I n t e r n at i on al  Jou r n al  of   P o w er E l ect ro n i cs  a n d  D ri v e S y s t e m   ( I J P E DS )   V o l.   8 ,  No .   1 M ar ch   2 01 7 , p p 4 5 4 ~ 4 6 1   I SSN :   2088 - 8 694 D O I :  10. 11 591/ i j pe ds . v 8 i 1 . pp 4 54 - 461           454       Jou r n al  h om e p age h ttp : //ia e s j our nal . c om / onl i ne / i nde x . ph p / I J P E D S   Des ig n a nd Dev el o p m en t  o f  a   Win d T urbine  E m ula t o r f o Ana ly z ing   t he  P er f o r m a nc e o f  S t a n d - a lo ne Wind  E n erg y   Co nv ers io n Sy s t e m       M .  A.   B h ay o 1 M . J . A .   A z iz 2 ,  N.  R.  N.   Id r i s 3 , A . H M .   Y at i m 4   1, 2, 3, 4   F a c u l ty  o f  Ele c tr ic a l En g in e e r in g ,  U n iv e r s iti T e k n o lo g i M a la y s ia ,  M a la y s ia   1   E l ect r i cal  E n g i n eer i n g  D ep ar t m en t ,  Q u ai d - e - A w a m   U ni v e r s i t y  of  E ng i ne e r i ng ,  S c i e nc e  &  T e c hnol ogy ,     N a w ab s h ah ,  P ak i s t an       A rt i cl e I n f o     AB S T RAC T   A r tic le  h is to r y :   R ecei v ed   No v   02 ,  201 6   Re v i s e d   J an   08 ,  2 01 7   A ccep t ed   J an   18 ,  2 01 7       T hi s  pa pe r  de s c r i be s  t he  de s i g n a nd  de v e l opm e nt  of  a   W i nd T ur bi ne   E m u l at o r  ( W T E ) ,   w h i ch  can  b e u s ed  t o  an al y ze  an d  as s es s  t h e p er f o r m an c e   of  W i nd E ne r g y  C onv e r s i on  S y s t e m  ( W E C S ) .  T he  m a t he m a t i c a l  m ode l i ng  of   t he  W T E  ha s  be e n done  us i ng   M A T L A B / S i m ul i nk  pl a t f o r m .    A  s ep ar at el y   e x c i t e d D C   m ot or  i s  de pl oy e d i n or de r  t o  r e pr o duc e  t he  s p e e d/ t or q ue ,   r e pl a c i ng  t he  r e a l   w i nd t ur bi n e  r ot or .  T he  ha l f - br i dg e  D C - D C  pow e r   c onv e r t e r  i s  de ve l ope d t o r u n t he  D C   m ot or  i n a  c ont r ol l e d f a s hi on.  T w o P I   co n t r o l l er s  v i s p eed  an d   c ur r e nt  c ont r ol l e r  a r e  e m pl oy e w hi c h g ua r a nt e e   th a t th e  D C  m o to r  is   f o llo w in g  th e  th e o r e tic a l ( r e f e r e n c e )  r o ta tio n a l s p e e d  o f   t h e t u r b i n e r o t o r .  A  u s er  i n t er f ace  i s  cr eat ed  i n  C o n t r o l D es k  N ex t  G en er at i o n ,   t hr o ug h w hi c h t he  i np ut  pa r a m e t e r s  of  t he   W T E  c a n   b al t er ed  i n  r eal  t i m e   a nd t he  i ns t a n t a ne ous  e f f e c t  c a n be  o bs e r v e d by  a na l y z i ng   t he  o ut p ut   p ar am et er s .   T h e d es i g n ed  s y s t e m   o f f er s   w i d e r an g f l e x i b i l i t y  an d  p r o v i d es  a  f r i e ndl y   e nv i r onm e nt  i n w hi c w i nd s pe e d a nd  t ur bi ne   pa r a m e t e r s  c a n be   al t er ed  eas i l y .  H en ce,  o f f er i n g   u s er  t o  co n d u ct  r es ear ch  o n  v ar i ab l e w i n d   s pe e ds .  T he  D S 1 10 4 R & D  c on t r ol l e r  b oa r d  i s  e m pl oy e f or  i m pl e m e nt a t i on  of  t he  de v e l ope S i m ul i nk  m ode l .  T he  s y s t e m  de s i g n,  t he  m ode l  us e d,  a nd   obt a i ne d r e s ul t s  a r e   pr e s e nt e d i n t hi s  pa pe r .   Ke y wo r d:   C o n tr o s ys t e m   D S 1104 R & D   c o n tr o lle r   b o a rd   W i nd   e ne r g c onv e r s i on   s y s t e   W i nd   t ur b i ne   e m u la to r   C opy r i g ht   ©   201 7   In s t it u te  o A d v anc e d E ngi ne e r i ng an d Sc i e nc e   A l l  ri g h t s re se rv e d .   Co rre sp o n d i n g  Au t h o r :   M .   A.   B h a yo ,   F acu l t y  o f  E l ect r i cal   E ng i ne e r i ng,   U n i v e r s iti T e k n o lo g i M a l a y s ia   8131 0,   J oh or  B a h r u ,  M a l a y s i a .   E m a il: b h a y o a k r a m @ g m a il. c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   T he  w i nd -   i np ut  t o  t he  W i n d  E ne r g y C o nve r s i o S ys t e m  ( W E C S ) ,   b e i ng  i nt e r m i t t e n t  i na t ur e ,   h av i n g  r a n d o m   v ar i at i o n ,  b ei n g  u n co n t r o l l ab l e,   y i el d s   v ar i ab l m ec h an i cal  p o w er  d el i v er ed  b y  t h w i n d   t u r b i n e a n d  h e n ce t h e co u p l ed  g en er at o r   m a y  d el i v er  v ar i ab l e p o w er .  T h er ef o r e,  i t  i s  e s s e n t i al  t o  an al y ze t h e   p er f o r m a n ce o f  r eal  W E C S  b ef o r e i n s t a l l i n g  at  t h e s i t e.  H e n ce,  f o r  t h e p u r p o s e o f  a n al y z i n g  p er f o r m an ce o f   th e   W E C S  b e f o r e   in s ta lli n g  a t th e  s i te ,  d e s i g n  o f   W in d   T u r b in e  E m u la to r   ( W T E )  b e c o m e s   i n e v ita b le   [1 ] W T E  a ls o  p la y s  a   v ita l r o le   in  d e s ig n i n g  c o n tr o s tr a te g ie s  a s   w e ll  a s   f o r   v a lid a tin g   th e  c o n tr o l a l g o r ith m s .  I t   i s  al s o   u s ed   f o r  d ev el o p i n g  p o w er  el ect r o n i c  ci r cu i t s  o f  t h e   w i n d  e n er g y  co n v er s i o n  s y s t e m .  M o r eo v er ,  i t  i s   a l s o  e mp lo y e d   f o r  te s ti n g   t h e  g e n e r a to r s  c o n tr o l te c h n iq u e s .   A b o v e  a ll,  it  is   v ita l  f o r  a n a l y z i ng t he   p er f o r m a n ce o f  W E C s .      A  W T E ,  es s en t i al l y  d es i g n e d  an d  d ev el o p ed  i n  t h e l ab o r at o r y ,  i s  a n  ar t i f i ci al ,  co n t r o l l ab l e an d   f le x ib le   te s t   b e n c h   w h ic h   i m i ta te s   t h e   r e a l   W E C S ,   t hus   pr ov i de s   a   pl a t f or m   f or   r e s e a r c h e r s ,   de s i g n e r s   a n en g i n eer s  t o  co n d u c t  t h e r es e ar ch ,  o b s er v e an d  an al y z e  t h e  ope r a t i on  a n d c on t r ol  of  W E C S ,  i n  a  c ont r ol l e d   e nvi r o n m e nt   w i t ho u t  r e l y i ng  o n t he  na t ur a l  s o ur c e  a nd  r e a l   w i nd  t ur b i ne .  T he   f un da m e nt a l  r e qu i r e m e nt  f or   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ P E D S     I SSN :   2088 - 8 694       D e s i gn and D e v e l o pm e nt  of  a   W i nd T ur bi ne  E m ul at or  f or  A nal y z i ng t he   P e r f or m anc e  of     . ... ( M . A. Bh a y o )   455   d ev el o p i n g  a W T E  i s  t o  g en er at e r ef er en ce s i g n al  b as ed  o n  w i n d  t u r b i n e ch ar act er i s t i cs .   