede kalması sağlanmıştır.

Keywords

Rüzgar türbini, Genetik algoritma, Optimizasyon

References

• Civelek, Z. (2013). Bulanık PID kontrolör ile rüzgâr türbininin hatve açısının kontrolü. Yüksek Lisans Tezi, Kirikkale Üniversitesi, Kirikkale, Türkiye.
• Çiftçi, A., & Dursun, M. (2017). Değişken hızlı rüzgâr türbinlerinde kullanılan sabit mıknatıslı senkron generatör ile maksimum güç noktası izleme algoritması. Düzce Üniversitesi Bilim ve Teknoloji Dergisi, Volume 5, Issue 2.
• Civelek, Z., & Lüy, M., & Çam, E., & Görel, G. (2016). A new fuzzy controller for adjusting of pitch angle of wind turbine. The Online Journal of Science and Technology, Volume 6,Issue.
• Almaz, R. (2020). Değişken kanat açılı düşey eksenli rüzgar türbini tasarımı. Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Izmir, Türkiye.
• Işik, E. & Ünal, O. (2020). Rüzgar Türbini Kanat Tasarimi ve Analizi. Makina mekanik tasarim projesi, Kocaeli Üniversitesi, Kocaeli, Türkiye.
• Kumar, P., Parimi, A., & Rao, U. (2015). Investigation of small pmsg based wind turbine forvariabl wind speed, International Conference on Recent Developments in Control, Automation and Power Engineering (RDCAPE).
• Ben Jemaa, A. (2015). Coopération méta heuristique et logique floue pour le dimensionnement d'une installation hybride. Thèse pour obtenir le grade de docteur, Université de Reims Champagne-Ardenne, Reims, France.
• Hamad, C. (2017). Pitch angle control system design for wind turbine. Master thesis, Yüzüncü Yil University, Van, Türkiye.
• Sami, K. (2018). Modélisation et commande d’un système éolien. Thèse de doctorat, Universite 8 mai 1945 Guelma, Guelma, Algerie.
• Jourieh, M. (2007). Developpement d’un modele representatif d’une eolienne afin d’etudier l’implantation de plusieurs machines sur un parc eolien. These pour obtenir le grade de Docteur, l’Ecole Nationale Superieure d’Arts et Metiers, Paris, France.
• Boulegroune, I. (2020). Etude et réalisation d’une turbine éolienne. Mémoire de Fin d'Etudes Master, Université Mohamed Khider Biskra, Biskra, Algerie.
• Leithead, W., & Connor, B. (2010). Control of variable speed wind turbines: dynamic models. International Journal of Control, Volume 73, Issue 13.
• Göktaş, M., & Kılıç, F. (2019). Savonius rüzgâr türbini çevresindeki hava akışının hesaplanabilir akışkanlar dinamiği yöntemi ile analizi. Politeknik dergisi 22(1): 11-17, (2019.
• Multon, B. (1999). L’énergie électrique : analyse des ressources et de la production, Journées de la section électrotechnique du club EEA 1999, Jan 1999, 22p. (hal-00674084), Paris, France.
• Baburajan, S., & Ismail, A. (2017). Design and control of the pitch of wind turbine through pid. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET), Volume 4, Issue 9.
• Gupta, J., & Kumar, A. (2012). Fixed pitch wind turbine-based permanent magnet synchronous machine model for wind energy conversion systems. Journal of Engineering and Technology Volume 2, Issue 1.
• Yin, M., Li, G., Zhou, M., and Zhao, C. (2007). Modeling of the Wind Turbine with a Permanent Magnet Synchronous Generator for Integration, IEEE Power Engineering Society General Meeting. Tampa, Florida, USA.
• Iov, F., Daniela, A., Sorensen, P., & Blaabjerg, F. (2004). Wind Turbine Blockset in Matlab / SimulinkGeneral Overview and Description of the Models. Aalborg University, Denmark.
• Hwas, A & Katebi, R. (2012). Wind Turbine Control Using PI Pitch Angle Controller. Industrial Control Centre, University of Strathclyde, Glasgow, UK. IFAC Proceedings Volumes, Volume 45,Issue 3.
• Rolan, A., Luna, A., Vazquez, G., Aguilar, D & Azevedo,G. (2009). Modeling of a Variable Speed Wind Turbine with a Permanent Magnet Synchronous Generator, 2009 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 5-8 July 2009 conference. Seoul, Korea (South).