Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A (대한기계학회논문집A)

The Korean Society of Mechanical Engineers (대한기계학회)
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Nonlinear Pitch and Torque Controller Design for Wind Turbine Generator Using Lyapunov Function

리아프노프 함수를 이용한 풍력 발전기 비선형 피치 및 토크 제어기 설계

  • Kim, Guk-Sun (Dept. of Aerospace Engineering, Chonbuk Nat'l Univ.) ;
  • No, Tae-Soo (Dept. of Aerospace Engineering, Chonbuk Nat'l Univ.) ;
  • Jeon, Gyeong-Eon (Dept. of Aerospace Engineering, Chonbuk Nat'l Univ.) ;
  • Kim, Ji-Yon (Dept. of Electrical Engineering, Chonbuk Nat'l Univ.)
  • 김국선 (전북대학교 항공우주공학과) ;
  • 노태수 (전북대학교 항공우주공학과) ;
  • 전경언 (전북대학교 항공우주공학과) ;
  • 김지언 (전북대학교 전기공학과)
  • Received : 2012.01.27
  • Accepted : 2012.07.25
  • Published : 2012.10.01
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Abstract

In this study, a method for designing blade pitch and generator torque controllers for a wind turbine generator is presented. This method consists of two steps. First, the Lyapunov stability theory is used to obtain nonlinear control laws that can regulate the rotor speed and the power output at all operating ranges. The blade pitch controller is chosen such that it always decreases a positive definite function that represents the error in rotor speed control. Similarly, the generator torque controller always decreases a positive definite function that reflects the error in power output control. Then, the simulation-based optimization technique is used to tune the design parameters. The controller design procedure and simulation results are presented using the widely adopted two-mass model of the wind turbine.

본 논문에서는 풍력발전기의 회전속도와 출력을 제어하기 위한 블레이드 피치 제어기 및 발전기 토크 제어 기법을 제시하고 비선형 시뮬레이션을 통하여 그 성능을 확인하였다. 회전속도 오차 및 출력오차를 이용한 양한정 함수를 정의하고 리아프노프 안정성 이론을 적용하여 정적 피치 제어기와 동적 토크 제어기를 설계하고, 제어기 설계 모델과 실제 적용 모델간의 차이를 보상할 수 있도록 시뮬레이션 기반 최적화를 이용하여 설계 인자 값을 결정하였다. 풍력발전기 제어기 설계에 가장 많이 사용되는 동력 전달계 모델을 기반으로 제어기 설계 절차를 예시하였고, 대표적으로 사용되는 비례-적분-미분 제어 및 최대 출력점 추종 토크 제어기와 성능 비교를 통하여 제안된 제어 설계 기법의 타당성을 검증하였다.

Keywords

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