مدل کمکی غیرخطی ADRC و مدل ساده‌شده NADRC برایDFIG-WT در هنگام عدم تعادل ولتاژ شبکه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری،گروه مهندسی برق، دانشکده فنی، واحد خمین، دانشگاه آزاد اسلامی، خمین، ایران.

2 استادیار،گروه مهندسی برق، دانشکده فنی، واحد خمین، دانشگاه آزاد اسلامی، خمین، ایران.

3 استادیار، گروه مهندسی برق و کامپیوتر دانشکده فنی مهندسی گلپایگان دانشگاه صنعتی اصفهان گلپایگان ایران

چکیده

در این مقاله، یک رویکرد نوآورانه برای کنترل مبتنی بر MA-NADRC به همراه روش حداقل سازی خطا (LM) جهت تنظیم جریان روتور ارائه‌شده است. روش  LM با تحلیل دقیق و استخراج مقدار بهینه جریان راکتیو در ژنراتور القایی دو‌سو‌تغذیه (DFIG)، به کاهش تلفات کلی سیستم کمک می‌کند. کنترل‌کننده MA-NADRC با بهره‌گیری از اطلاعات مدل روتور در بخش کمکی کنترل و در نظر گرفتن تغییرات اندوکتانس مغناطیسی، عملکرد بهتری را به نمایش می‌گذارد. این طراحی، توان تحویلی به شبکه را افزایش داده و مقاومت سیستم در برابر اختلالات را تقویت می‌کند. همچنین، روشی نوین برای تنظیم دقیق پارامترهای MA-NADRC معرفی‌شده است. تمامی شبیه‌سازی‌ها در محیط سیمولینک  MATLAB و در شرایط مختلف عملیاتی انجام‌شده‌اند. در شرایط افت ولتاژ متعادل 0.15 پریونیت، کنترل MA-NADRC زمان نشست 0.12 ثانیه و فرا جهش 1.5% را برای جریان روتور ثبت کرد، درحالی‌که روش  NADRC  مرتبه اول زمان نشست 0.25 ثانیه و فرا جهش 4/3% و روش  LADRC زمان نشست 0.30 ثانیه و فرا جهش 0.5% را نشان دادند. در سرعت باد بالا (15 متر بر ثانیه)، MA-NADRC عملکرد بهتری داشت و فرا جهش 2/1% بازمان نشست 0.15 ثانیه را به ثبت رساند، درحالی‌که  NADRC مرتبه اول فرا جهش 5.5% و زمان نشست 0.35 ثانیه را نشان داد. همچنین، مقدار حداکثر دامنه ولتاژ لینک DC برای MA-NADRC برابر با 1.05 پریونیت و برای NADRC مرتبه اول 1.25 پریونیت محاسبه شد. این نتایج بیانگر برتری MA-NADRC در مدیریت دینامیک سیستم، کاهش نوسانات، و بهبود عملکرد تحت شرایط مختلف بهره‌برداری است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

ADRC nonlinear auxiliary model and simplified NADRC model for DFIG-WT during grid voltage imbalance

نویسندگان [English]

  • mohammad ali karami 1
  • s.mohammad shariatmadar 2
  • mohammad esmaeal nazari 3
1 PhD student, Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Khomein Branch, Islamic Azad University, Khomein, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Khomein Branch, Islamic Azad University, Khomein, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Electrical and Computer Engineering Golpayegan College of Engineering Isfahan University of Technology Golpayegan, Iran
چکیده [English]

This paper presents an innovative approach for control based on MA-NADRC combined with the Least Mean Error (LM) method to regulate rotor current. The LM method, through precise analysis and optimal reactive current extraction in a Doubly-Fed Induction Generator (DFIG), contributes to minimizing the system's overall losses. The MA-NADRC controller, leveraging rotor model information in the auxiliary control section and accounting for magnetic inductance variations, demonstrates superior performance. This design enhances the power delivered to the grid and strengthens the system's resilience against disturbances. Additionally, a novel method for fine-tuning MA-NADRC parameters is introduced. Simulations were conducted in MATLAB/Simulink under various operational conditions. Under balanced voltage sag conditions of 0.15 per unit, MA-NADRC recorded a settling time of 0.12 seconds and an overshoot of 1.5% for the rotor current, while first-order NADRC showed a settling time of 0.25 seconds and an overshoot of 4.3%, and LADRC demonstrated a settling time of 0.30 seconds and an overshoot of 5.0%. At high wind speeds (15 m/s), MA-NADRC exhibited superior performance with an overshoot of 2.1% and a settling time of 0.15 seconds, compared to first-order NADRC with an overshoot of 5.5% and a settling time of 0.35 seconds. Moreover, the maximum DC-link voltage amplitude for MA-NADRC was calculated to be 1.05 per unit, while it was 1.25 per unit for first-order NADRC. These results underscore the superiority of MA-NADRC in dynamic system management, reducing oscillations, and improving performance under diverse operating conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wind turbine
  • DFIG generator
  • grid disturbances
  • MA-NADRC method

Smiley face

 

