Fault Tolerant Control of Wind Turbines

Fault Tolerant Control of Wind Turbines. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Fault Tolerant Control of Wind Turbines)
Fault Tolernat Control of Wind Turbines MS_Thesis_Ali Misbah.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 3 July 2021.

Download (4MB)

Arabic Abstract

الطاقة الهوائية أحد أنواع الطاقة المتجددة الواعدة. فكرة استخدام التحكم المتحمل للخلل يمكن استخدامه للمحافظة على مستوى تشغيلي مقبول حتى عند حدوث الخلل. في هذا البحث، ندرس طرق التعرف على الخلل و التحكم لنظم التوربينات الهوائية. تم تصميم ودراسة مراقب مدخالت غير معرف من أجل تقدير حجم و قيمة للحاالت والأعطال أثناء تشغيل التوربينات الهوائية. ً أيضا ، نظرا لعدم الخطية في النظام الذي يظهرفي عزم الدوران الديناميكي الهوائي ، تتم دراسة تقنيات مختلفة لتقديرعزم الدوران الديناميكي الهوائي أثناء تشغيل الحمل الجزئي للتوربينات الهوائية. علاوةعلى ذلك ، تتم دراسة تحليلية للمقارنة بين وحدة التحكم الأساسية ووحدة التحكم المتحملة للخلل في حالة خالية من الأعطال وفي حالة وجود الأعطال . أظهرت النتائج أن تقدير المربعات الصغرى المرتكزة على عامل الترشيح Kalman ً والتقدير المربعي الصغرى المقدر بناء على التدرج المعياري تفوق على تقدير المربعات الصغرى ً بناء على عامل النسيان والتقدير القائم على Sugeno-Takagi .باإلضافة إلى ذلك ، أظهرت النتائج أن جهاز التحكم القابل للتكيف مع الأعطال قادر على تحسين كفاءة الطاقة خالل حالة خالية من األعطال واستيعاب األخطاء في النظام مع الحفاظ على إنتاج الطاقة من التوربين الهوائي.

English Abstract

Wind energy is a promising renewable energy source. The idea of using fault tolerant system is that it could be used to maintain satisfactory operation even when faults occur. In this research, we study fault estimation and tolerant control based on a modeled wind turbine system. A full order unknown input observer is designed and studied to simultaneously estimate the states and faults during operation of wind turbine. Also, due to the nonlinearity in model that appears in the aerodynamic torque, different estimation techniques for aerodynamic torque is studied during partial load operation of wind turbine. Moreover, a comparative analysis between baseline controller and fault tolerant controller is studied under fault-free case and fault conditions. Results showed that recursive least squares estimation based on Kalman filter and recursive least square estimation based on normalized gradient outperformed recursive least squares estimation based on forgetting factor and Takagi-Sugeno based estimation. In addition, results showed that adaptive fault tolerant controller is capable to optimize the power efficiency during fault-free case and to accommodate the faults in the system while sustaining the power production of wind turbine.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Systems
Engineering
Electrical
Mechanical
Department: College Of Computer Sciences and Engineering > Systems Engineering Dept
Committee Advisor: Al-Amer, Dr. Samir
Committee Members: El-Ferik, Dr. Sami and Al-Saif, Dr. Abdulwahed
Depositing User: ALI AL MISBAH (g201410120)
Date Deposited: 05 Jul 2020 06:21
Last Modified: 05 Jul 2020 06:21
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141654