پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 21 |
| تعداد شماره‌ها | 671 |
| تعداد مقالات | 9,781 |
| تعداد مشاهده مقاله | 69,568,688 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 48,708,983 |
کنترل بهینه توربین با انرژی تجدید پذیر با استفاده از روش ICACO و PID با تغییر زاویه گام پره | ||
| مدل سازی در مهندسی | ||
| دوره 23، شماره 83، دی 1404، صفحه 203-216 اصل مقاله (733 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله مکانیک | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22075/jme.2025.36349.2776 | ||
| نویسندگان | ||
| حمیدرضا خسروی؛ مهدی راغبی* ؛ مجتبی شیخی ازغندی* | ||
| گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران | ||
| تاریخ دریافت: 07 دی 1403، تاریخ بازنگری: 22 فروردین 1404، تاریخ پذیرش: 06 اردیبهشت 1404 | ||
| چکیده | ||
| یکی از چالش‌های مهم مهندسی توربین بادی، طراحی کنترلکننده با کمک تنظیم زاویه پره‌ها یا زاویه گام توربین بادی است. قابلیت اطمینان، ایمنی و به حداکثر رساندن توان خروجی یک توربین بادی همگی تحت تاثیر این کنترلکننده قرار دارند. در این پژوهش، طراحی و بهینه‌سازی یک کنترلکننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی (PID) برای توربین بادی پنج مگاواتی تجدیدپذیر انجام شده است. با توجه به پیچیدگی و غیرخطی بودن مسأله و بالا بودن مقدار زمان مورد نیاز برای تحلیل آن، نیاز مبرمی به استفاده از یک روش بهینه‌سازی قدرتمند و در عین حال دارای همگرایی سریع احساس شد. برای این منظور از الگوریتم بهینه‌سازی فراابتکاری ترکیبی رقابت استعماری-مورچه (ICACO) جهت یافتن ضرایب بهینه کنترلکننده برای رسیدن به حداقل انحراف توان تولیدی توربین و رسیدن به حداکثر بازده آن استفاده شد. در این پژوهش متغیرهای طراحی ضرایب کنترل کننده و پارامترهای کنترلی زاویه گام توربین است. تمامی مراحل تحلیل مسأله شامل ایجاد و مدل‌سازی باد در حالت سه بعدی، تحلیل توربین در اثر اعمال باد ذکر شده، به‌کارگیری کنترل کننده و الگوریتم بهینه‌سازی فراابتکاری ترکیبی و ارتباط بین آنها در محیط نرم‌افزار MATLAB و سیمولینک، کدنویسی و اعمال شده است. نتایج ارائه شده حاکی از قدرت روش بهینه‌سازی در یافتن ضرایب بهینه و بالا بردن بازده عملیاتی توربین است. روش پیشنهادی توانسته حدود 85 درصد میزان انحراف توان تولیدی از مقدار توان تولیدی اولیه را کاهش دهد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| توربین بادی؛ بهینه‌سازی فراابتکاری ترکیبی؛ کنترلکننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی؛ انرژی تجدیدپذیر؛ زاویه گام پره | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Optimal Control of Renewable Energy Turbine using PID Controller and ICACO Method by Blade Pitch System | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Hamidreza Khosravi؛ Mehdi Raghebi؛ Mojtaba Sheikhi Azqandi | ||
| Department of Mechanical Engineering, University of Birjand, Birjand.Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| One of the major engineering challenges is the design of a wind turbine controller by adjusting the blade pitch angle of the wind turbine. This controller affects the reliability and safety of a wind turbine and maximizes its output power. In this research, a proportional-integral-derivative (PID) controller has been designed and optimized for a 5 MW renewable wind turbine. Given the complexity and nonlinearity of the problem and the high amount of time required to analyze it, an urgent need was felt to apply a robust optimization method with fast convergence. For this purpose, imperialist competitive ant colony optimization (ICACO), which is a hybrid metaheuristic optimization algorithm, was used to find the optimal controller coefficients to achieve the minimum deviation of the turbine's power output and maximum efficiency. In this study, the design variables are the controller coefficients and the control parameters of the turbine, and the blade pitch angles. All steps of the problem analysis, including the creation and modeling of three-dimensional wind in real conditions, turbine analysis under the mentioned wind conditions, applying the controller and the hybrid metaheuristic optimization algorithm, and the link between them, have been coded and performed in the MATLAB and Simulink software environments. The presented results indicate the power of the optimization method in finding the optimal coefficients and increasing the operational efficiency of the turbine. The proposed method has been able to reduce the deviation of the generated power from the initial generated power by about 85 percent. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Wind turbine, Hybrid meta-heuristic optimization, PID controller, Renewable energy, Blade pitch | ||
