Direct Active and Reactive Power Regulation of DFIG Using Sliding-Mode Control Approach

ABSTRACT

This paper presents a new direct active and reactive power control (DPC) of grid-connected doubly fed induction generator (DFIG)-based wind turbine systems. The proposed DPC strategy employs a nonlinear sliding-mode control scheme to directly calculate the required rotor control voltage so as to eliminate the  instantaneous errors of active and reactive powers without involving any synchronous coordinate  transformations. Thus, no extra current control loops are required, thereby simplifying the system design and enhancing the transient performance. Constant converter switching frequency is achieved by using space vector modulation, which eases the designs of the power converter and the ac harmonic filter.  Simulation results on a 2-MW grid-connected DFIG system are provided and compared with those of classic voltage-oriented vector control (VC) and conventional lookup table (LUT) DPC. The proposed DPC provides enhanced transient performance similar to the LUT DPC and keeps the steady-state harmonic spectra at the same level as the VC strategy.

INTRODUCTION

DOUBLY fed induction generators (DFIGs) are extendedly used in modern wind power generation systems due to their variable speed operation, four-quadrant active and reactive power capability, low-converter cost, and reduced power losses compared with other solutions such as fixed speed induction generators or fully fed synchronous generators with fully sized converters. Classic control of grid-connected DFIGs is usually based on either stator voltage oriented  or stator-flux-oriented (SFO)  vector control (VC). The scheme decouples the rotor current into active and reactive power components in the synchronous reference frame. Control of instantaneous stator active and reactive powers is then achieved by regulating the decoupled rotor currents, using proportional-integral (PI) controllers. One main drawback for this control scheme is that the performance highly relies on the tuning of the PI parameters and accurate machine parameters such as stator and rotor inductances and resistances. Thus, performance may degrade when actual machine  parameters deviate from values used in the control system.

چکیده

این مقاله یک کنترل مستقیم قدرت فعال و راکتیو جدید (DPC) از سیستم های توربین بادی مبتنی بر ژنراتور القایی (DFIG) متصل به شبکه متصل شده است. استراتژی پیشنهادی DPC، یک روش کنترل غیرمساوی کشویی را به صورت مستقیم جهت محاسبه ولتاژ کنترل روتور مورد نیاز برای حذف خطاهای لحظه ای قدرت های فعال و راکتیو بدون درنظرداشت تغییرات هماهنگ مختصات استفاده می کند. بنابراین، هیچ حلقه کنترل اضافی فعلی لازم نیست، بنابراین ساده ساختن سیستم و افزایش عملکرد گذرا است. فرکانس سوئیچینگ مبدل ثابت با استفاده از مدولاسیون بردار فضایی به دست می آید، که باعث می شود طرح های مبدل قدرت و فیلتر هارمونیک مبدل شود. نتایج شبیه سازی بر روی یک سیستم DFIG متصل به شبکه 2 مگاواتی ارائه شده است و مقایسه آن با کنترل های بردار ولتاژ گرا (VC) کلاسیک و جدول ارزیابی متداول (LUT) DPC مقایسه می شود. DPC پیشنهاد شده عملکرد پیشرفته تر موازی با LUT DPC را فراهم می کند و طیف های هارمونیک حالت پایدار را در همان سطح با استراتژی VC حفظ می کند.

مقدمه

ژنراتور القایی دوگانه (DFIG) به واسطه عملکرد سرعت متغیر خود، توان چهارگانه فعال و توان راکتیو، هزینه کم مبدل و کاهش توان مصرفی در مقایسه با راه حل های دیگر مانند القاء سرعت ثابت ژنراتورها یا ژنراتورهای همگام به طور کامل با مبدل های کامل اندازه گیری می شوند. کنترل کلاسیک DFIG های متصل به شبکه معمولا بر اساس کنترل بردار ولتاژ استاتور یا جریان (SFO) (VC) استوار است. این طرح جریان روتور را به اجزای قدرت فعال و واکنشی در فریم مرجع هماهنگی جدا می کند. سپس کنترل جریان های فعال و واکنشی استاتور لحظه ای با تنظیم جریان های روتور جدا شده با استفاده از کنترل کننده های متناسب (Integral) (PI) به دست می آید. یک نکته اصلی برای این طرح کنترل این است که عملکرد به شدت به تنظیم پارامترهای PI و پارامترهای ماشین دقیق مانند استوانه و روتور و مقاومت کمک می کند. بنابراین، عملکرد ممکن است هنگامی که پارامترهای ماشین از مقادیر استفاده شده در سیستم کنترل متفاوت است، کاهش یابند.

Year: 2010

Publisher : IEEE

By : Jiabing Hu, Heng Nian, Bin Hu, Yikang He, and Z. Q. Zhu

File Information: English Language/ 12 Page / size: 844 KB

Download

سال : 1389

ناشر : IEEE

کاری از : جیابینگ هو، هانگ نایان، بن هو، ییکانگ او و Z. Q. Zhu

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 12صفحه / حجم : KB 844

لینک دانلود