T h er e ar e t w o   w a y s   o f  d ev el o p i n g  a r e f er en ce  s i g n al ,  i . e.  f i r s t ,  a  r ef er e n ce s p eed   i s  g e n er at ed  b as ed  o n   t h m at h e m a t i cal  eq u a t i o n s   a nd  t he   m o t o r  i s   f o r ced  t o  t r ack  t h i s  r e f er en ce  s p eed  b y   u s i n g  a co n t r o l   s y s t e m .   A n o t h er  ap p r o ach  i s  t o   d ev el o p  r ef er en ce t o r q u e a n d  b as ed  o n  t h i s  r ef er e n ce t o r q u e,  t h m o t o r  s h o u l d  t r ack  i t  b y   u s i n g  s o m a ppr o pr i a t e  c on t r ol  s y s t e m .   W h i l e  de s i g ni ng   w i n d t u r bi ne  e m u la tio n  s y s te m ,  t h e   w i n d ,  tu r b in e  r o to r  a n d   g ear b o x  ( i f  ap p l i cab l e)  ar e r ep l aced   w i t h  a   m o t o r  d r i v e n  b y  co n t r o l l ed  p o w er  s o u r ce,   w h i ch   w i l l  s er v e t h p u r p o s e o f  g en er at i n g  r ef er en c e s p eed  an d / o r  t o r q u e.     S o m e p u b l i cat i o n s  ca n  b f o u n d   w h er e o t h er  r es ear ch e r s   h a v e  pr opos e d a n d de v e l ope w i n d t u r bi n e   e m u la to r s     [2 ] - [ 15] .     D i f f er en t   r es ear ch er s   h a v u s ed   d i f f er en t   t y p es   o f   m o t o r s   i n   o r d er   t o   r ep l ac t h r eal   w i nd  t ur b i ne .  T he  a ut ho r s  o f   [2 ] - [ 4 ] , [ 16 ] - [ 20 ]   h av e d ep l o y ed  D C   m o t o r   w h i ch  r ep l aces  t h w i n d  t u r b i n e   r ot or .   T h e   a u t h or s   of   [ 21]   de pl oy e pe r m a n e n t   m a g n e t   D C   m ot or .   I n   [ 22]   p e r m a ne nt   m ag n et   s ync hr o no u s   m o to r  is   e mp l o y e d   i n  or de r  t o m i m i c   t he   act u al   w i nd  t ur b i ne .  T he  a ut ho r s  o f   [ 23]   h av e ch o s en   P er m a n en t   M a gne t  S ync hr o no u s  M a c hi ne  ( P M S M )  a s  t he  d r i vi ng  m o t o r  f o r  s i m ul a t i n g t he   w i nd  t ur b i ne s .  I [ 24]   I n d u ct i o n  M o t o r  ( I M )  an d  i n  l i t er at u r [6 ]   I n d u ct i o n  M o t o r  i s  u s ed  i n  co n j u n ct i o n   w i t h  P M S G .  T h e l i t er at u r r e vi e w   r e ve a l s   t ha t   f o r   t he   f i r s t   t i m e   t he   a ut ho r s   o f   [2 5 ] , [ 26 ]   u s ed   i n v er t er   co n t r o l l ed   I M .   T h r es ear ch er s   ch o o s e a n   A C   m o t o r  b ecau s e o f  t h e  l ar g er  p o w er  cap aci t y  a n d  l o w er  p r i ce,   on t h e  c on t r a r y ,   t he  c o nt r o l   m e t h od i s   r el at i v el y   d i ffi c u l t ,  an d  s p eed  o r  t o r q u e r eg u l at i o n  a n d  e m u l at i o n  acc u r acy  ar n o t  p l eas an t   [2 7 ] , [ 28] .  O n t he  o t he r  ha nd ,  f r o m  a  c o nt r o l  p o i nt  o f   vi e w ,  t he  D C   m o t o r  p r e s e nt s  a s i m p l e co n t r o l  ap p r o ach ,   i . e.  t h r o u g h  ar m at u r e cu r r en t  an d  v o l t a g e,  t h e t o r q u e an d  s p eed   ar e eas i l y  co n t r o l l ab l [5 ] .  I t  h as  b een   o b s er v ed   t h at  W T E s  b as ed   o n  D C  d r i v es ,  ar e u s u al l y  co n t r o l l ed  b y  t h e ar m at u r e cu r r en t ,   w h er eas ,  s o m e   r es each er s  p r ef er r ed  t o  co n t r o l  t h e ar m at u r e v o l t a g e o f  a D C   d r i v   [ 15] , [ 2 0] . A l t ho u g h b o t h a r m a t ur e  vo l t a ge   an d   cu r r en t   co n t r o l   m et h o d s   h av e   t h e i r   o w n   e f f ect s   i n t o   t h f i el d   o f   e m u l at i o n   s y s t e m ,   h o w ev er ,   ar m at u r v o l t ag e co n t r o l   m et h o d  i s  p r ef er r ed  d u e t o  t h e f act  t h at  i t  d o es  n o t  ch a n g e t h e s p eed  r eg u l at i o n  an d   f r o m  zer o   t o m a x i m um ,  s p eed  can  b e co n t r o l l ed  q u i t e eas i l y .   M os t  i m por t a n t l y ,  a  D C   m ot or   wo r k s   m o r e accu r at el y  at   l o w   s p eed s ,   w h i ch  en s u r e s  ac cu r ac y   i n  i m i t at i n g  t h e l o w   w i n d  s p eed s .  T h er ef o r e,  i t   i s   w o r t h  n o t ab l e t h at  a n   A C   m ot or  i s   n ot  a ppr opr i a t e  t o ope r a t e   be l ow  33. 33%  of   its  b a s e  s p e e d ,  i. e .  it w ill n o t r e p lic a te  p r o p e r ly  t h e   r eal  t u r b i n e ch ar act er i s t i c s  b el o w  3 3 . 3 3 %  o f  i t s  b as ed  s p eed   [3 ] .    S in c e  th e  e m u la to r  p r e s e n te d  in  th is  p a p e r  is   d es i g n ed  t o  an al y z e t h e p er f o r m an ce o f  t h e l o w  s p eed   w i n d  t u r b i n e a n d  f r o m   l i t er at u r e i t   h as  b een   w i t n es s ed   t h a t   f or  l o w  s pe e d e m u l a t i on,  D C   m ot or   w o u l d be  i de a l  t h e r e f or e  D C   m o t or  i s  pr e f e r r e d t o be  u s e d.   I d es i g n i n g  W T E ,  co n t r o l  s y s t e m  p l a y s  a  v i t al  r o l e,  b ecau s e,   t h m ach i n u s ed  i n  t h e e m u l at o r  i s  s u p p o s ed  t o   f o l l o w   t h e r ef er e n ce v al u e,   w h i ch   m ea n s ,  i t  s h o u l d  b e ef f ec t i v e s o  t h a t  b y  ch a n g i n g  a n y  i n p u t  p ar a m et er s ,  t h e   c o m m a nd  s i gna l  s ho ul d  b e   ge ne r a t e d  i n o r d e r  t o  r un t he   m a c hi ne  a c c o r d i n gl y.  I n t he  a f o r e m e n t i o ne d  W T E s   [2 ] , [ 3 ] , [ 16 ] , [ 20] ,  t he  us er  i n t er f ace i s  n o t  d es cr i b ed ,   w h i c h   m ean s  t h e r eal  t i m e ch an g i n g  o f  i n p u t  p ar a m et er s   is   n o t p o s s ib le .  I n  t h is  p a p e r ,   a  W T E  is  p r e s e n te d ,   w h ic h   is   a b le  to   m i m ic   th e  p e r f o r m a n c e  o f  t h e   s ta n d - a l o ne   W E C S  u nd e r  va r yi n w i nd  p r o f i l e  a nd  t he   va r i a t i o n i w i nd  s p eed  i s   m ad e p o s s i b l e t h r o u g h  t h u s er  i n t er f ace  d e ve l o p e d  i n C o nt r o l D e s k N e xt  G e ne r a t i o n.   T h er e ar e s o m e av a i l ab l w i n d  t u r b i n e e m u l at o r s ,  b u t  t h e d es cr i p t i o n  o f  eac h  an d  ev er y  c o m p o n en t   i s  n ot  pr ov i de d.  