Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load

Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load

Introduction. Nowadays, many researches are being done on wind turbines providing electrical energy to a stable power grid by via a doubly fed induction generator (DFIG), but the studies on the autonomous networks are rare, due the difficulty of controlling powers often close to the nominal power of...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2025
Автори: L’Hadj Said, M., Ali Moussa, M., Bessaad, T.
Формат: Стаття
Мова:English
Опубліковано: National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025
Теми:
doubly fed induction generator
wind power
variable speed
autonomous operation
permanent magnet synchronous machine
Онлайн доступ:http://eie.khpi.edu.ua/article/view/317847
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-317847
record_format ojs
institution Electrical Engineering & Electromechanics
baseUrl_str
datestamp_date 2025-07-01T21:38:09Z
collection OJS
language English
topic doubly fed induction generator
wind power
variable speed
autonomous operation
permanent magnet synchronous machine
spellingShingle doubly fed induction generator
wind power
variable speed
autonomous operation
permanent magnet synchronous machine
L’Hadj Said, M.
Ali Moussa, M.
Bessaad, T.
Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load
topic_facet асинхронний генератор з подвійним живленням
вітроенергетика
змінна швидкість
автономна робота
синхронна машина з постійними магнітами
doubly fed induction generator
wind power
variable speed
autonomous operation
permanent magnet synchronous machine
format Article
author L’Hadj Said, M.
Ali Moussa, M.
Bessaad, T.
author_facet L’Hadj Said, M.
Ali Moussa, M.
Bessaad, T.
author_sort L’Hadj Said, M.
title Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load
title_short Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load
title_full Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load
title_fullStr Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load
title_full_unstemmed Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load
title_sort control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load
title_alt Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load
description Introduction. Nowadays, many researches are being done on wind turbines providing electrical energy to a stable power grid by via a doubly fed induction generator (DFIG), but the studies on the autonomous networks are rare, due the difficulty of controlling powers often close to the nominal power of the generator. Goal. This paper presents a variable speed constant frequency (VSCF) autonomous control system to supply isolated loads (linear or non-linear). The main objective is the design of an effective strategy to reduce harmonic currents induced via the non-linear loads such as rectifier bridge with 6 diodes. The novelty of the work consists in study of system composed of a DFIG providing energy by his stator to a stand-alone grid. It uses a static converter connected to the rotor allowing operation in hypo and hyper synchronism. A permanent magnet synchronous machine (PMSM) connected to a wind turbine supplies this converter, that is sized proportionately to the variation range of the necessary rotational speed. In the case of linear loads there is no problem, all desired parameters are well controlled but in the non-linear loads case such as rectifier bridge with 6 diodes there is the harmonic problem. For this purpose, to reduce this harmonic, the proposed solution is the installation of a LC filter. Methods. The DFIG is controlled to provide a constant voltage in amplitude and frequency independently of the grid load or the drive turbine speed. This command is vector control in a reference related to the stator field. The stator flux is aligned along the d axis of this landmark allowing thus the decoupling of the active and reactive stator powers of DFIG. The DFIG is controlled by an internal control loop of rotor flux and an external control loop of output stator voltage. We present also the control of the PMSM and the DC bus of the converter. The PMSM is controlled by an internal control loop of the current and an external control loop of the continuous bus of the converter according to its nominal value. The control system of wind generator based on the maximum power point tracking and the control of bus continuous at output rectifier knowing that the non-linear loads introduce high harmonic currents and disrupt the proper functioning of the system. The installation of a LC filter between the stator and the network to be supplied reduce harmonics. Results. Simulation results carried out on MATLAB/Simulink show that this filter allows obtaining a quasi-sinusoidal network voltage and it also has the advantage of a simple structure, a good efficiency and a great performance. This proves the feasibility and efficiency of the proposed system for different loads (linear or non-linear). Practical value. This proposed system is very performing and useful compared to others because it ensures the permanent production of electricity at VSCF to feed isolated sites, whatever the load supplied (linear or non-linear), without polluting the environment so that the use of wind energy is very important to reduce the greenhouse effect. References 34, figures 9.
publisher National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
publishDate 2025
url http://eie.khpi.edu.ua/article/view/317847
work_keys_str_mv AT lhadjsaidm controlofanautonomouswindenergyconversionsystembasedondoublyfedinductiongeneratorsupplyinganonlinearload
AT alimoussam controlofanautonomouswindenergyconversionsystembasedondoublyfedinductiongeneratorsupplyinganonlinearload
AT bessaadt controlofanautonomouswindenergyconversionsystembasedondoublyfedinductiongeneratorsupplyinganonlinearload
first_indexed 2025-07-17T11:50:34Z
last_indexed 2025-09-17T09:27:45Z
_version_ 1850412208589111296
