I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8 ,   p p .   1 8 7 5 ~ 1 8 9 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v9 . i 4 . pp 1 8 7 5 - 1 8 9 0          1875       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   I m pro v ed  P er form a nce  of D FIG - g enerato rs  for  Win d Turbines   Va ria ble - speed       I hedra ne  Ya s m ine 1 E l B ekk a li Cha kib 2 B o s s o ufi  B a dre 3   1, 2 L IS TA   L a b o ra to ry ,   F a c u lt y   o f   S c ien c e s Dh a El   M a h ra z . Un iv e rsity   S id M o h a m m e d   Be n   A b d e ll a h ,   F e z ,   M o r o c c o   3 L a b o ra to ry   G EM ,   Hig h e S c h o o l   o f   T e c h n o lo g y ,   ES T - Ou jd a , Un iv e rsit y   o f   M o h a m m e d   I,   Ou j d a ,   M o ro c c o       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   9 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Sep   1 2 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Sep   26 ,   2 0 1 8       T h e   f o ll o w in g   a rti c le  p re se n ts  t h e   c o n tro o f   th e   p o w e g e n e ra t e d   b y   th e   Do u b ly   F e d   I n d u c ti o n   G e n e ra to r,   in teg ra ted   in t o   t h e   w in d   sy st e m ,   w h o se   ro to is  li n k e d   to   th e   p o w e c o n v e rters   (Ro to S id e   Co n v e rt  (RS C)  a n d   G rid   S id e   Co n v e rter  (G S C))  in te r f a c e d   b y   th e   DC - BUS  a n d   c o n n e c ted   t o   th e   g rid   v ia  a   f il ter  (R f ,   Lf in   o rd e t o   o b tai n   a n   o p t im a p o w e to   th e   g rid   a n d   to   e n su re   s y ste m   sta b il it y .   T h e   o b jec ti v e   o th is  stu d y   is  to   u n d e rsta n d   a n d   to   m a k e   th e   c o m p a riso n   b e tw e e n   S li d in g   m o d e   Co n tr o tec h n i q u e   a n d   t h e   F l u x   Orie n ted   Co n tr o i n   o rd e t o   c o n tro l   th e   D o u b ly   F e d   In d u c ti o n   G e n e ra to p o w e rs  e x c h a n g e d   w it h   th e   g r id ,   it   a lso   a im a m a in tain in g   th e   DC - BUS  v o lt a g e   c o n sta n a n d   a   u n it   p o w e f a c to a th e   g rid   c o n n e c ti o n   p o i n t. T h e   re su lt o f   sim u latio n   s h o w   th e   p e rf o r m a n c e   o f   th e   S li d i n g   m o d e   Co n tr o i n   term o f   m o n it o ri n g ,   a n d   r o b u stn e ss   w it h   re g a rd   to   t h e   p a ra m e tri c   v a riatio n s,   c o m p a re d   to   th e   F lu x   Orie n ted   Co n tr o l.   T h e   p e rf o r m a n c e   o f   th e   s y ste m wa s   tes ted   a n d   c o m p a re d   w it h   th e   u se   o f   M ATLA B/ S i m u li n k   so f twa re   K ey w o r d :   DFI G - g e n er ato r     MA T L A B /S i m u li n k   Ma x i m u m   p o w er   p o in T r ac k in g   MP PT   Sli d in g   m o d co n tr o   W in d   s y s te m     Co p y rig h ©   201 In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   I h ed r an Yas m i n   L I ST A   L ab o r ato r y ,   Fac u lt y   o f   Scien ce s   D h ar   E l M ah r az .   Un i v er s it y   Sid i M o h a m m ed   B en   A b d ellah ,   Fez,   Mo r o cc o   E m ail:  y as m i n e. ih ed r an e1 9 9 1 @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   R ec en t l y ,   en er g y   d e m a n d s   h av g r o w n   s tr o n g l y ,   w h i le  s o u r ce s   o f   s ick le  f u e ls   h a v d ec r ea s ed   en o r m o u s l y .   Fo r   th is   r ea s o n ,   t h d ev elo p m e n an d   ex p lo itati o n   o f   r en e w ab le  en er g ies  h a v g r o w n   ex tr e m el y .   Am o n g   t h ese   s o u r ce s ,   w f in d   th w i n d   e n er g y   w h ic h   h a s   b ee n   t h s u b j ec o f   s e v er al  r ese ar ch es  i n   elec tr ical   an d   elec tr o m ec h a n ical  e n g in e er in g   to   i m p r o v th q u a lit y   o f   th p r o d u ce d   en er g y . C u r r en tl y ,   w in d   t u r b in e   s y s te m s   w it h   v ar iab le  s p ee d   b ased   o n   th Do u b l y   Fed   I n d u c tio n   Gen er ato r   as  s h o w n   in   Fi g u r e   1   ar th m o s co m m o n l y   u s ed   i n   w in d   f ar m s   b ec au s th e y   allo w   t h o p er atio n   o n   s p ee d   r an g o f   ±   3 0 ar o u n d   th e   s y n ch r o n o u s   s p ee d ,   th a n k s   to   th d i m en s io n in g   o f   t h t h r ee - p h ase  s tatic  co n v er ter s   f o r   p ar o f   t h n o m in al   p o w er   ±   3 0 %,  w h ich   m ak e s   it  p o s s ib le  to   r ed u ce   lo s s es  in   elec tr o n ic  p o w er   co m p o n e n ts   a n d   th o v er all   s y s te m   i n cr ea s e. T h er ef o r e,   n o o n l y   d o es  en er g y   p r o d u ctio n   d ep en d   o n   th e   w a y   i n   w h ich   th co n v er ter s   ar e   co n tr o lled   b u also   o n   t h DF I g en er ato r .   T h r o to r   s id co n v er ter   " R SC " co n tr o ls   th r ea ctiv a n d   ac ti v e   p o w er   o f   th D FIG   w h er ea s   th g r id   s id co n v er ter   " GSC "   co n tr o ls   th D C - L I NK  v o ltag a n d   p o w er   f ac to r . T h m aj o r   p r o b lem   o f   t h Do u b l y   Fed   I n d u ct io n   Ge n er ato r   is   th at   it  i s   c h ar ac ter ized   b y   n o n - li n ea r ,   m u lti - v ar iab le  m at h e m a tical  m o d el  w i th   h e av y   co u p li n g   b et w ee n   in p u v ar iab le s   ( i.e . )   it  is   n o p o s s ib le  to   in d ep en d en tl y   co n tr o th v o ltag o r   th cu r r en [ 1 ] . I n   o r d er   to   c o n tr o th is   m ac h i n e,   m a n y   w o r k s   o f   i m p le m en ta tio n   w h ic h   u s ap p r o ac h es  b ased   o n   li n ea r   m o d els  h a v b ee n   ap p lied ,   b u t h e   ap p r o ac h   b y   lin ea r   co n tr o ller   h as  r ap id l y   s h o w e d   its   li m it s .   T h at  is   w h y   t h is   r esear ch e s   ar t u r n ed   to war d s   th n o n li n ea r   tech n iq u es   to   in cr ea s e   th e   r o b u s t n es s   a n d   th p r ec is io n   o f   th s y s te m s   to   b co n tr o lled .   T h m o s k n o w n   o n e   is   t h Sli d i n g   Mo d C o n tr o i d en tifie d   b y   it s   i n s e n s i tiv i t y   t o   v ar iatio n s   i n   i n ter n al  a n d   e x ter n al   p ar a m eter s ,   s tab ilit y ,   s i m p licit y   a n d   v er y   l o w   r esp o n s ti m es   [ 2 ]   [ 3 ] . T h p r in cip le  o f   t h i s   tec h n iq u c o n s is ts   i n   b r in g i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1875     1 8 9 0   1876   th s y s te m   s tate  tr aj ec to r y   to w ar d s   th s lid in g   s u r f ac an d   to   s w itc h   it  b y   m ea n s   o f   ap p r o p r iate   s w itc h i n g   lo g ic  ar o u n d   it to   th eq u ilib r i u m   p o in t[ 4 ]   [ 5 ] .           Fig u r 1 .   Glo b al  w in d   e n er g y   co n v er s io n   s y s te m       I n   th i s   p ap er ,   th m o d elin g   o f   th w i n d   s y s te m   a s   w ell  as  t h MP PT   s tr ateg y   w ill  b p r esen ted ,   i n   ad d itio n   to   s t u d y   o f   th e   DFI m o d el  i n   t h P ar k   r ef er en ti al.   Af ter   t h at,   w w ill  d is c u s s   th t h eo r etica p ar o f   s lid i n g   m o d co n tr o l,  f o ll o w ed   b y   it s   ap p licatio n   to   t h R S C   to   in d ep en d e n tl y   co n t r o th ac tiv a n d   r ea ctiv p o w er s   g en er ated   b y   th DFI G,   an d   to   th G S C   to   en s u r DC - B US  v o lta g an d   en s u r s i n u s o id al   cu r r en ts   i n   t h s id o f   t h g r id .   Fin all y ,   w w ill  p r ese n an d   ex a m in t h s i m u latio n   r es u lts   u s i n g   M A T L A B   /   SIM UL I NK  s o   as  to   m a k c o m p ar is o n   w it h   t h li n ea r   co n tr o b y   Flu x   Or ie n ted   C o n tr o w i th   t h o b j ec tiv e   o f   i m p r o v i n g   t h w i n d   s y s te m   p er f o r m a n ce .       2.   T H E   M E CH ANICA L   P AR T   O F   T H E   SY ST E M   2 . 1 .     M a t he m a t ica M o del O f   T he  T urbin e   T h k in et ic  p o w er   o f   t h w i n d   ac co r d in g   to   B er n o u lli 's  t h e o r em   is   g i v en   a s   f u n ct io n   o f   t h ar ea   s w ep t b y   th t u r b in b lad es(S) ,   th air   d en s it y   ( ρ )   an d   t h w i n d   s p ee d   ( V)   b y   th f o llo w i n g   E q u atio n   [ 6 - 9 ]     v ρ . S . V P 2                   ( 1 )     T h w i n d   t u r b in ca n   co n v er p er ce n tag o f   t h k i n etic  w i n d   p o w er   i n to   m ec h a n ical  p o w er .   T h ae r o d y n a m ic  p o w er   ap p ea r in g   at  th r o to r   o f   th tu r b in i s   wr itten   as  f o llo w s   [ 9 - 1 1 ] :     2 3   a e r o p   ρ . π . R . V PC λ , β .   2                 ( 2 )     C p   p r es en ts   t h p o w er   co ef f ic ien as  s h o w n   i n   Fi g u r 2 ,   w h ich   d ep en d s   o n   t h c h ar ac ter is tic  o f   t h e   w i n d   tu r b i n ( λ   an d   β ) .   T h is   later   is   ap p r o x i m ated   b y   th f o l lo w i n g   E q u atio n   [ 10 ] ,   [ 8 ] :     2 p 1 3 5 6 3 C 1 0 . 0 3 5 C( λ , β C C . β C 4 * e x p C * C . λ A λ 0 . 0 8 . β β1                  ( 3 )     Fro m   Fig u r 2 ,   w ca n   n o te  th at  th p o w er   co ef f icie n C p   r ea ch es  its   m a x i m u m   0 . 5 5 0 6   f o r   s p ee d   r atio   λ o p t=8   an d   β=0 °.   T h s p ee d   r atio   λ   p r esen ts   th r elat io n s h ip   b et w ee n   th w i n d   s p e ed   an d   th at  o f   th e   tu r b in t.I ts   e x p r ess io n   is   g i v en   a s   f o llo w s   [ 8 - 9 ] :     t Ω λ R . v                   ( 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp r o ve d   P erfo r ma n ce   o f D F I G - Gen era to r s   fo r   W in d   Tu r b i n es V a r ia b le - s p ee d ( I h ed r a n Ya s min e )   1877       Fig u r 2 .   P o w er   co ef f ic ie n t in   f u n ctio n   o f   λ   f o r   d iv er s v al u e s   o f   β       2 . 2 .   G er bo x   T h g ea r b o x   allo w s   to   ad ap t h s lo w   t u r b in s p ee d   to   th at  r eq u ir ed   b y   th g e n er ato r .   I i s   m o d eled   b y   t h f o llo w in g   eq u atio n   s y s t e m   [ 5 - 6 ] :     Ω Ω C C m e c t a e r o g G G                 ( 5 )     2 . 3 .   Dy na m ic  E qu a t io n O f   T he  Sh a f t   T h f u n d a m en tal   eq u atio n   o f   t h d y n a m ic s   m a k es  it  p o s s ib le  to   d e f in e   t h p r o g r ess   o f   t h e   m ec h a n ical  s p ee d   m ec   [ 8 ]   [ 1 0 ] :     Ω  C J   C C . Ω dt m e c m e c g e m m e c f               ( 6 )     W ith   Me ch an ical  to r q u ex er ted   o n   th r o to r   s h af o f   t h w i n d   tu r b i n e. C e m E lectr o m a g n et ic   to r q u e, . Ω m e c f T h to r q u o f   v is co u s   f r ictio n . J T h to tal  in er tia  co n s is ts   o f   th t u r b in in er tia   J an d   th e   g en er ato r   in er tia  J g   g i v en   b y :     t g J JJ G                    ( 7 )     2 . 4 .   M a x i m u m   P o w er   P o int  T ra c k ing   Str a t eg y   I n   o r d er   to   ex tr ac th m a x i m u m   p o w er   f r o m   t h w i n d ,   w n ee d   an   al g o r ith m   ac t in g   o n   t h s et  p o i n v ar iab les,  to   h a v g o o d   ef f icien c y   o f   t h d ev ice.   