T h i s  pa pe r  a i m s  a t  pr e s e nt i ng  t h e  c o m p l e t e  de s i gn  a n d de v e l op m e n t  o f  a  W T E .   T h e  s t e p by   s te p  d e s c r ip tio n  o f  e v e r y  p a r t  is  g iv e n .  S ta r ti n g   f r o m  t h e   m a th e m a tic a m o d e llin g  o f  t h e   w i n d  t u r b in e  b a s e d   on  f un da m e n t a l  e qu a t i ons ,  de s i gn  of  h a l f  br i dg e  D C - D C  p o w er  co n v er t er ,  t h e t ec h n i q u e o f  g e n er at i n g   &   c o n tr o llin g   t h e  P W M  s i g n a f o r  c o n tr o llin g  t h e  o u tp u v o lt a g e ,  i m p le m e n ta t io n  o f  t h e  S i m u lin k   m o d e l o n to   D S 1104 R & D  c on t r ol l e r  boa r d a n d de v e l opm e n t  of   u s e r  i nt e r f a c e  f or  a dj u s t i ng  t h e  c on t r ol l i n g  pa r a m e t e r s ,   m o ni t o r i ng   t he  o ut p ut   va l ue s  e t c .   a r e  hi g hl i gh t e d  i n   d e p t h .   T hus ,  r e s e a r c he r s  c a n c o nd uc t   t he i r   s t ud i e s   o n   W E C S   i n   a   c o n tr o lla b le   te s e n v ir o n m e n t  in  r e p la c e m e n t   o f  a n   u n c o n tr o lla b le  r e a s y s t e m .   A b o v e  a ll,  t h e   pa pe r  pr e s e n t s  a n  e x t e n de d e x pos i t i on  o n  de s i g n  a n d de ve l opm e n t  o f  a  c o m pl e t e   w i nd t u r bi n e  e m ul a t i o s y s t e m.      T h e r em ai n i n g  p ap er  i s  o r g an i zed  as  f o l l o w s .  Mat h e m a t i ca l   m o d el l i n g  o f  t h w i n d  t u r b i n e an d  i t s   ch ar act er i s t i c s  ar e p r es en t ed  i n  t h e s ect i o n   2.   T h e d es i g n  an d  d ev el o p m e n t  d et ai l s  o f  t h e W T E  ar p r es en t ed   in  s e c t io n   3.   T h e  su b s e c t i o n s  o f   3 , i .e .   3 .1 , 3 .2  &  3 .3   pr ov i de  de s c r i pt i on  of   m ode l l i ng  a n d s o f t w a r e   s i m ul a t i o n,   c o nt r o l   s ys t e m   s t r uc t ur e   a nd   H a l f - br i dg e   D C - D C   p o w er   co n v er t er ,   r es p ect i v el y .   T h s ect i o n   4   co n t ai n s  ex p er i m en t a l  r es u l t s .   F i n al l y ,  t h e p ap er  i s  co n cl u d e d  as  p r es en t ed  i n  t h s ect i o n   5.       2.   W IN D   TU R B IN E C H A R A C TER IS TI C S  A N D  M O D EL LIN G   W i nd  t ur b i ne  i s   m e c ha ni c a l   d e vi c e   w hi c h i s  u s e d  t o  c o nve r t  t he   ki ne t i c  e ne r g y o f  t h e   w i nd  i n t o   m ech a n i cal  e n er g y ,  f o l l o w ed   b y  t h e g e n er at o r ,  f o r  co n v er t i n g  t h m ech a n i cal  e n er g y   i n t o  el ect r i cal  en er g y .   W i nd  t ur b i ne  i s  o ne  o f  t he  m o s t  i m p o r t a nt  c o m p o ne nt s  o f  a n y  W E C S .  H e nc e ,   w hi l e  d e s i gni n g a nd   d e v e lo p in g  a   w i n d  tu r b in e  e m u la to r ,  th e   m a th e m a tic a m o d e llin g  o f  t h e   w in d  t u r b in e  is  c o n s id e r e d  a s  o n e  o f   t h e b as i c r eq u i r e m e n t s .  S o  cal l ed  aer o d y n a m i m o d el l i n g  o f  t h w i n d  t u r b i n e,  d es cr i b es  t h e ef f ect s  o f   w i n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8 694   IJ PE D S    V o l.   8 ,  N o.   1 M a r ch   201 7   :   4 5 4     4 6 1   456   o n t he   w i nd  t ur b i ne .  T he  m a t he m a t i c a l   m o d e l l i ng o f  t he   w i nd  t ur b i ne   y i e l d s  t he  o ut p u t  s p e e d  o f  t he  t ur b i ne   d ep en d i n g  u p o n  t h e i n p u t  p ar am et er s  o f  t h w i n d  t u r b i n e,  i . e.   w i n d  s p eed ,  r o t o r  s p eci f i cat i o n s ,  ai r  d en s i t y   a nd   p o w er  co - e f f i ci en t .  T h e f u n d am en t al s  o f  t h m at h e m at i cal   m o d el l i n g  ca n  b f o u n d  i n  l i t er at u r [2 ] - [ 4 ] , [ 1 5] T h e  m e c h a n ic a l o u tp u t p o w e r   o f  th e   w i n d  tu r b in e ,  a c c o r d in g  to  its  a e r o d y n a m ic  c h a r a c te r is tic s ,  is  g iv e n  b y ,       P m = 0 . 5 ρπ R 2 C p ( λ , β ) ν 3   (1 )     H er e,   ρ   r ep r es en t s  ai r  d en s i t y  ( k g / m 3 )  a nd   π R 2   i s  t h e r o t o r  s w ep t  ar ea;  t h er ef o r e,  eq u at i o n  ( 1 )  c an  b e r e w r i t t e n   a s,   t h e  p o w er  co ef f i c i en t  r ep r es en t s  t h e  co n v er s i o n  ef f i ci e n c y  o f  t h w i n d  t u r b i n e,  a l s o  k n o w n  as  B et z’ s   c o ns t a nt ,  C p =   f ( β ,   λ ) .   I de a l l y ,   u pt of   59. 3 0% ,   m a x i m a l l y ,   of   t h e   a v a i l a bl e   w i n po w er  can  b e co n v er t ed  i n t o   m ech a n i cal  p o w er   [ 21] .  H o w ev er ,  r eal  t u r b i n es  can  co n v e r t  ar o u n d  3 5 - 4 5 % ,  w h i c h  d es cr i b es  t h e p o w er   c o e f f i c i e nt  o f  t he  t ur b i ne   kno w n  a s  C p ,  a m e n t i on e d a bove .  U s u a l l y ,   f or  s m a l l  a n m e d i um   w i n d t u r bi n e s ,   th e   p itc h   a n g le   β   is   k e p c o n s ta n t;  c o n s e q u e n tl y ,   t h e   C p   de pe n ds  on l y  on  t h e  T i p S pe e d R a t i o ( T S R ) ,   co m m o n l y   d en o t ed   b y   λ .     T h m at h e m at i cal   m o d el   o f   t h C p   o b t ai n ed   f r o m  t h [3 ] , [ 28]   i s  a s   gi ve n b y  t he   eq u at i o n  ( 3 ) ,  an d  t h e co r r es p o n d i n g  cu r v e i s  d ep i ct ed  i n   F i g u r e   1 .        P m = 0 . 5 ρ A C p ( λ , β ) ν 3      (2 )     ( ) = 0 . 0 0 0 4 4 λ 4 0 . 0 1 2 λ 3 + 0 . 0 9 7 λ 2 0 . 2 λ + 0 . 1 1   (3 )     H e r e , λ  i s  T i p  S p e e d  R a t i o   ( T S R )  a nd  i s   gi ve n b y ,     =        (4 )     T h e m ec h a n i cal  t o r q u e o f  t h w i n d  t u r b i n e i s  ex p r es s ed  as ,       =   (5 )     T h er ef o r e,   t h e t h eo r et i cal  r o t at i o n al  s p eed  o f  t h w i n d  t u r b i n e can  b e ex p r es s ed  as ,     =   0 . 5  ( ) 3   (6 )     i. e . ,  e q u a tio n  ( 6 )   d es cr i b i n g  t h e r o t o r  s p ee d  i s  i m p l e m e n t ed  i n  t h s i m u l a t i o n  as  a r ef er e n ce  s p eed .           F i g u r e   1 .   P o w er  co - e f f ic ie n t ( C p )  v s  T i p  S p e e d  R a t i o  ( λ )       3.   