Executive Secretary
21st International Symposium on Electrical Engineering
SIE 2025
Abstract
Abstract: Wind variability and limitations of traditional controllers (PID/MPC) reduce energy efficiency and increase mechanical wear in wind turbines, compromising their economic and operational viability. Objectives: Maximize energy generation through dynamic pitch/yaw adjustments; minimize structural loads to extend the lifespan of critical components. The Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) algorithm was implemented in Python/Gym, trained with historical wind data (2015-2022) from Santiago de Cuba. Validation used Python-MATLAB/Simulink co-simulation, comparing performance against PID and MPC controllers on a 5 MW turbine (IEC 61400-1 standard). DDPG increased annual energy production (AEP) by 15% and reduced mechanical loads (blade root DEL) by 20%. It outperformed standard controls in operational stability under turbulence (71% fewer fluctuations than ROSCO), demonstrating adaptability in untrained conditions (σ > 3.5 m/s). DDPG resolves the historical dichotomy between energy efficiency and structural preservation. Its multi-criteria reward function and industrial simulator integration represent significant advances for Deep Reinforcement Learning adoption in wind energy.
Resumen
La variabilidad eólica y las limitaciones de los controladores tradicionales (PID/MPC) reducen la eficiencia energética y aumentan el desgaste mecánico en turbinas eólicas, comprometiendo su viabilidad económica y operativa. El objetivo de esta investigacion es el desarrollo de un sistema de control de turbinas eolicas para maximizar la generación de energía mediante ajustes dinámicos de pitch/yaw; minimizar cargas estructurales para prolongar la vida útil de componentes críticos. Se implementó el algoritmo Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) en Python/Gym, entrenado con datos históricos de viento (2015-2022) de Santiago de Cuba. La validación empleó simulación híbrida Python-MATLAB/Simulink, comparando desempeño frente a PID y MPC en una turbina de 5 MW (Norma IEC 61400-1). El DDPG incrementó un 15% la generación energética anual (AEP) y redujo un 20% las cargas mecánicas (DEL en raíz de pala). Superó a controles estándar en estabilidad operativa bajo turbulencia (71% menos fluctuaciones que ROSCO), demostrando adaptabilidad en condiciones no entrenadas (σ > 3.5 m/s). El DDPG resuelve la dicotomía histórica entre eficiencia energética y preservación estructural. Su función de recompensa multicriterio e integración en simuladores industriales constituyen avances significativos para la adopción de Deep Reinforcement Learning en energía eólica.
About The Speaker
Jason Michel Martínez Calzadilla

Discussion