Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 Septem be r 2020 , pp.  1557 ~ 1569   IS S N:  20 88 - 8694 DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 3 . pp 1557 - 1569       1557       Journ al h om e page http: // ij pe ds .i aescore.c om   Volta ge re gulati on of  an a synch ronous wi nd tu rb i ne usi ng  STATC OM a nd a  contr ol strategy b ased on  a combin ation  of  single in put fuzz y logic  regul ator and slidi ng mod e c ontroll ers       Moham med  Mokhtari 1 , S mail Z oug ga r 2 ,   N acer  K .   M’s ir di 3 ,   M oham ed Lar bi   El hafyani 4   1,2,4   La bor at ory   o Elec tr ical Engi nee ring   and   Mai nte nan ce,  Schoo of Te chnol ogy ,   Univer sity   Mohammed  1 st ,   Mor occ   La bora tory  of   Sys te ms a nd  Inf orma ti on   Sci ences of  Aix   Marsei ll e   Univer sity ,   F ran ce        Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ja n   1 7 , 2 01 9   Re vised  Ju l   2 2 ,  201 9   Accepte Aug   3 , 2 01 9       In  the   l itera tur e,  it   is  wel kno wn  tha r ea c ti ve   power  ma n ageme nt  is  the   gre atest  cha l le n ge  in   wind   tur bine   b ase on   a   three - phase   self - ex cited   induc ti on  g ene r a tor.   Any  var i atio of  wind  spee d   or  loa c ause var i at ion  on  th e   nee d ed   r ea c ti ve   power   a nd  thus   a   vol tage  f luc tu ation.   Flexi ble  AC   tra nsmiss ion  de vic such  as  STATCOM   bec om the ne ce ss ity  to  pre ven t   volt ag insta bi lity  and   h enc e   v olt ag col l apse   at  the  point  of  co mm on   coupl ing .   Thi s   pap er   propose so  a   n ew  c ontrol  strategy   for   voltage   reg ulation   of   an   async hronous   wind  turb ine  ba sed  on   a   co mbinati on   of   a   single   inpu fu zzy  logic  reg u la to r   and  slid ing  m ode  con trol l er.  C ompa red   to   the   cl assic al  co ntrol   str at egy   with  PI  reg u la t ors,  the  per for ma nc of   the   proposed  com pe nsator  has  bee signifi c ant ly  improved  when  it   i cont rolled   by  th e   new   ap proa ch   and   th e   sys te m   h ave  s hown  more  rob ustness  and   stabi lity   reg ard i ng  ex te rna l   dist urba nce s.   The  p rese nt   document   tr ai ts   so  the  mode lling  of  th power  sys te m ,   the   simu la t ion  result and  th cont roller’s   sche me a nd   desi gn.   Ke yw or d s :   Async hro nous   Win d   T urbin e     Sin gle  I nput F uzzy L og ic   Re gu la to r   Sli din M ode  Con tr ollers   STA TC O M     Vo lt age  Reg ul at ion     This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   M oha mme d M okhtari,     Lab or at or y of   Ele ct rical  En gi neer i ng and  Ma intenan ce,   Un i ver sit M ohamme d 1st,   BP 473 Al  Qu ds   Un i ver sit y C omplex,  Ouj da 600 00, M orocco.   Emai l:  moham med.mo khta ri @outl ook.co m       NOME N CLA TURE     Air de ns it y.     ,   Stat or  ter minal  volt ages i   ref e re nce.   R   Bl ades len gth.     ,   Stat or   phase c urre nt in    refe ren ce .   V   Win S pee d.     ,   Rotor p hase  curre nt in    refe ren ce .   ( )   Aero dynamic  performa nce  of the tu r bin e.     ,   M a gn et iz in c urren t i   re fer e nce.   Ω    Turbine  s haf t s peed.     ,   Rotor fl ux in    re fer e nce .     Transmi tt ed  to rque t the  sh a ft of the  IG     ,   Stat or   flu in     re fer e nce.      Aero dynamic t orq ue.     ,   Per  phase  ro t or an sta to r resi sta nces.   M   M ulti plier  rati o.     M a gn et iz in g re act ance.      M ec han ic al  s pe ed of   the  IG s haf t     ,   Stat or  a nd roto le aka ge react ances.     IG   sh a ft a ngul ar  velocit y.     