This paper presents a modeling and simulation of a utility-connected wind energy conversion system with a link of a rectifier and an inverter. It discusses the maximum power control algorithm for the wind turbine and presents the relationship of wind turbine output, rotor speed, power coefficient, tip-speed ratio and wind speed when the wind turbine is operated under the maximum power control algorithm. The control objective is to extract maximum power from wind and transfer the power to the utility. This is achieved by controlling the pitch angle of the wind turbine blades. Pitch control method is mechanically complicated, but the control performance is better than that of the stall regulation method. The simulation results performed on MATLAB will show the variation of generator's rotor speed, pitch angle, and generator output.
Because of the nature of wind, the output power of wind turbines fluctuates according to wind speed variation. Therefore, many countries have set up wind-turbine interconnection standards usually named as Grid-Code to regulate the output power of wind farms to improve power system reliability and power quality. This paper proposes three operation modes of wind farms such as maximum power point tracking (MPPT) mode, single wind turbine control mode and wind farm control mode to control the output power of wind turbines as well as overall wind farms. This paper also proposes an operation scheme of wind farm to alleviate power fluctuation of wind farm by choosing the appropriate control mode and coordinating multiple wind turbines in consideration of grid conditions. The performance of the proposed scheme is verified via simulation studies in PSCAD/EMTDC with doubly-fed induction generator (DFIG) based wind turbine models.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.54
no.12
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pp.609-615
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2005
A 30kW electrical power conversion system is developed for a variable speed wind turbine. In the wind energy conversion system(WECS) a synchronous generator with field current excitation converts the mechanical energy into electrical energy. As the voltage and the frequency of the generator output vary according to the wind speed, a 6-bridge diode rectifier and a PWM boost chopper is utilized as an ac-dc converter maintaining the constant dc-link voltage with only single switch control. An input current control algorithm for maximum power generation during the variable speed operation is proposed without any usage of speed sensor. Grid connection type PWM inverter converts dc input power to ac output currents into the grid. The active power to the grid is controlled by q-axis current and the reactive power is controlled by d-axis current with appropriate decoupling. The phase angle of utility voltage is detected using software PLL(Phased Locked Loop) in d-q synchronous reference frame. Experimental results from the test of 30kW prototype wind turbine system show that the generator power can be controlled effectively during the variable speed operation without any speed sensor.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.16
no.5
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pp.503-510
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2011
This paper presents a method of optimizing the blade pitch and generator torque controllers which have been already designed for an existing wind turbine generator system. Since the highly nonlinear and uncertain characteristics of the wind turbine generator can not be fully considered in the controller design phase, some parameters such as control gains must be tuned during the field implementation phase. In this paper, nonlinear simulation software, which is based high fidelity wind turbine model, and optimization technique are effectively combined and used to tune a set of gains for the blade pitch and the generator torque controllers. Simulation results show that the baseline controllers can be effectively optimized to reduce the errors in wind turbine rotor speed and generator power output controls as well as twisting of the high and low speed shafts.
Kim, Young-Ju;Park, Dae-Jin;Ali, Mohd Hasan;Park, Min-Won;Yu, In-Keun
Proceedings of the KIEE Conference
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2008.07a
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pp.1178-1179
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2008
This paper describes a modeling of fixed speed wind power generation system which comprise of wind turbine, generator and grid. The wind turbine is based on MOD-2, which is IEEE standard wind turbine, and includes a component using wind turbine characteristic equation. Fixed speed induction generator is directly connected to grid, so the variation of wind speed has effects on the electrical torque and electrical output power. Therefore the power control mode pitch control system is necessary for aerodynamic control of the blades. But the power control mode does not operate at the fault condition. So it is required some methods to control the rotor speed at transient state for stabilization of wind power system. In this paper, simulation model of a fixed speed wind power generation system based on the PSCAD/EMTDC is presented and implemented under the real weather conditions. Also, a new pitch control system is proposed to stabilize the wind power system at the fault condition. The validity of the stabilization method is demonstrated with the results produced through sets of simulation.
In this paper, an integrator based method to estimate the effective wind speed in wind turbine systems is proposed. First, the aerodynamic torque was accurately estimated through a proportional gain based observer where the generator speed is the measured output of the system. The torque signal contains not only useful frequencies of the wind, but also high frequencies and the ones due to structural vibration. The useful information of the wind signal is low frequency. A spectral analysis permitted the determination of the useful frequencies. The high frequencies were then filtered before introducing the torque signal in the wind speed observer. The desired effective wind speed was extracted through an integrator based observer using the previously estimated aerodynamic torque. The strength of the method is to avoid numerical solutions used in literature of the wind speed estimation. The effectiveness of the proposed wind speed estimator and its use to control the generator speed has been tested under turbulent situations using the FAST software (Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence), for large scale Megawatt turbine.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.3
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pp.211-216
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2013
A wind generator system model includes wind model, rotor dynamics, synchronous generator, power converter, distribution line and infinite bus. This paper investigates the low-Voltage Ride-Through capability of PMSG wind turbine in a variable speed. The drive train of a wind turbine on 2-mass modeling can observe the shaft torsional vibration when the low-voltage occur. To reduce the torsional vibration when the low-voltage occur, this paper designs suppression control algorithm of the torsional vibration and implements simulation. The simulation based on MATLAB/SIMULINK has validated at the transient state of the PMSG and an experiment using 3kW simulator has validated the LVRT control.
A variable speed wind turbine simulator is designed and implemented for the simulation of wind power generation system. The control algorithm decides the shaft torque delivered to generator taking into consideration the wind speed, the generator rpm, and the rotor blade inertia. It is shown that the proposed control algorithm can emulate the dynamic behavior of actual wind turbine through simulations and experimental.
This paper presents a ride-through skill of PMSG wind turbine system under the distorted and unbalanced grid voltage dips. When voltage dips occur in the grid, pitch control and generator speed control as well as a parallel resistor of DC-link help to keep the turbine's safety. Modern grid code requires a wind turbine to supply reactive currents to help voltage recovery after grid faults clearance. In order to supply reactive currents to the grid in case of the distortedly unbalanced grid voltage dips, a special PLL is needed to control the grid side converter and to regulate the grid voltages symmetrically. The proposed method is applied to 2MW multi-pole PMSG wind turbine system, and verified by simulation.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.5
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pp.315-319
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2016
This paper proposes a simple adaptive sliding mode control algorithm for controlling a permanent magnet synchronous generator (PMSG) of a MW-class direct-driven wind turbine system. The proposed adaptive sliding mode controller does not require accurate knowledge of the PMSG parameter or turbine torque values. The proposed controller can accurately track the reference angular speed computed by the maximum power point tracking(MPPT) algorithm. Finally, this paper gives Matlab/Simulink simulation results to verify the practicality and effectiveness of the proposed adaptive sliding mode controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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