Fo r   t h is   r ea s o n ,   w ap p lied   tech n iq u o f   Ma x i m u m   P o w er   P o in t   T r ac k in g   Stra te g y . T h is   te c h n iq u co n s i s ts   in   i m p o s in g   a   to r q u o f   r ef er e n ce   s o   as   to   p er m it   th e   DFI to   t u r n   a r eg u lat in g   s p ee d   to   en s u r a n   o p ti m al  o p e r atin g   p o in o f   p o w er   ex tr ac ti o n   [ 3 ] .   T h at  is   w h y   th s p ee d   r atio   λ   m u s b k ep its   o p ti m u m   v al u (   o p t)   o v er   ce r tain   r a n g o f   w i n d   s p ee d ,   f u r th er m o r e   , th p o w er   co e f f ic ien t   w o u ld   b m ai n tain ed   at   its   m a x i m u m   v al u ( C p m a x = C p )   [ 3 , 1 2 ] .   I n   th i s   ca s e,   t h e   ae r o d y n a m ic  co u p le  w ill h a v as a n   ex p r es s io n :     2 3   a e r o p _ m a x   t ρ . π . R . V CC λ , β .   2 .   Ω               ( 8 )     T h r ef er en ce   to r q u at  th o u tp u t o f   t h m u ltip lier   b ec o m es :     1 C . C r e f g a e r o G                   ( 9 )     W k n o w   th at  t h f u n d a m en ta l e q u atio n   o f   d y n a m ics i s   g iv e n   b y :   0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 - 1 . 4 - 1 . 2 -1 - 0 . 8 - 0 . 6 - 0 . 4 - 0 . 2 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 C p   ( l a m b d a , b e t a )   L a m b d a Cp     b e t a = 0 ° b e t a = 2 ° b e t a = 4 ° b e t a = 6 ° b e t a = 8 ° b e t a = 1 0 ° Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1875     1 8 9 0   1878   Ω  C J   C C C dt m e c m e c g e m f               ( 1 0 )     W ass u m ed   th at  t h g e n er ato r   r o tatio n al  s p ee d   is   f ix ed   d u r in g   t h s t u d y   p er io d ,   an d   w n eg lecte d   th e f f ec t   o f   th v is co u s   to r q u e.   T h r ef er en ce   elec tr o m ag n etic  to r q u ca n   b ex p r es s ed   b y   :     CC e m r e f g                   ( 1 1 )     T h esti m ated   w i n d   s p ee d   ca n   b w r itten   a s   s u g g es ted :     _ . t e s t e s t e s t VR                 ( 1 2 )     T h ex p r ess io n   o f   t h r ef er en c elec tr o m a g n etic  to r q u ca n   b w r itte n   as i n d icate d :     2 5 p _ m a x   m e c e m r e f 33 opt C ρ . π . R C .   . 2 λG               ( 1 3 )     B ased   o n   th e s eq u a tio n s ,   w ca n   cr ea te  t h f o llo w i n g   d ia g r a m   o f   t h m ec h a n ical   p ar t o f   t h w i n d   s y s te m   an d   th MP PT   s tr ateg y   w it h o u t sp ee d   m ea s u r e m e n t s h o w n   i n   Fi g u r e   3   [ 5 ] :           Fig u r 3 .   T h MPPT   s tr ateg y   w it h o u t sp ee d   m ea s u r e m en t       3.   T H E   E L E CT RICA L   P AR T   O F   T H E   SYS T E M   3 . 1 .     T he  DF I G   M o del   T h Do u b l y   Fed   I n d u ctio n   G en er ato r   DFI m o d el  u s i n g   P ar k   tr an s f o r m atio n   is   p r ese n ted   b y   th e   f o llo w in g   E q u atio n s   [6 - 13] [ 2 3 - 24] Stato r   an d   r o to r   v o ltag es  in   th r e f er en ce   o f   P ar k :     sd s d s s d s s q sq s q s s q s s d rd r d r r d r r q rq r q r r q r r d d V R   . I ω   . dt d V R   . I ω   . dt d V R   . I ω   . dt d V R   . I ω   . dt               ( 1 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp r o ve d   P erfo r ma n ce   o f D F I G - Gen era to r s   fo r   W in d   Tu r b i n es V a r ia b le - s p ee d ( I h ed r a n Ya s min e )   1879   Stato r   an d   r o to r   Flu x   in   t h r ef er en ce   o f   P ar k :          .   .   .   .   .   .   .   . s d s s d r d s q s s q r q r d r r d s d r q r r q s q L I M I L I M I L I M I L I M I               ( 1 5 )     E lectr o m a g n etic  T o r q u e:     e m s d s q s q s d C     p . Φ .   I Φ .   I                ( 1 6 )     A cti v a n d   r ea ctiv DFI G   p o w er s :     s s d s d s q s q s s q s d s d s q P V . I V . I Q V . I V . I                   ( 1 7 )     3 . 