Improved control strategy of wind energy conversion system with PMSG during low voltage sags

• Autorzy: Gajewski Piotr

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2020.04.26

Warianty tytułu

PL

Zmodyfikowana strategia sterowania przekształtnikowym układem elektrowni wiatrowej z generatorem PMSG podczas zapadów napięcia sieci AC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the improved control strategy for Wind Energy Conversion System (WECS) during voltage sags. The considered back-to-back converter system includes: Ma-chine Side Converter (MSC) and Grid Side Converter (GSC) with control circuits. To the wind turbine the direct driven Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) has been connected. In the control of MSC the modified Direct Torque Control (DTC) has been applied. The modified Direct Power Control (DPC) for control of GSC has been used. Under the voltage sags, the control circuits of MSC and GSC are forced to fulfil the Low-Voltage Ride Through (LVRT) requirements. The constant DC link voltage during grid faults is achieved by storing the surplus active power in the mechanical system inertia of the wind turbine. The effectiveness of considered control methods have been tested by simulation studies during unsymmetrical voltage sags. The obtained simulation studies confirmed good performance of applied control methods. The application of positive sequence components of grid voltage vector allows to reduce influence of unsymmetrical voltage sags.

PL

W artykule przedstawiono zmodyfikowaną strategie sterowania przekształtnikowym układem elektrowni wiatrowej podczas zapadu napięcia sieci AC. Przekształtnikowy układ elektrowni wiatrowej składa się z: Przekształtnika Maszynowego (PM), Przekształtnika Sieciowego (PS) oraz układów sterowania. Do turbiny wiatrowej został przyłączony bezprzekładniowy generator synchroniczny o magnesach trwałych (PMSG). Do sterowania PM zastosowano zmodyfikowaną metodę bezpośredniego sterowania momentem generatora (DTC). Do sterowania PS zastosowano zmodyfikowaną metodę bezpośredniego sterowania mocą (DPC). Podczas występowania zapadów napięcia sieci AC zmodyfikowano układy sterowania PM i PS w celu spełnienia wymagań LVRT. W celu utrzymania stałego napięcia w obwodzie pośredniczącym DC zastosowano metodę pozwalająca na zgromadzonej nadwyżki energii kinetycznej w łopatach turbiny wiatrowej. W celu potwierdzenia dużej skuteczności rozpatrywanych metod sterowania przeprowadzono badania symulacyjne. Uzyskane wyniki badań symulacyjnych potwierdzają dużą skuteczność zaproponowanych metod sterowania.

Słowa kluczowe

EN

wind turbine; PMSG; DTC; DPC; simulation studies

PL

turbina wiatrowa; PMSG; DTC; DPC; badanie symulacyjne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 96, nr 4
• Strony: 123--128
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Gajewski Piotr

• Wrocław University of Science and Technology, Department of Electrical Machines, Drives and Measurements, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław

Bibliografia

• [1] Abdelrahem M., Mobarak M.H., Kennel R., Realization of lowvoltage ride through requirements for PMSGs in wind turbines systems using generator-rotor inertia, International Conference on Electrical and Computer Engineering (ICECE), Dhaka, pp. 54-57 (2016).
• [2] Nasiri M., Milimonfared J., Fathi S.H., A review of low-voltage ride-through enhancement methods for permanent magnet synchronous generator based wind turbines, Renewable and Sustainable Energy Review, no. 47, pp. 399-415 (2015).
• [3] Ibrahim R. A., Hamad M. S., Dessouky Y. G., Williams B.W., A review on recent low voltage ride-through solutions for PMSG wind turbine, International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, Sorrento, pp. 265- 270 (2012).
• [4] Gajewski P., Pieńkowski K., Control of wind turbine system with PMSG for low voltage ride through, International Symposium on Electrical Machines, IEEE Xplore, SME, pp. 1-6 (2018).
• [5] Muyeen S.M., Takahashi R., Murata T., Tamura J., A variable speed wind turbine control strategy to meet wind farms grid code requirements, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 25, no. 1, pp. 331-340 (2010).
• [6] Ki-Hong K., Yoon-Cheul J., Dong-Choon L., Heung-Geun K., LVRT scheme of PMSG wind power systems based on feedback linearization, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 27, no. 5, pp. 2376-2384 (2012).
• [7] Alepuz S., Calle A., Busquets-Monge S., Kouro S., Wu B., Use of stored energy in PMSG rotor inertia for low-voltage ridethrough in back-to-back NPC converter-based wind power systems, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. 5, pp. 1787-1796 (2013).
• [8] Zheng X., Liu Y., Liu Z., Li Y., Wang C., Feng Y., Coordinating control method to improve LVRT ability of PMSG, IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), Wuhan, pp. 1461-1465 (2018).
• [9] Yan Z., Mingliang C., Zhen X., Li Xu., Wang W., An experimental system for LVRT of direct-drive PMSG wind generation system, IEEE 8th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC-ECCE Asia), Hefei, pp. 1452-1456 (2016).
• [10] Gajewski P., Analysis of power converter system of wind turbine with permanent magnet synchronous generator, PhD thesis, Wrocław University of Science and Technology, (2018).
• [11] Muyeen S.M., Takahashi R., Murata T., Tamura J., A variable speed wind turbine control strategy to meet wind farms grid code requirements, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 25, no. 1, pp. 331-340 (2010).
• [12] Dey P., Datta M., Fernando N., Senjyu T., Fuzzy-based Coordinated Control to Reduce DC-link Overvoltage of a PMSG based Wind Energy Systems during Grid Faults, International Conference on Electric Power and Energy Conversion Systems (EPECS), Kitakyushu, Japan, pp. 1-6 (2018).
• [13] Muyeen S.M., Takahashi R., Murata T., Tamura J., Low voltage ride through capability enhancement of fixed speed wind generator, IEEE Bucharest PowerTech, pp. 1-6 (2009).
• [14] Gajewski P., Pieńkowski K., Advanced control of direct-driven PMSG generator in wind turbine system, Archives of Electrical Engineering, vol. 65, no. 4, pp. 643-656 (2016).
• [15] Zielonka P., Jasiński M., Bobrowska-Rafał M., Sikorski A., Sterowanie przekształtnika sieciowego AC-DC podczas zapadów w sieci elektroenergetycznej, Przegląd Elektrotechniczny, R.87, nr 6/2011, pp. 79-84 (2011).
• [16] Rodriguez P., Pou J., Bergas J., Candela J. I., Burgos R. P., Boroyevich D., Decoupled Double Synchronous Reference Frame PLL for Power Converters Control, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 22, no. 2, pp. 584-592 (2007).
• [17] Jarzyna W., Lipnicki P., The comparison of Polish grid codes to certain European standards and resultant differences for WWP requirements, EPE JOINT Wind Energy and T&D Chapters Seminar, pp. 1-6 (2012).
• [18] Jarzyna W., Zielinski D., The impact of converter's synchronization during FRT voltage recovery in two-phase short circuits, Selected Problems of Electrical Engineering and Electronics (WZEE), Kielce, pp. 1-6 (2015).
• [19] Rizo M., Rodríguez A., Bueno E., Rodríguez F. J., Girón C., Low voltage ride-through of wind turbine based on interior Permanent Magnet Synchronous Generators sensorless vector controlled, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Atlanta, pp. 2507-2514 (2010).
• [20] Jasiński M., Kaźmierkowski M.P., Bobrowska M., Okoń P., Control of AC-DC-AC converter under unbalanced and distorted input conditions, Power Quality, Alternative Energy and Distributed System, pp. 139 - 145 (2009)
• [21] Nguyen T. H., Lee D., Song S., Kim E., Improvement of power quality for PMSG wind turbine systems, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Atlanta, GA, pp. 2763- 2770 (2010).

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).