spelling eiekhpieduua-article-3178472025-07-01T21:38:09Z Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load Control of an autonomous wind energy conversion system based on doubly fed induction generator supplying a non-linear load L’Hadj Said, M. Ali Moussa, M. Bessaad, T. асинхронний генератор з подвійним живленням вітроенергетика змінна швидкість автономна робота синхронна машина з постійними магнітами doubly fed induction generator wind power variable speed autonomous operation permanent magnet synchronous machine Introduction. Nowadays, many researches are being done on wind turbines providing electrical energy to a stable power grid by via a doubly fed induction generator (DFIG), but the studies on the autonomous networks are rare, due the difficulty of controlling powers often close to the nominal power of the generator. Goal. This paper presents a variable speed constant frequency (VSCF) autonomous control system to supply isolated loads (linear or non-linear). The main objective is the design of an effective strategy to reduce harmonic currents induced via the non-linear loads such as rectifier bridge with 6 diodes. The novelty of the work consists in study of system composed of a DFIG providing energy by his stator to a stand-alone grid. It uses a static converter connected to the rotor allowing operation in hypo and hyper synchronism. A permanent magnet synchronous machine (PMSM) connected to a wind turbine supplies this converter, that is sized proportionately to the variation range of the necessary rotational speed. In the case of linear loads there is no problem, all desired parameters are well controlled but in the non-linear loads case such as rectifier bridge with 6 diodes there is the harmonic problem. For this purpose, to reduce this harmonic, the proposed solution is the installation of a LC filter. Methods. The DFIG is controlled to provide a constant voltage in amplitude and frequency independently of the grid load or the drive turbine speed. This command is vector control in a reference related to the stator field. The stator flux is aligned along the d axis of this landmark allowing thus the decoupling of the active and reactive stator powers of DFIG. The DFIG is controlled by an internal control loop of rotor flux and an external control loop of output stator voltage. We present also the control of the PMSM and the DC bus of the converter. The PMSM is controlled by an internal control loop of the current and an external control loop of the continuous bus of the converter according to its nominal value. The control system of wind generator based on the maximum power point tracking and the control of bus continuous at output rectifier knowing that the non-linear loads introduce high harmonic currents and disrupt the proper functioning of the system. The installation of a LC filter between the stator and the network to be supplied reduce harmonics. Results. Simulation results carried out on MATLAB/Simulink show that this filter allows obtaining a quasi-sinusoidal network voltage and it also has the advantage of a simple structure, a good efficiency and a great performance. This proves the feasibility and efficiency of the proposed system for different loads (linear or non-linear). Practical value. This proposed system is very performing and useful compared to others because it ensures the permanent production of electricity at VSCF to feed isolated sites, whatever the load supplied (linear or non-linear), without polluting the environment so that the use of wind energy is very important to reduce the greenhouse effect. References 34, figures 9. Вступ. В даний час проводиться багато досліджень вітряних турбін, що забезпечують електроенергією стабільну електромережу через асинхронний генератор з подвійним живленням (DFIG), але дослідження автономних мереж рідкісні через складність управління потужностями, часто близькими до номінальної потужності генератора. Мета. У статті представлена автономна система управління змінною швидкістю та постійною частотою (VSCF) для живлення ізольованих навантажень (лінійних чи нелінійних). Основною метою є розробка ефективної стратегії зниження гармонійних струмів, наведених через нелінійні навантаження, такі як випрямний міст із шістьма діодами. Новизна роботи полягає у вивченні системи, що складається з DFIG, що забезпечує енергією його статор в автономну мережу. Він використовує статичний перетворювач, підключений до ротора, що дозволяє працювати в гіпо-і гіперсинхронізмі. Синхронна машина з постійними магнітами (PMSM), підключена до вітряної турбіни, живить цей перетворювач, який має розмір, пропорційний діапазону зміни необхідної швидкості обертання. У разі лінійних навантажень проблем немає, всі бажані параметри добре контролюються, але у разі нелінійних навантажень, таких як випрямний міст із шістьма діодами, виникає проблема гармонік. Для цієї мети, щоб зменшити цю гармоніку, запропонованим рішенням є встановлення LC-фільтру. Методи. DFIG управляється для забезпечення постійної напруги за амплітудою та частотою незалежно від навантаження мережі або швидкості приводної турбіни. Ця команда є векторним управлінням в опорному сигналі, пов'язаному з полем статора. Потік статора вирівняний вздовж осі d цього орієнтиру, що дозволяє таким чином розв'язати активну та реактивну потужності статора DFIG. DFIG управляється внутрішнім контуром управління потоком ротора та зовнішнім контуром управління вихідною напругою статора. Представлено також управління PMSM та DC шиною перетворювача. PMSM управляється внутрішнім контуром керування струмом та зовнішнім контуром керування безперервною шиною перетворювача відповідно до його номінального значення. Система керування вітрогенератором базується на відстеженні точки максимальної потужності та безперервному керуванні шиною на вихідному випрямлячі, враховуючи, що нелінійні навантаження вводять струми високих гармонік та порушують належне функціонування системи. Встановлення LC-фільтра між статором і мережею живлення зменшує гармоніки. Результати моделювання, проведені в MATLAB/Simulink, показують, що цей фільтр дозволяє отримати квазісинусоїдальну напругу мережі, а також має перевагу щодо простоти  структури, хорошої ефективності та значної продуктивності. Це доводить доцільність та ефективність запропонованої системи для різних навантажень (лінійних чи нелінійних). Практична значимість. Запропонована система дуже продуктивна і корисна в порівнянні з іншими, оскільки вона забезпечує постійне виробництво електроенергії на VSCF для живлення ізольованих ділянок, незалежно від навантаження, що подається (лінійне або нелінійне), не забруднюючи навколишнє середовище, тому що використовує енергію вітру, що є важливим для зниження парникового ефекту. Бібл. 34, рис. 9. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025-07-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/317847 10.20998/2074-272X.2025.4.01 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 4 (2025); 3-10 Электротехника и Электромеханика; № 4 (2025); 3-10 Електротехніка і Електромеханіка; № 4 (2025); 3-10 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/317847/322099 Copyright (c) 2025 M. L’Hadj Said, M. Ali Moussa, T. Bessaad http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0

Схожі ресурси