Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system

Introduction. Wind energy has been a clean and renewable source of electricity in recent decades, making a significant addition to overall generation, and wind power is one of the most popular sources of renewable energy. Problem. Accurate modeling of wind turbine generators is critical to improve t...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2025
Автори:	Diboune, Y., Hachelaf, R., Kouchih, D.
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 short-circuit faults wind turbine
Онлайн доступ:	http://eie.khpi.edu.ua/article/view/322525
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-322525
record_format	ojs
institution	Electrical Engineering & Electromechanics
baseUrl_str
datestamp_date	2025-11-01T22:19:02Z
collection	OJS
language	English
topic	doubly-fed induction generator short-circuit faults wind turbine
spellingShingle	doubly-fed induction generator short-circuit faults wind turbine Diboune, Y. Hachelaf, R. Kouchih, D. Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system
topic_facet	асинхронний генератор з подвійним живленням коротке замикання вітрова турбіна doubly-fed induction generator short-circuit faults wind turbine
format	Article
author	Diboune, Y. Hachelaf, R. Kouchih, D.
author_facet	Diboune, Y. Hachelaf, R. Kouchih, D.
author_sort	Diboune, Y.
title	Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system
title_short	Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system
title_full	Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system
title_fullStr	Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system
title_full_unstemmed	Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system
title_sort	effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system
title_alt	Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system
description	Introduction. Wind energy has been a clean and renewable source of electricity in recent decades, making a significant addition to overall generation, and wind power is one of the most popular sources of renewable energy. Problem. Accurate modeling of wind turbine generators is critical to improve the efficiency of power systems. Doubly-fed induction generator (DFIG) stands out for its economic advantages associated with the use of frequency converters and induction machines. Increasing operating and maintenance costs of wind turbines highlight the need for early fault identification to optimize costs and ensure reliable operation. The goal of this work is to develop a simplified yet effective model for analyzing stator winding short-circuits in DFIGs operating in wind turbines. The model uses line-to-line voltages as inputs and explicitly considers the neutral-point voltage variation under fault conditions. Methodology. The problem was solved using spectral analysis, the model was implemented for 4 kW DFIG wind turbine in MATLAB to validate its effectiveness. Results. The simulation results confirm the effectiveness of the proposed approach for timely fault detection and analysis. It demonstrates computational simplicity by accurately capturing the main fault characteristics, which is preferable to traditional methods such as symmetrical components and FEM. The scientific novelty of the work lies in a methodology for modeling DFIG during stator short-circuits, integrating the effect of elevated neutral voltage during faults using line-to-line voltages in the base model. It also takes into account phenomena such as magnetic saturation, gap effects, and skin effects. The simplicity of the model makes it suitable for condition monitoring and validation of fault-tolerant control algorithms, which distinguishes it from more complex methods such as symmetrical components or the FEM. Practical value. The proposed model offers a pragmatic and reliable approach for monitoring and analyzing defects in DFIG wind turbines. Its versatility and efficiency improve the optimization of maintenance costs and reliability of renewable energy systems. References 27, tables 2, figures 8.
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/322525
work_keys_str_mv	AT dibouney effectofshortcircuitinstatorwindingsontheoperationofdoublyfedinductiongeneratorsoperatinginawindpowersystem AT hachelafr effectofshortcircuitinstatorwindingsontheoperationofdoublyfedinductiongeneratorsoperatinginawindpowersystem AT kouchihd effectofshortcircuitinstatorwindingsontheoperationofdoublyfedinductiongeneratorsoperatinginawindpowersystem
first_indexed	2025-11-02T02:08:54Z
last_indexed	2025-11-02T02:08:54Z
_version_	1848187043788619776
