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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8 ,   p p .   1 0 7 2 ~ 1 0 8 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 3 . p p 1 0 7 2 - 1 0 8 0          1072       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   Ro bust   Co nt ro l of Doubly   Fed  Ind uction  G enerato r   Using   Fraction a O rder   Co ntrol       Abdela ziz  Azz a 1 H a m i d K h er f a ne 2   1 LA S A   Lab o ra to ry ,   De p a rt m e n o f   El e c tro n ics ,   Ba d ji   M o k h tar - A n n a b a   Un iv e rsity ,   A n n a b a ,   A lg e ria   2 L 2 RCS   L a b o ra to ry ,   De p a rt m e n o f   El e c tro n ics ,   Ba d ji   M o k h tar - A n n a b a   Un iv e rsity ,   A n n a b a ,   A lg e ria       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   27 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Ma y   2 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   J u l   1 ,   2 0 1 8       In   th is  p a p e r,   w e   p re se n a   ro b u st  c o n tro o f   a   v a riab le  sp e e d   D o u b ly   F e d   In d u c ti o n   G e n e ra to (DFI G ) - b a se d   W in d   En e rg y   Co n v e rsio n   S y ste m   (W ECS ),   u sin g   F ra c ti o n a Or d e Co n tr o (F OC)  t o   p re v e n sy ste m   d e terio ra ti o n   u n d e d if f e re n c rit ica c o n d it i o n (e x ter n a d istu rb a n c e ,   m e a su re m e n n o ise   a n d   DFIG   p a ra m e ters   v a riatio n ).   I n   o rd e t o   e x trac th e   m a x i m u m   p o we f ro m   th e   w in d ,   a   M a x i m u m   P o w e P o i n T ra c k in g   (M P P T )   stra teg y   b a se d   o n   ro t o sp e e d   c o n tr o is  p r o p o se d .   F u r th e rm o re ,   a   v e c to r   c o n tro stra teg y   is  u se d   f o c o n tr o ll in g   a c ti v e   a n d   re a c ti v e   p o w e rs   o f   DFIG.   A d d it io n a ll y ,   a   si m p le  d e si g n   m e th o d   o f   F ra c ti o n a Ord e P r o p o rti o n a l   In teg ra (F OP I)  c o n tro ll e is  p r o p o se d .   F i n a ll y ,   th e   s y ste m ’s  p e r fo rm a n c e   i s   tes ted   a n d   c o m p a re d   a c c o rd in g   t o   re f e r e n c e   trac k in g ,   ro b u stn e ss ,   d istu rb a n c e   r e jec ti o n   a n d   n o ise   m in im iz a ti o n .   K ey w o r d :   DFI G   FOP I   Fra ctio n al  o r d er   co n tr o l   MP PT   Vec to r   co n tr o l stra teg y   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 :   A b d elaz iz  A zz a ,   L A S A   L ab o r ato r y ,   Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics,   B ad j i M o k h tar - An n ab Un i v e r s it y ,     P . O.   B o x   1 2 ,   2 3 0 0 0   A n n ab a,   A l g er ia   E m ail:  m a m aa b d elaz iz@ y ah o o . f r       1.   I NT RO D UCT I O N   No w ad a y s ,   m aj o r ity   o f   t h w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m s   u til ize  d o u b l y   f ed   i n d u ctio n   g e n er ato r   b ec au s o f   its   h i g h   e f f icien c y   an d   lo w   co s o w in g   to   its   co n f i g u r atio n   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   DFI h av w i n d in g s   o n   b o t h   s tato r   an d   r o tato r   p ar ts ,   w h er b o th   o f   t h e m   tr an s f er   co n s id er ab le  p o w er   b et w ee n   g e n e r ato r   an d   g r id .   I n   DFI G,   th co n v er ter s   p r o ce s s   o n l y   ab o u 2 0 - 3 0 o f   to tal  g en er ated   p o w er ,   a n d   th r est   is   f ed   to   th g r id   d ir ec tl y   f r o m   t h s ta to r   [ 3 ] - [ 5 ] .   Usu al l y ,   DFI is   co n tr o lled   u s in g   v ec to r   co n tr o s tr ate g y ,   w h ic h   i s   eit h er   s tato r   v o l ta g o r ien ted ,   o r   s tato r   f l u x   o r ie n ted .   T h is   s ch e m d ec o u p les  n o n li n ea r   Mu ltip le  I n p u M u ltip le  O u tp u ( MI MO )   s y s te m   o f   DFI in to   t w o   lin ea r   S in g le  I n p u Si n g le  Ou tp u ( SISO)   s u b s y s te m s   r ep r esen t in g   d ir ec an d   q u ad r ate  r o to r   cu r r en ts   s ep ar atel y   [ 6 ] - [ 8 ] .   T h ac ti v a n d   r ea ctiv p o w er   co n tr o o f   DFI is   atta in ed   b y   co n tr o lli n g   t h ese  t w o   lin ea r   f ir s t o r d er   SISO  s u b s y s te m s   w i th   t w o   P I   co n tr o ll er s .   T h d r a w b ac k   o f   th e   v ec t o r   co n tr o l stra teg y   is   th at  t h e   s y s te m   p er f o r m an ce   d ep en d s   o n   t h D FIG   p ar a m e ter s ,   esp ec iall y   t h r o to r   r esis t an ce   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   T h u s ,   th p er f o r m an ce   d e g r ad es  w h en   t h p ar a m eter s   o f   DFI u s ed   in   t h co n tr o s y s te m   d es ig n   ar alter ed   d u e   to   te m p er atu r v ar iat io n ,   s at u r ati o n ,   etc.   T o   s o lv th is   p r o b le m ,   w h av r ep lace d   th co n v e n tio n a p r o p o r tio n al  in te g r al  co n tr o ller   w i th   a   f r ac tio n al   o r d er   p r o p o r tio n al  in te g r al  o n e   w h ich   i s   a   g e n er aliza tio n   o f   t h e   f o r m er   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   T h f r ac tio n al  o r d er   PI  co n t r o ller   h as   p o te n tial   to   i n cr ea s s y s te m   r o b u s tn es s   a n d   i m p r o v t h s y s te m   p er f o r m a n ce   w it h   th ad d itio n al  p ar a m eter   λ ,   w h ich   is   t h f r ac t io n al  o r d er   o f   th in teg r at io n   ac tio n   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   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       R o b u s t Co n tr o l o f D o u b ly  F ed   I n d u ctio n   Gen era to r   Usi n g   F r a ctio n a l O r d er C o n tr o l ( A b d ela z iz   A z z a )   1073   I n   th is   w o r k ,   o u r   co n tr ib u tio n   to   DFI r o b u s co n tr o is   th u s o f   s i m p le  an d   p r ac tical  f r ac tio n al   o r d er   PI  co n tr o ller ,   w h ic h   lea d s   to   g o o d   d y n a m ic  p er f o r m a n ce   a n d   r o b u s t n es s   o f   DFI G   i n   b o th   h ea l th y   a n d   cr itical  co n d itio n s .   I n   s ec tio n   2 ,   w i n tr o d u ce   b r ief   d escr ip tio n   o f   th w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m   to   b s tu d ied .   T h en ,   th co n s tr u ctio n   o f   m ath e m atica m o d el  f o r   ea ch   c o m p o n en ( DFI a n d   w in d   t u r b in e)   o f   th w i n d   s y s te m   i s   p r esen ted   i n   s ec tio n   3 .   Nex t,  th co n tr o s tr ate g y   i s   d ev elo p ed   in   s ec tio n   4 .   T h d esig n   o f   f r ac tio n al   o r d er   P I   c o n tr o ller   is   estab lis h ed   in   s ec tio n   5   f o llo w ed   b y   th s i m u latio n   r es u lts   a n d   d is cu s s io n   i n   Sec tio n   6 .   Fin all y ,   w co m p lete  t h i s   w o r k   w it h   co n clu s io n .       2.   SYST E M   DE SCRI P T I O   T h W E C to   b s tu d ied   is   p r esen ted   in   Fig u r 1 .   T h is   s y s te m   co n s is t s   o f   w i n d   tu r b i n d r iv in g   DFI t h r o u g h   g ea r b o x .   T h r o to r   is   co n n ec ted   th r o u g h   t w o   co n v er ter s ,   an d   t h s tat o r   o f   th DFI i s   d ir ec tl y   co n n ec ted   to   th g r id .           Fig u r 1 .   DFI G - b ased   W E C s tr u ct u r e       3.   M O DE L I N G   O F   T H E   SYS T E M   3 . 1 .   Wind   t urbin m o del   I n   W E C S,  d u to   t h d i f f er e n t   lo s s es,  t h e x tr ac ted   p o w er   a v ailab le  o n   t h r o to r   o f   th e   w i n d   tu r b in e   ca n   b ex p r ess ed   as  [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] :     = 1 2   (  , )     3                 ( 1 )     w h er   is   t h t u r b in p o w er ,     is   th p o w er   co ef f icie n t,    is   t h air   d en s it y ,   S   is   th s w ep t u r b in ar ea   a n d     is   th w i n d   s p ee d .   T h p o w er   co ef f icie n is   i n f l u en ce d   b y   t h p itch   a n g le,   β,  a n d   th tip - s p ee d   r atio ,   TSR =   ,   w h er   is   th t u r b in r ad iu s   an d     is   th t u r b in r o tatio n al  s p ee d .   T h w in d   tu r b i n m o d el  is   s h o w n   in   Fi g u r 2 ,   w h er   is   th e   s p e ed   g ain   o f   th g ea r b o x ,     is   th e   ae r o d y n a m ica to r q u e,     is   th g ea r b o x   o u tp u to r q u e,     is   in e r tial  m o m e n t,    is   v is co u s   f r ict io n   co ef f icien o f   th r o to r ,   an d     is   th r o to r   s p ee d .     3. 2 .   DF I G   m o de l   T h s tato r   an d   r o to r   eq u atio n s   o f   th DFI m ac h i n ar d er iv ed   f r o m   P ar k   r ef er en ce   f r a m r o tatin g   at  s y n ch r o n o u s   s p ee d   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] ,   an d   ca n   b d escr ib ed   b y :   T h s tato r   an d   r o to r   v o ltag e q u atio n s :      =  +                  ( 2 )      =  +   +                ( 3 )      =  +   ( )              ( 4 )   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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 0 7 2     1 0 8 0   1074    =  +   + ( )              ( 5 )     w h er    an d      ar th d ir ec an d   q u ad r ate  co m p o n e n ts   o f   s tato r   v o ltag ( V) ,      an d      ar th d ir e ct  an d   q u ad r ate  co m p o n e n t s   o f   r o to r   v o ltag ( V) ,      an d      ar th d ir ec t a n d   q u ad r ate  co m p o n e n t s   o f   s tato r   cu r r en t   ( A ) ,      an d      a r th d ir ec an d   q u ad r ate  co m p o n e n t s   o f   r o to r   cu r r en ( A ) ,     an d     ar th s tato r   an d   r o to r   r esis tan ce s   ( )   an d     an d     ar th s tato r   an d   r o to r   p u ls atio n s   ( r ad /s ) .   T h s tato r   an d   r o to r   f lu x   eq u at io n s :      =  +                    ( 6 )      =  +                  ( 7 )      =  +                  ( 8 )      =  +                  ( 9 )     w h er    an d      ar e   th d ir ec an d   q u ad r ate  co m p o n e n ts   o f   s tato r   f lu x   ( w b ) ,      an d      ar th d ir ec t a n d   q u ad r ate  c o m p o n e n t s   o f   r o to r   f l u x   ( w b ) ,     is   th m u t u al  i n d u ctan ce   ( H)   an d     an d     ar th e   s tato r   an d   r o to r   in d u ctan ce s   ( H) .   T h elec tr o m a g n et ic  to r q u eq u atio n   i s   g i v e n   b y :      = (     )               ( 1 0 )     w h er   is   t h n u m b er   o f   p o le  p air s .       4.   CO NT RO L   ST R AT E G Y   4 . 1 .   Wind   t urbin co ntr o l   I n   o r d er   to   ex tr ac m a x i m u m   p o w er   f r o m   th w in d ,   w ap p l y   t h Ma x i m u m   P o w er   P o in t   T r ac k in g   b ased   o n   th e   r o to r   s p ee d   co n tr o l.  T h tip - s p ee d   r atio   is   t u n e d   to       o v er   d if f er en t   w i n d   s p ee d s   ,   b y   ad ap tin g   t h r o to r   s p ee d     to   _  = (      _    ) /   [ 1 7 ] .   T h MPPT   s ch e m is   s h o wn   in   Fig u r 2 .           Fig u r 2 . M P PT  b ased   o n   r o to r   s p ee d   co n tr o l       4 . 2 .   DF I G   co ntr o l   W ap p ly   v ec to r   co n tr o s tr ateg y   to   t h DFI G,   w h ic h   d ec o u p les  th DFI m o d el  in to   t wo   in d ep en d en s u b s y s te m s   o f   f l u x   a n d   to r q u e,   in   o r d er   to   g et  th p er f o r m an ce   s i m i lar   to   DC   m o to r   s p ee d   co n tr o [ 1 8 ] .   T h u s ,   t h s tato r   f lu x   is   ch o s en   to   b o r ien ted   to   d ir ec t a x is   i n   th p ar k   r e f er en c f r a m (  =   an d    = 0 ) ,   an d   b y   n eg lec tin g   s ta to r   r esis tan ce ,      an d      b ec o m e:    = 0   an d    = =   .   C o n s e q u en tl y ,   th e   elec tr o m a g n et ic  to r q u (  _  )   an d   th e   ac ti v a n d   r ea ctiv s tato r   p o w er s   ( b ec o m e:    =                      ( 1 1 )   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       R o b u s t Co n tr o l o f D o u b ly  F ed   I n d u ctio n   Gen era to r   Usi n g   F r a ctio n a l O r d er C o n tr o l ( A b d ela z iz   A z z a )   1075     =                    ( 1 2 )     = 2                  ( 1 3 )     A l s o ,   th r o to r   v o ltag es c a n   b ex p r ess ed   as:      =  + ( 2 )      ( 2 )          ( 1 4 )      =  + ( 2 )   +    ( 2 )  +        ( 1 5 )     w h er    is   t h s lip   o f   DFI G.   T h p r o p o s ed   c o n tr o l p lan   o f   DFI b ased   o n   t w o   FOP I   co n t r o ller s   is   s h o w n   in   Fig u r 3 .           Fig u r 3 .   T h co n tr o l sch e m o f   DFI w it h   FOP I   co n tr o ller s       5.   F RACTI O N AL   O RD E P I   CO NT RO L L E T U NIN G   P RO CE DUR E   I n   th p r ev io u s   s ec tio n ,   th g e n er al  f o r m   o f   th tr a n s f er   f u n c tio n   o f   t h p lan ts   w a s :     ( ) =  + 1                   ( 1 6 )     w h er T   an d   ar co n s tan ts .   I n   t h is   s ec tio n ,   t w o   d if f er e n c o n tr o ller s   ar p r o p o s ed th i n teg er   o r d er   P I   an d   th Fra ctio n al  Or d er   P I   ( FOPI) .   T h tr an s f er   f u n cti o n s   o f   t h t w o   co n tr o ller s   ca n   b d escr ib ed   as f o llo w s :      ( ) = ( 1 + )                 ( 1 7 )      ( ) = ( 1 + )                 ( 1 8 )     w h er an d     ar r ea l n u m b er s ,       [ 0 , 1 ] .     5 . 1 .   Desig n sp ec if ica t io ns   I n   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] ,   tu n in g   m et h o d   f o r   P I   co n tr o ller   an d   FOP I   co n tr o ller   is   p r o p o s ed .   W ch o o s t h g a i n   cr o s s o v er   f r eq u e n c y ,   ,   an d   p h ase  m ar g i n ,   ,   to   b th s a m f o r   b o th   co n tr o ller s .   Fo r   th s y s te m   s tab ilit y   an d   r o b u s tn e s s ,   t h f o llo w i n g   co n s tr ain ts   ar co n s id er ed [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ]   a)   P h ase  m ar g in   co n s tr ai n t:      [ ( ) ] =    [ ( ) ( ) ] =   ( ) + ( ) =     +     ( 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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 0 7 2     1 0 8 0   1076     w h er G( j ω )   is   th o p en - lo o p   tr an s f er   f u n c tio n   o f   th s y s te m ,   C ( j ω )   is   th co n tr o ller   tr an s f e r   f u n ctio n   an d   P ( j ω )   is   th p lan t tr an s f er   f u n ctio n .   b)   Gain   c r o s s - o v er   f r eq u en c y   co n s tr ai n t:     | ( ) |  = | ( ) ( ) |  = 0             ( 2 0 )     c)   R o b u s t n es s   to   lo o p   g ain   v ar iatio n s ,   w h ich   d e m an d s   th at   th p h ase  B o d p lo to   b f lat  at  t h g ai n   cr o s s o v er   f r eq u e n c y ,   ,   i.e . ,   th e   d er iv ativ o f   t h o p en   lo o p   p h ase,   at  t h g ain   cr o s s - o v er   f r e q u en c y ,   to   b eq u al  to   ze r o :     ( [ ( ) ] )  | = = 0                 ( 21 )     5 . 2 .   F r a ct io na l o rder   P I   co nt ro ller  T un i ng   B ased   o n   t h d esi g n   s p ec if i ca tio n s   in tr o d u ce d   i n   th e   p r ev io u s   s ec tio n ,   w p r esen t h t u n in g   p r o ce d u r o f   th Fra ctio n al  Or d er   PI  co n tr o ller ,   f o r   th f ir s o r d er   p lan t.   T h o p en - lo o p   tr an s f er   f u n ctio n   w it h   th FOP I   co n tr o ller   is ,     ( ) =  ( ) ( ) =   ( 1 + ) (  + 1 )             ( 2 2 )     w h er an d   T   ar k n o w n   an d     an d     s h o u ld   b d esig n ed   in   t h co n tr o ller   d esig n   p r o ce s s .   T h FOP I   co n tr o ller   ca n   b ex p r ess ed   as:      ( ) = ( 1 + ) = ( 1 + (  ) )             ( 2 3 )     Sin ce   = / 2 ,   th u s   =  / 2 =  (  / 2 ) +    (  / 2 ) ,   w h ic h   g i v e s ,      ( ) = ( 1 +  (  / 2 ) +    (  / 2 ) )             ( 2 4 )     T h o p en - lo o p   p h ase  at  th g a in   cr o s s - o v er   f r eq u e n c y   is ,     |   (  ) | =      (  / 2 ) 1 +    (  / 2 )   ( )         ( 25 )     A cc o r d in g   to   th f ir s t d esi g n   co n s tr ain t ( a) ,     |   (  ) | =      (  / 2 ) 1 +    (  / 2 )   ( ) = +     ( 2 6 )     Hen ce ,   th r elatio n s h ip   b et w e en     an d     ca n   b estab lis h ed   as,     =   [ (     ) +   ]  (       2   ) +  (       2   ) [ (     ) + ]           ( 2 7 )     An d   th o p en - lo o p   g ain   u s i n g   at  th cr o s s o v er   f r eq u en c y :     | ( ) | =  [    (  / 2 ) ] 2 + [ 1 +    (  / 2 ) ] 2 ( ) 2 + 1           ( 2 8 )     A d d itio n al l y ,   ac co r d in g   to   th s ec o n d   co n s tr ai n t ( b ) :      [    (  / 2 ) ] 2 + [ 1 +    (  / 2 ) ] 2 ( ) 2 + 1 = 1           ( 2 9 )     A l s o ,   ac co r d in g   to   th t h ir d   co n s tr ai n t ( c) :   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       R o b u s t Co n tr o l o f D o u b ly  F ed   I n d u ctio n   Gen era to r   Usi n g   F r a ctio n a l O r d er C o n tr o l ( A b d ela z iz   A z z a )   1077     ( [ ( ) ] )  | = = 1   s i n (  / 2 ) 2 + 2   co s (  / 2 ) + 2 ( ω c ) 2 + 1 = 0         ( 3 0 )     Mo r eo v er ,   an o th er   eq u atio n   a b o u   ca n   b estab lis h ed   as  2 2 +  + = 0   w h er e,   = 2   s in (  / 2 ) 1   s in (  / 2 )   an d   = ( ) 2 + 1   T h u s ,     = ± 2 4 2 2 2  2                 ( 3 1 )     T h E q u atio n s   ( 2 7 ) ,   ( 92 )   an d   ( 3 1 )   o f   t h t h r ee   v ar iab les    an d     ca n   b s o lv ed   ea s il y   b y   d if f er en t   ap p r o ac h es.   Fo r   tu n i n g   th FOP I   co n tr o ller   an d   class ical  P I   co n tr o ller   f o r   th r o to r   cu r r en co n tr o lo o p ,   th s a m cr o s s - o v er   f r eq u e n c y ,   is   p r esu m ed = 500    / .   Fu r t h er m o r e,   in   o r d er   to   g et  d a m p in g   r atio   o f   = 0 . 707 ,   th p h ase  m ar g in   s h o u ld   b th s a m f o r   b o th   co n tr o ll er s φ = 64° .   Hen ce ,   t h tu n ed   cu r r en t   co n tr o ller s   g i v e,      ( ) = 0 . 0763 ( 1 + 50 . 16 0 . 5441 )               ( 3 2 )      ( ) = 0 . 0792 ( 1 + 25 . 0 91 6 )               ( 3 3 )       6.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   I n   o r d er   to   v er if y   a n d   s t u d y   th ef f icie n cie s   o f   th co n tr o s tr ateg y ,   t w o   s e ts   o f   s i m u lat io n s   w er e   p er f o r m ed .   T h f ir s s et  is   ca r r ied   o u o n   an   is o lated   DFI cu r r en co n tr o lo o p   to   p r o v t h ef f ec ti v e n ess   o f   th p r o p o s ed   co n tr o l ler   d esi g n .   W h er ea s ,   t h s ec o n d   o n i s   c ar r ied   o u o n   DFI G - b ased   W E C to   co n f ir m   t h e   d y n a m ic  o f   t h w h o le  s y s te m .   T h W E C S s y s te m s   p ar a m e te r s   u s ed   d u r i n g   s i m u lat io n s   ar lis ted   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   Do u b ly   f ed   i n d u ctio n   g en er ato r   an d   w in d   t u r b in p a r a m et er s   D o u b l y   f e d   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r   p a r a m e t e r s   W i n d   t u r b i n e   p a r a me t e r s   R a t e d   p o w e r ,     1 . 5   M W     B l a d e   r a d i u s,       4 1     S t a t o r   r a t e d   v o l t a g e ,     3 9 8 / 6 9 0   V     N u mb e r   o f   b l a d e   3   S t a t o r   r a t e d   f r e q u e n c y ,       5 0   H z     G e a r b o x   r a t i o ,       80   S t a t o r   i n d u c t a n c e ,       0 . 0 1 3 7   H     M a x i m a l   p o w e r   c o e f f i c i e n t ,      0 . 5 5   (    = 8 . 12   a n d   β =     R o t o r   i n d u c t a n c e ,       0 . 0 1 3 6   H         M u t u a l   i n d u c t a n c e ,       0 . 0 1 3 5   H         S t a t o r   r e si st a n c e ,       0 . 0 1 2           R o t o r   r e si st a n c e ,       0 . 0 2 1           N u mb e r   o f   p a i r   o f   p o l e s,              Ca s 1 :   T h is o lated   DFI ( w ith o u t W E C S)  cu r r en t c o n tr o l lo o p   T h is   s i m u lat io n   a n al y s es  a n d   co m p ar es  t h p er f o r m a n ce   o f   th FOP I   co n tr o ller   w ith   t h c lass ical  P I   co n tr o ller   o f   th D FIG   cu r r e n co n tr o lo o p .   Un d er   f o u r   d if f er en s p ec if ica tio n s ,   i.e .   th s et - p o in r e f er en ce ,   th r o b u s t n es s ,   th d is t u r b an ce   r ej ec tio n   an d   th n o is m in i m izatio n .   Fig u r 4   s h o w s   t h u n it  s tep   r esp o n s es   o f   t h D FIG   c u r r en co n tr o l   lo o p   w it h   t h F OP I   co n tr o ller   as   s h o w n   i n   Fi g u r e   4 (a ) ,   an d   c lass ical  P I   co n tr o ller   as  s h o w n   in   F ig u r e   4 (b ) .   T h u n it   s tep   r esp o n s es  ar d esig n ed   w it h   t h r ee   d if f er en t   clo s ed - lo o p   g ai n   ( ) 1 2 1   an d   0 . 5 1 .   I is   clea r   t h at  t h F OP I   co n tr o ller   ex h ib it s   a   g o o d   r ef er en ce   tr a ck in g   a n d ,   o n   co n tr ar y   to   t h e   class ica P I   co n tr o ller ,   its   o v er s h o o ts   w er n o af f ec ted   b y   th d i f f er e n g ain s .   T h er ef o r e,   th co n tr o lled   s y s te m   u s i n g   th f r ac tio n al  co n tr o ller   r em ai n s   r o b u s t   o v er   g ain   c h a n g e s .       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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 0 7 2     1 0 8 0   1078       Fig u r 4 .   Step   cu r r en t r esp o n s es: ( a)   w it h   FOP I   co n tr o ller ,   ( b )   w ith   cla s s ica l P I   co n tr o ller       T h u n it  s tep   r esp o n s e s   o f   D FIG   cu r r en co n tr o lo o p   w ith   th FOP I   co n tr o ller   an d   th class ical  P I   co n tr o ller   ar d ep icted   in   F ig u r 5 .   A   d is t u r b an ce   o f   0 . 5   is   ap p lied   o n   th o u tp u t   o f   th e   p lan f r o m   = 0 . 2     o n ,   an d   m ea s u r e m e n n o is w it h   Gau s s ia n   d i s tr ib u ted   r a n d o m   s i g n a w it h   ze r o   m ea n   a n d   0 . 1   v ar ian ce   v al u is   ass u m ed   in   t h o u tp u o f   t h p lan f r o m   = 0 . 4     o n .   B y   co m p ar i n g   t h t w o   c u r v es  w n o tice  t h at  f a s ter   d is tu r b an ce - r ej ec tio n ,   an d   b etter   m in i m i za tio n   o f   t h m ea s u r e m e n n o is ef f ec i s   ac h ie v ed   u s i n g   th F OP I   co n tr o ller ,   in d icatin g   s u p er io r   d is tu r b an ce - r ej ec tio n   an d   m e asu r e m en n o is m i n i m izat io n   f o r   th co n tr o lled   s y s te m   w it h   th f r ac tio n al  co n tr o ller .           Fig u r 5 .   Step   cu r r en t r esp o n s es u s in g   FOP I   co n tr o l ler   an d   class ical  P I   co n tr o ller       Ca s 2 :   th DFI G - b ased   w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m   I n   t h is   ca s e,   w e   s i m u lated   t h DFI i n s id w i n d   e n er g y   co n v er s io n   s y s te m   u s in g   th e   clas s ical  P I   an d   th FOP I   co n tr o ller s .   T h f o llo w i n g   s i m u latio n   r es u lt s   w er o b tain ed   f o r   r ea ctiv s tat o r   p o w er   r ef er en ce   = 0   an d   w in d   s p ee d   p r o f ile  m o d el ed   u s in g   t h s u m   o f   h ar m o n ic s   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ] :       ( t ) = 8 + 0 . 2 s in ( 0 . 10   t ) +   2 s in ( 0 , 35   t ) + s in ( 1 . 235   t ) +   0 . 2 s in ( 3 . 5   t )     ( 34 )     Fu r t h er m o r e,   d is tu r b an ce   o f   5 0 0   A   is   ap p lied   o n   th o u tp u o f   th cu r r en t s   p lan ts   f r o m   = 10     o n ,   an d   a   Ga u s s ian   d is tr ib u te d   r an d o m   s ig n al   m ea s u r e m e n n o is e   w it h   ze r o   m ea n   a n d   3 0   v ar ian ce   v a lu e   is   ass u m ed   i n   th o u tp u t o f   t h c u r r en ts   p la n ts   f r o m   = 20     o n .   Fig u r es  6 ( a) ,   ( b ) ,   ( c)   an d   ( d )   p r esen th ev o lu tio n   w it h   ti m o f   th w i n d   s p ee d ,   th p o w er   co ef f icie n t,  t h w i n d   tu r b i n e   p o w er   an d   DFI s lip ,   r esp ec tiv el y .   A s   s h o w n   i n   F i g u r 6 ( b ) ,   th p o w er   co ef f icie n   ac h iev ed   m ax i m u m   v alu 0 . 5 5   r ap id ly   an d   r em ai n s   co n s ta n o v er   w i n d   s p ee d   ev o lu tio n .   Ho w e v er ,   th w i n d   tu r b in p o w er   an d   t h s lip   v ar y   ac co r d in g   to   th w i n d   s p ee d   p r o f ile.     E lectr o m a g n etic  to r q u e,   s tato r   ac tiv a n d   r ea cti v p o w er s   o f   t h D FIG   ar s h o w n   r esp e ctiv el y   i n   Fig u r e   7 ( a) ,   ( b )   an d   ( c) .   Fro m   th e s f i g u r e s   it   is   clea r   t h at  th W E C w it h   t h FOP I   co n tr o ller   ex h ib its   b ette r   d y n a m ic  p er f o r m a n ce   in   te r m s   o f   th s et - p o in r ef er e n ce ,   th d is tu r b a n ce   r ej ec ti o n   an d   th n o is e   m i n i m izatio n ,   t h a n   th W E C S   w it h   clas s ical  P I   co n tr o ller .           ( a)   ( b )   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       R o b u s t Co n tr o l o f D o u b ly  F ed   I n d u ctio n   Gen era to r   Usi n g   F r a ctio n a l O r d er C o n tr o l ( A b d ela z iz   A z z a )   1079       Fig u r es  6 .   ( a)   W in d   s p ee d   p r o f ile,   ( b )   p o w er   co ef f ic ien t,  ( c)   w i n d   t u r b i n p o w er   an d ,   ( d )   DFI s lip                 Fig u r 7 .   ( a)   E lectr o m ag n etic  to r q u e,   ( b )   s tato r   ac tiv p o w er ,   ( c)   s tato r   r ea ctiv p o w er s       7.   CO NCLU SI O N   I n   t h is   p ap er ,   w p r o p o s ed   r o b u s co n tr o o f   a   v ar iab le  s p ee d   DFI G - b ased   W E C u s in g   v ec to r   co n tr o s tr ate g y   b ased   o n   t w o   Fra ctio n al   Or d er   P I   C o n tr o ller s ,   to   p r ev en t   s y s te m   d eter io r atio n   u n d er   cr itica l   co n d itio n s ,   n a m el y D FIG   p a r a m eter s   v ar iatio n ,   d is t u r b an ce   an d   m ea s u r e m e n t   n o is e.   T h t w o   Fra ctio n al  Or d er   P I   c o n tr o ller s   w er d esig n ed   w ith   s i m p le  an al y tic al  m eth o d .   T h s i m u latio n   r e s u lt s   s h o w   t h at  t h e   W E C w it h   th FOP I   co n tr o ller s   ex h ib it  b etter   d y n a m ic  p er f o r m a n ce   e v en   i n   cr itical  co n d itio n s .   T h is   i s   r ef lecte d   in   t h r o b u s t n es s   to   r o to r   r esis tan ce   v ar iatio n ,   s u p er io r   d is tu r b an ce - r ej ec tio n   an d   m ea s u r e m e n n o is e   m i n i m izatio n .       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ya n g   B,   Yu   T ,   S h u   H,  e a l.   Ro b u st  slid in g - m o d e   c o n tro o f   w in d   e n e rg y   c o n v e rsio n   s y ste m f o r   o p ti m a p o w e e x trac ti o n   v ia n o n li n e a p e rt u rb a ti o n   o b se rv e rs.  Ap p E n e rg y   2 0 1 8 2 1 0 7 1 1 - 7 2 3 .   [2 ]   A b d e l m a lk F ,   Ou a a li n e   N.  T - S   F u z z y   o b se rv e a n d   c o n tr o ll e o f   Do u b ly - F e d   In d u c ti o n   G e n e ra to r.   In t e rn a ti o n a l   J o u rn a l   P o we r E lec tro n   Dr ive   S y st em   ( IJ PE DS )   2 0 1 6 7 6 1 7 .   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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 0 7 2     1 0 8 0   1080   [3 ]   Ba b u   NR,  A ru lm o z h iv a r m a n   P .   W in d   e n e rg y   c o n v e rsio n   sy ste m s - a   tec h n ica re v ie w .   J   En g   S c T e c h n o l   2 0 1 3 ;   8 :   493 - 5 0 7 .   [4 ]   L ise rre   M ,   Ca rd e n a R,   M o li n a M ,   e a l.   Ov e rv ie o f   M u lt i - M W   W in d   T u rb in e a n d   W in d   P a rk s.  I EE T ra n In d   El e c tro n   2 0 1 1 5 8 1 0 8 1 - 1 0 9 5 .   [5 ]   A z z a o u M E,   M a h m o u d H,  Bo u d a ra ia  K.  Ba c k ste p p in g   Co n tr o o f   W in d   a n d   P h o to v o lt a ic  H y b rid   Re n e w a b le  En e rg y   S y ste m .   In t e rn a ti o n a l   J o u rn a l   P o we r E lec tro n   Dr ive   S y st em   ( IJ PE DS )   2 0 1 6 7 6 7 7 - 6 8 7 .   [6 ]   T a v e iro F EV ,   Ba rro L S ,   Co sta   F B.   Ba c k - to - b a c k   c o n v e rter  sta t e - f e e d b a c k   c o n tro o f   DFI (d o u b l y - fe d   in d u c ti o n   g e n e ra to r) - b a se d   w in d   tu r b in e s.  E n e rg y   2 0 1 5 8 9 8 9 6 - 9 0 6 .   [7 ]   Zh D,  Xu   L ,   M o rro w   J.  Imp ro v e d   Dire c Po we Co n tro o Do u b l y - Fed   In d u c t io n   Ge n e ra to Ba se d   W in d   E n e rg y   S y ste m .   In 2 0 0 7   I EE I n tern a ti o n a El e c tri c   M a c h i n e s Driv e s Co n f e r e n c e .   2 0 0 7 ,   p p .   4 3 6 - 4 4 1 .   [8 ]   P e n a   R,   Clare   JC,   A sh e G M .   Do u b ly   f e d   in d u c ti o n   g e n e ra to u sin g   b a c k - to - b a c k   P W M   c o n v e rters   a n d   it s   a p p li c a ti o n   t o   v a riab le - sp e e d   w in d - e n e rg y   g e n e ra ti o n .   IEE   Pr o c - El e c tr P o we r A p p l   1 9 9 6 1 4 3 2 3 1 - 241 .   [9 ]   Bo u d jeh e m   B,   Bo u d jeh e m   D.  P a ra m e ter  T u n in g   o f   a   F ra c ti o n a l - Ord e P C o n tr o ll e r   Us in g   th e   IT A Crit e ria.  In :   Ba lea n u   D,  M a c h a d o   JA T ,   L u o   A CJ  (e d s)  Fra c ti o n a Dy n a mic a n d   Co n tro l .   Ne w   Yo rk ,   NY S p rin g e Ne w   Yo rk ,   p p .   4 9 - 57 .   [1 0 ]   P o d l u b n y   I.   F ra c ti o n a l - o rd e sy st e m s a n d   P I λ D µ - c o n tr o ll e rs.  IE EE   T ra n s A u to m   Co n tro l   1 9 9 9 4 4 2 0 8 - 2 1 4 .   [1 1 ]   Jia c a H,  Ho n g sh e n g   L ,   F u li n   T ,   e a l.   F ra c ti o n a o rd e slid i n g   m o d e   c o n tro l ler  f o th e   sp e e d   c o n tro o f   a   p e r m a n e n m a g n e s y n c h ro n o u m o to r.   In Co n tro a n d   De c isio n   Co n fer e n c e   ( CCDC ),   2 0 1 2   2 4 t h   Ch i n e se .   IEE E,   2 0 1 2 ,   p p .   1 2 0 3 - 1 2 0 8 .   [1 2 ]   Ou sta lo u p   A ,   S a b a ti e J,  L a n u ss e   P .   F r o m   f r a c tal  ro b u stn e ss   to   th e   CRON c o n tro l.   FCA A   1 9 9 9 2 1 - 30 .   [1 3 ]   He ier  S .   Gr id   in teg ra ti o n   o win d   e n e rg y o n sh o re   a n d   o ff sh o re   c o n v e rs io n   sy ste ms .   T h ird   e d it o n .   Ch ich e ste r,   W e st  S u ss e x ,   Un it e d   Ki n g d o m W il e y ,   2 0 1 4 .   [1 4 ]   Zara g o z a   J,  P o u   J,  A rias   A ,   e a l.   S tu d y   a n d   e x p e ri m e n tal  v e ri f i c a ti o n   o f   c o n tro t u n i n g   stra teg ie in   a   v a ri a b le  sp e e d   w in d   e n e rg y   c o n v e rsio n   s y ste m .   Ren e En e rg y   2 0 1 1 3 6 :   1 4 2 1 - 1 4 3 0 .   [1 5 ]   A lt u n   H,  S ü n ter  S .   M o d e li n g ,   si m u latio n   a n d   c o n tro o f   w in d   tu rb in e   d riv e n   d o u b ly - f e d   in d u c ti o n   g e n e ra to w it h   m a tri x   c o n v e rt e o n   th e   r o t o sid e .   El e c tr E n g   2 0 1 3 9 5 :   1 5 7 - 1 7 0 .   [1 6 ]   Bh a rti   OP,   S a k e RK,  N a g a r   S K.  Co n tro ll e d e sig n   f o d o u b ly   fe d   in d u c ti o n   g e n e ra to u sin g   p a rti c le  s w a r m   o p ti m iza ti o n   tec h n iq u e .   Ren e E n e rg y   2 0 1 7 1 1 4 1 3 9 4 - 1 4 0 6 .   [1 7 ]   Bo u k h e z z a B,   S ig u e rd id jan e   H.  No n li n e a r   c o n tro w it h   w in d   e sti m a ti o n   o f   a   DFIG  v a riab le  sp e e d   w in d   tu rb in e   f o r   p o w e c a p tu re   o p ti m iza ti o n .   En e r g y   Co n v e rs   M a n a g   2 0 0 9 5 0 8 8 5 - 8 9 2 .   [1 8 ]   F a n   L ,   M iao   Z.   M o d e li n g   a n d   a n a lys is  o d o u b ly  fed   i n d u c ti o n   g e n e ra t o win d   e n e rg y   sy ste ms .   Ne w   Yo rk :   A c a d e m ic P re ss ,   2 0 1 5 .   [1 9 ]   L u o   Y,  Ch e n   YQ ,   W a n g   CY,  e a l.   T u n in g   f ra c ti o n a o rd e p ro p o rti o n a i n teg ra c o n tro ll e rs  f o fra c ti o n a o r d e r   s y ste m s.  J   Pro c e ss   Co n tro l   2 0 1 0 ;   2 0 :   8 2 3 - 8 3 1 .   [2 0 ]   L H,  L u o   Y,  Ch e n   Y.  A   f r a c ti o n a o rd e p ro p o rt io n a a n d   d e riv a ti v e   (F OP D)  m o ti o n   c o n tr o ll e r:  tu n i n g   ru le  a n d   e x p e ri m e n ts.  IEE T ra n s Co n tro l   S y st T e c h n o l   2 0 1 0 ;   1 8 5 1 6 - 5 2 0 .   [2 1 ]   A tt o u I,   Om e iri   A .   M o d e li n g ,   c o n tro l   a n d   f a u lt   d iag n o sis  o f   a n   is o late d   w in d   e n e rg y   c o n v e rsio n   sy s tem   w it h   a   se lf - e x c it e d   in d u c ti o n   g e n e ra to su b jec to   e lec tri c a f a u lt s.  En e rg y   Co n v e rs   M a n a g   2 0 1 4 8 2 1 1 - 26 .   [2 2 ]   M irec k A ,   Ro b o a m   X ,   Rich a rd e a u   F .   A rc h it e c tu re   Co m p lex it y   a n d   E n e rg y   E ff icie n c y   o f   S m a ll   W in d   T u rb in e s.   IEE T ra n s In d   E lec tro n   2 0 0 7 ;   5 4 6 6 0 - 6 7 0 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.