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

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20998/2074-272X.2021.3.02

Ключові слова:

алгоритм супер-скручування, синергетична команда, асинхронний генератор, команда прямої активної та реактивної потужності

Анотація

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.

Біографії авторів

H. Benbouhenni, Nisantasi University, Istanbul, Turkey

Doctor of Electrical Engineering, Department of Electrical & Electronics Engineering

S. Lemdani, University of Science and Technology of Oran-Mohamed-Boudiaf, Oran, Algeria

Doctor of Electrical Engineering, Department of Electrical Engineering

Посилання

Klimann A. H. R. The asynchronous generator: Mirage in electrical engineering. Proceedings of the IEEE, 1978, vol. 66, no. 8, pp. 986-986. doi: https://doi.org/10.1109/proc.1978.11064.

Benbouhenni H., Boudjema Z. Two-level DTC based on ANN controller of DFIG using 7-level hysteresis command to reduce flux ripple comparing with traditional command. 2018 International Conference on Applied Smart Systems (ICASS), 2018, pp. 1-8. doi: https://doi.org/10.1109/icass.2018.8652013.

Hamed H. A., Abdou A. F., Moursi M. S. E., EL-Kholy E. E. A modified DPC switching technique based on optimal transition route for of 3L-NPC converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 2018, vol. 33, no. 3, pp. 1902-1906. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2017.2743230.

Xiong P., Sun D. Backstepping-based DPC strategy of a wind turbine-driven DFIG under normal and harmonic grid voltage. IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, vol. 31, no. 6, pp. 4216-4225. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2015.2477442.

Jayachandra B., Mahesh A. ANN based direct power control of 2-level PWM rectifier. 2018 International Conference on Power Energy, Environment and Intelligent Control (PEEIC), 2018, pp. 623-627. doi: https://doi.org/10.1109/peeic.2018.8665617.

Lamterkati J., Khaffalah M., Ouboubker L., El afia A. Fuzzy logic based improved direct power control of three-phase PWM rectifier. 2016 International Conference on Electrical and Information Technologies (ICEIT), 2016, pp. 125-130. doi: https://doi.org/10.1109/eitech.2016.7519575.

Benbouhenni H. Application of five-level NPC inverter in DPC-ANN of doubly fed induction generator for wind power generation systems. International Journal of Smart Grid, 2019, vol. 3, no. 3, pp. 128-137. Available at: https://www.ijsmartgrid.org/index.php/ijsmartgridnew/article/view/66/pdf (accessed 12 May 2020).

Amrane F., Chaiba A. A novel direct power control for grid-connected doubly fed induction generator based on hybrid artificial intelligent control with space vector modulation. Revue Roumaine des sciences techniques. Série Électrotechnique et Énergétique, 2016, vol. 61, no. 3, pp. 263-268. Available at: http://revue.elth.pub.ro/index.php?action=details&id=597 (accessed 12 May 2020).

Huang J., Zhang A., Zhang H., Ren Z., Wang J., Zhang L., Zhang C. Improved direct power control for rectifier based on fuzzy sliding mode. IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2014, vol. 22, no. 3, pp. 1174-1180. doi: https://doi.org/10.1109/tcst.2013.2273368.

Heydari E., Rafiee M., Pichan M. Fuzzy-genetic algorithm-based direct power control strategy for DFIG. Iranian Journal of Electrical and Electronic Engineering, 2018, vol. 14, no. 4, pp. 353-361. doi: http://dx.doi.org/10.22068/IJEEE.14.4.353.

Benbouhenni H. Synergetic control theory scheme for asynchronous generator based dual-rotor wind power. Journal of Electrical Engineering, Electronics, Control and Computer Science, 2021, vol. 7, no. 3, pp. 19-28. Available at: https://jeeeccs.net/index.php/journal/article/view/215/173 (accessed 12 May 2020).

Yaichi I., Semmah A., Wira P., Djeriri Y. Super-twisting Sliding Mode Control of a Doubly-fed Induction Generator Based on the SVM Strategy. Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science, 2019, vol. 63, no. 3, pp. 178-190. doi: https://doi.org/10.3311/PPee.13726.

Benbouhenni H. A comparative study between NSMC and NSOSMC strategy for a DFIG integrated into wind energy system. Carpathian Journal of Electronic and Computer Engineering, 2019, vol. 12, no. 1, pp. 1-8. doi: https://doi.org/10.2478/cjece-2019-0001.

Levant A. Higher-order sliding modes, differentiation and output-feedback control. International Journal of Control, 2003, vol. 76, no. 9-10, pp. 924-941. doi: https://doi.org/10.1080/0020717031000099029.

Benbouhenni H. A comparative study between DTC-NSTMC and DTC-FSTSMC control scheme for a DFIG-based wind turbine. Majlesi Journal of Energy Management, 2018, vol. 7, no. 4, pp. 43-53. Available at: http://journals.iaumajlesi.ac.ir/em/index/index.php/em/article/view/370 (accessed 12 May 2020).

Benbouhenni H., Boudjema Z., Belaidi A. DPC based on ANFIS super-twisting sliding mode algorithm of a doubly-fed induction generator for wind energy system. Journal Européen des Systèmes Automatisés, 2020, vol. 53, no. 1, pp. 69-80. doi: https://doi.org/10.18280/jesa.530109.

Benbouhenni H., Boudjema Z., Belaidi A. Direct power control with NSTSM algorithm for DFIG using SVPWM technique. Iranian Journal of Electrical & Electronic Engineering, 2021, vol. 17, no. 1, pp. 1-11. doi: http://dx.doi.org/10.22068/IJEEE.17.1.1518.

Listwan J. Application of super-twisting sliding mode controllers in direct field-oriented control system of six-phase induction motor: experimental studies. Power Electronics and Drives, 2018, vol. 3, no. 1, pp. 23-34. doi: https://doi.org/10.2478/pead-2018-0013.

Gonzalez T., J Moreno. A., Fridman L. Variable gain super-twisting sliding mode control. IEEE Transactions on Automatic Control, 2012, vol. 57, no. 8, pp. 2100-2105. doi: https://doi.org/10.1109/tac.2011.2179878.

Qian J., Li K., Wu H., Yang J., Li X. Synergetic control of grid-connected photovoltaic systems. International Journal of Photoenergy, 2017, vol. 2017, pp. 1-11. doi: https://doi.org/10.1155/2017/5051489.

Kondratiev I., Dougal R., Veselov G., Kolesnikov A. Hierarchical control for electromechanical systems based on synergetic control theory. 2009 IEEE Control Applications, (CCA) & Intelligent Control, (ISIC), 2009, pp. 495-500. doi: https://doi.org/10.1109/cca.2009.5280959.

Benbouhenni H., Zinelaabidine B., Abdelkader B. Comparison study between neural STSM and ANFIS-STSM method in DPC control scheme of DFIG-based dual-rotor wind turbines. International Journal of Energy and Environment, 2020, vol. 14, pp. 33-46. doi: https://doi.org/10.46300/91012.2020.14.7.

Yahdou A., Hemici B., Boudjema Z. Second order sliding mode control of a dual-rotor wind turbine system by employing a matrix converter. Journal of Electrical Engineering, 2016, vol. 16, no. 3, pp. 89-99. Available at: http://jee.ro/articles/WO1439151618W55c7b6024978d.pdf (accessed 12 May 2020).

Yahdou A., Djilali A.B., Boudjema Z., Mehedi F. Improved vector control of a counter-rotating wind turbine system using adaptive backstepping sliding mode. Journal Européen des Systèmes Automatisés, 2020, vol. 53, no. 5, pp. 645-651. doi:https://doi.org/10.18280/jesa.530507.

Benbouhenni H. ANFIS-sliding mode control of a DFIG supplied by a two-level SVPWM technique for wind energy conversion system. International Journal of Applied Power Engineering, 2020, vol. 9, no. 1, pp. 36-47. doi: https://doi.org/10.11591/ijape.v9.i1.pp36-47.

Berkane S., Tayebi A. Construction of synergistic potential functions on SO(3) with application to velocity-free hybrid attitude stabilization. IEEE Transactions on Automatic Control, 2017, vol. 62, no. 1, pp. 495-501. doi: https://doi.org/10.1109/tac.2016.2560537.

Butt R. S., Ahmad I., Iftikhar R., Arsalan M. Integral backstepping and synergetic control for tracking of infected cells during early antiretroviral therapy. IEEE Access, 2019, vol. 7, pp. 69447-69455. doi: https://doi.org/10.1109/access.2019.2907201.

