RÜZGAR TÜRBİNLERİNDE KANAT HATVE AÇISININ PID VE KAYAN KİPLİ DENETLEYİCİ TASARIMI

Abstract

Bu çalışmada, rüzgar türbinlerinde kanat hatve açısının kontrolü için PID ve kayan kipli kontrol (SMC) yöntemleri karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Rüzgar türbinlerinin güvenli, verimli ve kararlı çalışması için hatve açısı kontrolü büyük önem taşımakta olup, bu bağlamda iki farklı kontrol yaklaşımının performansları değerlendirilmiştir. Tezin hipotezi, klasik PID kontrol yapısına alternatif olarak kayan kipli kontrolün, değişken rüzgar hızları gibi dışsal bozuculara karşı daha üstün bir kararlılık ve geçici rejim performansı sunabileceği yönündedir. Bu amaçla, MATLAB ortamında oluşturulan dinamik bir rüzgar türbini modeli üzerinde her iki kontrolcü simüle edilmiştir. Modelde jeneratör hızı, rüzgar hızı ve çıkış gücü gibi parametreler dikkate alınarak hatve açısı dinamik olarak kontrol edilmiştir. Simülasyon sonuçları, SMC'nin PID kontrolöre göre özellikle rüzgar hızı değişimlerine karşı daha hızlı ve kararlı yanıt verdiğini; sistemdeki mekanik gerilimi ve enerji üretimindeki dalgalanmaları azalttığını göstermiştir. PID kontrolör ise daha sade yapısı ve uygulanabilirliği ile avantaj sağlamaktadır. Elde edilen bulgular, rüzgar türbini sistemlerinde hangi kontrol stratejisinin hangi koşullarda tercih edilmesi gerektiğine dair bilimsel bir çerçeve sunmaktadır.

In this study, the control of wind turbine blade pitch angle using PID and Sliding Mode Control (SMC) methods is comparatively analyzed. Blade pitch control plays a crucial role in ensuring the safe, efficient, and stable operation of wind turbines. In this context, the performance of two different control approaches has been evaluated. The hypothesis of the thesis suggests that, compared to the conventional PID control structure, the sliding mode control may offers superior stability and transient response performance, especially under varying wind speed conditions and external disturbances. For this purpose, both controllers were simulated on a dynamic wind turbine model developed in the MATLAB environment. In the model, parameters such as generator speed, wind speed, and output power were considered to dynamically adjust the pitch angle. Simulation results demonstrated that SMC provides a faster and more stable response than PID control, particularly against wind speed variations; it also reduces mechanical stress and fluctuations in energy production. On the other hand, the PID controller offers advantages in terms of simplicity and practical implementation. The findings offer a scientific framework for determining which control strategy is more effective under specific operating conditions in wind turbine systems.