| مراجع | ||
|
[1] Hu, Xingqi, Wen Tan, Guolian Hou. “PIDD2 Control of Large Wind Turbines’ Pitch Angle.” Energies 16, no. 13 (2023): 5096. [2] Poureh, Ali, Mohammad Chamani, Abbas Bahri. “Nonlinear Analysis of Gain Scheduled Controllers for the NREL 5-MW Turbine Blade Pitch Control System.” International Journal of Electrical Power & Energy Systems 145 (2023): 108578 [3] Elkodama, Amira, Amr Ismaiel, A. Abdellatif, S. Shaaban, Shigeo Yoshida, Mostafa A. Rushdi. “Control Methods for Horizontal Axis Wind Turbines (HAWT): State-of-the-Art Review.” Energies 16, no. 17 (2023): 6394. [4] Gorel, Goksu, Mahdi O. Abdi. “Advanced Pitch Angle Control Based on Genetic Algorithm and Particle Swarm Optimisation on FAST Turbine Systems.” Elektronika ir Elektrotechnika 29, no. 4 (2023): 11–18. [5] Magesh, T., G. Devi, and T. Lakshmanan. "Improving the performance of grid connected wind generator with a PI control scheme based on the metaheuristic golden eagle optimization algorithm." Electric Power Systems Research 214 (2023): 108944. [6] Shawqran, Ahmed M., Abdallah El-Marhomy, and Mahmoud A. Attia. "Pitch angle Adaptive PI controller based on heuristics optimization algorithms." In International Conference on Advanced Machine Learning Technologies and Applications, pp. 674-687. Cham: Springer International Publishing, 2021. [7] Lara, Manuel, Juan Garrido, Mario L. Ruz, and Francisco Vázquez. "Adaptive pitch controller of a large-scale wind turbine using multi-objective optimization." Applied Sciences 11, no. 6 (2021): 2844. [8] Xu, Bofeng, Yue Yuan, Haoming Liu, Peng Jiang, Ziqi Gao, Xiang Shen, and Xin Cai. "A pitch angle controller based on novel fuzzy-PI control for wind turbine load reduction." Energies 13, no. 22 (2020): 6086. [9] Sule, A. H., A. S. Mokhtar, JJ Bin Jamian, U. U. Sheikh, and A. Khidrani. "Grey wolf optimizer tuned PI controller for enhancing output parameters of fixed speed wind turbine." In 2020 IEEE International Conference on Automatic Control and Intelligent Systems (I2CACIS), pp. 118-122. IEEE, 2020. [10] Iqbal, Atif, Deng Ying, Adeel Saleem, Muhammad Aftab Hayat, and Muhammad Mateen. "Proposed particle swarm optimization technique for the wind turbine control system." Measurement and Control 53, no. 5-6 (2020): 1022-1030. [11] Chavero-Navarrete, Ernesto, Mario Trejo-Perea, Juan-Carlos Jáuregui-Correa, Roberto-Valentín Carrillo-Serrano, and José-Gabriel Rios-Moreno. "Pitch angle optimization by intelligent adjusting the gains of a PI controller for small wind turbines in areas with drastic wind speed changes." Sustainability 11, no. 23 (2019): 6670. [12] Sheikhi, Mojtaba, and Ali Ghoddosian. "A hybrid imperialist competitive ant colony algorithm for optimum geometry design of frame structures." Structural Engineering and Mechanics, An Int'l Journal 46, no. 3 (2013): 403-416. [13] Sheikhi, Mojtaba, Ali Ghoddosian, and Morteza Sheikhi. “Optimal Design of Structural Support Positions Using Imperialist Competitive Algorithm and Modified Finite Element.” Modares Mechanical Engineering 12, no. 3 (2012): 50–59. [14] Azqandi, Mojtaba Sheikhi, Navid Nooredin, and Ali Ghoddosian. "Optimization of spring back in U-die bending process of sheet metal using ANN and ICA." Structural Engineering and Mechanics 65, no. 4 (2018): 447-452. [15] Sheikhi, Azqandi Mojtaba, and Mahdi Hassanzadeh. "Optimum Shape Design of Axisymmetric Extrusion Die by using Hybrid Meta-Heuristic Optimization (ICACO)." (2023): 107-117. [16] Sheikhi Azqandi, Mojtaba, and H. Safaeifar. "Performance Optimization of Three-Mass Nonlinear Rigid Impact Damper by Hybrid Metaheuristic Method in Free Vibration." Journal of Mechanical Engineering 52, no. 3 (2022): 105–113. [17] Safaeifar, H., and Mojtaba Sheikhi Azqandi. "Optimal Design of the Impact Damper in Free Vibrations of SDOF System Using ICACO." International Journal of Optimization in Civil Engineering 11, no. 3 (2021): 461–479. [18] Safaeifar, H., and Mojtaba Sheikhi Azqandi. "Optimal Model of the Contact Force for the Collision between Two Solid Bodies by ICACO." International Journal of Optimization in Civil Engineering 14, no. 1 (2024): 17–35. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 282 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 122 |
||