Synchr onous a ngular  v el ocity .       1.   INTROD U CTION   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :   1557     1569   1558   W in e nerg i ab unda nt  a nd  e ndowed   wi th  ine xh a us ti bl pote ntial .   I is  tod a one  of  the  best  so urces   of  s ust ai nab le   el ect ri ci ty  s upply  for  global  de vel opment.   C ompare with   oth er   gen e rato rs Sel f - Excit ed   I nduct ion  Ge ner at or  ( SEIG )   ap plied  in  var ia ble  s pe ed  wind   tur bine   syst em  giv e s  more  a dvanta ge f or  an  is olate mic ro - gri d.  Its  r ob us tness   a nd  lo c os qual it ies  ma ke s   it   pe rfec tl su it e for   us e   in   s om e   e xtreme   wind  an loa conditi ons.  H oweve r,   th te r minal  volt age  sta bili ty  of   the   Indu ct i on   Generat or   (IG)   ca nnot  be   gu a ra nteed   with   only   s hunt  connecti on  t o   a   fixe ca pacit or   ba nk.  T hu s ,   severa volt ag regulat i o sc hemes   hav e   bee pro po s ed   by  re se arch e rs   us i ng  mecha nical ly  switc he ca pa ci tors,  s yn c hro nous  c onde ns e rs  a nd   Flexible   AC   tr ansmissi on  (FACT)   dev ic es   su c as   t he  Stat ic   Var  C omp ensato r   (SVC)   or   m or e   recen tl the   Stat ic  Sy nc hro nous  C ompe nsa tor (ST ATC O M )  [ 1,   2].   In  Re fe ren c [3]  t hyristo r - c on t ro ll ed   sta ti va r   co mp e nsa tor   ha ve   be en  re ported   to   pr ov i de  t he   require reacti ve  powe f or  volt age  sup port  and  tra ns ie nt   sta bili ty  imp r ovement  of  a el ect rical   netw ork  wi t wind  gen e rato r.   In  Re fe ren c [ 4 t he  a uth ors  pro posed   ST ATCO M   with  a e nerg sto ra ge   sy ste m   (S T ATCO M /E SS)   t sup ply   reacti ve   po wer   c ompe nsa ti on volt age   regulat ion   a nd   t ran sie nt  s ta bili ty   enh a ncem ent ,   f or w i nd turbin es eq uippe d wit fi xed - s peed  inducti on gene rators.     c omparis on  has   bee ma de  in   re fer e nc [ 5 betw een   SV C   an ST ATCO sho wing  that ,   for  impro ving  rea ct ive  powe of  wind  far m   with  ca ge  in duct ion   gen e rato r s ST ATCO is  more  use f ul   than   SV C T his  is   due  to  it highe r   con t ro ba ndw idth  an the  a ddit ion al   cap abi li ty  of   pr ov i ding  hi gh e cu rre nts  at   low v oltage le vels.    In  this   w ork,  t he  t opolog usi ng  ST ATCO M   ha ve  bee chosen S eve ra co ntr ol  a pproach es ,   f r om   the  cl assic al   to   intel li gen ones ,   hav e   bee us e in   the  li te ratur e Gen e r al ly,  the re  a re  t wo  co ntr ol  ob j ect ives   impleme nted  i ST ATC OM.   On of  them  us e the  AC  volt age  re gula ti on   at   PCC   a nd   the  ot her   is  t he  DC  vo lt age   re gula ti on   ac ross  it s   capaci to r.  I n   the   c on ve ntional   scheme li ne ar  c on t ro te c hn i qu e base on  a   decou pled  dq  axis  co ntr ol   a ppr oach   with  four  Pro portio nal  I nteg ral  (PI)  regulat ors  c ascade we re  mainl y   us e d.   I [ 6 ] t he  a uthor pro po s ed   to  desi gn  th P c ontr ollers  with  a anti - wi nd - up   ga in,  w hile  in  [ 7]  the  auth or s   ha ve  de sign e t he  li ne ar  P c on tr oll ers  based  on   a ppr ox imat io arou nd   a ope rati ng  point   by   the   Taylo s eries.   The  pro blem   of   this   met hods  is  that  the   c on t ro desi gn  depend s   on  the   operati ng  po i nt .   This   i s   no well   ad vis e d   i the   eve nt   o la r ge  distu r ban ce s.  Furthe rm or e,   the   ch ose set   of  t he  PI   gains is   hel d   fixe dur in g   ope rati on  of  S TA TCOM.   Since   wi nd  s pee an load  c ha ng es  w it ti me  tho se  par a mete rs  ca n no be  su it able f or all   work i ng c onditi on s   In  a dd it io n du e   to   t he  non - li near it o t he   stu died   s ys t em,  t he  i nacc uracy   of  it paramet ers  a nd  measu reme nt  a nd  the  uncertai nty   i ntr oduce by  the  distu rb a nces,   this  a ppr oach  prese nts  l imi ta ti on   w he fast,  rob us an hig preci sio r esp on ses   are  r e qu i r ed  i rea l - ti me  implem entat ion .   The r efore,  i [ 8 c on t rol   strat egies  base on  a dap ti ve  PI   co ntr ol,  whic can  a d ap t he  co ntr ol  gai ns   ha ve  been   pro po se d   to  tr ack  th e   var ia ti ons .   I [ 9 ]   a   f uzz PI  c on t ro l   meth od  is  pro pose t tun e   P c ontr oller  gains In  [1 0 ]   a uthors  int r o duce sing le   neur on  N e ural   N et w ork  as  sel f - t un i ng   a nd  r ob us PI   c ontr oller.  Howe ver t hese  c on tr oller nee mathemat ic al   models   of   t he   stud ie sy ste m   and  ar there fore   sensiti ve   to    par a mete r vari at ion .   M ore ov e r,  in   [ 1 1 ],  [ 1 2 ]   a nd  [ 1 3 ],  Linea r   Q ua dr at i Stat F eedb ac Co ntr ol  is   pro pose d.  I [ 1 4 ],  [ 1 5 and  [ 1 6 ]   a   var i able  str uctu re  F uzz L ogic   c on t ro is   u s ed In  [ 1 7 a nd  [ 18 ]   a   sli di ng  m od e   c on tr ol  st r at egy  is   us e d.  I [ 19 F uzzy  sli di ng  mode  co ntr ol  i te ste d.  In  [ 20 t he  bac ks te ppin meth od  is   ad op te a nd  i [ 2 1 auth or s   a pp li e a H∞   co ntr oller  to   hav e   be tt er  res pons e   in  ste ad an t ran sie nt  sta te resp ect ivel y.  I m os t   of  the  a f or e me ntion e w orks ,   resea rch e rs  ha ve  trie t us e   sta ble   co ntr ollers  but  to com plex   in  or der  to  make  it  ca pa ble of r ea ct i ng to  v a rio us  c onditi on s  in  t he best p os sible  wa y.     Con se quently ,   the  main  c on tribu ti on  of  th is  pa per   can   be   summariz e as  the   use   a nd  c on t ro of  STA TC O M   for  re gula ti ng   the   volt age  outp ut  of  a asy nc hro nous   wind   tur bin at   va riable  wind  s pe ed  a nd   load  c onditi ons ,   us in rela ti vely  ne ada ptive  meth od  base on  co mb inati on  of   a   S ing le   I nput  F uzz L ogic   regulat or  an S li ding   M ode  C ontr ol le rs.   The  main f eat ur e of  this   con tr ol  ap proa ch   is  it insensi ti vity   to   the   m od el ing   er rors  a nd   th sy ste par a mete r s   va riat io ns T he  propos ed  co ntr oller  ha a   simple  str uctu re ,   needs  a   lo c ompu ta ti ons  ti me,   ha go od   sel f - tu ning  a bili ty  an de pe nds  only  on  the  er ror  betwe en  the   ref e ren ce  a nd  the  meas ur e value  t re duc vo lt a ge  fl uctuati on  at   al po ssible  c o ndit ion s T her e fore this   con t ro l a ppr oa ch  ca n be  easi l u s e in  r eal  t ime i mp le me nt at ion   The  organ iz at i on   of  this  pa pe is  as  f ollows.   It  sta rts  with  t he  m od el li ng  of  the  stu died  as yn c hro nous   wind  tu rb i ne  a nd  ST ATCO M t hen  f oc use on  the   de sc riptio of   t he  pro po se c ontrol  a ppr oach  a nd  the   desig n of t he p roper co ntr ollers, t o finall y di scuss  a nd a nal ys is t he  sim ulate res ults.           2.   POWER  S YST EM MODE LING    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri  S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Volta ge  re gu l at ion   of an asy nc hrono us  wi nd  tur bin us in g STAT C OM a nd    ( Mo ham m ed  M ok hta ri)   1559   2.1.   Asynchr onous  Wind  Tu rbine M od el   M ulti ple  versi on s   of  wind  tur bin m odel   ha ve  rece ntly  been   desi gned   an ca be  ob ta ine thr oughout   the   li te rar w orks   [ 2 18 22 2 3 ] D ue  to   the   f act   that  the  el e ct ric  res pons e   of  the  s ys te m   is  our   bo tt om l ine ,   th e obser v ed   m odel  in  Fig ur e   is  ther fore  p res um e d:           Figure  1. Sc he mati c d ia gram  of the  wind  t urbine mo del.       The   sel f - e xcite i nductio ge ner at or  de sig n   est ablishe in   this   pa per   is   expresse in    ref e ren c fr ame   as  prese ented  in   Fig ure  2.   It  need t be  m entio ne that    dep en ds   o n   t he  ma gnet iz ing   cu rr e nt    [2 4 ] .   This   depend e nc ha s   a ct ually  bee e xp e rime ntall identifie i f ormer   work  as   re ferre i [ 2]  a nd   integrate in   M at la b/Sim ulink  m od el   set ti ng s .           Figure  2. Eq ui valent ci rc uit o the  SE IG in    re fer e nce  frame.       The  el ect r o - ma gn et ic  to r qu e  generate d by the  inducti on  mac hin e is  d esc rib ed by :     C em = p . L m L r   ( φ r . i s φ r i s   )   (1)     2.2.   Static  Syn chronous  Co mpens ator  M od el   The  basic  c oncept  of  S TAT COM  is  the  c r eat ion   of   a a dju sta ble  volt age  s ource  us in Vo lt a ge   Sour ce  Inve rter (VSI)  a nd   P hase S P W M   powe c onver te r  technolo gy   w hich  incl ude I GBTs.   T he AC side of   the  VS I   is  c ou pled   to   the   as yn c hro nous  wind  gen e rato vi r eact a nce   and  it DC  si de   is  c onnecte to   a   capaci tor T he   act ive  as   wel as  reacti ve   powe tra ns fe r   betwe en   both   sy ste m resu l ts  from   the   volt age   diff e re nce  acr os the  reacta nce  an ma be  ma nag e by  the  M od ulati on   I ndex  MI  and   t he  relat iv ph ase   ang le     [ 1 7 ].   The  modell ing  of  S TATC O M ,   Fig ur e   3,   i exa mine in   the  li nes  li ste belo w   an al s def i ned  i Par re fer e nce   fr a me  [ 25 ] .   We  desig nate  the  re fer e nce  f rame  c oor din a te   su ch   as  the   d - a xis  is  c onsta ntly  coincide nt  with the  insta ntan eous s ys te vo lt age v ect or  a nd the  q - a xis r e mains i n qu a drat ur with it   [ 26 ] .   The fo rm ulas  de fining t he AC side  of ST AT COM i t he dq refe re nce fram e are  pro vid e d by :     d dt [ i otd i otq ] = [ R c L c ω s ω s R c L c ] . [ i otd i otq ] + 1 L c [ V sd V otd V sq V otq ]   (2)   The  DC  vo lt ag an c urren of ST ATC OM a re  interc onne ct ed   by:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :   1557     1569   1560     d V dc dt = i dc C dc   (3)     Give t hat  SP W M   meth od  is   ap plied   to   S T ATCO M ,   a nd  al the  volt age   harmo nics   ge ne rated   by   the   VS I   a re  ignore d, the  form ulas   ass ociat ing  t he D C si de  and  AC side   of ST ATCO M   can  be descri be as:     [ V otd V otq ] = MI . V dc . [ cos   ( α ) sin   ( α ) ]     i dc = MI . [ i otd i otq ] . [ cos   ( α ) sin   ( α ) ]   (4)     Wh e re   MI   a nd     are   the   c ontr ol  par a mete rs   of  ST ATC O cal culat ed   fro t he  volt age   ref e ren ces   us in t he  fo ll owin e qua ti on s :     MI = V otd _ ref 2 + V otq _ ref 2 V dc   α = tan 1 ( V otq _ r ef V otd _ r ef )   (5)           Figure  3. Sc he mati c d ia gram  of  the  as ynch r onous  wind t urbine wit h ST A TCOM       3.   CONTR OL S TRATEG Y A NA L YS I S   To  e nh a nce  volt age  sta bili ty  of   t he  wi nd  tur bin e   reg a r dless  of   wind   sp ee or   l oa var ia ti on,   STA TC O M   ne ed  to  t ransfe r eact ive  powe Q( t)   to   t he  SE IG   t mi nimize   the  AC   volt age  per tu r batio n   a nd   sh oul c on s ume   act ive   power  P(t)   t mai ntain the  D C  volt age at it s r e fe re nce d   val ue.   