NONLINEAR ALGORITHMS FOR LOAD DISTRIBUTION TO WIND TURBINE STABILIZATION CHANNELS

Keywords: wind power plants, Darier rotor, rotation stabilization, stability, performance, dynamic algorithms, mathematical modeling

Abstract

Today, wind power plants are increasingly taking up a place among operating renewable energy systems. To achieve their most successful operation, it is extremely important to use the maximum available wind power to achieve wind turbine (WT) operation at maximum power. Algorithms for tracking the maximum power point and algorithms for stabilizing the operation of the WT in a small vicinity of this point are extremely important in this context. To ensure small deviations in the rotation speed around the maximum power point for the current wind flow speed, the traditional means is to use a generator to control the rotation of the WT rotor. The use of changes in the turbine rotor configuration for this purpose is a fairly new direction in the design of control systems. Researchers note a number of useful properties of WTs with a variable rotor configuration, which make them quite promising for further use. The difficulties of designing such VTs are associated with the increased methodological complexity of the analysis and synthesis of rotor rotation control systems – general mathematical models of the rotor are nonlinear, which is associated with the dependence of the rotor inertia tensor on changes in generalized coordinates, and their linearization leads to non-stationary models. Unfortunately, there is no comprehensive description of such systems. A possible way to reduce the complexity of the description is to reduce the maximum changes in the length of the traverses while ensuring the loading of both stabilization channels – the channels for changing the length of the blades and the traverses during their joint operation. The purpose of the article is to analyze the stability of dynamic algorithms and quality indicators of the regulation system for stabilizing the rotation of the Darie VT rotor of variable configuration, as well as the conditions for the absence of a static regulation error. The methods for solving the problem are methods of the classical theory of automatic control and mathematical modeling. The novelty of the obtained results lies in the constructed dynamic stabilization algorithms, the conditions of their stability and the absence of a static regulation error, as well as in the dissemination of the method of load distribution on stabilization channels with algorithms that dynamically The conducted mathematical modeling proved a significant improvement in the dynamic properties of the variable configuration Darier rotor rotation stabilization system using dynamically changing algorithms.

References

1. Основи вітроенергетики: підручник / Г. Півняк, Ф. Шкрабець, Н. Нойбергер, Д. Ципленков: М-во освіти і науки України, Нац. гірн. ун-т. Дніпро. НГУ, 2015. 335 с. [Інтернет ресурс] https://pidru4niki.com/83008/tehnika/osnovi_vitroenergetiki
2. Pande J., Nasikkar P., Kotecha K., Varadarajan V. A Review of Maximum Power Point Tracking Algorithms for Wind Energy Conversion Systems. J. Mar. Sci. Eng. 2021, 9, 1187. https://doi.org/10.3390/jmse9111187
3. Дзензерський В. А., Тарасов С. В., Костюков И. Ю. Вітроустановки малої потужності. К. : Наук. думка, 2011. 592 с.
4. Оборський Г. А., Моргун Б. А., Бундюк А. Н. Побудова математичної моделі вітроелектричної установки як об’єкта управління обертами ротора. Праці Одеського політехнічного університету. 2013. Вип. 2(41). С. 142–147.
5. Sharma R. N., Madawala U. The Concept of a Smart Wind Turbine System: 16th Australasian Fluid Mechanics Conference, Crown Plaza, Gold Coast, Australia, December 2–7, 2007, pp. 481–486.
6. Тарасов С. В., Редчиць Д. О., Тарасов А. С., Дорош О. В. Модель динаміки ротора Дар’є змінної конфігурації. Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Інформаційні технології в металургії та машинобудуванні» (ІТММ-2023), 22 березня 2023 р. Зб. наук. праць. Дніпро: Український державний університет науки і технологій. 2023. С. 208–211. https://doi.org/10.34185/1991-7848.itmm.2023.01.057
7. Тарасов С. В., Молотков О. Н. Алгоритми стабілізації швидкості обертів ротора Дар’є вітроенергетичної установки, керованого змінами довжини лопатей. Технічна механіка. 2023. № 4. С. 50–59. https://doi.org/10.15407/itm2023.04.050
8. Тарасов С. В., Молотков О. Н. Стабілізація обертання ротора Дар’є змінного моменту інерції, керованого варіаціями довжини траверс. Технічна механіка. 2025. № 1. С. 89–102. https://doi.org/10.15407/itm2025.01.089
9. Тарасов С. В., Молотков О. Н., Тарасов А. С., Чернявський Є. Ю. Аналіз показників якості системи стабілізації обертів ротора Дар’є ВЕУ. Матеріали 14-ї Міжнародної науково-практичної конференції «Сучасні енергетичні установки на транспорті, технології та обладнання для їх обслуговування» (СЕУТ-ТОО-2023), 16–18 березня 2023 р. Зб. наук. праць. Херсон: Херсонська державна морська академія. 2023. С. 284–286.
10. Тарасов С. В., Молотков О. Н. Моделювання перехідних процесів в системі стабілізації обертів ротора Дар’є вітрової турбіни. Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Інформаційні технології в металургії та машинобудуванні» (ІТММ-2023), 22 березня 2023 р. Зб. наук. праць. Дніпро: Український державний університет науки і технологій. 2023. С. 204–207. https://doi.org/10.34185/1991-7848.itmm.2023.01.056
11. Тарасов С. В., Молотков О. Н. Модель динаміки ротора Дар’є, керованого змінами довжини траверс. Матеріали 15-ї Міжнародної науково-практичної конференції «Сучасні енергетичні установки на транспорті і технології та обладнання для їх обслуговування» (СЕУТТОО-2024), 13–15 березня 2024 р. Зб. наук. праць. Херсон : Херсонська державна морська академія. 2024. С. 224–226.
12. Тарасов С. В., Молотков О. Н. Стабілізація обертання ротора Дар’є сумісними змінами довжини лопатей і траверс. Технічна механіка. 2024. № 2. С. 92–105. https://doi.org/10.15407/itm2024.02.0 92
13. Тарасов С. В., Молотков О. Н. Моделювання динамічних алгоритмів розподілу навантаження на канали стабілізації вітрової турбіни. Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Інформаційні технології в металургії та машинобудуванні» (ІТММ-2025), 23–24 квітня 2025 р. Зб. наук. праць. Дніпро: Український державний університет науки і технологій. 2025. С. 417–421. https://doi.org/10.34185/1991-7848.itmm.2025.01.07415
14. Eduardo D. Sontag. Smooth stabilization implies coprime factorization. IEEE Trans. Autom. Control, 34(4):435–443, 1989.
15. Henry D’Angelo. Linear time-varying systems: Analysis and synthesis. – Allyn&Bacon, – Boston, 1970. – 288p
Published
2026-05-30
How to Cite
Tarasov, S. V., & Molotkov, O. N. (2026). NONLINEAR ALGORITHMS FOR LOAD DISTRIBUTION TO WIND TURBINE STABILIZATION CHANNELS. Systems and Technologies, 72(2), 42-50. Retrieved from https://st.umsf.in.ua/index.php/journal/article/view/295
Section
APPLIED MATHEMATICS