Shawon, Mohammad Hasanuzzaman;Al-Durra, Ahmed;Caruana, Cedric;Muyeen, S.M.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.2
no.1
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pp.31-39
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2013
This paper presents small signal stability analysis of a doubly fed induction generator (DFIG) based wind farm including series dynamic braking resistor (SDBR) connected at the stator side. A detailed mathematical model of wind turbine, DFIG machine and converters and SDBR is presented in this paper to derive the complete dynamic equations of the studied system. Small signal stability of this system is carried out by modal and sensitivity analysis, participation factors and eigenvalue analysis. Finally, this paper presents an analysis of the dynamic behavior of DFIG based wind farm under voltage dip condition with and without SDBR.
In this paper, the steady-state analysis of the three-phase self-excited induction generator (SEIG) driven by a variable-speed prime mover (VSPM) such as a wind turbine is presented. The steady-state torque-speed characteristics of the VSPM are considered with the three-phase SEIG equivalent circuit for evaluating the operating performances due to the inductive load variations. Furthermore, a PI closed-loop feedback voltage regulation scheme based on the static VAR compensator (SVC) for the three-phase SEIG driven by the VSPM is designed and considered for the wind power generation conditioner. The simulation and experimental results prove the practical effectiveness of the additional SVC with the PI controller-based feedback loop in terms of fast response and high performances.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.6
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pp.1138-1145
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2009
This paper presents an active and reactive power compensator for the wind power system with squirrel-cage induction generator. The output power of a wind power system changes irregularly according to the variation of wind speed. The developed system is able to continuously compensate the active and reactive power. The 3-phase inverter operates for the compensation of reactive power, while the DC/DC converter with super-capacitors operates for the compensation of active power. The operational feasibility of the proposed model was verified by simulations with PSCAD/EMTDC and the feasibility of hardware implementation was confirmed by experimental works with a scaled hardware model. The proposed compensator can be expected that developed system may be used to compensated the abrupt power variation due to sudden change of wind speed or sudden power-drop by tower effect. It can be also applied for the distributed generation and the Micro-Grid.
Torque ripple content and variable switching frequency operation of conventional direct torque control (DTC) are reduced by the integration of space vector modulation (SVM) into DTC. Integration of space vector modulation to conventional direct torque control known as SVM-DTC. It had been more frequently used method in renewable energy and machine drive systems. In this paper, SVM-DTC is used to control the rotor side converter (RSC) of a wind driven doubly-fed induction generator (DFIG) because of its advantages such as reduction of torque ripples and constant switching frequency operation. However, flux and torque ripples are still dominant due to distorted current waveforms at different operations of the wind turbine. Therefore, to smoothen the torque profile a Neural Network Controller (NNC) based SVM-DTC has been proposed by replacing the PI controller in the speed control loop of the wind turbine controller. Also, stability analysis and simulation study of DFIG using process reaction curve method (RRCM) are presented. Validation of simulation study in MATLAB/SIMULINK environment of proposed wind driven DFIG system has been performed by laboratory developed prototype model. The proposed NNC based SVM-DTC yields superior torque response and ripple reduction compared to other methods.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.16
no.1
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pp.11-19
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2011
This paper describe development of a hardware simulator for the DFIG wind power system, which was designed considering wind characteristic, blade characteristic, and blade inertia compensation. The simulator consists of three major parts, such as wind turbine model using induction motor, doubly-fed induction generator, converter-inverter set. and control system. The turbine simulator generates torque and speed signals for a specific wind turbine with respect to the given wind speed which is detected by Anemometer. This torque and speed signals are scaled down to fit the input of 3.5kW DFIG. The MSC operates to track the maximum power point, and the GSC controls the active and reactive power supplied to the grid. The operational feasibility was verified through computer simulations with PSCAD/EMTDC. And the implementation feasibility was confirmed through experimental works with a hardware set-up.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.2
no.1
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pp.92-101
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2009
The purpose of this paper is to gain a greater understanding of the performance of practical wind turbine generating systems with differing output power controllers and controlling means for wind turbine speed. Subjected wind turbines, both equipped with an asynchronous power generator, are located at two sites and are defined as wind turbine A and wind turbine B in this study, respectively. Their performance differences are examined by measuring wind speed and electric parameters. The study suggests that both wind turbines have a clear linkage between current and output power fluctuations. Comparison of the fluctuations to wind speed fluctuation, although they are triggered primarily by wind speed fluctuation, clearly indicates the specific behaviors inherent to the respective turbine control mechanisms.