Yet,  e qu at io (6)  re veals  th a the  co ntr ol  of  the  act ive   po wer   P(t)   may   be  done  us in the  d - a xis  current  i otd   wh i le  the q - a xis c urre nt  i otq   can   he lp in  t he  c ontro l of the  reacti ve  pow e Q( t ) :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri  S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Volta ge  re gu l at ion   of an asy nc hrono us  wi nd  tur bin us in g STAT C OM a nd    ( Mo ham m ed  M ok hta ri)   1561   ( ) = 3 2     ( ) = 3 2     (6)     Ther e f or e,  t a ccom plish  the  intende powe co ntr ol  res ult s fee db ac c urren c on t ro ll ers  nee to   be  ad opte al ong  with  the  vo lt age  c ontr ol   loo p s   t re m ov t he  ste ad sta te   err or  en ti rely  an assi st  the   injec te c urrent i otd   and   i otq   to  match t heir ref eren ces .   M ea nwh il e,  It  may   be   obse rved  from   eq uati on  ( 2)  that   bot el eme nts  of  the  injec te c urre nt  i otd   as  well   as  i otq   are  cro ss - c oupled  via  the  te rm  Any  kind  of  ad justment  in  t he   directi on  of  one  axis  i nduces   modific at ion  in  the   c urren i the   oth er   di r ect ion .   The refor e ,   it ’s  re qu ir ed  to   re move   the  inte racti on  betwee the  cu rr e nts.  I this  pap e r,   t he   cl assic al   deco uple Watt - V ar  ap proac is  app li ed   [ 3] .   Th two  ne va ri ables  pr ese nted  in  e quat ion  ( 7) are  the  ou t pu from  the s uggeste d con t ro st rateg y .     V otd = i otq ω s L c + V sd V otd _ ref   V otq = i otd ω s L c + V sq V otq _ ref   (7)     The  c ontr ol  te c hn i qu e   in   Fig ure  operates s with  t wo  c ontrol  lo op s   t c omp ute     an    th at   gu a ra ntee re fere nce trac king  of    as w el l as    .             Figure  4. V oltage a nd curre nt  loops  of  the  pr opos e c ontrol  strateg y       To  ide ntify   t he   appr opriat pa rameters  of   t he  PI   c ontr ollers  in  Fi gure  4,   Bod plo a nd  the  Tu ning   too i M at la b/ Simuli nk   soft war e   hav e   bee e mp l oyed   as   exp la ine in   r e fer e nce   [ 2 7 ].  T he  sel ect ed  val ues   are  ou tl ine in   Ta bl 1:       Table  1.   PI   pa r amet ers     Tr an sfe rt  Fu n ctio n       Cu rr en t Co n troller s   +   5 .39 3   1 7 2 6 .0 7 2   DC Vo ltag e Reg u lato r   1 .19 9   2 .02 9   AC Vo ltag e Reg u lato r   - 11   - 0 .05       3.1.   Prop os ed  sli ding  m od e  curr ent  c ontrolle r   T he  pur pose  of  this   sect io i to  i nv e sti gate  the  s ugge ste sli din m od e   c urren t   co ntr ollers  th at   will   li kely  re place   the  sta nda rd   PI  con t ro ll ers T his  pro ced ur e   basical ly  in vo l ves  tw ph a ses the  sel ect ion   of   t he   sli din m od e   s urface a rea a nd it s stabil it y   ev al uation .   Since  sli di ng  mode  c ontrol   is  kn own  f or  it fast   global  c onve r gen ce sim plici ty  of  im pl ementat io as   well   as   it hi gh  rob us tne ss  t e xter nal  per t urbati on .   T he   current   co mpo nen t      and       of  t he   in ner  lo op s   will   bette trac thei re fere nc e s   val ues [1 4,  1 7 ] .     3.1.1. Sli ding  S urf ac e desig n   The   co ntr ol  goal a re  t t r ack  or  sli de   a long  t he  pred efine c urre nt  re fer e nces     Fo r   this   ob je ct ive , th e  s li din g su rf ace s   are establi s hed as:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :   1557     1569   1562   =     =     (8)     The  sli di ng s urface s   der i vativ es are  pro vid e d   by:      =  ( )    =   ( )   (9)     W ith     and    two   po sit ive  consta nts.    