Adaptive variable structure control law for a variable speed wind turbine

Presentado en el 13th WSEAS International Conference on Automatic Control, Modelling and Simulation, ACMOS'11

Variable structure control for maximum wind power extraction

EuroPES 2009

Sliding mode control law for a variable speedwind turbine

Modern wind turbines are designed in order to work in variable speed operations. To perform this task, wind turbines are provided with adjustable speed generators, like the double feed induction generator. One of the main advantage of adjustable speed generators is improving the system efficiency compared to fixed speed generators, because turbine speed can be adjusted as a function of wind speed in order to maximize the output power. However this system requires a suitable speed controller in order to track the optimal reference speed of the wind turbine. In this work, a sliding mode control for variable speed wind turbines is proposed. An integral sliding surface is used, because the integral term avoids the use of the acceleration signal, which reduces the high frequency components in the sliding variable. The proposed design also uses the vector oriented control theory in order to simplify the generator dynamical equations. The stability analysis of the proposed controller has been carried out under wind variations and parameter uncertainties by using the Lyapunov stability theory. Finally simulated results show, on the one hand that the proposed controller provides a high-performance dynamic behavior, and on the other hand that this scheme is robust with respect to parameter uncertainties and wind speed variations, that usually appear in real systems.

A robust position control for induction machines

ICEM 2010

Sliding Mode Control Strategy for Wind Turbine Power Maximization

The efficiency of the wind power conversions systems can be greatly improved using an appropriate control algorithm. In this work, a sliding mode control for variable speed wind turbine that incorporates a doubly fed induction generator is described. The electrical system incorporates a wound rotor induction machine with back-to-back three phase power converter bridges between its rotor and the grid. In the presented design the so-called vector control theory is applied, in order to simplify the electrical equations. The proposed control scheme uses stator flux-oriented vector control for the rotor side converter bridge control and grid voltage vector control for the grid side converter bridge control. The stability analysis of the proposed sliding mode controller under disturbances and parameter uncertainties is provided using the Lyapunov stability theory. Finally simulated results show, on the one hand, that the proposed controller provides high-performance dynamic characteristics, and on the other hand, that this scheme is robust with respect to the uncertainties that usually appear in the real systems.

A Real-Time Sliding Mode Control for a Wind Energy System Based on a Doubly Fed Induction Generator

In this paper, a real time sliding mode control scheme for a variable speed wind turbine that incorporates a doubly feed induction generator is described. In this design, the so-called vector control theory is applied, in order to simplify the system electrical equations. The proposed control scheme involves a low computational cost and therefore can be implemented in real-time applications using a low cost Digital Signal Processor (DSP). The stability analysis of the proposed sliding mode controller under disturbances and parameter uncertainties is provided using the Lyapunov stability theory. A new experimental platform has been designed and constructed in order to analyze the real-time performance of the proposed controller in a real system. Finally, the experimental validation carried out in the experimental platform shows; on the one hand that the proposed controller provides high-performance dynamic characteristics, and on the other hand that this scheme is robust with respect to the uncertainties that usually appear in the real systems.

Robust speed control for a variable speed wind turbine

Modern wind turbines are designed in order to work in variable speed opera-tions. To perform this task, these turbines are provided with adjustable speed generators, like the double feed induction generator (DFIG). One of the main advantages of adjustable speed generators is improving the system efficiency compared with _xed speed generators, because turbine speed can be adjusted as a function of wind speed in order to maximize the output power. However, this system requires a suitable speed controller in order to track the optimal reference speed of the wind turbine. In this work, a sliding mode control for variable speed wind turbines is proposed. The proposed design also uses the vector oriented control theory in order to simplify the DFIG dynamical equations. The stability analysis of the proposed controller has been carried out under wind variations and pa-rameter uncertainties using the Lyapunov stability theory. Finally, the simulated results show on the one hand that the proposed controller provides a high-performance dynamic behavior, and on the other hand that this scheme is robust with respect to parameter uncertainties and wind speed variations, which usually appear in real systems.

Sliding mode control strategy for variable speed wind turbines

EFTA 2009

Performance of an Ocean Energy Conversion System with DFIG Sensorless Control

The 2009/28/EC Directive requires Member States of the European Union to adopt a National Action Plan for Renewable Energy. In this context, the Basque Energy Board, EVE, is committed to research activities such as the Mutriku Oscillating Water Column plant, OWC. This is an experimental facility whose concept consists of a turbine located in a pneumatic energy collection chamber and a doubly fed induction generator that converts energy extracted by the turbine into a form that can be returned to the network. The turbo-generator control requires a precise knowledge of system parameters and of the rotor angular velocity in particular. Thus, to remove the rotor speed sensor implies a simplification of the hardware that is always convenient in rough working conditions. In this particular case, a Luenberger based observer is considered and the effectiveness of the proposed control is shown by numerical simulations. Comparing these results with those obtained using a traditional speed sensor, it is shown that the proposed solution provides better performance since it increases power extraction in the sense that it allows a more reliable and robust performance of the plant, which is even more relevant in a hostile environment as the ocean.