Prasad R., Padhy N. P. Synergistic frequency regulation control mechanism for DFIG wind turbines with optimal pitch dynamics. IEEE Transactions on Power Systems, 2020, vol. 35, no. 4, pp. 3181-3191. doi: https://doi.org/10.1109/tpwrs.2020.2967468.

Ettouil R., Chabir K., Abdelkrim M. N. Optimal synergetic control for wind turbine system. The International Journal of Engineering and Science, 2018, vol. 7, no. 5, pp. 44-48. doi: https://doi.org/10.9790/1813-0705014448.

Benbouhenni H. Rotor flux and torque ripples minimization for direct torque control of DFIG by NSTSM algorithm. Majlesi Journal of Energy Management, 2018, vol. 7, no. 3, pp. 1-9. Available at: http://journals.iaumajlesi.ac.ir/em/index/index.php/em/article/view/369 (accessed 12 May 2020).

Benbouhenni H. Twelve sectors DPC control based on neural hysteresis comparators of the DFIG integrated to wind power. Tecnica Italiana-Italian Journal of Engineering Science, 2020, vol. 64, no. 2-4, pp. 347-353. doi: https://doi.org/10.18280/ti-ijes.642-433.

Shah A. P., Mehta A. J. Direct power control of DFIG using super-twisting algorithm based on second-order sliding mode control. 2016 14th International Workshop on Variable Structure Systems (VSS), 2016, pp. 136-141. doi: https://doi.org/10.1109/vss.2016.7506905.

Malinowski M., Jasinski M., Kazmierkowski M. P. Simple direct power control of three-phase PWM rectifier using space-vector modulation (DPC-SVM). IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2004, vol. 51, no. 2, pp. 447-454. doi: https://doi.org/10.1109/tie.2004.825278.

Benbouhenni H., Boudjema Z., Belaidi A. Power control of DFIG in WECS using DPC and NDPC-NPWM methods. Mathematical Modelling of Engineering Problems, 2020, vol. 7, no. 2, pp. 223-236. doi: https://doi.org/10.18280/mmep.070208.

Gong B., Wang K., Meng F., You J., Y Luo. A comparative study on switching tables of direct power control for voltage source rectifier. 2014 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, 2014, pp. 1978-1983. doi: https://doi.org/10.1109/icma.2014.6886006.

Benbouhenni H. Sliding mode with neural network regulator for DFIG using two-level NPWM strategy. Iranian Journal of Electrical & Electronic Engineering, 2019, vol. 15, no. 3, pp. 411-419. doi: http://dx.doi.org/10.22068/IJEEE.15.3.411.

Amrane F., Chaiba A., Badr Eddine B., Saad M. Design and implementation of high performance field oriented control for grid-connected doubly fed induction generator via hysteresis rotor current controller. Revue Roumaine des sciences techniques. Série Électrotechnique et Énergétique, 2016, vol. 61, no. 4, pp. 319-324. Available at: http://revue.elth.pub.ro/index.php?action=details&id=609 (accessed 12 May 2020).

Yusoff N. A., Razali A. M., Karim K. A., Sutikno T., Jidin A. A concept of virtual-flux direct power control of three-phase AC-DC converter. International Journal of Power Electronics and Drive System, 2017, vol. 8, no. 4, pp. 1776-1784. doi: http://doi.org/10.11591/ijpeds.v8.i4.pp1776-1784.

Boudjema Z., Meroufel A., Djerriri Y., Bounadja E. Fuzzy sliding mode control of a doubly fed induction generator for energy conversion. Carpathian Journal of Electronic and Computer Engineering, 2013, vol. 6, no. 2, pp. 7-14. Available at: http://cjece.ubm.ro/vol/6-2013/202-6117.pdf (accessed 12 May 2020).

Boudjema Z., Taleb R., Djerriri Y., Yahdou A. A novel direct torque control using second order continuous sliding mode of a doubly fed induction generator for a wind energy conversion system. Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, 2017, vol. 25, no.2, pp. 965-975. doi: https://doi.org/10.3906/elk-1510-89.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-06-23

Як цитувати

Benbouhenni, H., & Lemdani, S. (2021). Combining synergetic control and super twisting algorithm to reduce the active power undulations of doubly fed induction generator for dual-rotor wind turbine system. Електротехніка і Електромеханіка, (3), 8–17. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2021.3.02

Номер

Розділ

Електротехнічні комплекси та системи