Meer dan tweehonderd regelparameters automatisch afstemmen

Meer dan tweehonderd regelparameters

Regelingen van windturbines worden snel complexer. De eerste regelsystemen voor variabele snelheid beheersten alleen generatorsnelheid en -vermogen: één PID-lus voor snelheidsregeling via pitch, een koppel-snelheidscurve en een fine-pitch-schema. Afstemmen betekende minder dan vijf parameters instellen.

Een moderne turbineregelaar draait gemakkelijk acht of meer PID-lussen, uitgebreid met notch-filters, lead-lag-filters en laagdoorlaatfilters. Niet alleen voor snelheidsregeling, maar ook voor voor-achterwaartse versnellingsregeling om de belasting op de toren te verlagen, en voor bladbelastingsregeling om gondel en bladen te ontlasten. Dat zijn meer dan tweehonderd parameters.

Die zijn niet meer met de hand af te stemmen op een zinvolle manier. De PID’s voor de generatorsnelheidslus moeten samen met de voor-achterwaartse lus beoordeeld worden, niet alleen op demping en snelheid maar ook op hun grote effect op belastingen en pitchactiviteit, en die twee lussen werken sterk op elkaar in.

In de praktijk wordt daarom één keer handmatig getuned voor één configuratie. Daarna passen klanten de turbineconfiguratie aan en laten de regelparameters staan, of ze wijzigen alleen wat strikt noodzakelijk is. Er is simpelweg geen tijd. Het eindresultaat is een suboptimaal turbineontwerp.

Parameterberekening uit een opgegeven bandbreedte

Automatiseren hoe een regeltechnicus zou moeten werken.

Eerst een algoritme dat regelparameters berekent uit één opgegeven grootheid: de bandbreedte van de gesloten lus. Daarmee is het probleem teruggebracht van tweehonderd knoppen naar één.

Daarna zoeken naar de bandbreedte die een kostenfunctie minimaliseert, waarin gewogen belastingen tegen vermogensafgifte worden afgewogen. Die kostenfunctie gebruikt data uit belastingsimulaties op een aero-elastisch model.

De uitkomst is niet één antwoord maar een curve: per bandbreedte de toename of afname in vermogen en in ontwerp-equivalente belastingen, relatief aan de oorspronkelijke afstemming. De turbineontwerper kan daarmee snel het effect beoordelen en zelf kiezen tussen meer belastingreductie met minder vermogen, of omgekeerd.

De algoritmen zijn niet gebonden aan een bepaalde besturingssoftware, en er is geen inzage in de details van die software nodig om ze te laten werken.

Van tunen naar kiezen

Wanneer een ontwerpkeuze te veel knoppen heeft, gaat niemand hem meer maken. De winst zit er dan in het aantal knoppen terug te brengen tot één betekenisvolle, en de rest daaruit af te leiden. Dan verschuift het gesprek van tunen naar kiezen, en dat is een gesprek dat de ontwerper wél kan voeren.