Design of robust QFT control for wind turbines based on advanced specifications

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dc.contributor.advisorElso Torralba, Jorge
dc.contributor.advisorBarreras Carracedo, Marta
dc.contributor.authorArellano Aguado, Jesús
dc.contributor.departmentIngenieríaes_ES
dc.contributor.departmentIngeniaritzaeu
dc.date.accessioned2025-05-27T12:11:07Z
dc.date.available2025-05-27T12:11:07Z
dc.date.issued2025
dc.date.submitted2025-05-08
dc.description.abstractLa tendencia de la energía eólica hacia rotores más grandes y mayores alturas de buje alcanza su límite cuando el ancho de banda del controlador de paso de pala del aerogenerador se ve limitado por el primer modo de flexión longitudinal de la torre. Mientras que la mayoría de los fabricantes intentan encontrar soluciones alternativas con diseños de torres no convencionales, esta investigación presenta una solución de control basada en la Teoría de Realimentación Cuantitativa (QFT) que proporciona un rechazo efectivo de perturbaciones mientras preserva diseños de torres convencionales y rentables para alturas de buje muy elevadas. La metodología aprovecha las especificaciones en el dominio de la frecuencia en variables medidas y no medidas, brindando a los diseñadores de control la información necesaria para optimizar el uso de la realimentación disponible. Además, se desarrolla una novedosa extensión de la especificación basada en la carga de componentes a una especificación de daño por fatiga, con el fin de optimizar aún más el proceso de diseño de control. El procedimiento propuesto se aplica a un modelo realista de turbina eólica con una altura de buje de 180 metros, demostrando tanto la viabilidad técnica de la solución como su potencial para un caso de negocio rentable. Las principales contribuciones teóricas se desarrollan utilizando modelos de acceso abierto y se difunden a través de publicaciones en revistas y presentaciones en congresos. Sin embargo, este trabajo también tiene importantes aplicaciones industriales en colaboración con Siemens Gamesa Renewable Energy. Esto incluye la publicación de una patente aplicable a nivel mundial, el desarrollo de un entorno de diseño de control a medida y la certificación de la tecnología en un prototipo a escala real construido específicamente para este proyecto.es_ES
dc.description.abstractWind energy tendency towards larger rotors and higher hub heights reach a limit when wind turbine pitch controller bandwidth is constrained by the first tower fore-aft bending moment. While most manufacturers try to find a workaround with alternative non-standard tower designs, this research presents a control solution based on Quantitative Feedback Theory (QFT) that provides effective disturbance rejection while preserving cost-effective, conventional tower designs for very high hub heights. The methodology leverages frequency-domain specifications on both measured and non-measured variables, providing control designers with the insights needed to optimize the use of the available feedback. Additionally, a novel extension of component load-based specification to fatigue damage specification is developed, for the further optimization of the control design process. The proposed procedure is applied to a realistic wind turbine model of 180-meter hub height, demonstrating both the technical feasibility of the solution and its potential for a profitable business case. The main theoretical contributions are developed using open-access models and disseminated through journal publications and conference presentations. However, this work also has significant industrial applications in collaboration with Siemens Gamesa Renewable Energy. This includes the publication of a globally applicable patent, the development of a tailored control design environment, and the certification of the technology on a full-scale prototype constructed specifically for this project.en
dc.description.doctorateProgramPrograma de Doctorado en Tecnologías de las Comunicaciones, Bioingeniería y de las Energías Renovables (RD 99/2011)es_ES
dc.description.doctorateProgramBioingeniaritzako eta Komunikazioen eta Energia Berriztagarrien Teknologietako Doktoretza Programa Ofiziala (ED 99/2011)eu
dc.format.extent219 p.
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.doi10.48035/Tesis/2454/54145
dc.identifier.urihttps://academica-e.unavarra.es/handle/2454/54145
dc.language.isoeng
dc.relation.publisherversionhttps://doi.org/10.48035/Tesis/2454/54145
dc.rightsCreative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
dc.rights.accessRightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.es_ES
dc.subjectControl robustoes_ES
dc.subjectQFTes_ES
dc.subjectEnergía eólicaes_ES
dc.subjectAerogeneradores_ES
dc.subjectTorre soft-softes_ES
dc.subjectDaño a fatigaes_ES
dc.subjectReducción de cargaes_ES
dc.subjectCoste nivelado de la energíaes_ES
dc.subjectRobust controlen
dc.subjectQFTen
dc.subjectWind energyen
dc.subjectWind turbineen
dc.subjectSoft-soft toweren
dc.subjectFatigue damageen
dc.subjectLoad reductionen
dc.subjectLCoEen
dc.titleDesign of robust QFT control for wind turbines based on advanced specificationsen
dc.title.alternativeDiseño de control robusto QFT para aerogeneradores basado en especificaciones avanzadases_ES
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis
dspace.entity.typePublication
relation.isAdvisorOfPublication71dbdc9a-52f5-4acb-9d8b-b377b96e47b2
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relation.isAuthorOfPublication03ff2331-9ad5-428e-a6c1-5891e1ef716d
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