Maximum power point tracking for wind turbine with nonlinear direct powers control of DFIG integrated to grid using VOC

• Autorzy: Loucif Mourad , Mechernene Abdelkader

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.04.13

Warianty tytułu

PL

Sledzenie punktu mocy maksymalnej dla turbiny wiatrowej z nieliniową bezposrednią kontrolą mocy DFIG zintegrowanego z siecią za pomocą VOC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper is aimed to describe a wind energy conversion system, including a doubly fed induction generator (DFIG), a bidirectional converter in the rotor circuit the DFIG is able to work as a generator in both sub-synchronous and super-synchronous modes. The topology of a DFIG, stator is connected direct to the grid while the rotor is connected to grid with back to back converters. The wind turbine was controlled using a maximum power point tracking with linear PI regulator. The nonlinear backstepping controller is applied to the rotor side converter (RSC) for the independently control of active and reactive powers taking into consideration the full nonlinear model of the DFIG, we don’t neglecting small stator resistor and using voltage oriented control (VOC). The grid side converter (GSC) is controlled by using the oriented voltage control strategy. Also the DC link voltage control ensures the operation of unity power factor by making the reactive power zero. The obtained results are very satisfactory for this new kind of application.

PL

Niniejsza praca ma na celu opisanie systemu konwersji energii wiatru, w sklad którego wchodzi dwustronnie zasilany generator indukcyjny (DFIG), dwukierunkowy przekształtnik w obwodzie wirnika, który DFIG moze pracować jako generator zarówno w trybie podsynchronicznym, ´ jak i nadsynchronicznym. Topologia DFIG, stojan jest podłaczony bezposrednio do sieci, podczas gdy wirnik jest podłączony do sieci za pomocą konwerterów typu back-to-back. Turbina wiatrowa była sterowana za pomocą sledzenia punktu mocy maksymalnej z liniowym regulatorem PI. Nieliniowy ´ regulator krokowy zastosowano w przekształtniku po stronie wirnika (RSC) w celu niezależnego sterowania mocą czynna i bierna, biorąc pod uwagę pełny nieliniowy model DFIG, nie zaniedbując małego rezystora stojana i stosując sterowanie zorientowane na napięcie (VOC) . Konwerter po stronie sieci (GSC) jest sterowany za pomoca zorientowanej strategii sterowania napięciem. Również regulacja napięcia obwodu posredniego zapewnia ´ pracę z jednostkowym współczynnikiem mocy poprzez zerowanie mocy biernej. Uzyskane wyniki są bardzo zadowalające dla tego nowego rodzaju aplikacji.

Słowa kluczowe

EN

wind turbine; MPPT; double fed induction generator; voltage oriented control; backstepping; grid side converter

PL

turbina wiatrowa; generator DFIG; maksymalna moc

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 4
• Strony: 77--83
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Loucif Mourad

• Laboratoire d’automatique de Tlemcen (LAT), Department of Electrical and Electronics Engineering, Faculty of Technology, University Abou Bekr Belkaid, Chetouane B.P 230 Tlemcen, Algeria

autor

Mechernene Abdelkader

• Laboratoire d’automatique de Tlemcen (LAT), Department of Electrical and Electronics Engineering, Faculty of Technology, University Abou Bekr Belkaid, Chetouane B.P 230 Tlemcen, Algeria