2 .   F ilte ( R, L )   M o del   T h GSC   C o n v er ter   i s   co n n ec ted   to   th e   D C - B US   a n d   th e   G r id   v ia  a   f ilter   ( R f ,   L f ) .   I h a s   t w o   r o les :   s u s tai n in g   th e   DC -   B U v o ltag co n s ta n ce   r e g ar d in g   t h e   a m p lit u d a n d   t h r o to r   p o w er   d ir ec tio n   a n d   m ai n tai n in g   a   u n it   p o w er   f ac t o r   at  th lin k   p o i n to   t h g r i d   [ 1 4 ] . T h f ilter   m o d el   in   t h e   r ef er en t ial  ( d ,   q )   is   g iv e n   b y   E q u a tio n   1 8 :     df d f f d f f s f q f s d qf q f f q f f s f d f s q f d f d f q f q f f q f d f d f q f dI v R I L L I v dt dI v R I L L I v dt P v I v I Q v I v I               ( 1 8 )       4.   F L UX  O RI E N T E CO N T R O L   T E CH NI Q U E   4 . 1 .     F lux   O rient ed  Co ntr o P rinciple   T h p r in cip le  o f   Fl u x   Or ie n te d   C o n tr o FOC   co n s is t s   i n   o r ien ti n g   t h f l u x   alo n g   o n o f   t h a x es   i n   o r d er   t o   m ak t h f u n ctio n i n g   o f   th i n d u ctio n   m ac h i n id en tical  to   th at  o f   th D C   m ac h in s ep ar atel y   ex cited [ 5 ]   [ 6 ]   . I n   th is   ca s w h av c h o s e n   to   p lace   th s tato r   f lu x   o n   t h ax is ”d ”  as s h o w n   in   Fi g u r e   4 .           Fig u r 4 .   Stato r   f lu x   o r ien tatio n       As a  r esu lt o f   th is   o r ien tatio n ,   th q u ad r atu r p ar t o f   th s tato r   f lu x   is   n u ll a n d   t h d ir ec t c o m p o n en t is eq u al  to   th to tal  s tato r   f l u x .   So ,   w g et  th f o llo w i n g   eq u atio n :        0 s q s sd vv v                   ( 1 9 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1875     1 8 9 0   1880   4 . 2 .   Appl ica t io n o f   t he  F lux   O rient ed  Co ntr o l F O t o   t h RSC    A cc o r d in g   to   th Fl u x   Or ien te d   C o n tr o l p r in cip le,   th p r ev io u s   eq u at io n s   b ec o m a s   f o llo ws:     s d s q s s s s s r q s 2 s s s r d s s s 22 22 V 0 , V V ω   . M P V . . I L V M Q V . . I ω . L L .   . ( . . . . . ( . . . . . = s r q r r r q s r r d s s s r d r r r d s r r q ss g M V MM V R S L I g L I L L L MM V R S L I g L I LL            ( 2 0 )     4 . 3 .   Appl ica t io n o f   t he  F lux   O rient ed  Co ntr o l F O t o   t h G SC   I n   o r d er   to   o b tain   a   r o b u s t   w i n d   t u r b in s y s te m   w ith   v ar iab le  s p ee d ,   w n ee d   to   co n tr o t h G SC ,   s o   th at  t h D C - B US  v o ltag e   w ill   k ep co n s ta n v al u to   e n s u r g o o d   DC - B US  v o ltag r e g u la tio n   a n d   u n it   p o w er   s id o f   th g r id . B y   u s in g   Fl u x   Or ie n ted   tech n iq u FO C ,   th p r ev io u s   eq u atio n s   ar as f o llo w s :     df d f f d f f s f q f qf q f f q f f s f d f f s q f f s d f s dI v R I L L I dt dI v R I L L I v dt P v I Q v I              ( 2 1 )     T h en ,   w ca n   s e u p   f ilter   c u r r en co n tr o ller   ( R f ,   L f )   w it h   d ec o u p lin g   b et w ee n   t h m ag n it u d es   w h ic h   allo w s   th e ir   in d ep en d e n co n tr o l.   T h r elatio n   b et w e en   t h Fi lter   C u r r en t s   a n d   th e   Fil ter   Vo lta g es  is   g iv e n   b y   t h f o llo w in g   eq u atio n :     .. .. d f f f d f s f q f q f f f q f s f d f s v R S L I L I v R S L I L I v               ( 2 2 )       5.   SL I DIN G   M O DE   CO NT RO L   SM   5 . 1 .     Sli din g   M o de  Co ntr o l P rinciple   T h v ar iab le  s tr u ct u r s y s te m   ( VSS),   is   s y s te m   w h o s s tr u ctu r ch a n g es  d u r i n g   it s   o p er atio n .   