Control‌-Strategies-for-Performance-Assessment-of-an- Autonomous Wind Energy Conversion System

Document Type: Research Paper

Authors

1 Department of Electrical Engineering, Islamic Azad University Boroujerd Branch (IAUB), Lorestan, Iran

2 Department of Electrical Engineering, Malek-Ashtar University of Technology (MUT), Tehran, Iran

Abstract

Renewable energy sources like wind, sun, and hydro are considered as a reliable alternative to the traditional energy sources such as oil, natural gas, or coal. This paper describes modeling and simulations to determine a method for the power performance evaluation of autonomous wind turbine system. A speed control regulator is utilized to control the DC bus voltage. The inverter gate’s signals are generated by decoding the Hall effect signals of the motor. The three-phase output of the inverter is applied to the permanent magnet synchronous generator (PMSG) block's stator windings. This study shows that the use of resonant controllers ensures the stability of the three-phase source supplying the load which may be unbalanced and subjected to abrupt variations. It also shows that use of PI controller ensures the regulation of DC bus to a reference voltage.

Keywords


[1] P. D. Lund, “Effect of energy policies on industry expansion in renewable energy,” Vol. 34, No. 1, pp. 53‐64, 2009. 

[2] F. Dincer, “The analysis on wind energy electricity generation  status, potential and policies in the world,” Renew Sust Energy Rev, Vol. 15, No. 9, pp. 5135‐5142, 2011.

  [3] J.  G.  Slootweg,  SWH.  de  Haan,  H.  Polinder,  and  King  W.  L.  General,  “Model  for  representing  variable    speed‐wind  turbines in  power  system  dynamics  simulations,”  IEEE  Trans  Power Syst, Vol. 18, No. 1, pp. 14‐151, 2003. 

[4] A.  Masmoudi,  A.  Abdelkafi,  and  L.  Krichen,  “Electric  power  generation  based  on  variable  speed  wind  turbine  under load  disturbance,” Energy, Vol. 36, No. 8, pp. 5016‐5026, 2011. 

[5] K. Ghedamsi, D. Aouzellag,” Improvement of the performances  for  wind  energy  conversion  systems,”  Int  G  Electr  Power  Energy Syst, Vol. 32, No. 9, pp. 936‐945, 2010. 

[6] Z.  Chen,  E  Grid  Spooner,  “Power  quality  with  variable  speed  wind turbines,” IEEE Trans Energy Convers, Vol. 16, No. 2, pp.  148‐154, 2001. 

[7] H.  Camblong,  Algeria  I.  Martinez  de,  M.  Rodriguez,  and  G.  Abad,”Experimental  evaluation  of  wind  turbines  maximum  power  point  tracking  controllers,”  Energy  Convers  Manage,  Vol. 47, No. 18, pp. 2846‐2858, 2006. 

[8] K. Agbossou, M. Kolhe, J. Hamelin, and T. K. Bose,”Performance  of  a  stand‐alone  renewable  energy  system  based  on  energy  storage as hydrogen,” IEEE Trans Energy Convers, Vol. 19, No.  3. pp. 633‐640, 2004. 

[9] M. Kesraoui, N. Korichi, and A. Belkadi,”Maximum power point  tracker  of  wind  energy  conversion  system,”  Renew  Energy,  Vol. 36, No. 10, pp. 2655‐2662, 2011. 

[10] M. Singh, V. Khadkikar, and A.  Chandra,”Grid  synchronization  with  harmonics  and  reactive  power  compensation  capability  of  a  permamemt  magnet  synchronous  generator‐based  variable  speed  wind  energy  conversion  system,”  IET  Power  Elctron, Vol. 4, No. 1, pp. 122‐130, 2011.

  [11] G.  L.  G.  González,  E.  Figueres,  G.  Garcerá,  and  O.  Carranza,”Maximum‐power‐point  tracking  with  reduced  mechanical  stress  applied  to  wind‐energy‐conversion  systems,” Appl Energy, Vol. 87, No. 7, pp. 2304‐2312, 2010. 

[12] R. Melício, V. M. F. Medes, and J. P. S. Catalão,”Power converter  topologies  for  wind  energy  conversion  systems:Integrated  modeling,  control  strategy  and  performance  simulation,”  Renew Energy, Vol. 35, No. 10, pp. 2165‐2174,  2010. 

[13] Q. Wang, L. Change, "An intelligent maximum power extraction  algorithm  for  inverter‐based  variable  speed  wind  turbine  systems,” IEEE Trans. Power Electron.,Vol. 19, No. 5, pp. 1242‐ 1249, Sep. 2004.

  [14] S.  Morimoto,  H.  Nakayama,  M.  Sanada,  and  Y.  Takeda,  “Sensorless  output  maximization  control  for  variable‐speed  wind generation system using  IPMSG,”  IEEE Trans.  Ind. Appl.,  Vol 41, No. 1, pp. 60‐67, Jan./Feb. 2005 . 

[15] W.  Qiao,  W.  Zhou,  J.M.  Aller,  and  R.  G  .  Harley,  “Wind  speed  estimation based senseless output maximization control  for a  wind turbine driving a DFIG,” IEEE Trans. Power Electron., Vol. 23, No. 3, pp. 1156‐1169, May 2008. 

[16] M.  Chincilla,  S.  Arnaltes,  J.  C.  Burgos,  “Control  of  permanent‐ magnet  generators  applied  to  variable‐speed  wind‐energy  systems  connected  to  the  grid,”  IEEE  Trans  Energy  convers,  Vol. 23, No. 1, pp. 130‐135, 2006. 

[17] L. Zhong, M. F. Rahman, W. Y. Hu, K. W. Lim, and M. A. Rahman,  “A  direct  torque  controller  for  permanent  magnet  synchronous  motor  drives,”  IEEE  Trans  Energy  Convers,  Vol.  14, No. 3, pp. 637‐642, 1999. 

[18] A.  Masmoudi,  L.  Krichen,  and  A  Ouali,  “Voltage  control  of  a  variable  speed  wind  turbine  connected  to  an  isolated  load:  Experimental study,” Energy Convers Manage, Vol. 59. pp. 19‐ 26, 2012. 

[19] M.  Esselin,  B.  Robyns,  F.  Berthereau,  and  J.  P.  Hautier,  “Resonant  controller  based  power  control  of  an  inverter‐ transformer  association  in  a  wind  generator,”  Electromotion,  Vol. 7, No. 4, pp. 185‐90, 2000. 

[20] G.  E.  Valderrama,  A.  M.  Stankovic,  and  P.  Mattavelli,  “Dissipativity‐based  adaptive  and  robust  control  of  ups  in  unbalanced  operation,”  IEEE  Trans  Power  Electron,  Vol.  18,  No. 4, pp. 1056‐1‐62, 2003. 

[21] A.  abdelkafi,  A.  Masmoudi,  and  L.  Krichen,  “Experimental  investigation  on  the  performance  of  an  autonomous  wind  energy conversion,” Electrical Power and Energy Systems, Vol.  44, pp. 581‐590, 2013. 

[22] IEEE Standard 519-1992, “IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems,”.