Bibliografia

• [1] Yessef M., Bossoufi B., Taoussi M., Lagrioui A., Chojaa H.,: Improved hybrid control strategy of the doubly-fed induction generator under a realwind profile, International Conference Digital Technologies and Applications, pp. 1724–1735, 2021.
• [2] Krstic M., Kanellakopoulos I., Kokotovic P.V.,: Nonlinear and Adaptive Control Design, Wiley, New York, 1995.
• [3] Blaschke F.: The principle of field oriented as applied to the new transvector closed-loop control system for rotating-field machine, Siemens Review XXXIX, 5(4), pp. 217-220, 1972.
• [4] Utkin V.I.: Variable Structure Systems with Sliding Mode, IEEE. Trans. Automatic Control, 22(2), pp. 212-222
• [5] Gille J.C.: Systs asservis non linaires, Edition Dunod
• [6] Loucif M., Boumediene A., Mechernene A.: Maximum power point tracking based on backstepping control of wind turbine, Electrotehnica, Electronica, Automatica, (EEA), 62(3), Sep. 2014.
• [7] Doumi M., Aissaoui A., Tahour A., Abid M., Thir K.: Nonlinear integral backstepping control of wind energy conversion system based on a double-fed induction generator, Przeglad Elektrotechniczny, 92(3), 2016.
• [8] Loucif M., Boumediene A.: Modeling and direct power control for a DFIG under wind speed variation, Proceedings of the 3rd international conference on control, engineering information technology, Tlemcen, Algeria. May. 2015.
• [9] El Aimani S.: Modélisation de différentes technologies d’éoliennes intégrées dans un réseau de moyenne tension, PHD thesis Doctorat, Lille, 2004.
• [10] Ayrir W., Ourahou M., Haddi A.: DFIG stator reactive and active power control based fuzzy logic, International journal of circuits, systems and signal processing, 12, 2018.
• [11] Mohammedi M., Bendiabdellah A., Allaoui T., Cherif B.: Wind energy conversion system control robustness based on current analysis of IGBT open-circuit fault, Przeglad Elektrotechniczny, 96(10), 2020.
• [12] Bossoufi B., Karim M., Lagrioui A., Taoussi M., Derouich A.: Observer backstepping control of DFIG generators for wind turbines variable speed: FPGA based implementation, Renewable Energy Journal, 81, pp. 903–917, 2015.
• [13] Lihui Y., Xikui M., Dong D.: Hopf bifurcation in doubly fed induction generator under vector control, Chaos, Solitons Fractals, 2009.
• [14] Loucif M.: Synthèse de lois de commande non-linéaires pour le contrôle d’une machine asynchrone á double alimentation dédiée áun système aérogénérateur, PHD Thesis Doctorat, University of Tlemcen, 2016.
• [15] Bourdoulis M., Alexandridis A.: A new controller design and analysis of dfig wind turbine systems for mpp operation, Euro Con. Zagreb, Croatia, 2013.
• [16] Loucif M., Mechernene A.: Integral backstepping power control of DFIG based nonlinear modeling using voltage oriented control, International Conference Digital Technologies and Applications, pp. 1724–1735, 2021.
• [17] Bourdoulis M., Alexandridis A.: Nonlinear stability analysis of dfig wind generators in voltage oriented control operation, European Control Conference (ECC), Zrich, Switzerland, 2013.
• [18] El Mourabit Y., Derouich A., El Ghzizal A., El Ouanjli N., Zamzoum O.: Nonlinear backstepping control for PMSG wind turbine used on the real wind profile of the Dakhla-Morocco city, Int Trans Electr Energ Syst, 2020.
• [19] Loucif M., Boumediene A., Mechernene A.: Backstepping control of double fed induction generator driven by wind turbine, Proceedings of the 3rd International Conference on Systems and Control, Algiers, Algeria, October. 2013.
• [20] Loucif M., Boumediene A., Mechernene A.: Nonlinear sliding mode power control of DFIG under wind speed variation and grid connexion, Electrotehnica, Electronica, Automatica, (EEA), 63(3), Sep. 2015.
• [21] Riouch T., El bachtiri R.: Robust control of the active and reactive power exchanged with the rotor of the DFIG and the grid, WSEAS transactions on environment and development, 9(1), 2013.
• [22] Mechernene A., Zerikat M., Chekroun S.: Dynamical performances of sensorless vector control induction motor drive with a new adaptive neural network speed observer, Sciences and Techniques of Automatic Control, 2010.
• [23] Abdenour Abdelli.: Optimisation multicrit d’une cha ienne passive, PHD thesis of the national polytechnic institute of Toulouse., Plasma and energy conversion laboratory, 2007.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).