I is   ch ar ac ter ized   b y   th e   ch o ice  o f   s tr u ct u r a n d   s w itc h i n g   lo g ic.   T h is   latter   al lo w s   t h s y s t e m   to   s w i tch   f r o m   o n s tr u ct u r to   an o th er   at  an y   ti m b y   th c h o ice  o f   f u n cti o n ,   w h ic h   s ep ar ates  th s ta te  s p ac in to   t w o   p ar ts   as  s h o w n   i n   Fig u r e   5 ,   an d   a n   ap p r o p r iate  s w i tch i n g   lo g ic.   T h Sli d in g   m o d tec h n iq u i s   s p ec ial  ca s e   o f   ( VSS).   I co n s is t s   o f   f o r cin g   t h s y s te m   s tate   tr aj ec to r y   to   a ttain   a   h y p er   s u r f ac in   f i n ite   ti m a n d   t h en   s ta y   th er e.   T h is   latter   p r ese n ts   r e latio n   b et w ee n   th e   s y s te m   s tat v ar iab les   w h ich   d ef i n es   d i f f er en tial   eq u atio n ,   an d   co n s eq u en tl y ,   d eter m i n es   th s y s te m   d y n a m ic s   i f   it   r e m ai n s   o n   t h h y p er   s u r f ac e. T h ev o lu tio n   o f   s y s te m   s u b j ec to   co n tr o l a w   n o   lo n g er   d ep en d s   o n   th e   s y s te m   o r   t h e x ter n al   d is t u r b an ce s ,   b u t   o n   t h e   p r o p er ties   o f   th h y p er   s u r f ac e.   T h s y s te m   w ill   th er e f o r b r o b u s n o t   o n l y   to   u n ce r tai n ties   ( s p ec i f ic  to   t h e   s y s te m )   an d   d i s tu r b an ce s   ( e x t er n al  to   t h s y s te m )   b u t   w ill   b to tall y   in s e n s iti v b ec a u s e   t h e y   ar co m p letel y   r ej ec ted   b y   t h co n tr o l [ 1 5 ] .           Fig u r 5 .   Sli d in g   m o d tech n i q u p r in cip le    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp r o ve d   P erfo r ma n ce   o f D F I G - Gen era to r s   fo r   W in d   Tu r b i n es V a r ia b le - s p ee d ( I h ed r a n Ya s min e )   1881   T h p lan   o f   th s lid i n g   m o d co n tr o l a lg o r ith m   is   m ai n l y   ca r r ied   o u t in   th r ee   s tep s   d ef i n ed   b y   [ 5 ] :     Sli di ng   s urf a ce   T h s lid in g   s u r f ac p r o p o s ed   b y   SLOT I NE   is   g iv e n   b y   [ 1 6 , 1 7 ]   :     n1 S x , t λ e x t                     ( 2 3 )     W ith ( x ) d ev iat io n   o f   t h v ar iab le  to   b ad j u s ted   ( x ) = x r ef - x   λ p o s iti v co n s ta n t. n p r esen ts   th e   n u m b er   o f   ti m e s   it d er iv es t h o u tp u t t o   m a k t h co m m an d   ap p ea r   .   Co nv er g ence   co nd it io n   T o   en s u r th s lid in g   m o d co n tr o s tab ilit y ,   L Y A P UNO p r o p o s es  p o s itiv f u n ctio n   ( x )   w h ic h   g u ar a n tees  t h n o n l in ea r   s y s t e m   s tab ilit y   a n d   th attr ac tio n   o f   th s tate  v ar iab le  to   its   r ef er en ce   v a lu e.   T h is   latter   is   d ef i n ed   as f o llo w s   [ 3 ,5 ]:     2 1 V x   . S x 2                   ( 24 )     T h f u n ctio n   V( x )   d er iv atio n   m u s b n e g ati v e,   s o   t h at   th e   v ar iab le  ( x ,   t)   ca n   ten d   to w ar d s   ze r o ,   as   s h o w n   in   t h f o llo w in g   eq u ati o n   :   Co ntr o l La w     ˙˙ V x S x S x 0                  ( 2 5 )     T h co m m an d   ( u )   is   v ar iab le   s tr u ct u r co m m an d   g iv e n   b y   [ 1 9 ] :     u x                             x , t 0 u u   x                           x , t 0 i f s i f s               ( 2 6 )     T h co n tr o ( u )   o f   d i s co n ti n u o u s   n a tu r e,   w i ll  o b lig e   th e   s y s te m   tr aj ec to r ies  to   r ea ch   t h s lid in g   s u r f ac an d   to   r em ai n   o n   t h at  s u r f ac in   v icin it y   o f   t h is   lat te r ,   r eg ar d less   o f   th d is tu r b an c es.  