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Direct power control based virtual flux using SOGI-FLL estimator for BDFIG-WEC system

A. Rahab, F. Senani and H. Benalla

Laboratoire de l’Electrotechnique de Constantine, LEC, Faculté des Sciences de la Technologie, Université des frères Mentouri de Constantine 1, Ain El-bey 25000 Constantine, Algérie.

Abstract

This paper deals with the control aspect of the brushless doubly fed induction generator, ’BDFIG’ incorporating in a wind energy conversion system, ’WECS’. The control process may divide in two main parts control of machine side converter, MSC’ and grid side converter, ’GSC’. Control process adopts direct power control, DPC approach thanks to its robustness and implementation simplicity direct power control permits decoupled regulation for active and reactive powers and as well pretty good robustness and performance during transient and steady state operation without PI regulators and rotating coordinate transformations. The regulation of power flow toward supply network via stator is performed using conventional direct power control at level the machine side converter where the active power reference signal is tuning depending to the output of the MPPT unit and the reactive power reference signal is set to zero to ensure unity power factor operation. Meanwhile, control of power flow between grid and grid side converter, ’GSC’ is done using improved direct power control based virtual flux and Second order generalized integrator - frequency locked loop, ’SOGI-FLL’ estimator in order to estimate frequency and angular position of voltage grid vector and as well power flow has been analysed during various operation conditions, ’synchronous, sub synchronous and super synchronous speeds’. The obtained simulation results show satisfactory system operation in terms of robustness and optimum power tracking behaviour and good steady state stability and finally reasonable settling time during transients.

Résumé

Cet article traite de la commande du générateur à induction brushless doublement alimenté, ’BDFIG’ en incorporant un système de conversion d’énergie éolienne, ’WECS’. Le procédé de commande peut être divisé en deux parties, la commande du convertisseur côté machine ’MSC’ et le convertisseur côté réseau ’GSC’. Le procédé de commande adopte une commande directe de puissance ’DPC’ en raison de sa robustesse et la facilité de son implémentation permet la régulation découplée pour les puissances actives et réactives, ainsi qu’une bonne robustesse et de bonnes performances en régime transitoire et stationnaire sans régulateurs PI et en transformations de coordonnées en rotation. La régulation du flux de puissance vers le réseau d’approvisionnement via un stator est réalisé en utilisant un DPC conventionnel au niveau du MSC ou le signal de référence de la puissance active est mis au point en fonction de la sortie du MPPT et le signal de référence de puissance réactive est réglé à zéro pour assurer des opérations de facteurs de puissance unitaires. En même temps, la commande du flux de puissance entre le réseau et le GSC est réalisé en utilisant un DPC amélioré basé sur un flux virtuel et un intégrateur généralisé de second ordre-boucle verrouillée en fréquence ’SOGI-FLL’ afin d’estimer la fréquence et la position angulaire du vecteur de tension du réseau, aussi, le flux de puissance a été analysé dans différentes conditions opératoires : à des vitesses synchrones, sous synchrones, et super synchrones. Les résultats de simulations qui ont été obtenus ont montré que le système opérait de manière satisfaisante en terme de robustesse et de tracking du point de puissance optimum, et possède une bonne stabilité en régime stationnaire et un temps d’installation raisonnable durant les régimes transitoires.

Keywords

Wind energy conversion system - BDFIG - MPPT control - Direct power control, DPC - SOGI-FLL - Virtual Flux Estimation.

Direct power control based virtual flux using SOGI-FLL estimator for BDFIG-WEC system
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