Howe ver, fr om ( 8)   we ha ve:        =        =       (10)     Fr om  (2)  a nd (7), w e ca n wr it e:       =  +      =  +    (11)     Con se quently , STATC O M   volt age r ef ere nce s ar de du ce d f rom :      _ =   ( ) +     _ =  ( ) +    (12)     Wh e the  sli din mode  occurs  on  the  sli din s urface we   will   hav e    = ̇  = 0 an th us   the  dyna mi c   beh a viou r of  t he  tracki ng prob le m   in e quat io n   (10) is e qu i va le ntly  c on t r olled   by:        =     =  +  _  = 0      =     =  +  _  = 0   (13)     Fr om  (13 ) , we  can  deduce t ha t :      _  =       _  =    (14)     Finall y,  t he  sli ding m ode c urr ent contr ollers  are  desig ned as :      =  _ +  _  =  ( ) +  +       =  _ +  _  =  ( ) +  +    (15)     3.1.2. St abi li ty a n al ysi s:    Th e   L ya punov  functi on  de fi ned   i e qu at io ( 16)  is   requ ired  to  e nsure   the  co nver ge nce   of  the   pro po se c ontr oller s     = 1 2 2 + 1 2 2   (16)     To  c onfir m   the   sta bili ty   of t he  sy ste m   al l o ve r   the   sli ding  s urface s , th e  con diti on   i n (17) n eed to   be  r es pe ct ed .     ̇ < 0   (17)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri  S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Volta ge  re gu l at ion   of an asy nc hrono us  wi nd  tur bin us in g STAT C OM a nd    ( Mo ham m ed  M ok hta ri)   1563   By  diff e ren ti at ing  eq uatio (1 6 ) , we  ob ta in:     V ̇ = S d S d ̇ + S q S q ̇   (18)     And b r e placi ng (9) i nto ( 1 8 ) , w e   ha ve:     ̇ =  ( )  ( )   (19)     It r es ults:     ̇ = | | | | < 0   (20)     Hen ce , we  have ve rified  t hat t he glo bal as ymptoti cal  stabil it is  guara nteed .     3.2.   Prop os ed  AC  vo l tage re gu l ator     The  si ng le   in put  f uzzy  lo gic  con t ro ll er  de ve lop e in  t his  w ork  r eplace t he   co nv e ntio nal  AC  volt age   PI   re gu la to r   in   Fig ur e   4.  T he  s el ect ion  of  t his  f orm   of   co ntr ol  is   ma inly  due  t it s   capaci ty   to   mana ge   tolerance   as  well   as  unce rtai nty   i the   decisi on - mak ing   proce dure   with ou t he   require ment   of   com pr e he ns ive  mathem at ic al  model of t he  s ys te m.   The  sug gested   con t ro ll er   is  s buil as   s how i Fi gure  5 .   T he  e rro betw een  t he  ref e rence d   a nd  t he   measu red RM S v al ue of  the  gen e rated  volt age    i s   sel ect e d   a s an i nput si gnal   wh ile   dQ*  a an   outp ut sig nal.            Figure  5 .  Sin gl e input  fu zz l og ic   re gu la to r       The  ref e re nce  reacti ve  powe r   to  be   exc ha nge d   with  t he  i nductio ge ne ra tor  t kee t he   AC  volt age  sta ble is co m pute d wit t he f ollow i ng form ula:     =  ( )   (21)       Wh e n   Vs_R MS   is eq ual to   Vs _re f   value err or   is eq ual to  zer o   a nd   dQ*   m ust  b e e qu al  t ze ro to  kee Q*   at  it s prev i ou s  val ue  t a void i nject ion o r  ab s orptio n of  any reacti ve  po wer.     Wh e n   Vs_R MS   is g reater t han  Vs_re f   val ue  (i nductiv e mo de),   err or   is  ne gative  so   dQ*   must  b po sit ive  as  well  as  Q*   a nd it value sh ould i nc rease to  abso r the  ex ce ss  of r eact ive   powe f orci ng  t he  ge ne rated  volt age to d r op to  the  r at e d value.     Wh e n   Vs_R MS   is l ess tha V s _r ef   value   (cap aciti ve mode ),   error   is  n e gative  so   dQ*   m ust  b neg at ive  as  we ll  as  Q*   a nd it s v al ue  s hould d ecrease to  inje ct  the n e ede d r eact ive powe r forci ng the   gen e rated  volt age to rise  up to  the  rated  value .     