كيف يحل تكرار الوقت الحقيقي للتحكم التنبؤي غير الخطي مشكلة تحكم توربينات الرياح البحرية في أقل من 5 مللي ثانية

تواجه توربينات الرياح البحرية المزودة بمحولات طاقة كاملة تحديًا معقدًا في التحكم. يتطلب هذا التنسيق المتزامن بين تتبع الطاقة والسلامة الكهربائية وتخفيف الأحمال الميكانيكية. يوفر التحكم التنبؤي غير الخطي إطار عمل منهجيًا لهذه المشكلة متعددة الأهداف. لكن التطبيقات القياسية غالبًا ما تفشل في تلبية المتطلبات الحسابية الصارمة للتوربينات التجارية. تعتمد الطرق التقليدية على حل البرنامج غير الخطي حتى التقارب الكامل في كل خطوة تحكم. هذا يؤدي إلى أوقات حساب غير متوافقة مع فترات التحكم المطلوبة للاستقرار والتي تتراوح بين 10 و100 مللي ثانية.

تغفل الصياغات الحالية غالبًا القيود الكهربائية الحاسمة وتعتمد على أنظمة ليدار باهظة الثمن لتوقع سرعة الرياح. يحد ذلك من نشرها عمليًا. لحل هذه القيود، تم اقتراح إطار عمل جديد للتكرار في الوقت الحقيقي. يقوم هذا النهج بإجراء تكرار حقيقي مقصور عند كل خطوة تحكم. ينفذ خطوة واحدة غير دقيقة من البرمجة التربيعية المتسلسلة. تتحقق هذه الخطوة عبر خمس تكرارات نيوتن للنقاط الداخلية كحد أقصى على البرنامج غير الخطي المعلم.

يستفيد النظام من التهيئة الأولية الساخنة واستراتيجية إزاحة الحل لتعزيز الكفاءة. تُدمج حدود سعة عزم الدوران ونطاق الموتور لجهد خط التيار المستمر كقيود صلبة على المسار المتوقع ضمن مشكلة التحكم الأمثل. كما يُفرض حد معدل عزم الدوران عبر آلية مزدوجة تتضمن عقوبة تربيعية في دالة التكلفة وتشبعًا صلبًا بـ 15 كيلو نيوتن متر لكل ثانية عند مخرج المحلل.

يستخدم المتحكم متوقعًا ذاتيًا رتبته الثانية لتوفير تغذية أمامية لسرعة الرياح على مدى ثانيتين. يتم ضبط وزن تتبع الطاقة بشكل تكيفي بناءً على ثقة التوقع. تسلط تجارب الإزالة الضوء على أهمية آلية إزاحة الحل الساخن. إزالة هذه الآلية تزيد خطأ الجذر التربيعي لمربع تتبع الطاقة بنسبة تصل إلى 370% أثناء transient انخفاض حمل الشبكة.

أظهرت المحاكاة المقارنة عبر أربعة سيناريوهات تشغيل أن المتحكم المقترح يحقق متوسط وقت حساب لكل خطوة يتراوح بين 3.796 و4.313 مللي ثانية. هذا أسرع بحوالي مرتبة قدرية من NMPC القياسي. في سيناريوهات انخفاض حمل الشبكة، انخفض خطأ تتبع الطاقة الجذر التربيعي للمربع بنسبة 78.1% و78.5% مقارنة بمتحكم PI وNMPC القياسي على التوالي.

تؤكد هذه النتائج الجدوى الحسابية والإمكانات الهندسية لـ RTI-NMPC المقيد كهربائيًا والخالي من ليدار. هو مناسب لإدارة تتبع الطاقة والقيود الكهربائية في توربينات الرياح البحرية ذات المحولات الكاملة. القدرة على تنفيذ منطق تحكم متطور مثل هذا ضمن إطارات زمنية ضيقة تفتح آفاقًا جديدة لدمج الطاقة المتجددة بشكل موثوق دون الحاجة إلى أجهزة استشعار خارجية مكلفة.