P RO P O S E D AND D E V E L O P E D W I ND  T URB I N E  E M UL AT O R   T h e  pr opos e d  a n d de v e l ope d  W T E  c on s i s t s  of  P C  ( w i t h   i n s t a l l e d M A T L A B / S i m u l i nk ,  dS P A C E   s of t w a r e ,  C ont r ol   D e s k  N e x t  G e n e r a t i on ) ,  D S 1104 R & D   c on t r ol l e r  boa r ( i n s e r t e d i n t P C )  f or  r e a l  t i m e   i m pl e m e n t a t i on  of  t h e  de v e l o pe d s i m u l i nk   m ode l ,  C L P 1104 I / O  boa r d,  h a l f - br i dg e  D C - D C  p o w er  co n v er t er   a s s oc i a t e w i t h  g a t e  dr i v e r  boa r ds ,  D C  po w e r  s u ppl y  a s   i n pu t   t o t h e  D C - D C  p o w er   co n v er t er ,  D C   l o w   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ P E D S     I SSN :   2088 - 8 694       D e s i gn and D e v e l o pm e nt  of  a   W i nd T ur bi ne  E m ul at or  f or  A nal y z i ng t he   P e r f or m anc e  of     . ... ( M . A. Bh a y o )   457   v ol t a g e  po w e r  s u ppl y   f or  g a t e  dr i v e r s  a n d s u ppl y i ng  po w e r  t o t h e  di f f e r e n t  boa r ds ,  t h e  D C   m ot or - ge ne r a t o r   s et ,  cu r r en t  t r an s d u cer   an d  i n cr e m en t a l  en co d er .   T h d ev el o p ed   W T E   i s   s h o w n  i n   F i g ur e   2 .   B a s e o t he   w i n d  tu r b in e  c h a r a c te r is tic s ,   m a th e m a tic a m o d e l is  d e v e lo p e d  in  M A T L A B / S i m u l in k ,   w h ic h   y ie ld s   r ef er en ce s i g n al .   A s  d es cr i b e d  i n  t h e s ect i o n  2 ,  i n  ad d i t i o n  t o   w i n d  s p eed ,  r ot or  r a di u s  a n d a i r  de n s i t y ,  t h e   r ef er en ce  s p eed  al s o  d ep en d s   u p o n  t h f eed b ack   v al u e s ,  i . ar m at u r e c u r r en t  an d  r o t o r  s p eed .  T h e cal cu l at ed   r o t o r  s p eed  p l ay s  t h e r o l e o f  r ef er en ce  s p eed  f o r  t h e o u t er  c o n t r o l l er .  B es i d es  t h w i n d  t u r b i n e ch ar act er i s t i cs t w o P I  c on t r ol l e r s   v i z ,  ou t e r  ( s pe e d c on t r ol l e r )  a n d i nne r  ( c u r r e n t  c on t r ol l e r )  a r e  a l s o de v e l ope d on   M A T L A B /S i m u li n k  p la tf o r m .   M o r e  d e ta ils  o n  c o n tr o l s y s te m  s tr u c tu r e  c a n  b e  f o u n d  in  s e c tio n  3 . 2 .     T he  o ut p ut  o f  t he  D C - D C  p o w er  co n v er t er  i s  co n n ect ed  w i t h  t h e ar m at u r e t er m i n a l s   o f  t h e D C   m o t or .  T h e  de t a i l s  of  de v e l opi n g  t h e  D C - D C  c o nve r t e r  a r e  gi ve i s e c t i o n  3 . 3 .  D e p e nd i n up o n t he   c o m m a nd e d  va l ue s ,  d ut y c yc l e  o f  t he  P W M  s i gna l  i s  c a l c ul a t e d  a nd  b a s e d  o t he  c o m m a nd ,  d S P A C E  s ys t e m   g en er at e s  P W M  s i g n al s .  T h g en er at ed   P W M   s i g n a l s   ar f u r t h er   s e n t   t o   g at e d r i v er   b o ar d  w h er e t h e y   ar a m p l i f i e d  t o  a  l e ve l  ( 1 5 V )  s ui t a b l e  f o r  t r i gge r i ng t he   ga t e s  o f  t he  I G B T s .  C o ns e q ue nt l y ,  t he  o ut p ut  o f  t he  D C - D C  p o w e r  c o n ve r t e r  i s  s uc h t ha t  i t  r u ns  t he  D C   m o t o r  i s uc h a   f as h i o n  t o  r ep r o d u ce t h e b eh av i o r  o f  r eal   w i nd  t ur b i ne .   T he  c ur r e nt  t r a ns d uc e r  i s   us e d  f o r  o b t a i ni n g t he   m o t o r  c ur r e nt ,  t he  o ut p ut  o f  t he  c ur r e nt   t r a ns d uc e r  i s   s e n t  t o C L P 1104  I / O  boa r d,   w h e r e  a n a l og   v a lu e  i s  c o n v e r te r  in to  d ig ita l.  A f te r   A /D  c o n v e r s io n ,   u s i n g   d S P A C E  s ys t e m ,  t hi s  c ur r e nt  i s  f e d  t o  t he   s i m ul i n m o d e l ,  t hu s  c o ns t i t ut i ng  f e e d b a c m e c ha ni s m ,  i n o t he r   w o r d s  t h i s   m eas u r ed  cu r r en t  i s  s en t  t o  t h e i n n er  co n t r o l  l o o p .  I n  t h e s a m w a y ,  an  I n cr e m en t al  E n co d er  i s   m o un t e d on  t h e  D C   m o t or  f or  obt a i n i ng  t h e   s pe e d of  t h e  D C   m ot or .   T h e  ou t pu t  of  t h e  I n c r e m e nt a l  E n c ode r  i s   c on n e c t e d t o C L P 1104  I / O  bo a r d,  a n d i t  i s  obs e r v a bl e  i n s i de  t h e  P C  u s i ng  C o n t r ol D e s k  N e x t  G e n e r a t i on .             F i g u r e   2 .   D e v e l ope w i n d t u r bi n e  e m u l a t or       I t is  i m p o r ta n t to   m e n tio n  h e r e  th a + 10 V  D C  i s  u s e d t o s uppl y  po w e r  t o t h e  c u r r e n t  t r a ns du c e r  a n d   +5 V  i s  s u p p l i ed  t o  t h g at e d r i v er  b o ar d .  I t  i s  al s o   n eces s a r y  t o   m en t i o n   h er e t h at  a  s ep ar at e D C   s u p p l y  i s   n e e de d a s  a n  e x c i t a t i on f or   f i e l w i n di n g  o f  t h e  D C   m ot or ,   w h i c h  i s  50V  c on s t a n t .  T w D C   m a c hi n e s -   each   1/ 3h p,  115V ,  3. 2A m p,  1750r pm   - w er e b ack  t o  b ack  co n n e ct ed ,  o n w o r k i n g  a s  a  m o t o r  an d  o t h er  a s  a D C   g en er at o r .       3. 1.   M o de l i ng  a nd  s o f t w a re  s i m u la t io n   T h e  mo de l i n g of   w i n d t u r bi n e  c h a r a c t e r i s t i c s  a n d t h e  di g i t a l  c ont r ol l e r s  h a s  be e n  don e   u s i ng  M A T L A B / S i m u l i n k   p l at f o r m ,   b ecau s o f   s i m p l i ci t y ,   eas y   acces s   a n d   m o d i f i cat i o n s .   T h p u r p o s o f   d ev el o p i n g   m at h e m at i cal   m o d el  an d  s o f t w ar e s i m u l at i o n   i s  t o  co m p u t e t h e r e f er en ce  s p eed  o f  t h w i n d   t u r b i n e,   t ak i n g  i n t o  co n s i d er at i o n  t h e i n p u t   v ar i ab l es ,  eg .  t h w i n d  s p eed ,  t h e t u r b i n e s i ze,  ai r  d en s i t y ,  C p   m o d el ,  a n d  t h e r eal   t i m v al u es  t o  co m p l et e  t h e s e cal c u l at i o n s .  T h e r eal  t i m v al u es  ar e t h e ar m at u r e c u r r en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8 694   IJ PE D S    V o l.   8 ,  N o.   1 M a r ch   201 7   :   4 5 4     4 6 1   458   an d  s p eed   of  t h e  D C   m ot or .   O n e  of  t h e  pr i m e  pu r pos e s  o f  s of t w a r e   s i m u l a t i on  i s   g e n e r a t i ng  c on t r ol  s i gn a l s   ( P W M )  f o r  th e  d r iv e r  c ir c u it.  T h e  in p u ts  to  th e   m a t h e m a tic a m o d e l i. e ,  th e   w i n d  s p e e d ,  r o to r  r a d iu s  a n d  a ir   d en s i t y  ar e ch a n g eab l e t h r o u g h  u s er  i n t er f ace d ev el ope d i n C on t r ol D e s k  N e x t  G e n e r a t i on .   A l s o,  t h e  o u t pu t   p ar am et er s ,  t h e r o t o r  s p eed  an d  ar m at u r e  cu r r en t  ar e o b s er v ab l e f r o m  t h e  d ev el o p ed  u s er   i n t er f ace.     F o r  t h e   p u r p o s es ,  i . e,  t o   g en er at e P W M  s i g n al ,   A n al o g  t o   D i g i t al  C o n v er s i o n  ( A D C )  o f  ar m at u r e c u r r en t   a n d f or   obt a i n i ng  t h e   m e a s u r e d s pe e of  t h e  D C   m ot or  t h r ough  i n c r e m e nt a l  e n c ode r ,  dS P A C E   s y s t e m  ( D S 1104 R & D   c on t r ol l e r  boa r d)  i s  e m pl o y e d.  W h e r e a s ,  C L P 1104 I / O  boa r d,  i s  u s e d a s  t h e  i n t e r f a c e  be t w e e n  t h e  D S 1104  R & D  co n t r o l l er  an d  t h e ex t er n al  co m p o n e n t s  a s  d e p ic te d  in   F i g u r e   3 .   O n c e  th e  M A T L A B /S i m u li n k   m o d e l is   d e v e lo p e d ,  th e n  b y  b u ild i n g  th e   m o d e l ( C tr l+ B ) ,  . s d f  f ile  is  g e n e r a te d   w h ic h  is  th e n  e x p o r t e d t o C on t r ol D e s N ex t  G e n er at i o n .  O v er  t h er e,  a l a y o u t  i s  cr eat ed  i n  o r d er  t o  v ar y  t h e i n p u t  p ar a m et er s  as   w el l  a s  t o   m o n i t o r   th e  o u tp u t p a r a m e te r s .             F i g u r e   3 .   S e t up  f o r   w i nd  t ur b i ne  e m ul a t o r       3. 2.   C o n t ro l  s y s t e m   s t ru ct u re   T h e  c o n tr o l s y s te m   s tr u c tu r e   o f  th e  W T E  is  d e p ic te d  in   F i g u r e   4 .  A s  s ho w n i n t he   F i g u r e   4   t wo  P I   co n t r o l l er s ,  i . e.  t h e o u t er  co n t r o l l er  ( s p eed  c o n t r o l l er )  an d  i n n er  co n t r o l l er  ( cu r r en t  co n t r o l l er )  ar e d es i g n ed   a n d  in te g r a te d  in  to  th e   s y s te m .  T h e s e  t w o  c o n tr o lle r s  a r e  c lo s e d  lo o p   cas cad e d  co n n ect ed .   T h e i n p u t s  t o  t h e   o u t er  co n t r o l l er  ar e t h e r e f er en ce s p eed  ( b as ed  o n   w i n d  t u r b i n e ch ar act er i s t i cs )  a n d  t h m e as u r ed  s p eed  o f  t h e   m o t o r .   T h e er r o r  i s  s en t  t o  t h e  co n t r o l l er ,  b as ed   o n  co m p ar i s o n  b et w ee n  t h e r ef er en ce o n e an d  t h m eas u r ed   o n e,  co n t r o l l er  s en d s  s i g n al  t o  t h e i n n er  co n t r o l l er .  I n n er   co n t r o l l er -   al s o  co n s i d er ed  h er e as  t h e c u r r en t   co n t r o l l er ,  d ep en d i n g  u p o n  t h e m ea s u r ed  cu r r en t  a n d  t h e r ef er en ce s i g n al ,  s en d s  ap p r o p r i at e co n t r o l  s i g n al  t o   t he   ne xt  s t a ge  a nd  d ut y c y c l e   i s  c a l c u l at ed ,  b as ed  o n  t h e d u t y  c y c l e t h e d S P A C E  s y s t e m  ( D S 1 1 0 4 )  g en er at es   P W M s i g n al s ,  t h r o u g h  C L P 1 1 0 4  I / O   b o ar d  P W M  s i g n al s  ar e s en t  t o  t h e g at e d r i v er s   w h er e t h es e s i g n a l s  ar a m p l i f i ed  t o  a v al u s u i t ab l e  f o r  t r i g g er i n g  t h g at e o f  t h e I G B T .  H en ce,  t h e h al f - b r i d ge  D C - D C  p o we r   c o n v e r te r  r u n s  th e  D C   m o to r  in  a   w a y  th a t it r e p lic a te s  t h e  b e h a v io r  o f  th e  r e a w in d  tu r b in e .  T h e  d e ta ils  o n   DC - D C  p o w e r  c o n ve r t e r  c a n  b e  f o und  i n  s ub s e q ue nt  s e c t i o n.   A s  s ho w n  i n t he   F i g u r e   4   o u te r  c o n tr o lle r   r eq u i r es   m eas u r ed  s p eed  o f  t h e D C   m o t o r  an d  t h e i n n er  co n t r o l l er  n eed s   m eas u r ed  ar m at u r e cu r r en t .  H en ce,   f o r  s en s i n g  t h e ar m at u r e cu r r en t  o f  t h e D C   m o t o r  a cu r r en t  t r an s d u cer  i s   u s ed ,   w h e r eas ,  co m m er ci al l y   av ai l ab l e I n cr e m en t a l  E n co d er  i s  d ep l o y ed  f o r   m ea s u r i n g  t h e  act u al  s p eed  o f  t h e D C   m o t o r .       3. 3.   H a l f  br i dg e  D C - D C  co n v ert er   T he  ha l f - br i dg e  D C - D C  p o w er  co n v er t er   w a s   de s i g n e d.  I t  c om pr i s e d of  t w o I G B T  s w i t c h e s ,   c o nne c t e d  i n a  f a s hi o n,   f o r m i ng  ha l f - br i dg e .  T h e  i n put  t o t h e  po w e r  c o n v e r t e r   w a s  75V  D C  s u ppl y .  T h e   o ut p ut  o f  t he   ha l f - b r i d g e p o w er  co n v er t er   w as  co n n ect ed  t o   t h e ar m at u r t er m i n al s  o f   t h e   D C   m o t o r .  I t   w o u l d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ P E D S     I SSN :   2088 - 8 694       D e s i gn and D e v e l o pm e nt  of  a   W i nd T ur bi ne  E m ul at or  f or  A nal y z i ng t he   P e r f or m anc e  of     . ... ( M . A. Bh a y o )   459   be   w o r t h  t o   m en t i o n  h er e t h at ,  s ep ar at el y  e x ci t ed  D C   m o t o r  i s  d ep l o y ed ,  t h er e f o r e;  t h e f i el d  s y s t e m  o f  t h e D C   m o t o r   w as   s u p p l i ed  b y  a  s ep ar at e D C   s o u r ce,   w h i c h  i n  t h i s  cas e   w as  5 0 V .  T h e I G B T  g at e s i g n a l s  ( P W M )   w e r e   g e n e r a t e d b y  D S 1104 R & D  c ont r ol l e r  boa r d t h e n  t h r ou gh   C L P 1104 I / O  b oa r d t h e s e  s i gn a l s   w e r e  s e n t  t o   g at e d r i v er  b o ar d  an d  f i n al l y  t h e p u l s es   w er e ap p l i ed  t o  t h e I G B T s  f o r  g at e t r i g g er i n g .   C o n s eq u en t l y ,  t h e D C - D C  co n v er t er  p r o d u ced   c o n tr o lle d  D C  o u tp u t  v o lta g e .   T h e d u t y  c y cl es   w er e co n t r o l l ed  i n  a   w a y t ha t  t h e   up p e r  s w i t c h o f  t he  D C - D C  co n v er t er  r ecei v ed  p u l s e s  an d  i t s  co m p l i m en t  ( n o t  s i g n al )   w a s  co n n ect ed  t o  t h e   l o w er  s w i t ch  o f  t h e co n v er t er .         Fi g ur e   1 .   C o n tr o l s y s te m  s tr u c tu r e       4.   EX P ER IM EN TA RE S UL T S   T h p er f o r m an ce  o f   t h d ev e l o p ed   W T E   w a s   an al y zed   u n d er   d i f f er en t   w i n d   s p eed s .   I n   t h m ode l   w i n d  tu r b in e  c h a r a c te r is tic s ,  i n itia ll y  5 m / s   w i n d  s p e e d   w a s   a p p lie d ,  f o llo w e d  b y  s te p   v a r ia tio n ,  to  6  m / s ,  d o n e   u s i n g  u s er  i n t er f ace cr eat ed  i n  C o n t r o l D es k  N e x t  G e n er at i o n .  T h e ai r  d en s i t y ,  co n s i d er i n g  t h e  r eal   w o r l d   v a l u e ,   w a s   t a k e a s   1. 225  k g/ m 3 t h e   r ot or   r a di u s   w a s   e m pl oy e a s   1. m ,   a n a ppr ox i m a t e   m a t h e m a t i c a l   m ode l   f or  t h e  po w e r  c o - e ffi c i e n t  C p   w as   t ak e n  a s  e x p l ai n ed  i n  s ect i o n   2 .  C o rre s pon di ng  r e s u l t s  a r e   s h o w n i n   F i g u r e   5 .   T he   F i g u r e   5 ( a )   d ep i ct s   t h r ef er en ce  s p eed ,   w h i ch   w a s   cal cu l at ed   b as e d   o n   t h t u r b i ne   ch ar act er i s t i c s  an d   F i g u r e   5 ( b )   d ep i ct s  t h m eas u r ed  s p eed  o f  t h e D C   m o t o r .  T h e  r es u l t s  s h o w  t h e   e f f e c t i ve ne s s  o f  t he  c o nt r o l   s ys t e m ,   w hi c h   m e a ns   t h e D C   m o t o r  t r ack s   w el l  t h e r e f er en ce s p eed .   T h u s er   in te r f a c e   w a s  d e v e lo p e d  in  C o n tr o lD e s k   N e x G e n e r a tio n .   I n  a d d itio n ,  in  o r d e r  to  s w itc h  t h e  P W M  s ig n a ls   O N  a n d  O F F ,  a  s w i tc h   w a s  in s e r te d  in to  th e  u s e r  in te r f a c e ,  i. e . ,  s ta r t/s to p  o f  th e  D C   m o to r  w a s   m a de  pos s i bl e .           Fi g ur e   2 T h e p er f o r m an ce o f   t h e d ev el o p ed  W T E ,   ( a)  s p eed  b as ed  o n  t u r b i n e ch ar act er i s t i cs  ( b )  m o t o r  s p eed   ( r ad / s ec)     5.   CO NCL U S I O N     A   w i n d t u r bi n e  e m ul a t or  ba s e d on  D C   m ot or  dr i v e n  b y  c on t r ol l e d h a l f - br i dg e  D C - D C  p o we r   co n v er t er   h as  b een  d e s i g n ed  a n d   de v e l ope d.  S t a n d - a l o ne  w i nd   e ne r g c o n ve r s i o n s ys t e m  e m p l o y i ng   a  f i xe d - p itc h  th r e e - b l ad ed  H o r i zo n t al  A x i s  W i n d  T u r b i n e ( H A W T )   w a s  s el ect ed  f o r  t h m o d el l i n g  an d  p er f o r m a n ce  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SSN :   20 88 - 8 694   IJ PE D S    V o l.   8 ,  N o.   1 M a r ch   201 7   :   4 5 4     4 6 1   460   a na l ys i s  o f  t he   w i nd  t ur b i ne  e m u l a t o r .   T h e  w i n d  tu r b in e   m o d e l a n d  d ig ita l P I  c o n tr o l l er s  w er e d ev el o p ed  o n   M A T L A B / S i m u l i nk  pl a t f or m .  T h e  c o m pl e t e  S i m ul i n m ode l   w a s  i m pl e m e n t e d on t o D S 1104 R & D  c o n t r ol l e r   boa r d.  I n  a ddi t i on ,  u s e r  i n t e r f a c e   w a s  de v e l ope d i n  C on t r ol D e s k  N e x t  G e n e r a t i on  f or   m o n i t or i ng ,  c on t r ol l i ng  an d  al t er i n g  t h e p ar a m et er s .  I n  t h e d e v el o p ed  u s er  i n t er f ace ,  t h e i n p u t  p ar a m et er s  e g ,   w i n d  s p eed  an d  t u r b i n r ot or  r a di u s  c ou l d be   m odi f i e d  on l i n e .  T h e  r e s u l t i ng  s pe e d of  t h e  D C   m o t or  r e pl i c a t i ng  t h e   w i n d t u r bi n e  c ou l d   b e  m o n ito r e d  in  r e a l ti m e .     T h e d ev el o p ed  em u l at o r   w i l l   b e h el p f ul   f o r  d e s i g ne r s ,  e ngi ne e r s ,  s c i e nt i s t s  a nd  r e s e a r c he r s  i n o r d e r   t o  a na l yz e  t he  p e r f o r m a nc e   o f   w i nd  e ne r g y c o nve r s i o s ys t e m .   T h e p ap er  al s o  ai m e d  at  p r es en t i n g   t h e   d e s c r ip tio n  o f  th e  d e v e lo p in g  a n d  i m p le m e n ti n g   m a th e m a tic a m o d e l in  M A T L A B / S i m u li n k ,  d e s i gn i ng  t ech n i q u e a n d  d ev el o p m e n t   o f  t h w i n d  t u r b i n e e m u l at o r  as   w el l  as   t h e p er f o r m an ce  as s es s m en t  o f  t h e   e m ul a t or  u n de r  v a r y i ng   w i n d c on di t i on s .   A f t e r  de v e l opi n m a t h e m a t i c a l   m ode l ,  de s i gn i n g  D C - D C  p o we r   co n v er t er ,  g e n er at i n g  P W M s i g n al s ,  t h e y  al l   w er e co nne c t e d  i n s uc h a  f a s hi o n s o  t ha t  i t  c o ul d   m i m i c  t he  r e a l   w i nd  e ne r g y c o n ve r s i o n s ys t e m .  T he  r e s ul t s  o b t a i ne d  c o nf i r m  t he  e f f e c t i ve ne s s  o f  t he  d e s i g ne d  a nd   de v e l ope d m ode l .          A C K N O W L ED G EM EN   T h i s   w or k   w a s  s u ppor t e d by  R e s e a r c h  U n i v e r s i t y  G r a n t   ( Q . J 13 000 0. 2 423. 02G 0 9) ,  p r ov i de d by   U n i v e r s iti  T e k n o lo g M a la y s ia .   T he   a ut ho r ,   M .   A .   B ha y o ,   i s   p a r t i c ul a r l y   t ha nk f ul   t o   Q ua i d - e - A wa m   U ni ve r s i t y o f  E ngi ne e r i ng,  S c i e nc e  &  T e c h no l o g y ,  N a w a b s ha h,  P a ki s t a n,   f o r  t he   f i na nc i a l  s up p o r t  d ur i ng t h e   r es ear ch  s t u d y .       R EF ER EN C ES   [ 1]   M . B h a y o e t a l. " M ode l i ng  of   W i nd T ur bi ne   Si m ul at or  f or  a na l y s i s  of  t he  w i n d e ne r gy  c o nv e r s i on s y s t e m  us i n M AT L AB/S im u li n k , "   in   20 15 I E E E  C onf e r e nc e  on E ne r g y  C onv e r s i on ( C E N C O N ) ,   pp .  1 22 - 12 7 20 15 .   [ 2]   M .  M o n f ar ed ,   e t a l. ,  " S t a t i c  a nd dy na m i c   w i nd t ur bi ne  s i m ul a t or  us i ng  a  c onv e r t e r   c ont r ol l e d dc  m ot or , "   R e ne w abl e   E n er g y,   v ol .  3 3,   pp.  9 06 - 91 3,  20 0 8.   [ 3]   M .  