کنترل فعال ارتعاشات و کاهش نیروی برشی توربین بادی 5 مگاواتی به‌وسیله عملگر ژیروسکوپ

یکی از دغدغه‌های اساسی در فن‌آوری‌های انرژی تجدید پذیر مانند، توربین بادی، هزینه‌های اقتصادی و صرفه جویی در هزینه‌های مرتبط با ساخت آن است. کاهش ارتعاشات سازه توربین بادی می‌تواند خستگی مکانیکی سازه ناشی از بارهای باد را کاهش داده و منجر به کاهش مواد مصرفی و هزینه شود. علاوه بر این اگر نیروی برشی و ممان خمشی در پایه سازه توربین کاهش یابد، می‌توان از فونداسیون با ابعاد کوچکتر و مصالح کمتر استفاده کرد. همه این عوامل تاثیر مثبت در کاهشی هزینه یک توربین بادی دارد. در این مطالعه یک ژیروسکوپ پایدارساز جهت کاهش ارتعاشات ناشی از باد در یک توربین 5 مگاواتی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این‌کار مدل معتبر فست مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه‌بر‌ این از دو نسخه ژیروسکوپ استفاده شده است در حالت اول ژیروسکوپ بصورت غیرفعال نقش پایدار ساز داشته و در حالت دوم به عنوان عملگر فعال عمل می کند؛ همچنین یک کنترل کننده pid جهت کنترل سیستم فعال طراحی شده است. تاثیر عملگر ژیروسکوپ بر ارتعاشات، نیروی برشی و ممان خمشی ناشی از بارهای باد از طریق شبیه‌سازی مورد بررسی قرار گرفته است و نشان داده شده است که سیستم پیشنهادی در حالت فعال توانایی کاهش میزان ارتعاشات، نیروی برشی و ممان خمشی پایه توربین را در حدود 32 درصد و در حالت غیرفعال در حدود 14 درصد داراست.

Active Vibration control and reduction of shear force of 5MW wind turbine with the help of gyroscope actuator

One of the main concerns in renewable energy technologies, such as wind turbines, is the economic cost and cost savings associated with its construction. Reducing the vibrations of a turbine structure can attenuate the fatigue damage caused by wind loads led to reduction in material consumption and cost. Besides, if the force and flexural moment at the base of the structure is reduced, a smaller foundation can be used to install the wind turbine. All of these factors have a positive impact on lowering the cost of a wind turbine. In this study, application of gyroscopic stabilization to decrease the windinduced vibrations in 5 mega Watt wind turbine is studied. A valid FAST model is employed for this purpose. Moreover, two versions of the gyroscopic actuator including a passive stabilizer and an active gyroscopic actuator has been proposed. Furthermore, a PID controller has been designed to control the active system. The effect of gyroscope actuator on vibration, shear force and bending moment caused by wind loads is studied via extensive simulations. It was shown that the proposed system can reduce the decease the tip vibration, base shear and base moment by 32 percent in active mode and 14 percent in passive mode. As a result enclosing circle of foundation reduces 5 meter.