Skip navigation

DSpace

機構典藏 DSpace 系統致力於保存各式數位資料(如:文字、圖片、PDF)並使其易於取用。

點此認識 DSpace
DSpace logo
English
中文
  • 瀏覽論文
    • 校院系所
    • 出版年
    • 作者
    • 標題
    • 關鍵字
    • 指導教授
  • 搜尋 TDR
  • 授權 Q&A
    • 我的頁面
    • 接受 E-mail 通知
    • 編輯個人資料
  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 工程科學及海洋工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/84458
標題: IEA 15 MW離岸浮動半潛式浮台結合雙饋式感應風力發電機之數位孿生系統及控制之研究
Digital Twins and Control of an IEA 15MW Offshore Floating Semisubmersible Wind Turbine with Doubly-Fed Induction Generator
作者: Cherng-Jer Chueh
闕成哲
指導教授: 江茂雄(Mao-Hsiung Chiang)
關鍵字: 浮動式半潛式風力發電機,雙饋式感應發電機,模糊滑動控制器,浮動式運動補償,極端條件功率控制,壓載控制,數位孿生系統,
Offshore floating semi-submersible wind turbine,Doubly-fed induction generator,Fuzzy sliding mode control,Floating platform motion compensation,Extreme condition power control,Ballast control,Digital twins system,
出版年 : 2022
學位: 碩士
摘要: 本研究使用IEA15MW風力發電機結合UMaine VolturnUS-S reference platform半潛式浮台,以台灣海峽水深作為主要深度條件來進行全機組系統動態整合模擬分析及控制器設計測試,發展IEA15MW 半潛浮動式風機數位孿生系統,藉由MATLAB/SIMULINK結合SIMPACK整合AeroDyn、HydroDyn、WAMIT、MAP++四個模組進行氣動力-水動力-伺服-彈性的全機組系統整合模擬實現主要風機模型架構在SIMPACK中建立,包含葉片、機艙、塔柱、浮台及錨定繫泊系統。AeroDyn提供對葉片及塔柱的空氣動力計算,HydroDyn透過WAMIT提供的水動力係數、設定波浪計計算浮動平台的負載與運動,MAP++則負責繫泊系統的參數設定。整合上述四項,並在MATLAB/SIMULINK中建立雙饋式感應發電機控制系統、併網側轉換器、功率控制系統、閥控液壓式葉片變旋角系統等全機組主要控制系統,並透過連結介面SIMAT與SIMPACK進行資訊傳遞以完成此動態整合模擬。 過去風機動態系統模擬皆以PI控制器為主,但隨著風機大型化及離岸浮動式風機的趨勢,使原先PI控制器越來越難達成所設想的控制目標。故本研究設計一模糊滑動式控制器與PI控制器進行比較,在正常運轉風速下進行控制器效能分析。但浮動式平台的縱搖是影響風力發電機發電功率穩定的主要因素,因此設計一回授給功率控制器來減小縱搖的影響。接著以實際運作環境條件配合紊流強度設定來進行風機效能測試及在不同變旋角控制器之比較。同時也以全域風速進行測試。此外,本研究更發展極端條件功率控制以提升風力發電機系統之運轉發電性能,風速超過切出風速時本應停機,而本研究嘗試在極端風速下進行降載控制測試,以調控葉片旋角方式進行發電功率追蹤控制五階曲線及線性曲線,由額定功率逐漸降載至停機,使風機在極端條件下仍可在安全狀態下持續發電,也測試風機在五十年迴歸週期環境條件下停機之情形。 由於浮動式發電機會因受到波浪及風力的影響使之產生多餘的運動,對風力發電機的效能有負面的影響。故此研究嘗試以調整壓載改變吃水方式,探討在不同的吃水情況下是否能改善風力發電機的運動,便能有效減少外力對風機結構上的傷害。 本研究所使用的風機模擬軟體是SIMPACK,相較於由NREL所研發的Openfast是目前廣為人知的風力發電機模擬套件。但基於SIMPACK的各項優點,舉例來說,方便使用者的圖形化使用介面以及能快速且自由修改模型的能力,故本篇論文將風機模型建立在SIMPACK當中。因此,本研究也在正常運轉條件下比較在不同的模型架構下風力發電機組的表現。
This study aims to develop a digital twins system for analyzing the IEA 15MW semi-submersible floating wind turbine with a doubly-fed induction generator under Taiwan Strait. The IEA 15MW wind turbine is mounted on a UMaine VolturnUS-S reference platform. This digital twins system combines MATALB/SIMULINK with SIMPACK, including AeroDyn, HydroDyn, WAMIT, MAP++, to operate an aero-hydro-servo-elastic simulation. The floating wind turbine model is mainly built in SIMPACK, including blades, nacelle, tower, floating platform. AeroDyn provides aerodynamic to blades and tower. HydroDyn is responsible for hydrodynamic calculation of floating platform by hydrodynamic parameters and design wave condition provided by WAMIT. MAP++ is for the setting of mooring system. Together, the four modules and the control system which is built in MATLAB/SIMULINK includes rotor speed control system, power control system to complete the co-simulation via the interface, SIMAT. In the past, the traditional wind turbine system for power control uses a PI controller. Due to the large-scale wind turbine, the control performance by PI controller cannot reach our goal. Therefore, in this research, the PI controller is replaced by fuzzy sliding mode controller. Fuzzy sliding mode controller has an ability to cancel out the nonlinear term. This controller improves the disadvantages of the traditional PI controller in transient time. This study compares the simulation result of traditional PI controller with fuzzy sliding mode controller in power control system with different operating wind and wave. Besides, motions of floating platform, especially pitching motion, contribute to unstable power performance. Therefore, the power control system is added pitching rate feedback aiming to cancel out the floating platform rotation. These controllers and control strategies are tested in normal and extreme condition. Apart from the power control system, the study also proposed innovative ballast control strategy to reduce the platform displacement and mitigate the structural load by draft adjustment. Openfast is the most common wind turbine analysis software, which is developed by NREL. Due to the advantage of SIMPACK, including graphic user interface and easily modified the model, the wind turbine model in this study is still built in SIMPACK. Thus, this study shows the comparison between Openfast and SIMPACK. All the simulations are tested in a normal condition.
URI: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/84458
DOI: 10.6342/NTU202203567
全文授權: 同意授權(限校園內公開)
電子全文公開日期: 2027-09-24
顯示於系所單位:工程科學及海洋工程學系

文件中的檔案:
檔案 大小格式 
U0001-1909202214165600.pdf
  未授權公開取用
14.9 MBAdobe PDF檢視/開啟
顯示文件完整紀錄


系統中的文件,除了特別指名其著作權條款之外,均受到著作權保護,並且保留所有的權利。

社群連結
聯絡資訊
10617臺北市大安區羅斯福路四段1號
No.1 Sec.4, Roosevelt Rd., Taipei, Taiwan, R.O.C. 106
Tel: (02)33662353
Email: ntuetds@ntu.edu.tw
意見箱
相關連結
館藏目錄
國內圖書館整合查詢 MetaCat
臺大學術典藏 NTU Scholars
臺大圖書館數位典藏館
本站聲明
© NTU Library All Rights Reserved