Comparison between different control strategies for a 10 MW two-blade wind turbine

The work within this MSc thesis revolves around the comparison between three different control strategies for a 10 MW two-bladed wind turbine. The machine was originally designed with a built-in teeter hinge, used as a passive load mitigation method, and with a stiff tower, due to the increase in fatigue loads caused by resonance. The aim is to make a comparison between different control strategies in order to verify which one performs in the best way under different operative conditions. The focus will be set on reducing both ultimate loads and fatigue loads. If this effect is achieved, the machine will be able to undergo a new design process whose ultimate outcome might be the the reduction of the Cost of Energy. The starting control law is PID controller using a Look Up Table for handling the region II\textsubscript{Half} of the machine. It will be modified at first with a PID controller acting on the pitch angle alongside a PI acting on the torque. Lastly, a MIMO LQR with wind scheduling and integral state on the rotor speed will be tried on the machine. After having analyzed the results, it will be discussed which controller performed best from the point of view of AEP, ultimate loads and fatigue loads.

Il lavoro svolto all'interno di questa tesi consiste nel confronto fra tre diversi sistemi di controllo applicati a un aerogeneratore bipala di potenza nominale 10 MW. La macchina è stata progettata con una cerniera di teeter, utilizzata come metodo passivo di alleviazione dei carichi a cui essa è soggetta, e con una torre rigida, aspetto dovuto a elevati carichi a fatica causati dalla risonanza. L'obiettivo è di comparare le differente strategie di controllo col fine di verificare quale abbia il comportamento migliore durante il ciclo operativo della macchina. Particolare attenzione verrà posta nel tentativo di ridurre sia i carichi ultimi, a cui la macchina è soggetta, che i carichi a fatica. Raggiungendo tale risultato, sarà in futuro possibile un re-design dell'aeorgeneratore il cui fine ultimo sia una riduzione del costo dell'energia. La legge di controllo inizialmente presente consiste in un PID affiancato da una tabella usata per la regolazione della coppia in regione II\textsubscript{Half}. Successivamente verrà testato un controllore PI sulla coppia, in sostituzione della tabella; infine, si applicherà alla macchina un controllore LQR con stato integrale sulla velocità angolare e wind scheduling. A seguito dei risultati ottenuti si faranno considerazioni in merito a quale strategia sia risultata più vantaggiosa in termini di AEP, carichi ultimi e carichi a fatica.