A r i f u jja m a n ,   e t a l. ,  " E m u la tio n   o f  a s m al l   w i n d  t u r b i n e s y s t e m   w i t h  a s ep ar at el y - ex ci t ed  d c   m ach i n e, "   IU - J our n al  o f  E l e c t r i c al  &  E l e c t r oni c s  E ngi ne e r i ng,   v o l .  8,  pp.   5 69 - 57 9,  2 01 2.   [ 4]   T .  H a r d y  a nd W .  J e w e l l ,  " E m ul a t i on of  a  1. 5 M W  w i nd t ur bi ne   w i t h a  dc   m ot or , "  i P ow e r  and E ne r gy  Soc i e t y   G e ne r al  M e e t i ng,   20 11 I E E E , p p . 1 - 8 20 11 .   [ 5]   B .  N ea m m an e e,   e t a l. ,  " D e v e l opm e nt  of  a   w i nd t ur bi ne  s i m ul a t or   f or   w i nd g e ne r a t or  t e s t i ng , "   I nt e r nat i on al  E ne r gy   J our n al ,   vo l .  8,  pp .   2 1 - 2 8,  20 07 .   [ 6]   S .  M o ho d a nd M .  A w a r e ,   " L a bor a t or y  de v e l opm e nt  of   w i nd t u r bi ne  s i m u l a t or  us i ng  v a r i a bl e  s pe e d i nd uc t i o m ot or , "   I nt e r nat i on al  J o ur n al   of   E ngi ne e r i ng,  Sc i e nc e  a nd  T e c hn o l ogy ,   v o l .  3,  201 1.   [ 7]   N . C . S a h o o e t a l. , " D .c m o t o r - ba s e d w i nd t ur bi ne  e m ul a t or  us i n g   L a bV I E W   f or   w i nd e ne r gy  c onv e r s i on s y s t e m   l a bor a t or y  s e t up, "   I n t e r na t i on al  J our n al   of  E l e c t r i c al  E n gi ne e r i n E duc a t i o n,   vo l .  50 ,   p p.  11 1 - 12 6,   201 3.   [ 8]   S .  T a m m ar u c k w at t an a,   e t a l. ,  " E x p er i m en t al  A s s es s m en t  w i t h  W i n d  T u r b i n e E m u l at o r  o f  V ar i ab l e - S pe e d W i nd  P ow e r   G e ne r a t i on S y s t e m  us i ng  B oos t  C h op pe r  C i r c ui t  of  P e r m a n e nt  M a g ne t   S y nc hr on ous  G e ne r a t or , "   J our na l  of   P o w er  E l ect r o n i cs ,   vo l .  15 ,   p p.  24 6 - 25 5,  201 5.   [ 9]   R .  T e odor e s c u,   e t a l. , " F l e x i bl e  de v e l opm e nt  an d t e s t  s y s t e m  f or  11 k W  w i nd t ur bi ne , in   P o w er  E l ect r o n i cs   S pe c i a l i s t  C o nf e r e nc e ,  2003 .   P E S C ' 03.  2 00 3 I E E E   34t h A nnua l ,   pp.   67 - 72 200 3 .   [ 1 0]   C .  N ic h ita ,   e t a l. ,  " L a r g e  ba nd s i m ul a t i on of  t he  w i nd s pe e f or  r e a l  t i m e   w i nd t ur bi ne  s i m ul a t or s , "   E ne r gy   C onv e r s i on,  I E E E   T r a ns ac t i o ns  o n,   v ol .  1 7,   pp.  5 23 - 52 9,  20 02.   [ 1 1]   J .  C a s te lló ,   e t a l. ,  " D ev el o p m en t  d et ai l s  an d   p er f o r m an ce as s es s m en t  o f  a   W i nd  T ur bi ne  E m ul a t or , "   R en ew a b l E n er g y,   v ol .  8 6,   pp.  8 48 - 85 7,  20 1 6.   [ 1 2]   P .  B a tta io tto ,   e t a l. ,  " A   w i nd t ur bi ne  e m ul a t or  ba s e d on a  dua l  D S P  pr oc e s s or  s y s t e m , "   C ont r ol  E ng i ne e r i ng   P r a ct i ce,   v ol .  4,  pp.   1 26 1 - 12 66 ,  19 9 6.   [ 1 3]   A .  M es e m an o l i s ,   e t a l. ,  "H i g h - ef f i ci en c y  c ont r ol  f or  a  w i nd e ne r g y   c onv e r s i on s y s t e m   w i t h i nduc t i on g e ne r a t or , "   E ne r gy  C o nv e r s i on,  I E E E  T r ans a c t i ons   on,   v ol .  27,   p p.  95 8 - 9 67,  2 012 .   [ 1 4]   J .  C he n,   e t a l. ,  " C o ns t a nt - ba ndw i dt h m a x i m u m  pow e r  poi nt  t r a c k i ng  s t r a t e gy   f or  v a r i a bl e - s pe e d w i nd t ur bi ne s  a n d   it s  d e s ig n  d e ta ils , "   I n dus t r i al  E l e c t r oni c s ,  I E E E  T r ans ac t i ons   on ,   v ol .  60,   p p.  50 50 - 50 58,  2 01 3.   [ 1 5]   M .  C hi nc hi l l a ,   e t  a l. "L a bor at o r y  s e t - up f or  w i nd  t ur bi ne  e m ul at i o n, 2 00 4 I E E E  I nt e r na t i o na l  C onf e r e nc e  on   In d u s t ri a l  T e c h n o l o g y  (ICI T ),   v o l.  1 -   3,   p p.  55 3 - 5 57 ,  20 04.   [ 1 6]   M .  A r if u jja m a n ,   e t a l. ,  " D e v e l op m e nt  of  a n i s ol a t e d s m a l l  w i nd t ur bi ne  e m ul a t or , "   T h e O p en   R en ew a b l e E n er g J our n al ,   vo l .  4,  pp .   3 - 12 ,  2 01 1.   [ 1 7]   F . E .  V . T a v e i r o s e t a l. "W i nd t ur bi ne   t or que - s pe e f e at ur e  e m ul at or  us i ng  a  D C  m ot or , "   i P o w er  E l ect r o n i cs   Co n f e re n c e  (CO BE P ),   2 0 1 3  Bra z i l i a n ,   pp.  4 80 - 4 86 20 13 .   [ 1 8]   R .  I .  O va n do ,   e t  a l. ,  " E m ul a t i on  of  a  l ow  pow e r  w i nd t ur bi ne  w i t h a  D C  m ot or  i n M a t l a b/ S i m ul i nk , "   2 0 0 7  I eee  P o w er  E l ect r o n i cs   S p eci a l i s t s  C o n f er en ce,   v ol .   1 - 6,   p p.  85 9 - 86 4,  2 007 .   [ 1 9]   L .  G ua ng c he n,   et   a l. "D e s i g an d r e al i z at i o of  D C  m ot or  a nd  dr i v e s  bas e d s i m u l at or  f or  s m al l  w i nd  t ur b i ne , "   i P ow e r  a nd E ne r g y  E ng i ne e r i ng  C onf e r e nc e  ( A P P E E C ) ,  2 01 0 A s i a - P aci f i c,   pp.  1 - 4 20 10 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ P E D S     I SSN :   2088 - 8 694       D e s i gn and D e v e l o pm e nt  of  a   W i nd T ur bi ne  E m ul at or  f or  A nal y z i ng t he   P e r f or m anc e  of     . ... ( M . A. Bh a y o )   461   [ 2 0]   M .  A r if u jja m a n ,   e t a l. "A n  i s ol a t e d s m al l  w i nd  t ur bi ne  e m u l at or , "   2 00 6 C a na d i an  C o n f er en ce o n  E l ect r i cal  an d   C om put e r  E ng i ne e r i ng ,   v ol .   1 - 5,   pp.  59 5 - 598 ,  2 00 6.   [ 2 1]   L A . L o p e s e t a l. "A  w i nd  t ur bi ne  e m ul at or   t h at  r e pr e s e nt s  t h e  dy nam i c s  of  t he  w i nd  t ur bi ne   r ot or  a nd  dr i v e   tr a in , "   in   P o w er  E l ect r o n i cs  S p ec i al i s t s  C o n f er en ce,  2 0 0 5 .   P E S C ' 0 5 . I E E E  3 6 t h p p.  20 92 - 20 97 20 05 .   [ 2 2]   W . H u e t a l. , " D e v e l opm e nt  of   w i nd t ur bi ne  s i m ul at or  f or  w i nd  e ne r gy  c onv e r s i on s y s t e m s  bas e d on pe r m a ne nt   m agne t  s y nc hr o no us  m ot or , "   in   E l ect r i cal  M ach i n es  an d  S y s t e m s ,   2 0 0 8 .  I C E M S  2 0 0 8 .  I n t er n at i o n al  C o n f er en ce  on,   pp.  23 22 - 23 26 20 08 .   [ 2 3]   J .  