In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  4, D e c e m ber   201 9,  pp.  2101~ 21 17  ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 4.pp2101-2117          2101     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Ro bust power control method s  f o r wind turbines using   DFIG-generator       Iman e El K ar aou i 1 ,   M o h a mme d   Maarou fi 2 ,  B a d r e Bos s ou fi 3   1  Dep a rt m e nt of Elect rical En g ineer in g,   M o h amm a di a  S c ho o l   o f  Eng i n eer s   (E MI ),   M oh am m e d   V Uni v ersit y , Mor o cco   2  LIS T A   L a b o ratory , F aculty  o f Sci e nces  Dh a r  El M ahraz, S i d i   M o h a med   Ben  Abdell ah  U n i versi t y,  F ez,   M o r occo   3  Labo rato ry o f   El ectrical  En g i n eerin g  and  Mai n t e nan c e ,  Hi g h e r S c h o o l  o f  Te c hn olog y,  E ST- O uj d a ,   Un ive r si ty  o f  Mo hamme d I , M o r o cco.      Art i cl e In fo     ABSTRACT  A r tic le hist o r y :   R e ce i v e d  Jan  1 5, 201 9   Re vise d Mar   1,  201 9   A c c e pte d   J u n   1 ,  2019       T h e   p u r p o s e   o f  t h i s   w o r k  i s   t o  p r e s e n t  t h e  a d v a n t a g e s   o f  t h e  p o w e r  cont rol  (acti v e  a n d  react iv e)  o f   a  win d   e nerg y  sys t em  i n   o r d e r  t o   i m p ro ve  t h e   q uali ty   of   t h e   e n e rgy  p r odu ced  t o   t h e  gri d   by  p r es ent i n g   t wo   c ont ro l   st rat e gies   app l i e d  t o   t he   c onv ersi on  sy stem   o f   w i n d   e n e rgy   equ i pp ed  w it h  a n  asy n ch rono us   g e n erato r   w it h  dua l   p o w e r  s upp ly.   Bo th   t echn i qu es  are  s t u d ied   and   d e velo ped   and   co nsi s t   of  a   f i e ld  c on trol  ( F O C)  a nd   a   s li di n g  mo de   c o ntrol.   T he y   fi nd   t he ir  s tro n g e s t  ju st ific a tio ns  f o r   t he   p ro bl e m   o f  usin g  a  nonl ine a r  control  law  t h a t   i s  ro bust   t o  the  uncert a inties  of  t h e   mo de l.   T he   go al  i s   t o   a pp ly  t h e se  t w o   c om mand s  to   i nd e p end e nt ly  c on tro l   t h e  a c t i ve  a nd   reacti v e  p o wers   g en erat ed  b y   t h e   d e co up led   asyn chro no us  m ach in e   b y  fl ow  ori e nt at ion.  T hus,  a  study  of   t he se  c ommands  will  be  d etai led  a nd  v a li dated   in   t he  M at lab  /  Si m u lin k  en vi ron m en t  wit h  the  s im ult a neo u s   us e  of  t he   " P i tc h   Con t ro l"  a nd  " M axi m u m   P ower  P o i n t   T ra ck in g  (M P P T)"  tec h niq u es .   The   resu lts  o f   num erical  s im ulati o n s   o b t ai ned   s h o w   t h e   i ncreas in g  i nteres t  of  t h e   tw o  con t rols  i n  th e  el ectri ca l   sy stem s .   T hey   also   a ttest  t h a t  t he   q u a li ty   o f  t h e  acti v e  and   re activ e  po wers  a n d   v olt a ges   of   t h e   w in d   s y s t e m   i s  con s i d erabl y  i mpro ved. K eyw ord s :   DF I G   FOC  MPP T   S lid ing  mode  c ontr o l,   M a t l a b/ Si mu lin k  Wi n d  tur bi ne   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Im ane  El Kara o u i   D e pa rtme nt   o f  El e c t rica l   Eng i ne eri ng,  M o h a m ma di a   S c hoo l of  E n g i neers  (EMI),    Mo ham m e d  V  U nive rsi t y,  Ra b at,   MO RO CC O     Em ail:  elkara o u i . ima n e @ gma i l . com       1.   