مراجع

[1].    A.B. Patel and R. Chilipi, “Development of constant switching frequency model predictive control for DFIG-based wind energy conversion system in standalone and grid connected operation,” Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 64, p. 103739, 2024.  
[2].    E.G. Shehata, “Improved power control of DFIGs driven by wind turbine under unbalanced grid voltage,” Journal of Electrical Engineering & Technology, vol. 19, no. 1, pp. 325-340, 2024.  
[3].    M. Cheng, Z. Cao, and X. Yan, “Dual-negative-objective coordinated control of brushless doubly fed induction generator under unbalanced grid voltage,” CES Transactions on Electrical Machines and Systems, 2024.  
[4].    Chakraborty and T. Maity, “Integrated control algorithm for fast and accurate detection of the voltage sag with low voltage ride-through (LVRT) enhancement for doubly-fed induction generator (DFIG) based wind turbines,” Control Engineering Practice, vol. 131, p. 105393, 2023.  
[5].    H. Jin, Z. Zhou, and P. Qu, “Three-vector model predictive power control of doubly fed induction generator based on linear extended state observer under unbalanced grid,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 161, p. 110168, 2024.  
[6].    G.N. González, C.H. De Angelo, and D.A. Aligia, “A control strategy for DFIG-based systems operating under unbalanced grid voltage conditions,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 142, p. 108273, 2022.  
[7].    A.M. Eltamaly, M.S. Al-Saud, and A.G. Abo-Khalil, “Dynamic control of a DFIG wind power generation system to mitigate unbalanced grid voltage,” IEEE Access, vol. 8, pp. 39091-39103, 2020.  
[8].    A.G. Abo‐Khalil, W. Alharbi, A.R. Al‐Qawasmi, M. Alobaid, and I. Alarifi, “Modeling and control of unbalanced and distorted grid voltage of grid‐connected DFIG wind turbine,” International Transactions on Electrical Energy Systems, vol. 31, no. 5, p. e12857, 2021.  
[9].    S. Das and B. Singh, “Enhanced control of DFIG based wind energy conversion system under unbalanced grid voltages using mixed generalized integrator,” IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, vol. 3, no. 2, pp. 308-320, 2022.  
[10]. S. Hu, G. Zhu, and Y. Kang, “Modeling and coordinated control design for brushless doubly-fed induction generator-based wind turbine to withstand grid voltage unbalance,” IEEE Access, vol. 9, pp. 63331-63344, 2021.  
[11]. X. Kong, X. Wang, M.A. Abdelbaky, X. Liu, and K.Y. Lee, “Nonlinear MPC for DFIG-based wind power generation under unbalanced grid conditions,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 134, p. 107416, 2022.  
[12]. S. Hu and G. Zhu, “Enhanced control and operation for brushless doubly-fed induction generator-based wind turbine system under grid voltage unbalance,” Electric Power Systems Research, vol. 207, p. 107861, 2022.  
[13]. Sobhy, A.G. Abo-Khalil, D. Lei, T. Salameh, A. Merabet, and M. Alkasrawi, “Coupling DFIG-based wind turbines with the grid under voltage imbalance conditions,” Sustainability, vol. 14, no. 9, p. 5076, 2022.  
[14]. Abedi, Alireza and Sepasian, Mohammad Sadeq and Talebpour, Mohsen and Hagiri, Abdolali, 2015, Presenting a new model for wind speed to assess the adequacy of wind turbine generation at defense sites,
[15]. J. Zheng, B. Li, Q. Chen, Y. Zhang, and Y. Liu, “HPF-LADRC for DFIG-based wind farm to mitigate subsynchronous control interaction,” Electric Power Systems Research, vol. 214, p. 108925, 2023.
[16]. H. Jin, Z. Zhou, and P. Qu, “Three-vector model predictive power control of doubly fed induction generator based on linear extended state observer under unbalanced grid,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 161, p. 110168, 2024.
[17]. Saadi, Sajjad and Kamyab, Mohammad Hassan, 2013, Simulation and improvement of wind turbine power by applying boundary layer suction method on blades,
[18]. Sobhy, D. Lei, and A. G. Abo-Khalil, “Enhancing the performance of the output active power of DFIG-based wind turbines using auto disturbance rejection control,” in Proc. 2022 Conf. Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), Jan. 2022, pp. 876-881.
[19]. Chen, D. Zhang, J. Cao, Y. Zhong, J. Huang, and Y. Zhang, “Mitigation of subsynchronous control interaction in DFIG-based wind farm using SDC-LADRC,” in Proc. 2024 CPSS & IEEE Int. Symp. Energy Storage and Conversion (ISESC), Nov. 2024, pp. 1061-1065.
[20]. S. Gao, C. Mao, D. Wang, and J. Lu, “Dynamic performance improvement of DFIG-based WT using NADRC current regulators,” International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol. 82, pp. 363-372, 2016.
الکترومغناطیس کاربردی
دوره 13، شماره 1 - شماره پیاپی 30
بهار و تابستان
شهریور 1404
صفحه 1-12

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 21 اردیبهشت 1404
  • تاریخ بازنگری: 06 تیر 1404
  • تاریخ پذیرش: 26 مرداد 1404
  • تاریخ انتشار: 01 شهریور 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار