Indirect power control of DFIG based on wind turbine operating in MPPT using backstepping approach

This paper describes a MPPT control of the stator powers of a DFIG operating within a wind energy system using the backstepping control technique. The objective of this work consists of providing a robust control to the rotor-side converter allowing the stator active power to be regulated at the maximum power extracted from the wind turbine, as well as maintaining the stator reactive power at zero to maintain the power factor at unity, under various conditions. We have used the Matlab/Simulink platform to model the wind system based on a 7.5 kW DFIG and to implement the MPPT control algorithm in a first step, then we have implemented the field-oriented control and the backstepping controller in a second step. The simulation results obtained were very satisfactory with a fast transient response and neglected power ripples. They furthermore confirmed the high robustness of the approach used in dealing with the variation of the internal parameters of the machine

Indirect active and reactive powers control of doubly fed induction generator fed by three-level adaptive-network-based fuzzy inference system – pulse width modulation converter with a robust method based on super twisting algorithms

Aim. This paper presents the minimization of reactive and active power ripples of doubly fed induction generators using super twisting algorithms and pulse width modulation based on neuro-fuzzy algorithms. Method. The main role of the indirect active and reactive power control is to regulate and control the reactive and active powers of doubly fed induction generators for variable speed dual-rotor wind power systems. The indirect field-oriented control is a classical control scheme and simple structure. Pulse width modulation based on an adaptive-network-based fuzzy inference system is a new modulation technique; characterized by a simple algorithm, which gives a good harmonic distortion compared to other techniques. Novelty. adaptive-network-based fuzzy inference system-pulse width modulation is proposed. Proposed modulation technique construction is based on traditional pulse width modulation and adaptive-network-based fuzzy inference system to obtain a robust modulation technique and reduces the harmonic distortion of stator current. We use in our study a 1.5 MW doubly-fed induction generator integrated into a dual-rotor wind power system to reduce the torque, current, active power, and reactive power ripples. Results. As shown in the results figures using adaptive-network-based fuzzy inference system-pulse width modulation technique ameliorate effectiveness especially reduces the reactive power, torque, stator current, active power ripples, and minimizes harmonic distortion of current (0.08 %) compared to classical control.Мета У статті представлено мінімізацію пульсацій реактивної та активної потужності асинхронних генераторів подвійного живлення з використанням алгоритмів суперскрутки та широтно-імпульсної модуляції на основі нейро-нечітких алгоритмів. Метод. Основна роль непрямого управління активною та реактивною потужністю полягає у керуванні та регулюванні реактивної та активної потужностей асинхронних генераторів з подвійним живленням для вітроенергетичних систем з подвійним ротором змінної швидкості. Непряме керування, орієнтоване на поле, - це класична схема керування та проста структура. Широтно-імпульсна модуляція, заснована на системі нечітких висновків на основі адаптивної мережі, є новим методом модуляції; характеризується простим алгоритмом, який дає гарні гармонічні спотворення порівняно з іншими методами. Новизна. Пропонується адаптивна мережа на основі нечіткого висновку із широтно-імпульсною модуляцією. Запропонована побудова методу модуляції базується на традиційній широтно-імпульсній модуляції та системі нечітких висновків на основі адаптивних мереж для отримання надійного методу модуляції та зменшення гармонічних спотворень струму статора. У нашому дослідженні ми використовуємо асинхронний генератор з подвійним живленням потужністю 1,5 МВт, інтегрований у вітроенергетичну систему з подвійним ротором, щоб зменшити пульсації крутного моменту, струму, активної потужності та реактивної потужності. Результати. Як показано на рисунках з результатами, використання методу широтно-імпульсної модуляції на основі нечітких висновків системи адаптивних мереж покращує ефективність, особливо зменшує реактивну потужність, крутний момент, струм статора, пульсації активної потужності, та мінімізує гармонійне спотворення струму (0,08 %) порівняно з класичним керуванням

A Review of Control Techniques for Wind Energy Conversion System

Wind energy is the most efficient and advanced form of renewable energy (RE) in recent decades, and an effective controller is required to regulate the power generated by wind energy. This study provides an overview of state-of-the-art control strategies for wind energy conversion systems (WECS). Studies on the pitch angle controller, the maximum power point tracking (MPPT) controller, the machine side controller (MSC), and the grid side controller (GSC) are reviewed and discussed. Related works are analyzed, including evolution, software used, input and output parameters, specifications, merits, and limitations of different control techniques. The analysis shows that better performance can be obtained by the adaptive and soft-computing based pitch angle controller and MPPT controller, the field-oriented control for MSC, and the voltage-oriented control for GSC. This study provides an appropriate benchmark for further wind energy research

Combining synergetic control and super twisting algorithm to reduce the active power undulations of doubly fed induction generator for dual-rotor wind turbine system

Aim. This work presents the amelioration of direct power control using synergetic-super twisting algorithms for asynchronous generators integrated into dual-rotor wind turbine systems. Method. The main role of the direct power control is to control the active and reactive powers and reduce the harmonic distortion of stator current of asynchronous generator for variable speed dual-rotor wind turbine systems. The traditional strategy is more attractive due to its high efficiency and simple algorithm. Super twisting algorithms are a non-linear command strategy; characterized by robustness against the parameters change or disturbances, it gives a good power quality under different conditions such as changing generator parameters. Novelty. Synergetic-super twisting algorithms are designed. Synergetic-super twisting algorithms construction is based on synergetic command and super twisting algorithms in order to obtain a robust control strategy and a fast system with acceptable precision. We use in our study a 1.5 MW asynchronous generator integrated to dual-rotor wind turbine system in order to regulate the active and reactive powers. Results. As shown in the results figures using synergetic-super twisting algorithms the ameliorate performances especially minimizes the torque, active and reactive power undulations, and reduces harmonic distortion of stator current (THD = 0.19 %) compared to traditional strategy.Мета. Робота представляє вдосконалення безпосереднього регулювання потужності за допомогою синергетичих алгоритмів супер-скручування для асинхронних генераторів, інтегрованих у системи вітряних генераторів з подвійним ротором. Метод. Основна роль безпосереднього регулювання потужності полягає у керуванні активною та реактивною потужностями та зменшенні гармонічних спотворень струму статора асинхронного генератора для вітряних генераторів з подвійним ротором зі змінною швидкістю обертання. Традиційна стратегія є більш привабливою завдяки її високій ефективності та простому алгоритму. Алгоритми супер-скручування – це нелінійна командна стратегія; характеризується стійкістю до зміни параметрів або порушень, це забезпечує хорошу якість енергії в різних умовах, таких як зміна параметрів генератора. Новизна. Розроблені синергетичні алгоритми супер-скручування. Побудова алгоритмів синергетичного супер-скручування базується на алгоритмах синергетичних команд та супер-скручування, для того щоб отримати надійну стратегію керування та швидку систему з прийнятною точністю. У нашому дослідженні ми використовуємо асинхронний генератор потужністю 1,5 МВт, інтегрований в систему вітряних турбін з подвійним ротором для регулювання активної та реактивної потужностей. Результати. Як показано на рисунках з результатами, із використанням алгоритмів синергетичного супер-скручування, покращені характеристики особливо мінімізують крутний момент, коливання активної та реактивної потужності та зменшують гармонічні спотворення струму статора (THD = 0,19%) порівняно з традиційною стратегією

Sliding mode control law for a variable speedwind turbine

Modern wind turbines are designed in order to work in variable speed operations. To perform this task, wind turbines are provided with adjustable speed generators, like the double feed induction generator. One of the main advantage of adjustable speed generators is improving the system efficiency compared to fixed speed generators, because turbine speed can be adjusted as a function of wind speed in order to maximize the output power. However this system requires a suitable speed controller in order to track the optimal reference speed of the wind turbine. In this work, a sliding mode control for variable speed wind turbines is proposed. An integral sliding surface is used, because the integral term avoids the use of the acceleration signal, which reduces the high frequency components in the sliding variable. The proposed design also uses the vector oriented control theory in order to simplify the generator dynamical equations. The stability analysis of the proposed controller has been carried out under wind variations and parameter uncertainties by using the Lyapunov stability theory. Finally simulated results show, on the one hand that the proposed controller provides a high-performance dynamic behavior, and on the other hand that this scheme is robust with respect to parameter uncertainties and wind speed variations, that usually appear in real systems

Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) in Connected or Weak Grids for Turbine-Based Wind Energy Conversion System

In the last thirty years the quantity of wind electricity generation has grown significantly due to its high-power density. Advances in wind energy technology have significantly decreased the cost of producing electricity from this renewable source. Nowadays, the generation of energy from wind sources plays a crucial role to increasing the green energy. In this context, wind energy conversion systems (WEC) must guarantee, in connected or weak grid operation, good stability in balanced or unbalanced conditions, high efficiency, high reliability and maximum power tracking in order to achieve the best performance when operating conditions vary