I N TR OD U C TI O N   To da y,  D ou b l y  F e d  Induc t i o n   G e ner a tor  (D F I G )   i s  w i del y   u se d  for  p o w e r  g e n e r a t i o n   i n  w i n d   f a r m s   because  of   i ts  h igh  ef ficiency ,  en ergy  quality   a nd  t he  a bility  to  c o n tro l   p ow er  s up pl ie d  to  t he   n e t w o rk   [ 1-3] .  H o w e ve r,  D F I G - based  w i n d   t u r b i n e s   h a v e   a  numbe r  of  d isa d v a n t a g e s  such  a s   their  se n s iti vit y   t o  l o ad   di st urba nces,   turb ine’s  rota t i o n a l   s peed  v ari a ti o n ,  and in ter n a l and  ex terna l  par am eters  of t he  s yste m.  S i milarl y,   t he   s ys t e m  i s   m u l t i - v aria bl e,   d y n a m i c,   h igh l y  c oup le d  an d  n o n -l inear ,  m a ki ng   c o n tro l   very  d if fic u lt  [4].  O n  t h e  ot her  ha n d ,  t h e  need   f or  d eve l opm en t   o f  w i nd   f arm s   f or   t he   u se  o f  rene w a bl e   source s,   p us he d  t h e  e v ol u tio n  o f   r ese a rc h  i n   t he  f ie ld  t o   im pro ve  t he  e ffic i e nc y  of  t he  e le ctrom e c h an ica l   con v er sio n   a n d   t he   qua l i t y  of  t he  e le ctr i ca l  e n ergy  su p p l i e d  b y   d i ffe re nt   c on trol s.  [ 5].  The  m a in  i dea   of  t h i s   appr oa ch   i s  t o   a nal y ze   t he   s ta bil i t y   o f  the   no nli n ea r  s y stem   w i t h ou t   so lvi n g  th e  di ffe re nt i a l  e q uat i ons   o f  t h i s   syste m .   It  i s  a  ve ry  p ow er fu l  t o o l   t o  tes t   a n d   find  s u ffi c i e n t   c o nd it io n s   f o r   t h e   s t a bi l ity   o f   di ff ere n t   dy na mi c   systems.   T he  s tudy  p r e sented  i n  t h i s   p a p er  a im s  to   o p t i m i ze  t h e   e ne rg y  performa n ce   o f  a   w i nd   t urb i ne   i n   order   to m ax i m i z e t h e   w i nd e n erg y  ca p t u r e d w h i l e reduc ing s t r u c tura l pr ob l e ms ci t ed p r e vi ousl y  an d  i m p rove   c o nt rol   p e rfo rma n ce   b y   re duc i n g   t i m e   of  c al c u l a ti on .  This  o pti m iza t i o n  is  c apa b le  t o  minim i z e   t he  c os ts  o f  elec tr ici t y  pro d u ct i on.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   2 1 0 1  – 2 117  2 102 I n   t h i s  pa per,   w e  w ill  s t a r t   by  e xpos i n g   a  w i nd  tur b i n e  m o d e l i n g.   T he n,  a   s tu dy  of  t he  oper a t i n g   po int   trac k i n g   t ec h n i q u e   a n d  ma x i m u m   p o w e r  w ill  be   p r e s e nte d .   S u b s eque n tly ,  we   p re se n t   a   D FIG  mo d e l  in  the  " d q"  f r a m e   a nd  t h e  g e ner a l  pr in c i pl e   o f   c on tro l lin g  b o t h  p o w e r   co nve rte r s  w h ic h  is  b ase d   o n  the  c ontro l   st r a te gy  (F O C ,  and  S lid ing  Mode ).  I n  t h i s   w o r k ,   w e  d e v e l o p  t w o  c o n t r o l  s t r a t e g i e s   e n t i t l e d :   F i e l d   O rien te d  C o n t r o l   ( F O C ),  a nd  Slid ing   Mo de  C on tro l .  A   stu dy  of  t h e se   c omm a nds   i s  de ta ile d  a n d  de ve lo p e d   i n   Mat l a b   /   S im uli nk  e n vi r o ne m e nt.  Fi n a lly ,  th e   r e sul t s  a r e   an al y z ed   t o   co mp a r e  th e   eff ect iv en ess   of  t h e   c o n t r oll e d  sy st em  o f   th e   t w o   control strat e gy .       2.   WIND TURBI N E   MODE LLI N G  2.1.   E n er g y  con ve rsi o n  ch ai n     Th e  ov e r al l   dia g ram  o f   a   w i n d   e n e r gy   c onv ersi o n   c h a i n   co nn e c t e d   t o  t h e  p o w e r  gr i d   i s  de pic t e d     in Fig ure   1.           F i gure  1.  D i a gram  of a n  ene rgy c o n v ersi o n  cha i n     2.2.   Mod e llin g of  t he  win d turbine   Powe r    I n   t h i s par t ,   w e   d e f i n e the   m a t h em ati c a l   m ode l  use d  in   m o d e lin g  t he  w in d syste m .   The   e xpr essio n  of  the m e c h a n ica l   pow er  c a p tur e d by  the   w i n d  t urb i ne  a n d  tra n s mit t e d  t o t h e  rot o r ( R o t or)  is expr esse d b y   [ 3]:        . ,           . ,  ( 1 )     With   , i s   t h e  p o w e r  c o e f f i c i e n t ,     i s  th e   w i nd  spee d  (m /s),    i s  t h e   air   densi t y  and   i s   t h e   swept a r ea  ( )    Be tz  p r ove d  tha t   t he  m ax im um  e x t rac t ab le   pow e r   f or  a   g i v e n   w in d   s p eed  b y  i d eal  t ur bine   a n d   c o ndi ti o n s  i s    , 0 .5 93  ,  th is  l im it  is  k now n  a s   t he  B etz  l i mit.  F or  t he  D F I G,  it  i s   p o ss ibl e   t o  mode l  the   pow e r   c oe ffi cie n t  ( , )  w ith  a   s i n g l e  e qua t i o n   t ha t  d e pe nds  o n  t h e  tip  s pee d   r at io  ( λ )  and  the   pi t c h ang l e  (β) of  t he  b lade s.  Th i s c a n be  w ri t t e n   a s:     ,   . .  . .   .  ( 2 )     With    1 .5 872           1 1 6   0 . 4   5   2 1   0 . 0 0 8 5   . . .      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Ro bus t p o wer c ontr o l m e t h od s  f o r  wi nd t u r b i n e s  usi ng  D F IG - g enera t or ( I m ane  El   Kar a o u i)   2 103  Ω .   (3 )     The  w i n d   t ur b i ne  i s  cha r ac t e r i ze d  b y   t he  c ur ves  o f   t he  c oe f f i c i e n t  p o w e r ,   w hic h   c or r e sp on ds  t o  t h e   a e r o d yna mic  tor q ue  (  ) ,   s how n  in  f oll o w i n g   e qua tio n.       Ω  . , . Ω  ( 4 )     I t   i s  ne cessar y   t o  c o nn ec t  t h e  w i n d   t ur b i ne   a nd  the   D F I G   t o  t h e   G ea r b ox   i n  or de r   to  a da pt  t he   s pe ed  of   t he  t ur bi ne   t o  tha t   o f   the  ge ner a t o r .   I t  is  m ode le d  by  t h e  t w o  f ol lo wi ng   e q u a ti on s:     Ω . Ω       .  ( 5 )     The  e v olu t io n  of  t he  g ene r a t o r   s pee d   ( Ω )  d e p e n d s   o n   th e   fund a m e n t a l   eq u a ti on   o f   th e   dyna mi c   t h at   c h ara c teriz e s   t h e  m echa n ica l   b eha v i o r   of  t h e   t urbi ne  a n d   g e n era t o r   f r o m   t h e   t ot al   m ec ha n i cal   t o r qu e   ap pli e d  to  t he   r ot or .   I t   i s  give n  b y   t he  f o l low i n g   f or m u la  ( F i g u r e   2 ) :     Ω      . Ω  ( 6 )           Figure   2.  Wi n d - turb ine  mod e l    2. 3.   Me c h a n i c a l  r eg ul a t i o n  o f   t h e  p o w er   o f  a   w i nd  t ur b i ne - p i t c h   c o n t ro l     A   w i n d   t ur bi n e   i s  s i ze d  to  d evel o p   o n   its  s ha f t   a   p ow er   c a l l e d  P n   n omi n al   p o w er   o bt a i ne d  fr om  a   w i n d   s pee d   vn,   c al l e d  nom i n a l   s pe e d .   W h en   t he   w ind   s p eed   i s   gr e at er  t h a n  vn ,   t h e  w i nd   t u r bi n e   m u s t   mo dif y   it s  p a r a me ter s   i n  or de r   t o   a vo i d   m ec ha ni cal  d e s t r uct i on ,   so  t ha t   i t s   r o t a t i o n   sp eed   r emai n s   p ra ct ic a l ly   c o n s ta nt.   [6- 10] .  B e s i de   t he  n o m inal  s pe ed  ,  we also   s p ecify :   a.   The   star t i ng  sp ee d  ,   f r o m  w h ich  t h e   w i nd  t u r b i n e  st a r t s   t o  s u p p l y  ene r gy   b.   The   m a xim u m   w i nd  sp e e d  ,   fo r  w h i c h   th e  tu r b in e  no   l o n g e r  co nv erts   w ind   en ergy ,   for  rea sons  o f   ope ra ti o n al saf ety.   The  spee d s    ,   a nd    d efi n e  fo ur   z ones  on  the  d i agr a m  of  t he  u sef u l  pow er   a s  a   f unc tio n  of  t he   wi nd  sp eed :  a.   Zon e  I, wh e re       0 ,  the tur b i n e  d o e s no t wor k .  b.   Zo ne   I I ,   i n  w h ich  the  p o w e r   sup p l ie d  o n   t h e   t r e e   depe nds  o n  the   w i nd  s p e e d  .  c.   Zon e  III,   w h e re th e  sp e ed   o f   ro tati on   i s   k e pt co n s t a n t  an d   the  pow er     s up pli e d  r e m a ins  equ a l  to   .  d.   Zo ne   I V,   i n  w h i c h  t h e  o p er a t i ng  sa fe t y   s ys te m   stops  t he  t r a nsfe r   of   e ne r g y   [ 6 - 10] .   S o ,   the  co ntr o l   of  t he  w e d ge  a ng le  i s  i n   z on e  I I I   in  o r d e r   t o  m ain t a i n,   u s i ng  the   or ie nta tio n  of   t h e   bla d e s   o f  t h e   tu r b i n e,   t he  pow er   e xtr a c t ed  a t  a  value  ca lle d  no mi na l  va lue   We   p r e sen t   b e l ow   t he  i nf lue n ce  o f   t h e   v a r i a ti on  o f   t he   a n g l e   o f   c a l age  on  the   val u e  o f   t he   pow e r   c o ef f i c i e n t,   w hic h   r e p r e se nts  t h e   ene r g y   e ff ic ie nc y  o f   t he  t ur b i n e  ( F i gur e  3  and  F i g u r e   4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e c  2 0 19   :   2 101   –  2 117  2 104     F i gure  3. D i a gram m e   d e   la  pui ssa n ce  u tile  s ur  l’a rbre  e n   f o n c t i o n  de   l a  vi t e sse   d u   v e n t     F i gur e   4.   I nfl u enc e   o f  t h e  an g l e  β  on  the   po w e r  coef fic i ent       It c an be   se en t hat  as t he  w edge  ang le  i ncre ases,   the  effi c i e n c y  of   t he  t ur b i ne   d ec r e ases.   The  c o ntr o l   o f   t he   w e dge   a n g le   β   f or   t he  o r i e n ta t i o n   o f   t he  b la de s  of   t he   t ur bi ne   c a n   b e   a c h ie ve d  a t   a   si ng le  l oo p  c o n t r o l   or   t w o   ( F i gur e   5  and  6) :          F i gur e. 5.   C o n tr ol   o f  the   ang l e   β  usi ng  a   lo o p   c ontr o l       F i gur e. 6.   C o n tr ol  o f  t h e  a n g l e   β  using  d oub le - l oop  co n t r o l       The  c o n t r o l  pe r f or m e d  by  a  sin g l e   loo p   c on t r ol  i s  u s e d   t o  c ontr o l   t he  n om i n a l   p ow e r .   The   ou t p u t   o f   t h e   r e gul at o r   o f   t h e   no mi n a l   po we r  t h e n   c o rresp on d s   t o  t h e   ref e r e nc e   val u e  o f   t he   a ng le  β ,   an d   it   i s   tr a n smi tte d  t o   t he  s yste m  of  o r i e n ta t i o n   o f  t h e   blade s   by  an  o p e n - l oop  co n t ro l .   W h e n  t h e  c o n t r o l   i s  c a r r i e d   o u t  w i t h  d o u b l e - l o o p   c o n t r o l ,  t h e  f ir st  c or r e sp on ds  t o  the   co ntr o l  of  t he   nom i n a l   pow e r ,   and  the   sec o n d   t o  t h e  c o n t r o l  of  t he   c al ibr a t i on   a ngl e .   The  sec o n d   c ontr o l  m ode  i s   m o r e   c om ple x   t o  im p l e m e n t   i n   t e r m s   o f  th e   sy nth e si s   o f   r eg ul a t o r s,  a nd  it  i s   m or e   expe nsive   si nce  i t   r equ i r e s  the  use   of  t w o   r e g u l a t or s for   its  c o n t rol.     2. 4.   P r i n c i pl e  o f  p o w er  c o n tr o l   Ther e  are   two  pri n ci p l es  o f  a e r o d ynam i c   c o nt r o l  t o   lim it  t h e  p o wer  e x tr acted   f r o m  t h e  t u rb ine   to   t he   r a ted  p o w e r   of  t he  g e n e r at or :  [ 2 - 6 ]   a.   "pi t c h "  or  " v a r i a b le   p itc h"   s y s tem   tha t   a d j u s ts  t he   lift  o f   t he   b lade s  to   t h e   w in d   spe e d   t o  m a i n ta in   a   sub s ta n t i a l l y  cons ta n t   pow er   i n  t h e  spee d  zo ne  I I I   b.   "sta ll" or   "a ero d y n am ic sta ll" sys tem ,  the mo s t  r o b u st  beca u s e   it   i s t h e   sh ape  o f   t h e  b lad e s  t h at  l ead s  t o   a   lo ss  o f   lift  be yo n d   a   c e r ta in  w in d  s p ee d,   b u t   t he   p o w e r   c u r ve  d ro p s   f as t e r:  it  is  t h e refo re  a    pa ss ive  s o lu ti o n .   The  fi r s t  pr i n c i p l e   i s   a ssoc ia ted   a  bl a d e  orie nta tio n  m e cha n ism ,  a l l o wi ng   t h e   v aria t i on   o f   the  w e dg i n g  a ngl e   d u r i ng   t he  o pe r a t i on   o f  t h e  w i n d   t ur b i ne   t o  allow   i t   t o   a da pt   t o  d i f f e r en t  w i n d   c on dit i o n s .   The  in ter e st   o f   th is   c on tr o l   a p p ea r s   by  obse r vi n g   t he   c har acte r ist i cs  o f  F i gu r e   7   t ha t  present  t h e  p o we r  of  t h e   tur b i n e  as  a   f u n c t ion  o f   t he  s peed  o f  r o ta t i o n   f or   d if fer e nt  w i nd  sp eed s.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Ro bust po wer con t ro l m e th od s for wi nd tur b ine s   usi n g  D F IG -gene r at or  ( I m ane El  K a ra o u i)   2 105     F i g u r e   7 .   P o w e r   of  a  turbi ne  ac c ord i n g  t o it s spee d of  r ota t i o n , S et in  wi nd  speed.       2.5.   MPPT strategy  We  h a v e  se en   a b o ve   t hat  t h e  ex trac ti on   o f  w i n d   powe r   d epe nds   o n   t he   v a l ue  o f  the   pow er  coe f fic i e n t.  T he  f i g ure,   b e l ow ,   r e pre s e n t s   t he  p ow e r   a cc ord i ng  t o   t he   r o t at iona l  spee d  o f   a   g i v e n     tur b ine   ( F igure   8):  I t  c a n  b e   s e e n  t h a t ,  f o r  e a c h  v a l u e  o f   w i n d  s p e e d  V ,   t h e   c h a r a c t e ris t i c s  pow e r   -   r ot ati o nal  spee d   grap h  g o es  t hrou g h   a   m a x i m um   c orre spo n d i n g   t o  a   m a xim u m  pow er   r ea ched  by  a n   o p t i m al  r otat iona l   spee d.  H o w e ve r,  t he m axim um  pow er  i s obt a i ne d f o r a   m a xim u m pow er  c oe f fic i ent ( F ig ure  9):          F i gure   8.  MP P T -P ow e r   o f w i nd  tur b i n e     Figure  9.  M PPT- Powe r c o eff i c i en t cp       Th is  m ax im u m   v al ue  o f  the   pow e r   c oe ff i c i e n t   c orr e spo n d s  to  a n  o p t i m a l   s p e ci fi c  sp eed   λ opt .  Thi s   spec ific  spee d   i s o b ta i n ed f or a n op t i m a l  rota tio na l s p eed :     Ω   .  ( 7 )     Th is  o p tim al  v al ue  o f  t h e  rota ti o n al   s pe ed  i s  se n t   a s   a  re fere n ce   f or  t he   s pee d   c ontr o l   o f     elec tr ical m ac h i ne s.  Th e  sp ee d   co nt rol   of   t h e   e l ect ri cal   m ac h i ne s  ca n   b e   a c h iev e d   ei t h er  i n   sc al ar  c on t r ol   o r  i n   v ect o r   con t ro l  (a lso   c a lle d   Fiel d  O r ie nt e d   C ontr o l) .   The   sca l a r   c o m m a n d  is   u se d  for  the   s t ea d y -sta te   c o n tro l   w hi le  the  vec t or  c on tro l   i s  use d   i n   t r ans i e n t  m o d e .   A s   p ar t  of  t hi s  t hes i s,  w e   op te d  for   ve c t or  c on tro l ,  si n ce  the   mode l s  use d a r e deve l o pe d u n d er trans ien t  c on d i t i on s.  The  c on t r ol is   mor e  p r ecise and f aster , and  m o reover it  all o w s  a  c on tro l  of t h e m a gn it ude s in  a m p li t ude a n d  p hase .  Al so ,  t h e  c ont ro l   of  t h e   s t a t i c   c on ve rt e r   i n  th e   ma chi n e  si de  m a k es  p ossi ble   to   c o n t ro l  the   tor que   o f  the  ge ne rat o r  i n   o rde r   t o  ob t a i n   t he  d es i r ed  r ota t i o nal  s p ee d  t o  e x t r ac t  t h e  m a xim u m  po w e r.  T hi s  c ons is ts  i n   c o nt roll i n g   t h e e l ec t r i c al  mac hi n e  b y   a   g e n e ral   ca sc ad e st ru ctu re  usi ng ne ste d   l oo ps.   T o r q u e  a n d  f l u x ,  t h e r e f o r e ,   w i l l   b e   c o n t r o l l e d   b y  v e r y   f a s t  i n t erna l  curr en t  loo p s.   T hese  c omm a nds   are   ca rried  o u t   i n  a   r o t a t i ng  fr am e  (vec tor  c o n t ro l  with  f l u x  o rie n ted).   Th e  torq ue  s e t p o i nt   i s  o b t a i ne d  from   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   2 1 0 1  – 2 117  2 106 slow e r   e x t e r na l  s p ee d  c o n t r o l   lo o p .  A s   f o r   t he   s pee d   r efe r enc e ,  i t   i s  c a l c u l a t e d   f r o m  a   M P P T   s t r a t e g y  a s   prese n t e d a b o v e .      3.   MODELLIN G   O F  THE DFIG   The   g e nera t o r   cho s en  f or  t he   c on ver s ion  of  w ind  ki ne tic  e n e rg y  is  t he  d o u b le-fe e d   a s ync hr on ous   gene ra tor  [1 1-12].   The   m o del i ng of the  D F I G   is  d esc r i b ed i n th e   P a rk refere n ce   s ys t e m.   T he   f oll o w i ng  e q u a t i o n  s ystem   descr i be s  t h e   g l o b a l   m o d e lin g   o f   t he   g e n era t or   t ha t   c onne c t s  th e   v o lta ge s  t o   t he   c ur ren t s,  t he   s pee d ,  the   fl ow  of  t he  m achi n e ,  a nd also t he  m echa n ic al e q u at ion.   3.1.   Ele c tr i c al   e q u ati o n s    S t ator a n d  roto r   voltage                                              ( 8 )     S t ator a n d  roto r   c urr e nts      1 . .  . .     1 . .  . . .     1 . .  . .     . .  . . .   ( 9 )     S t ators and   rotor  f l ux                                   Ω Ω   ( 1 0 )     S t ator a n d  roto r   pow ers  The   c o n t r o l   of  t he   D F I G   m u st  a l l ow   a n  in de pe n d e n t   c o n t r o l   of  t h e  act i v e  and   rea c ti ve  p owe r s  by  t h e   rot o r vol ta ge s  gene ra ted  b y  an  inve rter.   I n  t h e  t w o - p h a s e  r e f e r e n c e  s y s t e m ,  t h e  a c t i v e   a n d   r e a c t i v e  s t a t or   a nd  rotor  powers  o f   an  a s yn c h ro no us g en e r a t o r  are  wri t t e n :     3 2   .    .    3 2   .    .    3 2   .    .      .    .   ( 1 1 )     3.2.   Me ch an ical e q u at i o n s   Th e el ect ro me c h ani cal  to r q u e  c an  b e   d e t e rmi n e d  by   th e   f o ll o w in g  e q u a t i ons  ( F i gure   10):     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Ro bust po wer con t ro l m e th od s for wi nd tur b ine s   usi n g  D F IG -gene r at or  ( I m ane El  K a ra o u i)   2 107     F i gure   1 0 .  DF IG  m odel          .    .   ( 1 1 )     F o r   o b v i o u s   r e a s o n s   o f  s i m p l i f i c a t i o n ,  a  d - q  r e f e r e n c e  l i n k e d   t o  t h e  s t a t or   r ota t i n g  fie l d  and   a  s t at or  fl u x   a li g n e d   w ith   t he  d   a x i s   h a ve   b ee n  a d o p t e d  [1 1].  I n   a dd iti o n ,   t h e   s t a t o r  re si st an ce  can  b e  n e gl e c t e d  si n ce  th i s   i s  a   r eal is tic  a ss um p t i o n  for  gene ra tors  u se d  i n   w i n d   pow e r.  O n  t h e   bas i s  of  t hese   c o n s i dera t i on s,  t h e   tor que  b ec om es      .      ( 1 2 )       4.   FIELD ORIENT E D  PO WER CONTRO L  4.1.   Principe  o f po w e r co ntro l   The   pri n ci p l e  o f  stat o r  fl ux or i e nta t io n c o ntr o l  i s   b ase d   on [1 3]:    =    a nd    = 0.  F o r  lar g e  w i n d   turb i n es,  t h e   s t a t o r   r e s is tors  a r e   n e g l i g i b l e ,  a nd  a l s o   t he  f l ux  be c o me s  co ns tan t .  F o r  th i s ,   the  flu x   h as a n e xpressi o n :      0   .        .   ( 1 3 )     F r om stator  an d r o t o r  equa ti o n s,  w e   o b ta in :            .   ( 1 4 )     The   e xpr ession   o f the   ele c t ro ma gnet i c t o rq u e  [14] :      .     ( 1 5 )     Base d   on the  assumptions :      0      .     (1 6 )     Th e ac ti v e  powe r     a nd  t h e   re acti v e  p o wer   o f   t h e   w i n d   s y s t em  c an  b e   w r i t t en   [ 14 ]    .    .      .    .   ( 1 7 )   F r om the  p revi ous e q u a tio n,  w e  obta i n [1 4] :   .   .     .   .   ( 1 8 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e c  2 0 19   :   2 101   –  2 117  2 108   Th e  ro to r fl ux   i s  g i v e n   by:      .       .    ( 19)     S ubseq ue n t l y ,   the  co n t r o l   vec t or s     a nd     c an  b e   de t e r m i n e d   b y  the   eq ua tio ns :        .  .   . . .       .  .   . . .   . .   ( 20)     The  f o l l o w i n g   fi gur e  sh ow s  the  dia g r a m   bl oc k  us i n g  S i m u l i n k   t h a t  m o de ls  t he   e qua tio ns    de f i ned  pr ev i o usly :   The  F i gur e  6  sh ow s  t h e  m ode l i n g   o f  D F IG   e qua ti o n s   us i n g  fir s t- o r d er   t r a ns f e r   f unc t i ons  f or   vo l t age s .   The  ve ct or  c on t r o l   w i l l  be  easi l y   i mplem e n t e d   l a t er,   consi d er i n g  t h at  t he  s li p  val u e  g  is  n e g l i g i bl e   a nd  t h e  inf l ue n ce  of  t he   c o u p l i n g   i s  w e ak.     4. 2.   FOC  techn i que     I n   t h i s w o r k ,   w e  use   tw o  ty pe s  of  v ec tor   co n t r o l.   T he f ir st   i s  base d  o n  c on t r oll i ng  t h e  r o t o r   vo l t a g e  o f   the  D F I G   t o  c o ntr o l   t h e  p o w e r   of   t he  s y s te m  ( F igur e   11) .           F i gur e  1 1 .   D i r e c t   v ect or   c on tr ol       The  seco n d   t y p e   ( i ndir e c t   c o n tr ol)   is  b as ed on  c o n t r o ll i n g  the  roto r  cu rr en t  to   c ontrol  the  p o w er .  Th e   c o n t r o l   vec t or   i s  gene r a te d  fr o m   E qua tio ns  1 9  and  2 1   ( F i gu r e   1 2 ).    4. 3.   Si m u l a t i o n  r e s ul t s     I n   t h i s pa r t ,   w e   pr ese n t   th e   s i m u la ti on  r e su l t s  of  t he  pr o p o s e d   m ode l   f o r   dir e c t   a n d   i n d ir e c t c o nt r o l   of   f l u x  ( F O C )  ( Fi g u r e   1 2 ).       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Ro bus t p o wer c ontr o l m e t h od s  f o r  wi nd t u r b i n e s  usi ng  D F IG - g enera t or ( I m ane  El   Kar a o u i)   2 109     F i gur e   1 2 :  F O C   co ntr o l           Fi g u re  1 3 .   D i r e c t   v ec to r   c o n t ro l   o f  a  w i n d   s y s t em  b a s e d  o n   D F I G       The  F i g u r e   14  pr e s en t  the  s i m u la t i on  r e su lts  f or   t he  p r o p o se d  c on t r o l   m ode l s :       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e c  2 0 19   :   2 101   –  2 117  2 110         F i gur e  1 4 .   R e sul t s  o f   s imu l at i on  o f   a   w i nd  s y ste m   b ased  o n  the  DFIG  v ari a b l e   spee d       5.   S L IDING MO D E   P O W ER CONTROL   5. 1   S lid in g  mod e   p owe r   c on t r ol   s t r at egy   The  pr i n ci p l e  of  t hi s  t e c h ni q u e  c ons is t s   i n  br i n g i ng  t h e  s t ates   t ra j e c t or y   of  a   s y s tem   tow a rds  the  sl id ing  s u r f ac e   a nd  to  s witc h s   i t  b y   m ea ns  o f  a p propr iate  s witc hi ng   l ogic   aro u n d   it   t o   t h e s equi lib rium  p o i nt   ( F igur e  15) ;  he n c e,   t he  phe n o m e non  o f   s lip  [ 15- 16] .           F i gur e   1 5 .   The  tr aje c t o r y   i n  th e  phase  p lane       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.