In   t his  pap er t he  si ngle   in put   fu zz l og ic   c ontr oller  is   Ma md a ni - ty pe  de fine by   seve tria ngular   ru le - base d - me mb e rsh i p funct ion s   a s how in   Fi gure  6 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :   1557     1569   1564       Figure  6 .  Input  and  ou t pu me mb e rsh i p funct ion s  of the  S I F LC       The   sev en   li ng uisti va riables   use a re N e ga ti ve  Bi ( NB) , N egati ve  M e diu m   ( N M ) , N e ga ti ve  S mall   (N S ),  Zer (Z O) ,   P os it ive  S mall   (P S ),   Po s it ive  M e diu m   ( PM)  a nd  P os it ive  Bi (P B ).   T he  r ules  ha ve   bee bu il t as  represe nted  i Fi gure  7 .       .     Figure  7 .  Th e  c ho s en  rules  of  t he  S IF LC       3.3.   Prop os ed  sli ding  m od e  DC  volt ag e  reg ulator    T c ompe ns at losses   in   the   DC  ci rcu it ,   S TATC OM  nee ds   t o   a bsor from   the  wind   ge ner at or  t he   act ive pow e r d edu ce d from  th f ollow i ng sli ding s urface:     =   _    (22)     The  sli di ng s urface  der iv at ive   can  be  obta ine d by :      =  ( )   (23)     W ith     a p osi ti ve c onsta nt. Fr om ( 22 ) we  hav e:      =      _     (24)     Yet we kno t hat:        =   =  _  .    (25)     Fr om  (2 3 ),   (2 4 a nd (2 5 ) we c an  deduce :      _ = .  .  .  ( )   (26)     I this  cas e ,   t he   expressi on   of  the  e qu i valen con tr ol  la ws  i nu ll   an ca be  de duced  fro ( 2 5 by  ass umi ng  that   ̇ = 0 :      =      _   =   =  _   .  = 0   (27)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri  S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Volta ge  re gu l at ion   of an asy nc hrono us  wi nd  tur bin us in g STAT C OM a nd    ( Mo ham m ed  M ok hta ri)   1565   Finall y , we c an  w rite :      =  _ = .  .  .  ( )   (28)     By  a doptin t he   exact   same   a ppr oach  ap p li e i sli di ng  s urface   cu rr e nt  c on t ro ll ers ,   th sta bili ty  of  the sele ct ed su rf ace  f or   DC  volt age c on t ro l l er   ca n be c onfi rme d.     The  si gn   f unc ti on a well   as  eq uatio (23)  are   the  sta nd a r S M C.   T decre ase  t he  c hatte rin g   ph e nome non, the si gn fun ct io is  rep la ce d b the   co ntin uo us   functi on si gmoid   de scrib ed   by :      ( ) = [ 2 ( 1 +     . ) ] 1   (29)     W ith     a   c onst ant   pa ramete r.       4.   SIMULATI O N RESULTS   & D I SCUS SI ON   In  this   sect i on  the  pro file   of  the  pro du c ed   RMS  vo lt age   wh e the  as ynch r onous  wi nd  tur bi ne  is   unde varyin wind  s pee an d   l oad  c onditi on s   will   be   a na lyzed   an s ynthesiz e d   for   bo t no  c omp ensati on  mode  a nd  co m pensat ion  m ode.  Fig ur e   re ve al the  sim ulati on   r esults  us i ng  t he  c ontrol  appr oach  bas e on  PI   con t ro ll ers   as   well   as   the   on em ployin si ng le   i nput   f uz zy  l og ic   a nd  s li din m ode  c on t ro ll ers . D ur i ng  the   sta rting   phase  from  t he  in sta nt  0s  to  2s,  ST ATCO M   is   no yet  co nnect e si nc e   the   pro du ce volt age  has  no t   reache the   re gu la ti on  z one  set   to  +/ - 20%   of  _  .   A fter   the   s econd   tw o,  if  t he  PI  co ntr ollers  a re  us e d,  th e   ou t pu volt age  grows  e xponen ti al ly  to  23 0V  with  good  se tt li ng   ti me  an with ou a ny  overs hoot  beca use   PI  par a mete rs  ha ve  been   desi gned  under  no  lo ad  a nd   10. 5m / wind  s pee c onditi o ns.  