This paper investigates control algorithms for a doubly fed induction generator with a back-to-back three-level neutral-point clamped voltage source converter in medium voltage wind power system under unbalanced grid conditions. Control algorithms to compensate for unbalanced conditions have been investigated with respect to four performance factors; fault ride-through capability, instantaneous active power pulsation, harmonic distortions, and torque pulsation. The control algorithm having zero amplitude of torque ripple shows the most cost-effective performance concerning torque pulsation. The least active power pulsation is produced by control algorithm that nullifies the oscillating component of the instantaneous stator active and reactive power. Combination of these two control algorithms depending on the operating requirements and depth of grid unbalance presents most optimized performance factors under the generalized unbalanced operating conditions leading to high performance DFIG wind turbine system. The proposed control algorithms are verified through transient response in the simulation.
This paper proposes a reactive current assignment and control strategy for a doubly-fed induction generator (DFIG) based wind-turbine generation system under generic grid voltage sag or swell conditions. The system's active and reactive power constrains during grid faults are investigated with both the grid- and rotor-side convertors (GSC and RSC) maximum ampere limits considered. To meet the latest grid codes, especially the low- and high-voltage ride-through (LVRT and HVRT) requirements, an adaptive reactive current control scheme is investigated. In addition, a torque-oscillation suppression technique is designed to reduce the mechanism stress on turbine systems caused by intensive voltage variations. Simulation and experiment studies demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed control scheme to enhance the fault ride-through (FRT) capability of DFIG-based wind turbines during violent changes in grid voltage.
A wind power system with squirrel-cage induction generator has irregular change of output power according to the sudden change of wind speed. This paper describes the development of a active and reactive power compensator, which is composed of a 3-phase inverter and a bidirectional DC/DC converter with super-capacitor. The operational characteristic was analyzed through simulations with PSCAD/EMTDC and experimental works with a scaled model. The developed system can continuously compensate the active power change with energy storage and the reactive power change with 3-phase inverter.
This paper investigates control algorithms for a doubly fed induction generator(DFIG) with a back-to-back three-level neutral-point clamped voltage source converter in medium voltage wind power system under unbalanced grid conditions. Two different control algorithms to compensate for unbalanced conditions are proposed. Evaluation factors of control algorithm are fault ride-through(FRT) capability, efficiency, harmonic distortions and torque pulsation. Zero regulated negative sequence stator current control algorithm has the most effective performance concerning FRT capability and efficiency. Ripple-free control algorithm nullifies oscillation component of active power and reactive power. Ripple-free control algorithm shows the least harmonic distortions and torque pulsation. Combination of zero regulated negative sequence stator current and ripple-free control algorithm control algorithm depending on the operating requirements and depth of grid unbalance presents the most optimized performance factors under the generalized unbalanced operating conditions leading to high performance DFIG wind turbine system.
This paper describes a real-time hardware simulator for a grid-tied Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) wind power system, which consists of an anemometer, a data logger, a motor-generator set with vector drive, and a back-to-back power converter with a digital signal processor (DSP) controller. The anemometer measures real wind speed, and the data is sent to the data logger to calculate the turbine torque. The calculated torque is sent to the vector drive for the induction motor after it is scaled down to the rated simulator power. The motor generates the mechanical power for the PMSG, and the generated electrical power is connected to the grid through a back-to-back converter. The generator-side converter in a back-to-back converter operates in current control mode to track the maximum power point at the given wind speed. The grid-side converter operates to control the direct current link voltage and to correct the power factor. The developed simulator can be used to analyze various mechanical and electrical characteristics of a grid-tied PMSG wind power system. It can also be utilized to educate students or engineers on the operation of grid-tied PMSG wind power system.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.16
no.4
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pp.396-402
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2010
In this paper the principles and structure of a WTS (Wind Turbine Simulator) are described. The proposed WTS is a versatile system specially designed for the purpose of developing and testing new control strategies for wind energy conversion systems. The simulator includes two sub-systems; a torque controller which controls a 3-phase induction motor in order to simulate the wind turbine and wind speed generator which can simulate an actual wind speed. In order to make the proposed system working in real-time, two sub-systems are incorporated into one simulink block by using Real-time workshop. The performance of the proposed system is verified by considering various wind speeds.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.18
no.5
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pp.265-272
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2017
This paper presents the dynamic modeling, analysis, and control of an AC/DC/AC-assisted, self-excited induction generator connected to the grid. The dynamic model includes wind turbine models with pitch control, gear boxes, self-excited induction generators, excitation capacitance, inductive load models, controlled six-pulse rectifiers, and novel state-space models of a grid-connected inverter. The system has been simulated to verify its capabilities of buildup voltage, stator flux response, stator phase current, electromagnetic torque, and magnetizing inductance variation during both the dynamic and steady states with a variable-speed prime mover. The complete setup of the above dynamic models was simulated using MATLAB/SIMULINK.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.30
no.3
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pp.79-85
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2016
This paper analyzed the influence of wind power fluctuations in grid frequency of a stand-alone microgrid that is hybrid generation system with diesel generator, wind turbine, and Battery Energy Storage System (BESS). The existing island area power system consists of only diesel generators. So the grid frequency can be controllable from load change. But hybrid generation system with Renewable Energy Sources (RES) such as wind energy that has the intermittent output can bring power quality problems. BESS is one of the ways to improve the intermittent output of the RES. In this paper, we analyzed the role of BESS in a stand-alone microgrid. We designed a modelling of wind power system with squirrel-cage induction generator, diesel power system with synchronous generator, and BESS using transient analysis program PSCAD/EMTDC. And we analyzed the variation of the grid frequency according to the output of BESS.
Park, Hong-Geuk;Abo-Khalil, Ahmed. G.;Lee, Dong-Choon
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.4
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pp.617-624
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2008
This paper proposes design and implementation of wind turbine simulators which incorporate the turbine dynamic characteristics. At first, the turbine output characteristic in steady state is modelled as a function of wind speed and then dynamic characteristics are modelled such as pitch angle control, torsional vibration, tower shadow effect, wind shear effect, and inertia effect. In addition, a wind speed simulator is developed which can generate the real wind speed pattern. The wind turbine simulator is implemented with 3[kW] M-G set(cage-type induction motor coupled with doubly-fed induction generator) at laboratory.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.18
no.2
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pp.142-149
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2004
This paper presents a neural network controller of a grid-connected wind energy conversion system for extracting maximum power from wind and a power controller to transfer the maximum power extracted into a utility grid. It discusses the modeling and simulation of the wind energy conversion system with the controllers, which consists of an induction generator, a transformer, a link of a rectifier, and an inverter. The paper describes tile drive train model, induction generator model and grid-interface model for dynamics analysis. Maximum power extraction is achieved by controlling the pitch angle of the rotor blades by a neural network controller. Pitch control method is mechanically complicated, but the control performance is better than that of the stall regulation. The simulation results performed on MATLAB show the variation of the generator torque, the generator rotor speed, the pitch angle, and real/reactive power injected into the grid, etc. Based on the simulation results, the effectiveness of the proposed controllers is verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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