Modellistica, implementazione e validazione di un sistema di controllo attivo per una turbina eolica

Abstract

Le energie rinnovabili hanno assunto negli anni un ruolo sempre più rilevante nel mix energetico globale, affermandosi ad oggi come una soluzione efficace e conveniente per la promozione della sostenibilità in ambito energetico. Quello dell’energia eolica in particolare, rappresenta un mercato con prospettive di crescita notevoli. Nel corso degli ultimi decenni, la riduzione dei costi legati all’installazione di impianti eolici, e la graduale introduzione di tecnologie sempre più performanti, hanno ampiamente favorito lo sviluppo di questo settore. In questo contesto, gli aspetti relativi al controllo di una turbina eolica hanno acquisito una posizione centrale. Un sistema di controllo avanzato risulta determinante al fine di ottimizzare le prestazioni, e massimizzare l'affidabilità degli impianti.

In questo elaborato viene presentato un sistema di controllo attivo ad anello chiuso per una turbina eolica di taglia 1.5 MW, modellizzato in ambiente MATLAB/Simulink. Il sistema in questione distingue due regioni di funzionamento della turbina eolica, e per ciascuna di queste viene adottata una tecnica di controllo differente, ossia controllo di coppia, e controllo dell’angolo di pitch delle pale. I modelli di controllo per le due regioni sono stati validati attraverso diverse simulazioni nelle quali variano le condizioni di vento.

Over the years, renewable energies have taken on an increasingly important role in the global energy mix, establishing themselves today as an effective and convenient solution for promoting sustainability in the energy sector. Wind energy in particular represents a market with notable growth prospects. Over the last few decades, the reduction of costs linked to the installation of wind farms, and the gradual introduction of increasingly high-performance technologies, have largely favored the development of this sector. In this context, aspects relating to the control of a wind turbine have acquired a central position. An advanced control system is crucial in order to optimize performance and maximize the reliability of the systems.

This paper presents a closed-loop active control system for a 1.5 MW wind turbine, modeled in a MATLAB/Simulink environment. The system in question distinguishes two operating regions of the wind turbine, and for each of these a different control technique is adopted, i.e. torque control and blade pitch angle control. The control models for the two regions were validated through several simulations in which the wind conditions varied.