B ut  if  the  S IF LC  i us e al ong  with   the   sli ding   m od e   con t ro ll ers   the   _    will   reach   254.4V  the dro ps   i 0.5s   to   230V   w hich   sti ll   consi der e as  a   good  t ransi ent   res pons e . A the 4 th   seco nd an 6t sec ond  we  o bs er ve   th at   _    va ri es   a t no   com pensat ion  mode  w hen  w ind   sp ee dro ps   at   no  l oad  from  10. 5m /s   to  8m/ t hen  r ise agai to   9m /s Howe ver,   usi ng  the   ne a ppro ac S TATC OM  wa able  to   re gula t e   the  gen e rated   volt age  in   0.4s   an 0.46s   resp ect ivel y ,   unli ke  the  PI   c on t ro ll ers  w hich  ha ve  made   the  syst em  unsta ble  with  a osc il la tory   r esp on se .   Finall y,   wh e t he  syst em  bec om at   f ull  load  at   the  8th   sec ond  the  pro po s ed  strat eg have  on ce  more  pr ov e it eff ic ie nc si nce   _    drops  to  183V  the sta bi li zes  at   the  rated  value  i le s than   0.0 3s.  P co ntr ollers  i the  ot her  ha nd  hav e   fail ed   to  r ise   the  produce vo lt age   to  23 0V.  We  ca c oncl ude  s t hat  us in t he  s ugg est ed   structu re   of  c ontr ol,  t he  si ng l in pu t   f uzz l og ic   co ntr oll er   co mb i ned  with  t he  sli di ng  mode  c ontr ollers  ha s   su c cess fu ll y   re gu la te d   t he  SE IG   vo lt a ge  te r minals  at   it ref ere nced   val ue   with  ex cel le nt   dynamic  a nd   sta ti respo ns es.             Figure  8 .  A s yn chro nous   wind  turbine  volt ag e w it a nd  without  c ompen sa ti on  at  differe nt  w in s pee a nd  load st at e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :   1557     1569   1566   To   be   a ble  to   mi nimize   AC  vo lt age   va riat ion t he  SIFLC   ne e ds  to   re ac t   to  wind   s pee a nd  l oad   ch an ges   with   good   dy nam ic   forcin s STA TC O M   to   operate  i bo th  ca pacit ive  and  in duct ive  mode.   Figure  9   re vea ls   the  exc hang ed  reacti ve  po wer   betwee t he  SE IG   a nd  STA TC O M   w hen   PI   c on t ro l le rs  or   fu zz sli di ng  mode c on t ro ll e rs  a re  us ed           Figure  9 .  Th e  e xch a nge d react ive po wer bet ween ST ATC OM and t he  as yn c hro nous wi nd tu rb i ne       Fu rt hermo re c ompare to  P con t ro ll ers  res ults  in  Fig ur 1 1 the  injec te current     that  co ntribute   to the contr ol of th e reacti ve  pow e pr ov i des   in  Fig ur 1 0   good trac king resp on ses a nd robust c har act er ist ic wh e the   pro pose co nt ro ll er s   ar e   ap plied .   The   obse rv e c hatte rin i t he   ste ad y - sta te   is  acce pta ble  due  to   it s   small  v ariat io n an ca n be  mi nimize d   i n pr a ct ic e b ch oosing   an  opti mal  value o f   .           Figure  1 0 . ST ATCO M   q_a xe s curre nt  var i at ion  as  fun ct i on of P CC  volt age  us in g SM           Figure  1 1 . ST ATCO M   q_a xe s curre nt  var i at ion  as  fun ct i on of P CC  volt age  us in g PI  c ontr ollers        Al so ,   in  Fi gure   1 3   th sim ulati on   resu lt s ho that  sli di ng   mode  DC  volt age  c on tr oller  was  a ble,  at   t= 2s t rise     up  to   the  ref e re nced  val ue  ju st  after  t he  e xcita ti on   of  the  S EIG.  We  ca a lso  noti ce  that  the   set tl ing   ti me  of     us ing  sl idi ng  mode  c ontr oller   is   bette r   tha PI   c ontr oller  w hich   pr ov e   ag a in  th e   ef fici enc of  pro pose a ppr oac h Fig ur e   1 2   is   intr oduc ed  t s how   tha the  c hatte rin ph e nome non  pro duced   usi ng  th e   sign f un ct io c an be si gn ific a ntly  reduce d b the  sig mo i f un ct io n.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.