An adaptive sliding mode control law for the power maximization of the wind turbine system

POWERENG 2011

Efectos de la salinidad y el herbicida glifosato sobre la especie invasora Baccharis halimifolia

CASTELLANO. La introducción de especies exóticas invasoras es una de las causas más importantes de pérdida de biodiversidad. Baccharis halimifolia es una de las 20 especies exóticas invasoras mas perjudiciales en España e invade gran parte de la marisma de Urdaibai. En dicha marisma se aplicaron tratamientos de control mediante la corta y aplicación de herbicida (glifosato) tras los cuales se observó un variable porcentaje de rebrote en función de la salinidad edáfica. Se realizó un experimento en el que las plantas recolectadas en las parcelas tratadas fueron sometidas en el invernadero a un tratamiento de salinidad y a otro de glifosato con el fin de estudiar la interacción entre ambos tratamientos en individuos originados por germinación y por rebrote y las posibles diferencias entre sexos. Se estudiaron los parámetros de biomasa y acumulación de iones sodio. No se han observado diferencias significativas entre los sexos para ninguno de los parámetros. Sin embargo, los rebrotes acumulan más Na+ que los individuos procedentes de germinación y su biomasa disminuye significativamente tras la aplicación de glifosato, únicamente en medio no salino. Nuestros resultados sugieren que los rebrotes de B. halimifolia reaccionan en mayor medida a la salinidad y al glifosato, lo que proporciona información de interés para la gestión.

Propiedades básicas de materiales soporte y parámetros de control en biofiltración.

[ES]En la problemática medioambiental generada por la contaminación atmosférica hay tres aspectos que marcan las directrices de actuación institucional: la presión social, la legislación vigente y la tecnología disponible. En cuanto a este último aspecto, la biofiltración es una tecnología eficaz, asequible y sostenible basada en la actividad biodegradadora de microorganismos específicos adheridos a la superficie de un material soporte que constituye el lecho del biofiltro. La elección de un material soporte adecuado es de especial importancia para asegurar el correcto funcionamiento de los biofiltros. Esta decisión está basada en las propiedades intrínsecas del material que deben ser analizadas previamente a su uso. En este proyecto se ha seleccionado cuales son estas propiedades básicas a partir de una revisión bibliográfica, destacando la capacidad de retención de humedad, superficie específica, porosidad, y estabilidad física y química del material. En este trabajo, también se han fijado los parámetros de control que deben ser medidos de forma rutinaria en un biofiltro para asegurar la eficacia del tratamiento de descontaminación. En base a la información bibliográfica recopilada, se ha concluido que los parámetros básicos son pH, temperatura, contenido de humedad del lecho y pérdidas de carga. A nivel experimental, se han medido las pérdidas de carga generadas en biofiltros empacados con tres materiales soportes que son de especial interés para una investigación posterior a desarrollar por el grupo Biofiltración de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU). Durante el período de arranque inicial de los tres biofiltros, las pérdidas de carga medidas fueron muy bajas en los tres casos, aunque algo superiores cuando la alimentación era en sentido ascendente frente al flujo descendente. Sin embargo, cuando se midieron las pérdidas de carga bajo condiciones de encharcamiento del lecho, que es una de las situaciones más problemáticas en un biofiltro, todos los soportes presentaron un aumento puntual de la pérdida de carga aunque la tendencia en los días posteriores fue claramente descendente, recuperando valores de operación habituales. La comparativa del comportamiento frente a las pérdidas de carga permitió seleccionar el soporte más idóneo de los tres analizados, aunque los otros dos podrían ser alternativas viables en caso de sustitución.

Control de vuelo de un cuadricóptero AR-Drone

[ES]En este TFG se obtendrá un algoritmo de generación de trayectorias para el cuadricóptero AR-Drone capaz de conseguir trazados lo más rápidos posibles teniendo en cuenta la dinámica del modelo y las limitaciones del entorno. Así mismo se propondrá un control primitivo para la detección de obstáculos. Mediante las comunicaciones con el cuadricóptero y el control de los parámetros característicos del medio, se establecerá usando el lenguaje C# los bucles de programación necesarios para discriminar todas las trayectorias desfavorables y obtener una que se adecue a nuestros criterios.

Análisis de prestaciones de variador de frecuencia Sinamics para el control de velocidad y posición.

[ES]En este documento se exponen los resultados de las diferentes funcionalidades analizadas del variador de frecuencia Sinamics G120. El dispositivo se ha configurado mediante el software de control TIA Portal para la realización de tareas de control de velocidad de un motor de inducción, así como el control de posición del eje del motor y de un eje lineal acoplado al mismo.

Robust Sliding Control of SEIR Epidemic Models

This paper is aimed at designing a robust vaccination strategy capable of eradicating an infectious disease from a population regardless of the potential uncertainty in the parameters defining the disease. For this purpose, a control theoretic approach based on a sliding-mode control law is used. Initially, the controller is designed assuming certain knowledge of an upper-bound of the uncertainty signal. Afterwards, this condition is removed while an adaptive sliding control system is designed. The closed-loop properties are proved mathematically in the nonadaptive and adaptive cases. Furthermore, the usual sign function appearing in the sliding-mode control is substituted by the saturation function in order to prevent chattering. In addition, the properties achieved by the closed-loop system under this variation are also stated and proved analytically. The closed-loop system is able to attain the control objective regardless of the parametric uncertainties of the model and the lack of a priori knowledge on the system.