Tecnologia / Guida tecnica
MPPT eolico: concetti di coppia ottimale e metodo perturbazione e osservazione
L'MPPT eolico riguarda il punto di funzionamento in cui una grandezza di uscita definita viene massimizzata nelle condizioni attuali. Una relazione di coppia ottimale e il metodo perturb-and-observe utilizzano informazioni diverse per avvicinarsi a quel punto. Nessuna delle due denominazioni, da sola, definisce l'intero insieme delle apparecchiature elettriche o la produzione ottenibile dalla turbina.
Il massimo si riferisce a un limite e a una condizione operativa.
Una curva di coppia basata su un modello e un andamento locale della potenza osservato possono non concordare quando cambiano le ipotesi o le condizioni del vento.
01 / Limiti dell'obiettivo
La captazione meccanica e la potenza erogata non sono identiche.
Un obiettivo può riguardare la potenza meccanica del rotore, l'output elettrico del generatore o un altro punto di conversione definito.
Un obiettivo può riguardare la potenza meccanica del rotore, l'uscita elettrica del generatore o un altro punto di conversione definito. Le perdite del generatore e del convertitore possono modificare il punto in cui l'uscita a valle è massima. Un massimo a un determinato confine non dovrebbe essere rietichettato come il massimo a ogni altro confine.
La pagina Guida Cp definisce l'estrazione aerodinamica del rotore. Anche MPPT si concentra su come cambia il punto di funzionamento, piuttosto che limitarsi a identificare il coefficiente più alto su una curva non correlata.
02 / Relazione ottimale
La proporzionalità della coppia al quadrato della velocità si basa su ipotesi dichiarate.
Per un dato modello di rotore, assumendo un rapporto ottimale tra velocità periferica e velocità del vento λ = ωR/U e il corrispondente Cp ottimale costante, densità e geometria fisse implicano che U sia proporzionale alla velocità del rotore ω.
Per un modello di rotore fissato, assumendo un rapporto ottimale tra velocità periferica e velocità del vento λ = ωR/U e il corrispondente Cp ottimale costante, densità e geometria fisse implicano che U sia proporzionale alla velocità del rotore ω. La potenza aerodinamica disponibile varia quindi come ω³. In regime stazionario, a quel confine del rotore, la coppia P/ω varia come ω² per velocità non nulla.
ROSCO descrive Kω² assumendo un TSR ottimale e condizioni di regime stazionario. K dipende dal modello e dal confine considerato; la trasmissione può modificare le coordinate del rotore/generatore. Il metodo non fornisce alcun coefficiente universale.
03 / Significato del ridimensionamento
La legge descrive una curva, non un funzionamento privo di vincoli.
Illustrazione proporzionale ideale: sulla stessa curva ottimale ipotizzata, raddoppiando ω si ottengono una coppia quattro volte maggiore e una potenza meccanica otto volte maggiore.
Illustrazione proporzionale ideale: Sulla stessa curva ottimale ipotizzata, raddoppiare ω produce una coppia quattro volte maggiore e una potenza meccanica otto volte maggiore. Ciò non significa che una turbina reale possa raddoppiare la propria velocità o potenza, né che qualsiasi condizione di vento raddoppiata rientri nel suo intervallo consentito.
Se la densità, la geometria, il calettamento delle pale o la relazione operativa ottimale cambiano, la descrizione originale a K costante potrebbe non rappresentare più lo stesso punto ottimale. Un riferimento definito matematicamente è distinto dalla capacità del meccanismo e del convertitore di seguirlo.
04 / Osservazione locale
Il metodo perturb-and-observe deduce una tendenza dalle variazioni delle condizioni.
Perturb-and-observe collega una piccola variazione del punto di funzionamento a un cambiamento osservato nella potenza definita.
Il metodo perturb-and-observe mette in relazione una piccola variazione del punto di funzionamento con una variazione osservata della potenza definita. Utilizza una tendenza locale anziché basarsi soltanto su una curva ottimale predefinita. La ricerca originale sull'MPPT ne discute le oscillazioni e i limiti in presenza di vento variabile.
