5 मिलीसेकंड से कम समय में ऑफशोर विंड टरबाइन नियंत्रण को हल करता है रियल-टाइम आइट्रेशन एनएमपीसी

पूर्ण शक्ति कनवर्टर वाले ऑफशोर विंड टरबाइन के पास एक जटिल नियंत्रण चुनौती है। इसमें पावर ट्रैकिंग, इलेक्ट्रिकल सुरक्षा और यांत्रिक लोड कम करने का समन्वित प्रबंधन आवश्यक है। नॉनलाइनर मॉडल प्रेडिक्टिव कंट्रोल (NMPC) इस बहु-उद्देश्य समस्या को सुलझाने के लिए एक व्यवस्थित ढांचा प्रदान करता है। फिर भी, मानक कार्यान्वयन अक्सर वाणिज्यिक टरबाइन की सख्त कंप्यूटेशनल मांगों को पूरा नहीं कर पाते हैं। पारंपरिक तरीकों में हर नियंत्रण चरण पर नॉनलाइनर प्रोग्राम को पूर्ण अभिसरण तक हल किया जाता है। इससे गणना का समय स्थिर संचालन के लिए आवश्यक 10 से 100 मिलीसेकंड के नियंत्रण अवधि के अनुकूल नहीं रहता है।

मौजूदा रूपरेखाएं अक्सर महत्वपूर्ण इलेक्ट्रिकल हार्ड बाधाओं को छोड़ देती हैं। वे हवा की गति के फ़ीडफॉरवर्ड के लिए महंगे लाइडार सिस्टम पर निर्भर रहती हैं। यह उनकी व्यावहारिक तैनाती को सीमित करता है। इन सीमाओं को दूर करने के लिए, एक नया रियल-टाइम आइट्रेशन NMPC फ्रेमवर्क प्रस्तावित किया गया है। यह दृष्टिकोण हर नियंत्रण चरण पर एक संक्षिप्त रियल-टाइम आइट्रेशन करता है। यह अधिकतम पांच इंटीरियर-पॉइंट न्यूटन पुनरावृत्तियों द्वारा साकार किया गया एक असटीक सीक्वेंशियल क्वाड्रेटिक प्रोग्रामिंग चरण निष्पादित करता है।

सिस्टम दक्षता बढ़ाने के लिए वॉर्म-स्टार्ट इनिशियलाइजेशन और सोल्यूशन-शिफ्ट रणनीति का उपयोग करता है। टॉर्क कमांड एम्पलीट्यूड बाउंड्स और डीसी-लिंक वोल्टेज डेडबैंड को ऑप्टिमल कंट्रोल समस्या में पूर्वानुमेय ट्रैजेक्ट्री पर हार्ड बाउंड के रूप में एम्बेड किया गया है। टॉर्क रेट लिमिट को लागू करने के लिए एक द्वैत तंत्र अपनाया गया है। इसमें कॉस्ट फंक्शन में एक क्वाड्रेटिक पेनाल्टी और सॉल्वर आउटपुट पर प्लस या माइनस 15 kN·m/s की हार्ड सैचुरेशन शामिल है।

कंट्रोलर दोहरा स्वतः वर्गीकरण पूर्वानुमानक (second-order autoregressive predictor) का उपयोग करता है। यह दो सेकंड की अवधि के लिए हवा की गति का फ़ीडफॉरवर्ड प्रदान करता है। पावर-ट्रैकिंग वजन को पूर्वानुमान विश्वसनीयता के आधार पर अनुकूलित किया जाता है। एबलेशन प्रयोगों ने वॉर्म-स्टार्ट सोल्यूशन-शिफ्ट तंत्र के महत्व को उजागर किया है। इसे हटा देने से ग्रिड लोड-ड्रॉप ट्रांजिएंट्स के दौरान पावर-ट्रैकिंग रूट-मीन-स्क्वायर एरर 370% तक खराब हो जाता है।

चार परिचालन परिदृश्यों पर तुलनात्मक सिमुलेशन दिखाते हैं कि प्रस्तावित कंट्रोलर की प्रति चऔस औसत गणना समय 3.796 से 4.313 मिलीसेकंड है। यह मानक NMPC की तुलना में लगभग दस गुना तेज है। ग्रिड लोड-ड्रॉप परिदृश्यों में, रूट-मीन-स्क्वायर पावर-ट्रैकिंग एरर पीआई कंट्रोलर की तुलना में 78.1% और मानक NMPC की तुलना में 78.5% कम हो जाता है।

ये परिणाम इलेक्ट्रिकली बाध्य, लाइडर-मुक्त RTI-NMPC की कंप्यूटेशनल संभावना और इंजीनियरिंग क्षमता की पुष्टि करते हैं। यह ऑफशोर FPC विंड टरबाइन में सह-क्रमबद्ध पावर-ट्रैकिंग और इलेक्ट्रिकल बाधा प्रबंधन के लिए उपयुक्त है। इतने सटीक समय सीमा के भीतर इस तरह की जटिल नियंत्रण तर्क को निष्पादित करने की क्षमता महंगे बाहरी सेंसिंग हार्डवेयर की आवश्यकता के बिना नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण के लिए नए रास्ते खोलती है।