Energy-shaping optimal load control of PMSG in a stand-alone wind turbine as a port-controlled Hamiltonian system

• Autorzy: Shchur I. , Rusek A. , Biletskyi Y.

Identyfikatory

DOI

10.12915/pe.2014.05.10

Warianty tytułu

PL

Energetycznie kształtowana optymalizacja obciążenia PMSG w autonomicznej elektrowni wiatrowej jako sterowanym układzie Hamiltona

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents energy-based control system of the stand-alone wind turbine. The procedure of the control system synthesis is performed at first separately for a mechanical part considered as two-mass and an electromagnetic part – PMSG with active rectifier. Then the obtained regulators are composed together. In order to create a sensorless control system the energy-shaping control is combined with the wellknown Morimoto’s maximum power point tracking (MPPT) control. This system operates in optimal response mode that provides the improvement of energy extraction compared to Morimoto on 0.7-16% at different winds.

PL

Artykuł przedstawia syntezę systemu sterowania autonomicznej turbiny wiatrowej w oparciu o podejście energii. Procedurę syntezy przeprowadzono oddzielnie dla części mechanicznej, która jest traktowana jako układ dwumasowy, i elektromagnetycznej – PMSG z prostownikiem aktywnym. Następnie otrzymane sterowniki składają się razem. W celu stworzenia bezczujnikowego systemu sterowania, sterowanie kształtowane energetycznie połączono z klasyczną kontrolą MPPT według Morimoto. Powstały system pracuje z optymalną wydajnością, co zwiększa odbieraną energiję w porównaniu do Morimoto na 0,7-16% przy różnych wiatrach.

Słowa kluczowe

EN

wind energy conversion system; energy-shaping control; port-controlled Hamiltonian system; sensorless control

PL

elektrownia wiatrowa; sterowanie kształtowane energetycznie; sterowany układ Hamiltona; sterowanie bezczujnikowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 90, nr 5
• Strony: 50--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Shchur I.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Instytut Elektrotechniki Przemysłowej, al. Armii Krajowej 17, 42-200 Czstochowa

autor

Rusek A.

• Politechnika Częstochowska, Wydział Elektryczny, Instytut Elektrotechniki Przemysłowej, al. Armii Krajowej 17, 42-200 Czstochowa

autor

Biletskyi Y.

• Politechnika Lwowska, Instytut Energetyki i Układόw Sterowania, ul. Bandery 12, 79013 Lwόw, Ukraina

Bibliografia

• [1] Muteanu I., Bratcu A.I., Cutululis N.A., Ceangă E., Optimal Control of Wind Energy Systems, Springer, 2008, 284 p.
• [2] De Battista H., Mantz R. J., Christiansen C. F., Energy-based approach to the output feedback control of wind energy systems, Int. J. Control., 76 (2003), n.3, 299-308.
• [3] Morimoto S., Nakayama H., Sanada M., Sensorless output maximization control for variable-speed wind generation system using IPMSG, IEEE Trans. Ind. Electron., 41 (2005), n.1, 60-67.
• [4] Shchur I.Z., Shchur V.I., Optimal control of different power wind turbines in terms in turbulent winds, Visnyk Natsionalnogo universytetu “Lvivska politekhnika”, 736 (2012), 146-152. (in Ukrainian)
• [5] Ortega R., van der Schaft A., Mareels I., Maschke B., Putting energy back in control, IEEE Contr. Syst. Mag., 21 (2001). n.2, 18–33.
• [6] Ortega R., van der Schaft A.J., Castanos F., Astolfi A., Control by Interconnection and Standard Passivity-Based Control of Port-Hamiltonian Systems, IEEE Trans. Aut. Control. 53 (2008), n.11, 2527-2542.
• [7] Ortega R., van der Schaft A.J., Escobar G., Maschke B., Interconnection and damping assignment passivity-based control of port-controlled Hamiltonian systems, Automatica, 38 (2002), 585-596.
• [8] Zou. Z., Yu Н., Tang Y., Maximum output power of PMSM based on energy-shaping and PWM control principle, IEEE Intr. Conf. on Aut. and Log., 2008, 1556–1560.
• [9] Bose B.K., Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice- Hall, 2002, 711 р.
• [10] Hussein M.M., Orabi M., Ahmed M. E., Hamada M.M., Simple direct sensorless control of permanent magnet synchronous generator wind turbine, Intr. Mid. East. Pow. Syst. Conf. (MEPCON), 2010, 652–656.
• [11] Shchur I.Z., Biletskyi Y.О., Energy-shaping optimal control of electric wind turbine with permanent magnet synchronous generator, Naukovi pratsi Donetskogo natsionalnogo tehnichnogo universytetu, 2013, 280-286. (in Ukrainian)
• [12] Eisenhut C., Krug F., Schram C., Klöckl B., Wind-turbine model for system simulations near cut-in wind speed, IEEE Trans. on Energy Conversion, 22 (2007), n.2, 414-420.