New design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system
Introduction. With the advancements in the variable speed direct drive design and control of wind energy systems, the efficiency and energy capture of these systems is also increasing. As such, numerous linear controllers have also been developed, in literature, for MPPT which use the linear charact...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine”
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/232203 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Репозитарії
Electrical Engineering & Electromechanics| id |
eiekhpieduua-article-232203 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Electrical Engineering & Electromechanics |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
synergetic controller sliding mode controller maximum power point tracking macro-variable wind energy conversion system синергетичний контролер контролер ковзного режиму відстеження точки максимальної потужності макрозмінна система перетворення енергії вітру |
| spellingShingle |
synergetic controller sliding mode controller maximum power point tracking macro-variable wind energy conversion system синергетичний контролер контролер ковзного режиму відстеження точки максимальної потужності макрозмінна система перетворення енергії вітру Mahgoun, M. S. Badoud, A. E. New design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system |
| topic_facet |
synergetic controller sliding mode controller maximum power point tracking macro-variable wind energy conversion system синергетичний контролер контролер ковзного режиму відстеження точки максимальної потужності макрозмінна система перетворення енергії вітру |
| format |
Article |
| author |
Mahgoun, M. S. Badoud, A. E. |
| author_facet |
Mahgoun, M. S. Badoud, A. E. |
| author_sort |
Mahgoun, M. S. |
| title |
New design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system |
| title_short |
New design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system |
| title_full |
New design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system |
| title_fullStr |
New design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system |
| title_full_unstemmed |
New design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system |
| title_sort |
new design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system |
| title_alt |
New design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system |
| description |
Introduction. With the advancements in the variable speed direct drive design and control of wind energy systems, the efficiency and energy capture of these systems is also increasing. As such, numerous linear controllers have also been developed, in literature, for MPPT which use the linear characteristics of the wind turbine system. The major limitation in all of those linear controllers is that they use the linearized model and they cannot deal with the nonlinear dynamics of a system. However, real systems exhibit nonlinear dynamics and a nonlinear controller is required to handle such nonlinearities in real-world systems. The novelty of the proposed work consists in the development of a robust nonlinear controller to ensure maximum power point tracking by handling nonlinearities of a system and making it robust against changing environmental conditions. Purpose. In the beginning, sliding mode control has been considered as one of the most powerful control techniques, this is due to the simplicity of its implementation and robustness compared to uncertainties of the system and external disturbances. Unfortunately, this type of controller suffers from a major disadvantage, that is, the phenomenon of chattering. Methods. So in this paper and in order to eliminate this phenomenon, a novel non-linear control algorithm based on a synergetic controller is proposed. The objective of this control is to maximize the power extraction of a variable speed wind energy conversion system compared to sliding mode control by eliminating the phenomenon of chattering and have a good power quality by fixing the power coefficient at its maximum value and the Tip Speed Ratio maintained at its optimum value. Results. The performance of the proposed nonlinear controllers has been validated in MATLAB/Simulink environment. The simulation results show the effectiveness of the proposed scheme, suppression of the chattering phenomenon and robustness of the proposed controller compared to the sliding mode control law. |
| publisher |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine” |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://eie.khpi.edu.ua/article/view/232203 |
| work_keys_str_mv |
AT mahgounms newdesignandcomparativestudyviatwotechniquesforwindenergyconversionsystem AT badoudae newdesignandcomparativestudyviatwotechniquesforwindenergyconversionsystem |
| first_indexed |
2024-06-01T14:39:51Z |
| last_indexed |
2024-06-01T14:39:51Z |
| _version_ |
1800670063281307648 |
| spelling |