A cc o r d in g   to   th e   eq u at io n   s y s te m   ( 2 6 ) ,   w e   ca n   n o te  t h at   th e   co m m a n d   ( u )   i s   n o d e f in ed   f o r   S = 0 . Fo r   t h is   r ea s o n ,   FI L L I P OV  [ 1 9 ]   an d   UT KI [ 2 0 ]   p r o p o s m et h o d   ca lled   th e   eq u iv a len t   co m m an d   [ 5 , 1 8 ] ,   s h o w n   i n   t h e     f o llo w in g   F i g u r e   6.           Fig u r 6 .   th eq u i v alen t c o m m an d       Fro m   Fi g u r e   6 ,   w ca n   s ee   t h a t th eq u i v ale n t c o m m a n d   is   ex p r ess ed   b y ;     e q n u u u                  ( 2 7 )     Ueq p r esen ts   t h eq u iv ale n t   p ar o f   t h co n tr o u s ed   to   k ee p   o n   t h s lid in g   s u r f ac e,   t h v ar iab le  w h ic h   m u s t   b co n tr o lled :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1875     1 8 9 0   1882   ˙ S x S x 0                    ( 2 8 )     u n T h s tab ilizin g   co n tr o all o w s   u s   to   e n s u r co n v er g en ce   as  w ell  a s   th r o b u s tn ess   r eg ar d in g   t h d is tu r b an ce s .     n U K . s i g n S x                   ( 2 9 )     T h m ain   d is ad v a n ta g o f   th i s   co n tr o t y p e   is   th e   p h e n o m e n o n   k n o w n   b y   «   C H A T T E R I NG »   [ 3 , 5 ]   w h ic h   ap p ea r s   in   s tead y   s tate   as  h ig h   f r eq u en c y   o s cillati o n   ar o u n d   th eq u ilib r iu m   p o in t,  b ec au s o f   t h e   v er y   d is co n t in u o u s   n at u r o f   t h s i g n   f u n ctio n . T o   s o lv th is   p r o b lem ,   s e v er al  tech n iq u es  h av b ee n   ap p lied ,   a m o n g   t h e m   w f i n d   t h o n p r o p o s ed   b y   J . SL OT I NE   w h i ch   co n s is t s   o f   r ep lacin g   t h “SI GN”   f u n ctio n   b y   th S A T ”  f u n ctio n   g i v e n   b y   :     1                             1                                      S a t S i f S S a t S S a t S i f S S S a t S i f S               ( 3 0 )     5 . 2 .   RSC  Co ntr o Usi ng   Sli di ng   M o de  Co ntr o   C o n s id er in g   t h s l id in g   s u r f ac p r o p o s ed   b y   S L OT I NE   an d   tak in g   n = 1 ,   w o b tain :     1 2 s s r e f s s s r e f s S P e P P S Q e Q Q                 ( 3 1 )     W ith Qsre f   an d   P s r ef   ar th r ea ctiv an d   ac tiv p o w er s   r ef er en ce s . T h d er iv ativ o f   s lid in g   s u r f ac is     g iv e n   b y   :     1 2 . . . . . . . . . . . . . . . .. r q e q r q n s r s r e f r q r r d r s s r r r s s r d e q r d n r s r e f s r d r r q s r r VV VM RM e P I I V L L L L L VV MR e Q V I I L L L           & & & &           ( 3 2 )     Du r in g   t h s lid i n g   a n d   p er m an en m o d e,   w h a v e:     ( 1 , 2 ) ( 1 , 2 ) 0 , 0 , 0 r d n r q n e e V V &             ( 3 3 )     T h ex p r ess io n   o f   t h eq u i v ale n t c o m m a n d   b ec o m e s :     .. . . . . . . . . . . . . . . .. rs r d e q s r e f r r d r r r q s s r q e q r s s r e f r r q r r r d r s s s LL V Q R I L I MV V V L L P R I L I M V M L  & &           ( 3 4 )     T h er ef o r e,   th s tab ilizin g   co n t r o l is g iv e n   b y   t h f o llo w i n g   e q u atio n :     2 1 r d n d r q n q V K s a t e V K s a t e                  ( 3 5 )     5 . 3 .   G SC C o ntr o Usi ng   Sli di ng   M o de  Co ntr o l   W co n s id er   th e   S L OT I NE ’s   s lid in g   m o d s u r f ac e. F o r   n = 1 ,   w o b tain   :     3 4 f f r e f f f f r e f f S P e P P S Q e Q Q                 ( 3 6 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp r o ve d   P erfo r ma n ce   o f D F I G - Gen era to r s   fo r   W in d   Tu r b i n es V a r ia b le - s p ee d ( I h ed r a n Ya s min e )   1883   W h er e:  Qf r ef   an d   P f r ef   ar th r ea ctiv an d   ac tiv p o w er s   r ef er en ce s .   