spelling	eiekhpieduua-article-3225252025-11-01T22:19:02Z Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system Diboune, Y. Hachelaf, R. Kouchih, D. асинхронний генератор з подвійним живленням коротке замикання вітрова турбіна doubly-fed induction generator short-circuit faults wind turbine Introduction. Wind energy has been a clean and renewable source of electricity in recent decades, making a significant addition to overall generation, and wind power is one of the most popular sources of renewable energy. Problem. Accurate modeling of wind turbine generators is critical to improve the efficiency of power systems. Doubly-fed induction generator (DFIG) stands out for its economic advantages associated with the use of frequency converters and induction machines. Increasing operating and maintenance costs of wind turbines highlight the need for early fault identification to optimize costs and ensure reliable operation. The goal of this work is to develop a simplified yet effective model for analyzing stator winding short-circuits in DFIGs operating in wind turbines. The model uses line-to-line voltages as inputs and explicitly considers the neutral-point voltage variation under fault conditions. Methodology. The problem was solved using spectral analysis, the model was implemented for 4 kW DFIG wind turbine in MATLAB to validate its effectiveness. Results. The simulation results confirm the effectiveness of the proposed approach for timely fault detection and analysis. It demonstrates computational simplicity by accurately capturing the main fault characteristics, which is preferable to traditional methods such as symmetrical components and FEM. The scientific novelty of the work lies in a methodology for modeling DFIG during stator short-circuits, integrating the effect of elevated neutral voltage during faults using line-to-line voltages in the base model. It also takes into account phenomena such as magnetic saturation, gap effects, and skin effects. The simplicity of the model makes it suitable for condition monitoring and validation of fault-tolerant control algorithms, which distinguishes it from more complex methods such as symmetrical components or the FEM. Practical value. The proposed model offers a pragmatic and reliable approach for monitoring and analyzing defects in DFIG wind turbines. Its versatility and efficiency improve the optimization of maintenance costs and reliability of renewable energy systems. References 27, tables 2, figures 8. Вступ. Вітроенергетика є екологічно чистим та відновлюваним джерелом електроенергії в останні десятиліття, роблячи значний внесок у загальну генерацію енергії, і є одним із найпопулярніших джерел відновлюваної енергії. Проблема. Точне моделювання вітрогенераторів є критично важливим для підвищення ефективності енергосистем. Асинхронний генератор з подвійним живленням (DFIG) відрізняється економічними перевагами, пов’язаними з використанням перетворювачів частоти та асинхронних машин. Зростання витрат на експлуатацію та технічне обслуговування вітрогенераторів призводить до необхідності раннього виявлення несправностей для оптимізації витрат та забезпечення надійної роботи. Метою даної роботи є розробка спрощеної, але ефективної моделі для розрахунку короткого замикання обмотки статора DFIG, що працює у вітрогенераторі. Модель використовує значення лінійної напруги та враховує підвищення напруги в нейтральній точці у разі несправностей. Методика. Завдання вирішено за допомогою спектрального аналізу. Модель реалізована у MATLAB для вітрогенератора DFIG потужністю 4 кВт для підтвердження її ефективності. Результати моделювання підтверджують ефективність запропонованого підходу до своєчасного виявлення та аналізу несправностей. Модель демонструє обчислювальну простоту, точно фіксуючи основні характеристики несправностей, що краще традиційних методів, таких як симетричні компоненти та метод скінченних елементів (МСЕ). Наукова новизна роботи полягає в методології моделювання DFIG при коротких замиканнях статора, що враховує вплив підвищеної напруги нейтралі при коротких замиканнях з використанням лінійних напруг базової моделі. Модель також враховує такі явища, як магнітне насичення, вплив зазору та скін-ефект. Простота моделі робить її придатною для моніторингу стану та валідації алгоритмів стійкості до відмови, що відрізняє її від складніших методів, таких як симетричні компоненти або МСЕ. Практична значимість. Розроблена модель пропонує практичний та надійний підхід до моніторингу та аналізу дефектів у вітрових турбінах з DFIG. Її універсальність та ефективність сприяють оптимізації витрат на технічне обслуговування та підвищенню надійності систем відновлюваної енергетики. Бібл. 27, табл. 2, рис. 8. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025-11-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/322525 10.20998/2074-272X.2025.6.01 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 6 (2025); 3-7 Электротехника и Электромеханика; № 6 (2025); 3-7 Електротехніка і Електромеханіка; № 6 (2025); 3-7 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/322525/330004 Copyright (c) 2025 Y. Diboune, R. Hachelaf, D. Kouchih http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0

Effect of short-circuit in stator windings on the operation of doubly-fed induction generators operating in a wind power system

Репозитарії

Схожі ресурси