Le variazioni del vento possono aumentare la potenza indipendentemente dalla perturbazione. Anche il rumore e il ritardo possono modificare la tendenza apparente. Questa limitazione non prescrive un algoritmo né un'ampiezza del passo.
05 / Effetti dinamici
L'energia accumulata nella rotazione e i vincoli influenzano la potenza transitoria.
Durante l'accelerazione o la decelerazione, l'energia meccanica può entrare o uscire dall'assemblaggio rotante.
Durante l'accelerazione o la decelerazione, l'energia meccanica può entrare nel gruppo rotante o uscirne. Un'osservazione istantanea della potenza elettrica non descrive quindi necessariamente una captazione aerodinamica in regime stazionario. Il guida all’inerzia spiega quel distinto termine energetico.
I vincoli termici, di tensione, di corrente e meccanici possono limitare il punto di funzionamento utilizzabile. Un obiettivo di massima potenza non può superare tali limiti, definire la gestione dell'energia in eccesso o dimostrare la compatibilità con un convertitore diverso.
06 / Ambito del prodotto
La terminologia del metodo non costituisce una dichiarazione di implementazione del controllo.
Per FD14-50KW è confermata la trasmissione diretta a magneti permanenti, ma questo fatto non ne determina il metodo MPPT, il coefficiente o le prestazioni.
Per FD14-50KW è confermato l'azionamento diretto a magneti permanenti, ma questo dato non ne stabilisce il metodo MPPT, il coefficiente o le prestazioni. Questa spiegazione non attribuisce alcuna implementazione MPPT né architettura del generatore agli altri quattro modelli.
Non viene fornito alcun algoritmo, guadagno, comando o valore di K. Il guida alla compatibilità tra eolico e solare tratta le interfacce delle apparecchiature.
Prosegui la verifica con Saturazione del controllo, windup integrale e anti-windup.
Prosegui la verifica con Assi d–q del PMSG e sistema di riferimento rotante.
Prosegui la verifica con Controllo PI e PID: ruoli delle azioni proporzionale, integrale e derivativa.
Informazioni generali: Abbas et al.: ipotesi relative al TSR ottimale e alla legge di coppia Kω² in ROSCO · Medikonda e Guo: ricerca originale sull'MPPT eolico, abstract e concetto P&O. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| Obiettivo | Potenza a un confine meccanico o elettrico specificato | Diversi confini di contabilizzazione delle perdite possono modificare l'ottimo. |
| Curva ottimale | T proporzionale a ω²; P proporzionale a ω³ | Cp/λ ottimali fissi, geometria, densità e stato stazionario. |
| Coefficiente K | Coefficiente del modello specifico per il confine considerato | Non un valore universale per la turbina o il controllore. |
| Tendenza locale | Variazione del punto di funzionamento rispetto al cambiamento osservato nella potenza. | La risorsa e le condizioni dinamiche possono agire da fattori confondenti. |
| Potenza transitoria | Potenza captata e variazione dell'energia rotazionale | L'uscita istantanea non coincide necessariamente con la captazione a regime. |
Domande ingegneristiche.
Kω² è una regola universale per i controllori eolici?
No. Ciò deriva dalle assunzioni definite riguardanti la curva ottimale e i confini.
Raddoppiare la velocità consente di ottenere una potenza in uscita del prodotto otto volte maggiore?
No. La legge di scala è un'illustrazione matematica valida a determinate condizioni, non un'autorizzazione al funzionamento.
Può un cambiamento del vento confondere un'osservazione di P&O?
Sì. La variazione di potenza può riflettere sia una variazione della risorsa sia il cambiamento del punto di lavoro.
La potenza in uscita dal generatore coincide sempre con il massimo aerodinamico?
No. Occorre distinguere i diversi confini di valutazione delle perdite e dell'energia.
Un PMSG dimostra un metodo specifico di MPPT?
No. L'architettura delle macchine e l'implementazione del controllo sono argomenti diversi.
Questa pagina fornisce un coefficiente o un algoritmo del prodotto?
No. Spiega soltanto i concetti dei metodi e i loro limiti.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
L'MPPT eolico riguarda il punto di funzionamento in cui un'uscita definita viene massimizzata nelle condizioni attuali. Condividi il modello e le informazioni operative o di progettazione applicabili per una discussione tecnica.