T h d e r iv ativ o f   t h s lid in g   s u r f ac is   g iv e n   b y :     2 3 4 . . . . . . . . s q f e q q f n sf s f r e f q f s s d f f f f s d f e q d f n sf f r e f d f s s q f ff V V V VR V e P I w V I L L L V V V VR e Q I w V I LL & & & &         ( 3 7 )     I n   th s lid i n g   an d   p er m a n en m o d e,   w o b tain   th ex p r ess io n   o f   th eq u i v ale n co m m an d   s u p p lied   as   f o llo w s :     . . . . . . . . f d f e q f r e f f d f f s q f s f q f e q f r e f f q f f s d f s s L V Q R I L w I V L V P R I L w I V V & &           ( 3 8 )     T h s tab ilizin g   co n tr o l is ex p r ess ed   b y   :     4 3     d f n d f n q f n q f n V K s a t e V K s a t e                  ( 3 9 )       6.   DC - B US V O L T A G E   CO NT RO L   L O O P     T h DC - B US e q u at io n   ca n   b ex p r ess ed   as i n d icate d   [ 2 1 ] :     2 2 1 . . . 2 2 . c c d c dc fr W P d t C U dU PP d t C                  ( 4 0 )     W ith W d c:  th D C -   B u s   en e r g y ,   an d   P DC -   B u s   p o w er .   B y   n eg lecti n g   all  t h lo s s es  e x ch a n g ed   b et w ee n   th elec tr ical  g r id   an d   th r o to r   o f   th DFI G,   th p o w er s   in v o l v ed   o n   th DC - B US  ca n   b w r itte n   as   f o llo w s :     f c r c d c c P P P P U I                    ( 4 1 )     W ca n   co n tr o th p o w er   P in   th ca p ac ito r   b y   r eg u lati n g   t h p o w er   P f ,   an d   th u s   to   ad j u s th DC - B US v o ltag e.       7.   RE SU L T S AN D   D I SCU SS I O N   I n   o r d er   to   g au g th p er f o r m a n ce   o f   t h w i n d   s y s te m   b a s ed   o n   th Do u b l y   Fed   I n d u ct io n   Gen er ato r ,   w test ed   t h o p er atio n   o f   t h w in d   s y s te m   b y   t w o   t y p e s   o f   co n tr o l:  t h lin ea r   co n tr o b y   Fl u x   Or ie n ted   C o n tr o T ec h n iq u an d   th n o n li n ea r   co n tr o b y   s lid i n g   m o d tech n iq u to   co n tr o th p o w er s   g e n er ated   b y   th DFI a n d   also   to   co n tr o l th DC - B US V o lta g e.   T o   ca r r y   o u t th i s   w o r k ,   t w o   te s ts   w er p er f o r m ed   a.   T est 1 T r ac k in g   an d   r eg u latio n   test s   f o r   SM C   an d   P I .   b.   T est 2 T h test s   o f   r o b u s t n es s   r eg ar d i n g   t h v ar iat io n   p ar a m eter s .   T h r esu lts   o b tain ed   f o r   th v a r io u s   s i m u latio n   te s ts ,   a r r esp ec tiv el y   ex p o s ed   o n   t h F i g u r e :   a.   Fig u r 1 1   p r esen ts   th tr ac k i n g   an d   r eg u latio n   test s   f o r   SM C   an d   P I .     b.   Fig u r 1 2   p r esen ts   th te s ts   o f   r o b u s tn es s   r eg ar d in g   t h v ar ia tio n s   p ar a m eter s .   B y   ap p l y i n g   w i n d   p r o f i le  g iv en   b y   ( Fi g u r e . a) ,   w e   ca n   o b s er v ed   t h p er f o r m an ce   o f   th tu r b i n s h o w n   i n   Fig u r e   1 0 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1875     1 8 9 0   1884     ( a)     ( b )       ( c)     ( d )   Fig u r 1 0 .   th p er f o r m a n ce s   o f   w i n d   tu r b in ac co r d in g   to   th MP PT  s tr ateg y   0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 4 5 6 7 8 9 10 11 w i n d   P r o f i l T i m e s ( s ) W i n d   s p e e d   ( m / s ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 x   1 0 5 T i m e s ( s ) A e r o d y n a m i c   T o r q u e   ( N . m ) 0 5 10 15 0 . 5 5 0 1 0 . 5 5 0 2 0 . 5 5 0 3 0 . 5 5 0 4 0 . 5 5 0 5 0 . 5 5 0 6 0 . 5 5 0 7 T i m e ( s ) P w e r   C o e f f i c i e n t   C p 0 5 10 15 7 . 8 8 7 . 9 7 . 9 2 7 . 9 4 7 . 9 6 7 . 9 8 8 8 . 0 2 T i m e ( s ) S p e s i f i c   S p e e d   L a m b d a Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.