As constantly increasing wind power penetrates power grid, wind power plants (WPPs) are exerting a direct influence on the traditional power system. Most of WPPs are using variable speed constant frequency (VSCF) wind turbines equipped with doubly fed induction generators (DFIGs) due to their high efficiency over other wind turbine generators (WTGs). Therefore, the analysis of DFIG has attracted considerable attention. Precisely measuring optimum reference speed is basis of utilized maximum wind power in electric power generation. If the measurement of wind speed can be easily taken, the reference of rotation speed can be easily calculated by known system's parameters. However, considering the varying wind speed at different locations of blade, the turbulence and tower shadow also increase the difficulty of its measurement. The aim of this study is to design fuzzy controllers to replace the wind speedometer to track the optimum generator speed based on the errors of generator output power and rotation speed in varying wind speed. Besides, this paper proposes the fuzzy adaptive PID control to replace traditional PID control under rated wind speed in variable-pitch wind turbine, which can detect and analyze important aspects, such as unforeseeable conditions, parameters delay and interference in the control process, and conducts online optimal adjustment of PID parameters to fulfill the requirement of variable pitch control system.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.1
no.1
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pp.104-113
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2012
Wind farm grid codes require wind generators to ride through voltage sags, which means that normal power production should be re-initiated once the nominal grid voltage has been recovered. Doubly Fed Induction Generator (DFIG) based wind farm is gaining popularity these days because of its inherent advantages like variable speed operation and independent controllability of active and reactive power over conventional Induction Generator (IG). This paper proposes a new control strategy using DFIGs for stabilizing a wind farm composed of DFIGs and IGs. Simulation analysis by using PSCAD/EMTDC shows that the DFIGs can effectively stabilize the IGs and hence the entire wind farm through the proposed control scheme by providing sufficient reactive power to the system.
The wind-driven doubly fed induction generator (DFIG) is currently under pressure to be more grid-compatible. The main concern is the fault ride-through (FRT) requirement to keep the generator connected to the grid during faults. In response to this, the paper introduces a novel model and new control scheme for the DFIG. The model provides a means of direct stator power control and considers the stator transients. On the basis of the derived model, a robust linear quadratic (LQ) controller is synthesized. The control law has proportional and integral actions and takes account of one sample delay in the input owing to the microprocessor's execution time. Further, the influence of the grid voltage imperfection is mitigated using frequency shaped cost functional method. Compensation of the rotor current pulsations is proposed to improve the FRT capability as well as the generator performance under grid voltage unbalance. As a consequence, the control system can achieve i) fast direct power control without instability risk, ii) alleviation of the problems associated with the DFIG operation under unbalanced grid voltage, and iii) high probability of successful grid FRT. The effectiveness of the proposed solution is confirmed through simulation studies on 2MW DFIG.
Shi, Kai;Xu, Peifeng;Wan, Zengqiang;Bu, Feifei;Fang, Zhiming;Liu, Rongke;Zhao, Dean
Journal of Power Electronics
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v.16
no.4
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pp.1455-1468
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2016
This paper presents a grid-connected dual stator-winding induction generator (DWIG) wind power system suitable for wide wind speed ranges. The parallel connection via a unidirectional diode between dc buses of both stator-winding sides is employed in this DWIG system, which can output a high dc voltage over wide wind speed ranges. Grid-connected inverters (GCIs) do not require booster converters; hence, the efficiency of wind energy utilization increases, and the hardware topology and control strategy of GCIs are simplified. In view of the particularities of the parallel topology and the adopted generator control strategy, we propose a novel excitation-capacitor optimization solution to reduce the volume and weight of the static excitation controller. When this excitation-capacitor optimization is carried out, the maximum power tracking problem is also considered. All the problems are resolved with the combined control of the DWIG and GCI. Experimental results on the platform of a 37 kW/600 V prototype show that the proposed DWIG wind power system can output a constant dc voltage over wide rotor speed ranges for grid-connected operations and that the proposed excitation optimization scheme is effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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