Dissertação

{pt_PT=Control of an Oscillating Water Column Wave Energy Converter} {} EVALUATED

{pt=O objectivo deste trabalho foi maximizar a energia extraída de uma estação de aproveitamento da energia das ondas, localizada em Mutriku, Espanha, onde está instalada uma turbina desenvolvida pelo Grupo de Energia das Ondas do Instituto Superior Técnico. O método de conversão de energia presente na estação é o princípio da coluna de água oscilatante. Para tal foram aplicadas duas estratégias de controlo. A primeira consistiu em manipular uma válvula instalada em série com a turbina, com a finalidade de controlar o seu fluxo de ar, sendo isto implementado através de um método preditivo de optimização chamado Branch and Bound, tendo em conta uma estratégia de Receding Horizon Control. Verificou-se que o método de optimização utilizado, Branch and Bound, não é uma boa escolha para aplicar a este tipo de conversores de energia das ondas, visto que a maior parte das optimizações realizadas demorava tempos impraticáveis para serem implementadas no sistema real. A segunda estratégia aplicada passou por controlar a velocidade de rotação da turbina. Para tal foram implementados controladores PID com e sem o comportamento de reset, que seguiram uma referência de velocidade de rotação. Adicionalmente, os parâmetros dos controladores foram optimizados através de um algoritmo genético. Esta estratégia de controlo resultou em melhorias significativas para estados de mar menos energéticos quando comparado com o caso base. Para além disso, devido à grande viabilidade de implementação deste tipo de controladores em sistemas reais, conclui-se que são uma alternativa a explorar., en=The main goal of this work was to maximize the energy extracted by a wave energy power-station, localized in Mutriku, Spain, where a turbine developed by the Wave Energy Group of Instituto Superior Técnico is installed. The power plant uses the principle of the Oscillating Water Column to convert energy from the waves. With the purpose of maximizing the extracted energy, two control strategies were applied to the power take-off system. The first consisted in actuating a valve installed in series with the turbine, in order to control its air-flow. This was implemented using a predictive optimization method called Branch and Bound, which calculates the best valve position at every instance, in a receding horizon strategy. The results show that the Branch and Bound method is not a good choice to apply to this kind of wave energy converters, since most of the optimizations could not be implemented in the real time. The second strategy applied consisted in controlling the turbine rotational speed. In order to do this, several PID controllers were implemented, with and without reset, using as reference the rotational speed that sets the turbine at the best efficiency point. Additionally, the PID parameters were optimized through a genetic algorithm. This control strategy is able to perform large improvements only for low energetic sea states, in comparison with the base case. Due to the great implementation viability of these type of controllers, in real system applications, it was concluded that they could be alternative to explore.}
{pt=Mutriku, Coluna de Água Oscilante, Controlo, Branch and Bound, PID, Algoritmo Genético, en=Mutriku, Oscillating Water Column, Control, Branch and Bound, PID, Genetic Algorithm}

Junho 17, 2019, 9:0

Orientação

ORIENTADOR

João Carlos Campos Henriques

Instituto Superior Técnico

Professor Auxiliar Convidado

ORIENTADOR

Duarte Pedro Mata de Oliveira Valério

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar