This paper proposes a Direct Power Control (DPC) scheme of improved command tracking capability for Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) Medium Voltage (MV) Wind Turbines. Benchmarking is performed based on a neutral point clamped three-level back-to-back type voltage source converter. It is introduced to design the DPC modeling and propose DPC scheme of a three-level NPC (3L-NPC) converter. During the fault condition in wind farms, the proposed control scheme directly controls the generated output power to the command value from the hierarchical wind farm controller. The proposed control scheme is compared with conventional control scheme as respect to loss and thermal analysis. The DPC scheme of improved command tracking capability is confirmed through PLECS simulations. Simulation result shows that proposed control scheme achieves a much shorter transient time in a step response of generated output power. The proposed control scheme makes it possible to provide a good dynamic performance for PMSG MV wind turbine to generate a high quality output power under grid fault condition.
Kim, Hyun-Jun;Kim, Do-Hyun;Kim, Kyung-Tae;Han, Byung-Moon
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.1
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pp.41-49
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2012
This paper describes the operation mode development for the grid-tied PMSG(permanent magnet synchronous generator) wind power system combined with a battery energy storage. The development of operation modes was carried out through simulations with PSCAD/EMTDC software and experiments with a 10kW hardware prototype. The detailed simulation models for PMSG wind power system and battery energy storage were developed using user-defined models programed with C-code. A 10kW hardware simulator was built and tested in connection with the local load and the utility power. The simulation and experimental results confirm that the grid-tied PMSG wind power system combined with battery energy storage can supply highly reliable power to the local load in various operation modes.
자여자식 동기 발전기에 비해, 영구자석 내삽형 동기 발전기는 순간적인 부하 단락 시에도 지속적으로 여자기에 여자 전원을 공급할 수 있어 큰 부하 변동에도 안정적으로 발전기를 운전할 수 있게 해 준다. 본 연구에서는 이러한 전동기의 해석 프로그램을 개발하고, 이로부터 유전알고리즘을 이용하여 설계프로그램을 개발하였다. 영구자석동기 발전기의 목적함수를 효율로 두었으며, 발전기의 형상을 변화시켜 제약 조건을 만족하는 최대 효율을 갖는 1kW급 영구자석 내삽형 동기 발전기의 설계치를 제시하였다.
Shi, Qiaoming;Wang, Gang;Fu, Lijun;Liu, Yang;Wu, You;Xu, Li
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.10
no.5
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pp.1969-1982
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2015
The virtual inertia control (VIC) of wind turbine with directly-driven permanent-magnet synchronous generator (D-PMSG) can act similarly to the conventional synchronous generator in inertia response and frequency control, thereby supporting the system frequency stability. However, because the wind speed is inconstant and changeable to a certain extent and the D-PMSG is a complex nonlinear system, there are great difficulties in the virtual inertia optimal control of the D-PMSG. Based on the design principle of the active disturbance rejection control (ADRC), this paper presents a new VIC strategy for the D-PMSG from the perspective of power disturbance suppression in the system. The strategy helps fulfill the power grid disturbance estimation and compensation by means of the extended state observer (ESO) so as to improve the disturbance-resisting performance of the system. Compared with conventional proportional-derivative virtual inertia control (PDVIC), this method, which is of better adaptability and robustness, can not only improve the property of the D-PMSG responding to the system frequency but also reduce the influence of wind speed disturbance. The simulation and experiment results have verified the effectiveness and feasibility of the VIC based on the ADRC.
This paper proposes a control algorithm for permanent magnet synchronous generator with a back-to-back three-level neutral-point clamped voltage source converter in a medium-voltage offshore wind power system under unbalanced grid conditions. The proposed control algorithm particularly compensates for the unbalanced grid voltage at the point of common coupling in a collector bus of offshore wind power system. This control algorithm has been formulated based on the symmetrical components in positive and negative rotating synchronous reference frames under generalized unbalanced operating conditions. Instantaneous active and reactive power are described in terms of symmetrical components of measured grid input voltages and currents. Negative sequential component of ac input current is injected to the point of common coupling in the proposed control strategy. The amplitude of negative sequential component is calculated to minimize the negative sequential component of grid voltage under the limitation of current capability in a voltage source converter. The proposed control algorithm makes it possible to provide a balanced voltage at the point of common coupling resulting in the generated power of high quality from offshore wind power system under unbalanced network conditions.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.10
no.6
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pp.610-617
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2005
A variable speed wind turbine simulation model for grid connection is developed based on PSCAD/EMTDC. The model consists of wind model, rotor dynamics, synchronous generator, power converter, transformer, distribution line and infinite bus. Implementation of blade characteristics and power converter control strategies are included. Several transient case studies are performed including wind speed change, local load change and grid-side voltage unbalance using developed simulation model. The results of this work can be utilized for study of actual interaction between wind turbine and grid for reliable operation and protection of power system.
Kececioglu, O. Fatih;Acikgoz, Hakan;Yildiz, Ceyhun;Gani, Ahmet;Sekkeli, Mustafa
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.12
no.1
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pp.207-216
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2017
Wind energy conversion systems (WECS) which consist of wind turbines with permanent magnet synchronous generator (PMSG) and full-power converters have become widespread in the field of renewable power systems. Generally, conventional diode bridge rectifiers have used to obtain a constant DC bus voltage from output of PMSG based wind generator. In recent years, together advanced power electronics technology, Pulse Width Modulation (PWM) rectifiers have used in WECS. PWM rectifiers are used in many applications thanks to their characteristics such as high power factor and low harmonic distortion. In general, L, LC and LCL-type filter configurations are used in these rectifiers. These filter configurations are not exactly compensate current and voltage harmonics. This study proposes a hybrid passive filter configuration for PWM rectifiers instead of existing filters. The performance of hybrid passive filter was tested via MATLAB/Simulink environment under various operational conditions and was compared with LCL filter structure. In addition, neuro-fuzzy controller (NFC) was preferred to increase the performance of PWM rectifier in DC bus voltage control against disturbances because of its robust and nonlinear structure. The study demonstrates that the hybrid passive filter configuration proposed in this study successfully compensates current and voltage harmonics, and improves total harmonic distortion and true power factor.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.33
no.2
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pp.157-163
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2016
The empirical evaluation of grid-connected tidal current generation system is presented in this paper. The Ul-dol-mok in Jin-do has been estimated to have tidal power of 1GW. In order to experiment, HAT (Horizontal Axis Turbine) 3-blade and 20kW grid-connected tidal current generation system was established at Ul-dol-mok in Jin-do. To generate power of generator, the speed reference of the PMSG is generated from the Cp curve and TSR (Tip Speed Ratio) of the designed turbine. The control of the converter connected to the grid is controlled to regulate unity power factor. The result showed that the turbine efficiency and system efficiency is 37 % and 31 %. This was achieved that target rate is 30 %, 20 %, respectively.
This paper presents an high efficiency energy conversion system for very high-speed flywheel energy storage system using high Tc superconducting bearings. Main configuration of power convertor is designed to replace of the conventional battery with EMB(Electro Mechanical Battery). PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor) using Halbach array is used as the energy conversion system of motor and generator. Some PWM methods for the high frequency inverter is described and the power factor effects to the torque characteristics and efficiency of the motor and generator is analyzed. As the results, it is verified that the inverter output current is well regulated to be in-phase or inverse-phase sinusoidal waveform to have the wide operational range from 2,500rpm to 42,000rpm. Proposed circuit is designed to obtain the very high speed, high efficiency and stable rotational characteristics, and to be applied to1.2r[kW]/65[Wh] system.
Park, Kyusung;Shin, Sung-Hwan;Lee, Hokwang;Yoon, Youngdeuk;Lee, Geunho
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.9
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pp.914-921
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2014
In this paper, an algorithm is suggested to detect an offset angle of the absolute rotor position sensor after the initial assembly of a PMSG. Unlike previous studies in a stationary state, this one is not designed to detect an electrical angle but rather the absolute position of the rotor is detected while operating the generator. Also,a position sensor, current sensors and voltage sensor were used to ensure reliability. This technique completes the detection of the sensor offset in two steps. In the first step, a zero-crossing of the EMF is measured using a voltage sensor to detect the electrical angle offset when the alternator is actuated by the engine. In the second step, a high frequency current is injected along the d-axis on-line during the control of the generation, eventually to obtain the inductance using a DFT (Discrete Fourier Transform), and then to ultimately extract the final electrical angle offset through the comparison of the inductance magnitude. The suggested algorithm was validated with PSIM simulation and, furthermore, was tested with actual experiments on a dynamometer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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