C he n,   e t a l. "D e s i gn  a nd  a na l y s i s  of   dy nam i c  w i nd  t ur bi ne  s i m ul at or  f or  w i n d e ne r gy  c onv e r s i on  s y s t e m , "   in   I E C ON 2 0 1 2 - 38t h A nnua l  C onf e r e nc e  on I E E E  I n dus t r i a l  E l e c t r o ni c s  S oc i e t y ,   pp.  9 71 - 9 77 20 12 .   [ 2 4]   J . M . N y e ,   e t a l. "D e s i gn  an d I m pl e m e nt at i on of  a V ar i a bl e  Spe e d W i nd T ur bi ne  E m ul at or , "   20 12  X xt I n t er n at i o n al  C o n f er en ce o n  E l ect r i cal  M ach i n es  ( I cem ) ,   pp.  2 06 0 - 206 5,  20 12 .   [ 2 5]   H .  M .  K o ja b a d i a n d  L .  C h a n g ,  " A  n o v e l s te a d y  s ta te  w in d  tu r b in e  s im u la to r  u s in g  a n  in v e r te r  c o n tr o lle d  in d uc t i on   m ot or , "   W i nd E n gi ne e r i n g,   vol .  28 ,   pp .  4 33 - 44 3,  20 04 .   [ 2 6]   H . M . K o j a b a d i e t a l. ,  " D e v e l op m e nt  of  a  nov e l  w i nd t ur bi ne  s i m ul a t or  f or  w i nd e ne r gy  c onv e r s i on s y s t e m s  us i ng   an  i n v er t er - c ont r ol l e d i n duc t i on m ot or , "   E ne r gy  C onv e r s i o n,  I E E E  T r a ns ac t i o ns  o n,   vol .  1 9 ,   pp .  5 47 - 5 52,  2 004 .   [ 2 7]   D .  D ol a n a nd   P .  L e hn ,   " R eal - t i m e  w i nd t ur bi ne  e m ul a t or  s u i t a bl e   f or  pow e r  qua l i t y  a nd dy na m i c  c ont r ol  s t udi e s ,"   U ni v e r s i t y  of  T or ont o,   20 05.   [ 2 8]   J .  B i al as i e w i cz,   "F ur l i n g c ont r ol   f or  s m al l  w i nd t ur bi ne  p ow e r  r e gul at i on , in   I ndus t r i a l  E l e c t r on i c s ,  2 00 3.  I S I E '03 .   200 3 I E E E  I nt e r na t i o na l  S y m pos i um  on ,   pp .  8 04 - 80 9 20 03 .       B I O G RAP H I ES   O F  AUT H O RS       M u h am m ad  A k r am  B h a yo   w a s  bor n i n K ha i r pu r  M i r s ,  S i n dh ,   P a k i s t a n,  i n 198 0.  H e  r e c e i v e d   t h e B . E  ( E l ect r i cal )  d eg r ee f r o m  Q . U . E . S . T ,   N a w a bhs ha h,   P a k i s t a n i 20 04  a n d t he  M . S c .   ( Ele c tr ic a l &  Ele c tr o n ic  En g in e e r in g )  d e g r e e  f r o m  U n iv e r s itä t D u is b u r g - E s s en ,  G er m an y ,  i n   201 3.  H e  i s  c ur r e nt l y  pur s ui ng   P h. D   de g r e e  a t  F a c ul t y  o f  E l e c t r i c a l  E ng i ne e r i ng ,  U ni v e r s i t i   T e k n o lo g i M a la y s ia  ( U T M ) ,  M a la y s i a .  S i nc e  2006 ,  he  ha s   be e n w i t h t he  D e pa r t m e nt  of   E l ect r i cal  E n g i n eer i n g ,  Q . U . E . S . T ,  N a w ab s h ah ,   P ak i s t an ,  w h er h e i s  cu r r en t l y   w o r k i n g  as   L e c t ur e r .  H i s  c ur r e nt  r e s e a r c i nt e r e s t s  i nc l ude  m ode l i ng  a nd s i m ul a t i on of   w i nd e ne r gy   c onv e r s i on s y s t e m ,   w i t h f oc us  on  de s i g n a nd  de v e l opm e nt  of  w i nd t ur bi ne  e m ul a t or  f or  a na l y s i s   of  t he  w i nd e ne r g y  c onv e r s i on s y s t e m .           M o hd J un a i di  A bd ul  A z i z   w as   b o r n  i n  K u al a T er en g g an u ,  M al a y s i a,  i n  1 9 7 9 .  H e r ecei v ed  h i s   B . S .  a n d  M . S .  d e g r e e s  in  Ele c tr ic a l En g in e e r in g  f r o m  th e  U n iv e r s it i T e k n o lo g i M a la y s ia  ( U T M ) ,   K u al a L u m p u r ,  M al ay s i a,  i n  2 0 0 0  an d   2 0 0 2 ,  r es p ect i v el y ;  an d  h i s   P h . D .  i n  E l ect r i cal   E ng i ne e r i ng   f r om   T he  U ni v e r s i t y  o f  N ot t i ng ha m ,  N ot t i ng ha m ,  E ng l a nd,  U K ,  i n  2 00 8.  S i nc e   200 8,   he  ha s   b een  w i t h   t h e F ac u l t y  o f  E l ect r i cal  E n g i n eer i n g ,   U T M ,  w h er e h e i s  p r es en t l y  a   S en i o r  L ect u r er .  H i s  cu r r en t  r es ear ch  i n t er es t s  i n cl u d e p o w er  el ect r o n i cs  an d  el ect r i c v eh i cl es   w i t h  a s p eci al  f o cu s  o n  b at t er y  m an ag e m en t  s y s t e m s .             Ni k  Ru m z i  Ni k  Id r i s   (M ’9 7 S M 0 3 )   r ecei v ed  t h e B . E n g .  d eg r ee i n  E l ect r i cal  E n g i n eer i n g  f r o m   t he  U ni v e r s i t y  of  W ol l ong ong ,  A us t r a l i a ,  t he  M . S c .  de g r e e  i n  p o w e r  e l e c t r oni c s  f r om  B r a d f or Un i v e r si t y ,  W e s t  Y or k s hi r e ,  U . K . ,  a nd t he   P h. D .   de g r e e   f r o m  U ni v e r s i t i  T e k nol og i  M a l a y s i a   ( U T M )  i n  1 9 8 9 ,   1 9 9 3 ,  a n d   2 0 0 0 ,  r es p ect i v el y .  H w as   an  as s o ci at e r es ear ch er  at  t h e U n i v er s i t y   of   A k r on,  U S A  i n 20 01.  C ur r e n t l y ,  he  i s  a n A s s oc i a t e  P r of e s s or  a t  t he  U ni v e r s i t i  T e k nol og i   M al a y s i a,  an d  i s  t h e h ead  o f  P o w er  E l ect r o n i cs  an d  D r i v es  R es e ar ch  G r o u p ,  U T M .  H i s  r es ear ch   i n t er es t s  i n cl u d e co n t r o l  o f  ac d r i v e s y s t e m s  an d  D S P  ap p l i cat i o n s   i n  p o w er  el ect r o n i c s y s t e m s .             A b dul  H a l i m  M o hd Y a t i m   r ec ei v ed  t h e B . S c.   d eg r ee i n  el ect r i cal  an d  el ect r o n i c en g i n eer i n g   f r o m  P or t s m out h   P ol y t e c hni c ,   P or t s m out h,  U . K . ,  i n  1 98 1 a nd  t h e  M . S c .  a nd   P h . D .  de g r e e s  i n   pow e r  e l e c t r oni c s  f r o m  B r a d f or U ni v e r s i t y ,  B r a df or d,  U . K . ,  i n  1 9 84 a n d 1 99 0,  r e s pe c t i v e l y .  H e   i s c u r r e n tly  a  P r o f e s s o r  w ith  th e   U n iv e r s iti T e k n o lo g i M a la y s ia  ( U T M ) ,  S k u d a i,  M a la y s ia ,   w h e r e   h e h as  b een  t h e D ean  o f  t h F acu l t y  o f  E l ect r i c al  E n g i n eer i n g .  D r .  Y at i m  i s  a r e g i s t er ed   P r o f es s i o n al  E n g i n eer   w i t h  M al ay s i an  B o ar d  o f  E n g i n eer s .   H e i s  a  f el l o w  o f  t he   I ns t i t ut i on of   E n g i n eer s   M al ay s i a.   H as   s er v ed   as   t h r s t   C h ai r m an   o f   t h M al a y s i an   S ect i o n   o f   t h I E E E   I n d u s tr ia l Ele c tr o n ic s /I n d u s tr y  A p p lic a ti o n s / P o w e r  Ele c tr o n ic s  J o i n t S o c ie tie s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.