The paper is focusing on investigating the control characteristics of the baseline controller of 5 MW wind turbine provided by NREL(National Renewable Energy Laboratory). The baseline controller consist of two control logics, a maximum power tracking control below the rated wind speed and a constant power control above the rated wind speed. In the low wind speed, the mean generator power for changing the turbulent intensity and the optimal constant is studied through numerical simulations using FAST program. On the other hand, the constant power control logic and the constant control logic are compared in the high wind speed. It is confirmed that optimal constant is closely related to the turbulent intensity in low wind speed region and the constant torque control has better performance than the constant power control with respect to mechanical load in high wind speed region.
This paper presents a new gain scheduling speed controller of permanent magnet synchronous generators(PMSG) for MW-class direct-driven wind turbine systems. The proposed gain scheduling speed controller performs the speed tracking at more than one operating point, and the first-order torque observer estimates the turbine torque which is needed to precisely control the speed of PMSG. The proposed speed controller verifies that the PMSG can successfully follow the reference speed which is determined via the maximum power point tracking(MPPT) control and pitch control under turbulent wind conditions. The proposed speed control algorithm is simulated using Simulink and its performance is confirmed through comparison with the results by PI control method.
This paper presents a pitch controller which can hold output power constant at the rated value. Although wind turbine contains complicated nonlinearities, its behaviour within a certain operating range of a point can be approximated by that of a linear model. By doing so, we can apply rather simple and systematic linear control techniques such as PID and LQR(Linear Quadratic Regulator) to design a linear pitch controller. Because these linear controllers are valid only in a sufficiently small range around an operating point, linearized wind turbine model under the condition of varying wind speed needs a linear pitch controller can achieve the aims of tracking the rated rotor rotational speed. We propose an improved linear pitch controller taking each merit of LQR and PI controller under the condition of varying operating points in this paper.
풍력발전시스템은 정격풍속미만에서는 토크를 제어하여 바람의 에너지를 최대로 하고 정격풍속이상에서는 피치를 제어하여 발전량을 정격으로 유지한다. 본 논문에서는 풍력발전시스템의 피치제어를 신경망을 이용하여 제어하는 방안을 제시한다. 피치제어의 목적은 정격풍속 이상에서 발전기의 회전속도를 일정하게 제어하여, 결과적으로 발전기의 출력을 정격전력으로 유지한다. 이 논문에서는 신경망 피치제어기의 성능을 향상시키기 위하여 발전기의 정격회전속도와 현재 회전속도 차이를 풍속과 함께 신경망의 입력으로 사용하는 방법을 제안하였다. 신경망의 훈련 알고리즘은 오류역전파(error back-propagation) 방법이 사용되었고, Matlab/Simulink를 사용하여 제어가 원활하게 되는 것을 확인하였다.
This paper proposes a modeling and controller design approach for a wind-diesel hybrid system including dump load. Wind turbine depends on nature such as wind speed. It causes power fluctuations of wind turbine. Excessive power fluctuation at stand-alone power grid is even worse than large-scale power grid. The proposed control scheme for power quality is fuzzy PI controller. This controller has advantages of PI and fuzzy controller. The proposed model is carried out by using Matlab/Simulink simulation program. In the simulation study, the proposed controller is compared with a conventional PI controller. Simulation results show that the proposed controller is more effective against disturbances caused by wind speed and load variation than the PI controller, and thus it contributes to a better quality wind-diesel hybrid power system.
This paper presents a modeling and simulation of a fuzzy controller for maximum power extraction of a grid-connected wind energy conversion system with a link of a rectifier and an inverter. It discusses the maximum power control algorithm for a wind turbine and proposes, in a graphical form, the relationships of wind turbine output, rotor speed, power coefficient, tip-speed ratio with wind speed when the wind turbine is operated under the maximum power control. The control objective is to always extract maximum power from wind and transfer the power to the utility by controlling both the pitch angle of the wind turbine blades and the inverter firing angle. 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 angle and rotor speed, pitch angle, and generator output.
This paper presents a modeling and simulation of a PI controller for maximum power extraction of a grid-connected wind energy conversion system with a link of a rectifier and an inverter. It discusses the maximum power control algorithm fnr a wind turbine and proposes, in a graphical form, the relationships of wind turbine output, rotor speed, power coefficient, tip-speed ratio with wind speed when the wind turbine is operated under the maximum power control. The control objective is to always extract maximum power from wind and transfer the power to the utility by controlling both the Pitch angle of the wind turbine blades and the inverter firing angle. 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 angle and rotor speed, pitch angle, and generator output.
The purpose of this paper is to describe the control system for optimal performance of 2MW gearless PMSG wind turbine system, and to afford some techniques of the algorithm selection and design optimization of the wind turbine control system through analysis of load calculation and control characteristic. Wind turbine control system is composed of the main control system and remote control and monitoring system. The main control system is industrial PC based controller, and the remote control and monitoring system is a server based computer system. The main control system has a supervisory control of the wind turbine with operation procedures and power-speed control through the torque control by pitch angle. There are some applications to optimize the wind turbine system at the starting mode with increasing of rotor speed, and cut-in operating mode to prevent trundling cut-in and cut-out, a gain scheduling of pitch PID controller, torque scheduling and limitation of generation power by temperature limitation or remote command by remote control and monitoring system. Also, the server operation program of the remote control and monitoring system and the design of graphical display are described in this paper.
This paper proposes a new fuzzy speed control method based on Takagi-Sugeno fuzzy method of permanent magnet synchronous generators(PMSM) for variable-speed wind turbine systems. The proposed fuzzy speed controller consists of the control terms that compensate for the nonlinearity of PMSG and the control terms that stabilize the error dynamics. The conditions are derived for the existence of the proposed speed controller, and the gain matrices of the controller are given. The proposed control method can guarantee that the PMSG can effectively track the speed reference which is calculated through the MPPT control and can reduce the fluctuations of the generated power under even fast random wind conditions. To verify the performance of the proposed fuzzy speed controller, the simulation results are demonstrated.
This paper presents an investigation of a voltage and frequency controller for an isolated asynchronous generator (IAG) driven. by a wind turbine and supplying 3-phase 4-wire loads to the isolated areas where a grid is not accessible. The control strategy is based on the indirect current control of the VSC (voltage source converter) using the frequency PI controller. The proposed controller consists of three single-phase IGBT (Insulated Gate Bipolar Junction Transistor) based VSC, which are connected to each phase of the IAG through three single phase transformers and a battery at their DC link. The controller has the capability of controlling reactive and active powers to regulate the magnitude and frequency of the generated voltage, harmonic elimination, load balancing and neutral current compensation. The proposed isolated system is modeled and simulated in MATLAB using Simulink and PSB (Power System Block-set) toolboxes to verify the performance of the controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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