Une contribution à la commande non linéaire d'éoliennes flottantes
A contribution to nonlinear control of floating wind turbines
Résumé
Floating wind turbines allow the use of the
abundant wind resource in ocean area and are considered
as a promising solution of renewable energy.
However, due to the additional dynamics (especially
the platform pitch motion) introduced by the floating
platform, the control of a floating wind turbine must
take such pitch motion into consideration to stabilize
the system meanwhile optimizing the power output.
This work is dedicated to the nonlinear control of floating
wind turbines in region III, this class of controllers
requiring reduced knowledge of system modeling and
parameter. The control objectives are to maintain the
power output at its rated value, to reduce the platform
pitch motion and to limit the fatigue load. Firstly, a simplified
adaptive super-twisting is proposed. Then, by
using collective blade pitch control, this algorithm and
other adaptive high order sliding model algorithms are
applied on a nonlinear floating wind turbine model.
Secondly, a permanent magnet synchronous generator
is supposed to be installed in the floating wind
turbine. Both collective blade pitch control and generator
torque control based on adaptive high-order
sliding mode control are used to achieve the control
objectives. Thirdly, individual blade pitch control
combined with collective blade pitch control is employed.
Such algorithm further reduces the fatigue
load of blades. Finally, the proposed simplified adaptive
super-twisting algorithm is validated on an experimental
floating wind turbine set-up (with a spar-buoy
platform) in a wave tank, and the control performances
are evaluated versus linear control approaches such
as gain-scheduled PI and linear–quadratic regulators.
Les éoliennes flottantes permettent d’utiliser l’abondante ressource en vent présente au large des côtes, et sont
considérées comme une source prometteuse d’énergie renouvelable. Cependant, en raison de dynamiques
supplémentaires introduites par la plateforme flottante (notamment, le tangage), le contrôle d’une éolienne flottante
doit être pensé afin de stabiliser le système tout en optimisant la production d’énergie.
Ce travail est consacré à la commande non linéaire d’éoliennes flottantes dans la région III, la classe de lois de commande proposée nécessitant une connaissance réduite en terme de modélisation du système.
Les objectifs de la commande sont de maintenir la puissance produite à sa valeur nominale, tout en limitant
le mouvement de tangage de la plateforme et les charges de fatigue sur la structure. Tout d’abord,
une loi de commande adaptative basée sur le supertwisting est proposée, avec notamment une loi d’adaptation
du gain très simple. Ensuite, en utilisant un contrôle collectif du pas des pales, ce nouvel algorithme
de commande est appliqué sur un modèle d’éolienne flottante non linéaire et comparé à d’autres
commandes adaptatives par modes glissants d’ordre 2.
Dans un second temps, une machine synchrone aimants permanents est supposée être installée dans l’éolienne
flottante. L’utilisation du pas des pales (approche collective) et du couple du générateur permet d’atteindre les objectifs,
à partir de lois de commande basées sur une approche adaptative par mode de glissement d’ordre 2.
Une troisième partie est consacrée à l’étude d’une commande individuelle du pas des pales combinée à une commande collective. Il est montré qu’un tel algorithme limite la charge de fatigue des pales. Enfin, des lois de
commande sont appliquées et comparées sur un système expérimental d’éolienne flottante placé dans un bassin à houle. Les performances des lois de commande basées sur les modes glissants sont évaluées par rapport à des approches de commande linéaire telles qu’un PI à gain variable, et une commande linéaire quadratique.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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