eiekhpieduua-article-2322032021-06-23T19:06:45Z New design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system New design and comparative study via two techniques for wind energy conversion system Mahgoun, M. S. Badoud, A. E. synergetic controller sliding mode controller maximum power point tracking macro-variable wind energy conversion system синергетичний контролер контролер ковзного режиму відстеження точки максимальної потужності макрозмінна система перетворення енергії вітру Introduction. With the advancements in the variable speed direct drive design and control of wind energy systems, the efficiency and energy capture of these systems is also increasing. As such, numerous linear controllers have also been developed, in literature, for MPPT which use the linear characteristics of the wind turbine system. The major limitation in all of those linear controllers is that they use the linearized model and they cannot deal with the nonlinear dynamics of a system. However, real systems exhibit nonlinear dynamics and a nonlinear controller is required to handle such nonlinearities in real-world systems. The novelty of the proposed work consists in the development of a robust nonlinear controller to ensure maximum power point tracking by handling nonlinearities of a system and making it robust against changing environmental conditions. Purpose. In the beginning, sliding mode control has been considered as one of the most powerful control techniques, this is due to the simplicity of its implementation and robustness compared to uncertainties of the system and external disturbances. Unfortunately, this type of controller suffers from a major disadvantage, that is, the phenomenon of chattering. Methods. So in this paper and in order to eliminate this phenomenon, a novel non-linear control algorithm based on a synergetic controller is proposed. The objective of this control is to maximize the power extraction of a variable speed wind energy conversion system compared to sliding mode control by eliminating the phenomenon of chattering and have a good power quality by fixing the power coefficient at its maximum value and the Tip Speed Ratio maintained at its optimum value. Results. The performance of the proposed nonlinear controllers has been validated in MATLAB/Simulink environment. The simulation results show the effectiveness of the proposed scheme, suppression of the chattering phenomenon and robustness of the proposed controller compared to the sliding mode control law. Вступ. З досягненнями у проектуванні та керуванні вітряними енергосистемами з регульованою швидкістю, зростають також ефективність та захоплення енергії цих систем. Так, в літературі також розроблено численні лінійні контролери для відстеження точки максимальної потужності, які використовують лінійні характеристики системи з вітряними турбінами. Основним обмеженням у всіх цих лінійних контролерах є те, що вони використовують лінеаризовану модель і не можуть мати справу з нелінійною динамікою системи. Однак реальні системи демонструють нелінійну динаміку, і для обробки таких нелінійностей у реальних системах необхідний нелінійний контролер. Новизна запропонованої роботи полягає у розробці надійного нелінійного контролера для забезпечення відстеження точки максимальної потужності шляхом обробки нелінійності системи та забезпечення її стійкості до змін умов навколишнього середовища. Мета. Спочатку управління ковзним режимом вважалося одним з найпотужніших методів управління, що пов’язано з простотою його реалізації та надійністю порівняно з невизначеністю системи та зовнішніми збуреннями. На жаль, цей тип контролера страждає від головного недоліку, а саме явища вібрування. Методи. Тому у цій роботі з метою усунення цього явища пропонується новий нелінійний алгоритм управління, заснований на синергетичному контролері. Завдання цього контролю – максимізувати відбір потужності системи перетворення енергії вітру зі змінною швидкістю порівняно із регулюванням ковзного режиму, усуваючи явище вібрування, і мати хорошу якість енергії, фіксуючи коефіцієнт потужності на його максимальному значенні та підтримуючи кінцевий коефіцієнт швидкості на його оптимальному значенні. Результати. Ефективність запропонованих нелінійних контролерів перевірена в середовищі MATLAB/Simulink. Результати моделювання показують ефективність запропонованої схеми, придушення явища вібрування та стійкість запропонованого контролера порівняно із законом управління ковзного режиму. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and State Institution “Institute of Technical Problems of Magnetism of the National Academy of Sciences of Ukraine” 2021-06-23 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/232203 10.20998/2074-272X.2021.3.03 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 3 (2021); 18-24 Электротехника и Электромеханика; № 3 (2021); 18-24 Електротехніка і Електромеханіка; № 3 (2021); 18-24 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/232203/233437 Copyright (c) 2021 M.S. Mahgoun, A.E. Badoud http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |