I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em s   ( I J P E DS )   Vo l.   12 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 2 1 ,   p p .   24 70 ~ 24 82   I SS N:  2088 - 8 6 9 4 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v 1 2 . i4 . p p 2 4 70 - 24 82          2470       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Perf o rma nce  imp ro v ement of  the  v a ria ble speed  win d t urbi ne  driv ing  a DFI G  u sing  nonli nea r co ntrol stra t eg ies       Cho j a a   H a m id 1 A.   Der o uic h 2 ,   T.   H a lla bi 3 ,   O .   Z a m zo um 4 ,   M .   T a o us s i 5 ,   S.  R ha ili 6 ,   O .   B o ulk hra chef 7   1, 2 , 4, 5 Lab o ra t o ry   o Tec h n o lo g ies   a n d   In d u str ial  S e rv ice s,  Hi g h e S c h o o l   o Tec h n o lo g y S i d M o h a m e d   Be n   Ab d e ll a h   Un iv e rsity ,   F e z   3 0 0 0 0 ,   M o ro c c o   3 En g i n e e rin g   Re se a rc h   Lab o ra to r y   LRI,   Ha ss a n   II  U n iv e rsit y ,   ENS EM ,   Ca sa b lan c a ,   M o ro c c o   6 De p a rtme n o El e c tri c a E n g i n e e rin g ,   M o h a m m a d ia S c h o o o f   En g in e e rs,  M o h a m m e d   V Un i v e rsit y   in   Ra b a t,   M o r o c c o   7 Lab o ra to ire  L2 EI ,   Un i v e rsity   o Jijel,  Jijel,  Alg e ria       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   4 ,   2 0 21   R ev is ed   Sep   6 ,   2 0 21   Acc ep ted   Sep   15 ,   2 0 21       In   t h is   re se a rc h   p a p e r,   a   n o n li n e a Ba c k ste p p i n g   c o n tr o ll e h a b e e n   p r o p o se d   in   o r d e to   imp ro v e   th e   d y n a m i c   p e rfo rm a n c e   o a   d o u b ly   fe d   in d u c ti o n   g e n e ra to (D F IG b a se d   Wi n d   E n e rg y   c o n v e rsio n   S y ste m ,   c o n n e c ted   to   t h e   g rid   th r o u g h   a   b a c k - to - b a c k   c o n v e rter .   F irstl y ,   a n   o v e ra ll   m o d e li n g   o f   p ro p o se d   sy ste m   h a b e e n   p re s e n ted .   T h e re a fter,  th re e   c o n tr o tec h n iq u e n a m e ly   b a c k ste p p in g   (B S C),   sli d in g   m o d e   ( S M C)  a n d   field - o rien t e d   c o n t ro l   (F OC)  u si n g   a   c o n v e n t io n a P I   re g u lato r   h a v e   b e e n   d e sig n e d   in   o r d e to   c o n tr o t h e   sta to r   a c ti v e   a n d   re a c ti v e   p o we rs  o f   th e   DFIG .   In   a d d it io n ,   th e   m a x imu m   p o we p o i n trac k i n g   (M P P T)  stra teg y   h a b e e n   i n v e s ti g a ted   i n   th is  wo r k   with   th re e   m e c h a n ic a sp e e d   c o n tr o ll e rs:  BS C,   S M a n d   P I   c o n tro ll e with   t h e   a im o m a k in g   a   sy n th e sis a n d   a   c o m p a ris o n   b e twe e n   th e ir   p e rfo rm a n c e to   d e term in e   wh ich   o t h o se   t h re e   tec h n i q u e is  m o r e   e fficie n to   e x trac th e   m a x imu m   p o we r.   F in a ll y ,   a   th o r o u g h   c o m p a riso n   b e twe e n   th e   a d o p te d   tec h n iq u e f o t h e   DFI G   c o n tro l   h a b e e n   e sta b l ish e d   i n   term o f   re sp o n se   ti m e ,   rise   ti m e ,   to tal  h a rm o n ic  d isto rti o n   ( THD )   (% )   o f   th e   sta to c u rre n t,   sta ti c   e rro rs an d   r o b u stn e ss .   Th e   e ffe c ti v e n e ss   a n d   ro b u stn e ss   o e a c h   c o n tro a p p r o a c h   h a b e e n   imp lem e n ted   a n d   tes te d   u n d e M ATLAB /S imu li n k   e n v iro n m e n t   b y   u sin g   a   1 . 5   M wi n d   sy ste m   m o d e l.   K ey w o r d s :   B ac k s tep p in g   co n tr o ller     DFI   Field   o r ien ted   co n tr o l   MPPT  s tr ateg y   Sli d in g   m o d a p p r o ac h   W in d   en er g y     T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   C h o jaa   Ham id   L ab o r ato r y   o f   T ec h n o lo g ies a n d   I n d u s tr ial  Ser v ices   Hig h er   Sch o o o f   T ec h n o lo g y ,   Sid i M o h am ed   B en   Ab d ellah   Un iv er s ity ,   Fez  3 0 0 0 0 ,   M o r o c co   E m ail:  h am id . ch o jaa@u s m b a. ac . m a       NO M E N CL A T UR E     β ( Deg r ee   °)   : b lad p itch   a n g le   Pv   ( W )   : p o wer   o f   th win d   t u r b in e     λ   : tip   s p ee d   r atio   o r   L am b d a   Ps ( W ) ,   Qs ( Var )   : a ctiv an d   r ea ctiv e   p o wer     Cp   : Po wer   co ef f icien t   ϕ s ,   ϕ r   ( W b )   : stato r   an d   r o t o r   f lu x     ρ   ( Kg /m 3 )       : A ir   d en s ity   Vs,   Vr   ( V)   : stato r   an d   r o t o r   v o ltag e     ( m /s )   : w in d   s p ee d   is ,   ir   ( A)   : stato r   an d   r o t o r   cu r r en t     R   ( m )   : b lad r ad iu s   ω s ,   ω r   ( r ad /s )   : stato r   an d   r o t o r   p u ls atio n s     S ( m ²)   win d   tu r b in e   b lad es  s wep t a r ea   ( π* R ²)   Ω g   ( r ad /s )   : m ec h an ical  s p ee d     Paer   ( W )   : a er o d y n am ic  p o we r   R S C   : r o to r   s id co n v er ter     C ae r   ( N. m )   : a er o d y n am ic  to r q u e   GSC   : g r id   s id co n v er ter     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   imp r o ve men t o f th va r ia b le  s p ee d   w in d   t u r b in d r ivin g   a   d o u b l fe d   …  ( C h o ja a   Ha mid )   2471   1.   I NT RO D UCT I O N   Ma n y   n atio n s   a r lo o k in g   t o   d ev elo p   an   alter n ativ s o lu tio n   b ased   o n   r en ewa b le  e n er g y   s o u r ce s ,   lik s o lar   an d   win d   en er g y ,   th at  im p ac ts   th en v ir o n m e n in   p o s itiv way   an d   co n tr ib u tes  to   th  2   em is s io n s   r ed u ctio n   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Actu ally ,   t h win d   p o wer   s o u r ce   is   ca teg o r ized   as  o n o f   th m o s ef f icien an d   r o b u s t   tech n o lo g ies  to   ac h iev e   th is   o b jectiv e .   Mo r e o v er ,   to   b y p ass   th o ld   s o u r ce s   an d   g e n er ate  a   clea n er   e n er g y ,   th e   v ar iab le  s p ee d   win d   tu r b in es  co n f ig u r atio n   h as  attr ac ted   m an y   r esear ch es,  d u to   th f ac th at  it  o f f er s   m o r e   d y n am ic  a n d   e f f ec tiv en ess   th an   th f ix ed   s p ee d   tu r b in es  t h r o u g h   r aisi n g   th e n er g y   q u ality ,   r ed u ci n g   th e   m ec h an ical  p r ess u r a n d   in c r ea s in g   th ex tr ac ted   p o wer   [ 3 ] .   On   th e   o th er   s id e,   th v a r iab le  s p ee d   win d   tu r b in ( VSW T )   th at  u s e s   s y n ch r o n o u s   g en e r ato r ,   o r   p er m an en m a g n etic  s y n c h r o n o u s   g en er at o r   ( PMSG) ,   b asically   n ee d s   f u ll  co n v er t e r   in   th s tato r   s id [ 4 ] - [ 6 ] .   Ho wev er ,   in   VSW T s   th at  o p er ates  with   d o u b ly   f ed   in d u ctio n   g e n er ato r   ( DFI G) ,   o n ly   p ar tial  co n v er te r   is   n ec ess ar y   in   th r o to r   s id [ 7 ] .   T h at  is   to   s ay   th at  th e   DFI b ased   win d   tu r b in is   m o r ad eq u ate.   Fu r t h er m o r e,   it  ca n   attain   h ig h   ef f icien cy   an d   m ax im ize  th ex tr ac ted   en er g y   f r o m   th wi n d ,   wh ich   m a k es  it  an   attr ac tiv o p tio n   t o   b u s ed   f o r   its   s ev er al  b e n ef its   an d   r o b u s tn ess   [ 8 ] ,   [ 9 ] .   Var io u s   co n tr o tech n iq u es  h av b ee n   p r o p o s ed   in   th liter a tu r to   m o n ito r   th win d   tu r b i n d u r in g   win d   s p ee d   v ar iatio n s   an d   e x ter n al  d is tu r b an ce s ,   a n d   to   ac h iev th h ig h est  r ate  o f   ef f icien cy ,   s u ch   as  f iled   o r ien ted   co n tr o ( FOC )   b ase d   o n   PI  c o n tr o ller ,   h o wev e r   th p er f o r m an ce   ca n   b d em o ted   if   th s y s tem   in ter n al  g ain s   ar ch an g ed   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   T o   o v er co m th d r awb ac k s   o f   FOC ,   s ev er al  ad v an ce d   n o n lin ea r   ap p r o ac h es  ca n   b u s ed   to   en h an ce   W E C r o b u s tn ess .   R ef er r in g   to   [ 1 2 ] ,   a n   ad a p tiv e   co n tr o h as  b ee n   im p lem en ted ,   an d   th e   r o b u s tn ess   was  h ig h   u n d er   ab r u p s p ee d   c h an g es.  N o n eth eles s ,   v ar io u s   d esig n   p ar am eter s   r ev ea l w h e n   th is   a p p r o ac h   is   ap p lied .   T h u s ,   th e y   af f ec t th co n tr o lled   s y s tem   p er f o r m a n ce .   R o b u s co n tr o l   d esig n   u s in g   N eu r o n al  n etwo r k   alg o r ith m   h as  p r o p o s ed   in   [ 1 3 ] .   T h Si m u latio n s   s h o an   ef f icien p er f o r m an ce   in   ter m   o f   o v er s h o o an d   r esp o n s tim e.   Yet,   th is   ap p r o ac h   n ee d s   an   ab u n d an t   p ar am eter   a d ju s ted   an d   a   m a s s iv d ata  in   th e   tr ain in g   p h ase.   T h a u th o r s   i n   [ 1 4 ]   d esi g n ed   f u zz y   l o g ic   co n tr o ller   in   o r d er   to   co n tr o W E C S.  T h co n tr o ller   d eliv er s   an   ap p r o p r iate  r esu lt  with   f lu ctu atio n s   in   g en er ato r   v elo city   d u to   th s ev er al  tu n in g   p a r am eter s   o f   th m en tio n ed   al g o r ith m .   Sli d in g   Mo d C o n tr o l   ( SMC )   is   g o o d   s o lu tio n   t o   c o n tr o th DFI d u to   its   r o b u s tn ess ,   b u ev en   s o ,   a   p u r e   SMC   s u f f er s   f r o m   th e   ch atter in g   ef f ec t.  Am id s th l im itatio n s   o f   ab o v e - m en tio n e d   tech n o lo g ies,  n o n lin ea r   B ac k s tep p in g   co n tr o is   p r o p o s ed   an d   test ed   o n   h ig h   p o wer   DFI b ased   W E C i n   th is   s tu d y ,   f o r   its   m an y   ad v an tag es  in   ter m s   o f   p er f o r m an ce s   im p r o v em en t,  s im p licity   o f   im p lem en tatio n ,   an d   r o b u s tn ess   ag ain s th ex ter n al  d is tu r b an ce s   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .   M o r eo v e r ,   th e   s y s tem   s tab ilit y   ca n   b e   en s u r e d   b y   ap p l y in g   L y ap u n o v   f u n ctio n .   I n   o r d er   to   p r o v e   th ef f ec tiv en ess   o f   th s u g g e s ted   co n tr o l,  co m p ar is o n   h a s   b ee n   co n d u cted   in   th is   p ap e r   with   an   im p r o v ed   s lid in g   m o d a p p r o ac h   u s in g   ( s at)   f u n ctio n   as  r ep lace m en o f   th e   r eg u lar   ( s ig n )   f u n ctio n   to   r e d u ce   th ch atter in g   p r o b lem .   Mo r eo v er ,   an   o v e r all  co m p a r is o n   o f   th e   co llected   r esu lts   with   o th er   p u b lis h ed   wo r k s   h as  b ee n   m ad e   r eg a r d in g   p r ec is io n ,   ef f icac y ,   q u ality   o f   in jecte d   p o wer ,   s et - p o in tr ac k in g ,   r esp o n s tim e,   s tatic  er r o r s ,   an d   m in im izin g   th to t al  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD) .   T h is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo ws:   af ter   th in tr o d u ctio n   th at  is   b r in g in g   g en er al   r ev iew  in   liter atu r e,   s ec tio n   2 ,   ca m e   to   p r esen th m o d elin g   o f   th win d   en er g y   s y s tem ,   an d   th MPP T   co n tr o s tr ateg y .   T h er ea f ter ,   s ec tio n   3   d ea ls   with   th e   im p lem e n tatio n   o f   v ec to r   co n tr o l   o n   th e   DF I G.   T h e n ,   s ec tio n   4   ex am in es   th p r o p o s ed   Sli d in g   M o d Al g o r ith m ,   w h ile  s ec tio n   5   ex p la in s   th s u g g ested   b ac k s tep p i n g   s tr ateg y   o f   DFI G.   Su b s eq u en tly ,   s ec tio n   6   i n tr o d u ce s   th m o d ellin g   o f   th r o to r   s id co n v er ter .   T h en ,   th s im u latio n   r esu lts   ar e   s h o wn   in   s ec tio n   7 .   Fin ally ,   s ec tio n   8   s u m m a r izes th co n clu s io n .       2.   WI ND  E NE RG CO NVE R SI O SY ST E M   M O DE L   DFI b ased   win d   en er g y   s y s tem   is   r ep r esen ted   b y   th s i m p lifie d   s ch em atic  d iag r am   o f   Fig u r 1 .   T h is   elec tr ical  m ac h in h as  r o to r   cir cu it  co n n ec ted   to   th g r id   t h r o u g h   b ac k - to - b ac k   p o wer   elec tr o n ic   co n v er ter s ,   wh ile  th e   s tato r   cir cu it is   d ir ec tly   co n n ec te d   to   th p o wer   g r id .       D F I G T u r b i n e G e a rb ox R S C G S C W i n d T r a n s f o r m e r G r i d   t   g P o w e r P o w e r V dc     Fig u r 1 .   W in d   e n er g y   co n v er s io n   s y s tem   co n f ig u r atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 2 1     2 4 70     24 82   2472   2 . 1 .   M o delin g   o f   t he  wind   t urbi n a nd   M P P T   co ntr o s t ra t eg y   T h m ath em atica l m o d el  o f   t h tu r b in is   ex p r es s ed   b y   th e   f o llo win g   [ 1 7 ] :     P V = ρ S V 3 2     ( 1 )     P aer = C p P V = 1 2 ρπ R 2 V 3 C p ( λ , β )     ( 2 )     T h ae r o d y n am ic  p o wer   c o ef f icien C p   as a   f u n ctio n   o f   th e   tip   s p ee d   r atio   ( T SR )   λ   an d   th p itc h   an g le  β   is   g iv in g   b y   I.   Ya sm in e   a n d   B.   Ba d re   [ 1 8 ] :       { Cp   (   , ) = 0   . 5 ( 116  0 . 4 5 )  ( 21  ) + 0 . 0068   1    =   1 + 0 . 08   0 . 035 3 + 1                         ;                         =     ( 3 )     T h v ar iatio n   o f   th e   p o wer   co ef f icien t ( C p )   as a   f u n ctio n   o f   ( T SR )   is   illu s tr ated   in   Fig u r 2 .   As it c an   b s ee n ,   th m a x im u m   v alu o f   C p m ax =0 . 4 7 9   is   o b tain ed   w h en   λ o p t=8 . 1   an d   β =  0 .           Fig u r 2 .   T h p o we r   co ef f icien C p   cu r v e   v er s u s   th s p ee d   r ati o   T SR   f o r   s ev er al  b la d an g le s       T h elec tr o m ag n etic   an d   m ec h an ical  to r q u es e q u atio n s   ar e   r elate d   b y :       = =      ( 4 )     w h er = 2 +   = .       co ef f icien t o f   f r ac t io n ate   ,       an d     in er tia  o f   th tu r b in e,   g en er ato r   an d   th to tal  in er tia.   ,    ,     ar th to r q u ap p lied   o n   th g e n er ato r ,   th elec tr o m ag n etic  to r q u an d   t h to r q u r esu ltin g   f r o m   th v is co u s   f r ic tio n ,   r esp ec tiv ely .   T o   ca p tu r th m ax im u m   o f   th win d   en er g y ,   th r o ta tio n al  s p ee d   o f   th tu r b in e   m u s b co n tin u o u s ly   ad ju s ted   ac co r d i n g   to   th e   win d   s p ee d   v ar iatio n s   [ 1 9 ] .   T h e   m ain   g o al   o f   t h is   co m m an d   is   to   ad ju s t c o n tin u o u s ly   th tu r b in r o tatio n al  s p ee d   at  t h v alu th at  g u ar an tees a n   o p tim al  s p e ed   r atio   ( λ o p t ) .   In   th is   p ap er ,   T h MPPT  tec h n iq u h as  b ee n   r ea lized   with   m ec h an ical  s p ee d   co n tr o l   a s   s h o wn   in   Fig u r 3 .   T h is   co n t r o s tr ateg y   co n s is ts   o f   ad ju s tin g   th elec tr o m ag n etic  to r q u th at  i s   d ev elo p ed   b y   th e   elec tr ical  g en er ato r   in   o r d er   t o   f ix   it  at  its   r ef e r en ce   v alu e.   T o   ac h iev e   th is ,   a   s p ee d   c o n tr o h as  b ee n   u s ed   to   en s u r th at  th e   m ec h an ical  s p e ed   is   eq u al  to   th r e f er en ce   s p ee d .   T h is   s p ee d   r eg u latio n   h as   b ee n   p r o ce s s ed   b y   th r ee   ty p es o f   co n tr o ller s   with   v iew  to   m ak a   s y n th esis   an d   co m p ar is o n   b etwe en   th o s e   th r ee   co n t r o ller s .     2 . 3 . 1 . P I   co ntr o ller   T h clo s ed - lo o p   tr an s f er   f u n ctio n   ca n   b wr itten   as:     Ω ( ) Ω ( ) = 2 . . + 2 2 + 2 . . + 2 = + . 2 + . . +     ( 5 )     T h p ar am eter s   K p   an d   K i   o f   th PI   co n tr o ller   a r g iv e n   b y :     { K p = . ω n . J f V K i = J . ω n 2     ( 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   imp r o ve men t o f th va r ia b le  s p ee d   w in d   t u r b in d r ivin g   a   d o u b l fe d   …  ( C h o ja a   Ha mid )   2473   t R Ω V v 1 J s + F 1 G 23 p t 1 C ρ π R V 2 Ω 1 G G + _ PI B S C S M C + _   g   t β V C t C g   g ~ C g opt λV R C p λ T u r b i n e G e a r b o x A x i s   o f   D F I G C o n t r o l   s p e e d     Fig u r 3 .   B lo ck   d iag r am   o f   th m ax im u m   p o wer   p o in t tr ac k in g   tech n iq u u s in g   s p ee d   co n tr o l       2 . 3 . 2 . B a ck s t eppin g   co ntr o ller   T o   d esig n   b ac k s tep p in g   c o n t r o o f   th m e ch an ical  s p ee d .   W s tar b y   d ef in in g   th tr ac k in g   er r o r   o f   th s et  p o in t a s   [ 2 0 ] :     e ( Ω g ) = Ω g Ω g     ( 7 )     W co n s id er   th f o llo win g   L y ap u n o v   f u n ctio n :     v ( e ) = 1 2 e ( Ω g ) 2     ( 8 )     B y   d er iv in g   ( 9 )   a n d   u s in g   th s p ee d   d y n a m ic  in   ( 4 ) ,   T h L y a p u n o v   f u n ctio n   d er iv ativ ca n   b f o r m u lated   as:     v ̇ ( e ) = e ( Ω g ) . e ̇ ( Ω g ) = ( Ω ) . ( Ω ̇ + 1 (  + . ) )     ( 9 )     T h s tab ilizin g   co n tr o l o f   b ac k s tep p in g   is   d ef in ed   as f o llo ws:     C em = . Ω ̇ . + 1 . ( Ω )     ( 1 0 )     W ith     K 1   is   p o s itiv co n s tan t.   B y   s u b s titu tin g   th ( 1 0 )   i n   ( 9 ) ,   t h r esu lt c an   b e   g iv en   as:     ̇ ( ) = 1 . e ( Ω g ) 2 < 0     ( 1 1 )     2 . 3 . 3 . Sli di ng   m o de  co ntr o ller   T o   d eter m in e   th co m m an d   m ag n itu d C em ,   th r elativ d eg r ee   o f   th s u r f a ce   is   eq u al  to   o n e.   T h s lid in g   s u r f ac is   d ef in e d   b y :     S ( Ω g ) = Ω g Ω g     ( 1 2 )     W co n s id er   th f o llo win g   L y ap u n o v   f u n ctio n :     V ( S ( Ω g ) ) = 1 2 S ( Ω g ) 2     ( 1 3 )     T h L y ap u n o v   f u n ctio n   d er iv a tiv ca n   b e x p r ess ed   as:     V ̇ ( S ( Ω g ) ) = ( Ω ) . ̇ ( Ω )     ( 1 4 )     W it S ̇ ( Ω ) = Ω ̇ Ω ̇   ( 1 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 2 1     2 4 70     24 82   2474   B y   r e p l ac i n g   th ( 4 ) ,   W g et:     S ̇ ( Ω g ) = Ω ̇ + 1 J ( C em + f v . Ω g C g )     ( 1 6 )     R ep l ac i n g   th c o m m a n d   C em   b y   i ts   e q u i v al en co m p o n en ts   ( C em eq + C em n )   in   (1 6 ) we   f i n d :     S ̇ ( Ω g ) = Ω g ̇ + 1 J ( ( C em eq + C em n ) + f v . Ω g C g )     ( 1 7 )     Du r in g   t h s lid in g   m o d a n d   in   th e   s tead y   s tate  we  h av e:     S ( Ω g ) = 0   S ̇ ( Ω g ) = 0   an d   C em n = 0 Fro m   th ese  s tatem en ts ,   we  ca n   ex tr ac t th e x p r ess i o n   o f   th e q u i v al en co m m a n d   C em eq   as t h f o ll o wi n g :       C em eq = J . Ω g ̇ f v . Ω g + C g     ( 1 8 )     R ep lacin g   th ( 18 )   i n   ( 1 7 ),   th r es u lt   b e ca m e   as :     S ̇ ( Ω g ) = 1 J C em n     ( 1 9 )     T o   en s u r th e   co n v er g e n ce   o f   L y ap u n o v ' s   f u n ctio n ,   we  s et:     C em n = K 2 . s ign ( S ( Ω g ) )     ( 2 0 )     Su ch   as  K 2 is   p o s itiv co n s tan t.     2 . 2 .   M o delin g   o f   t he  wind   t urbi n a nd   M P P T   co ntr o l st ra t eg y   T h g e n e r a m ath em atica l   e q u ati o n s   o f   th v o lt ag es,   f lu x   an d   ac t iv e/ r e ac t iv p o we r s   o f   t h e   d o u b l y   f e d   in d u cti o n   g en e r at o r   i n   t h e   d q   P ar k   r ef er en ce   a r e   g i v e n   b y   t h e   f o ll o wi n g   ex p r ess i o n s   [ 21 ] [ 22 ]:       vol ta ge   e q ua tion s     {          =  +     =  +   +   =  +   ( )   =  +   + ( )      ( 2 1 )     fl ux   e q ua tion s     {      =  +   =  +   =  +   =  +     ( 2 2 )     pow e r   e q ua tio n s     { = 3 2  {   ×   } = 3 2 (   +   ) = 3 2  {   ×   } = 3 2 (     )     ( 2 3 )     w h er ω s   is   th p u ls atio n   o f   th s tato r   v ar iab les an d   ω r   is   th p u ls atio n   o f   th e   r o to r   o n es.  T h is   last   p ar am eter   is   g iv en   b y :     = .     ( 2 4 )     T h elec tr o m ag n etic  to r q u is   ex p r ess ed   as:      = 3 2  {   ×   } = 3 2 (     )     ( 2 5 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   imp r o ve men t o f th va r ia b le  s p ee d   w in d   t u r b in d r ivin g   a   d o u b l fe d   …  ( C h o ja a   Ha mid )   2475   3.   AP P L I CA T I O O F   T H E   V E CT O CO N T RO L   O T H E   DF I G   T h asy n ch r o n o u s   m ac h in e   ca n   ad o p s ev er al  ty p es  o f   co n tr o s u ch   as  v ec to r   co n tr o l,  wh i ch   en s u r es  d ec o u p lin g   b etwe en   its   v a r iab l es  an d   m ak es  it  s im ila r   t o   a   D C   g en er ato r   [ 2 3 ] - [ 2 5 ] .   T o   d ec o u p le  t h c o n tr o l   o f   ac tiv an d   r ea ctiv p o wer ,   we   ad o p in   th is   wo r k   th tech n iq u o f   s tato r   f ield   o r ien tatio n .   B y   s ettin g   th s tato r   f ield   v ec to r   alig n ed   with   d - ax i s ,   we  o b tain :     {  = 0  =     ( 2 6 )     {  = 0  = =     ( 27 )     Acc o r d in g   t o   th is   s tatem en t,  th ( 2 2 )   ca n   b s im p lifie d :     {  =   =      ( 2 8 )     T h ex p r ess io n   o f   th r o to r   f lu x   b ec o m es:     {  =  +  =      ( 29 )     W ith   = 1 2     is   th d is p er s io n   co ef f icien t o f   B lo n d el.   Fro m   ( 2 1 ) ,   we  d e d u ce   th e   ex p r ess io n s   o f   th co n tr o l v ar ia b les     an d      :     {  =  +     =  +   +  +     ( 3 0 )     R ep lacin g   th ex p r ess io n s   o f      ,    an d    in   th ex p r ess io n   o f   th elec tr o m ag n etic  to r q u an d   th e   s tato r   ac tiv an d   r ea ctiv e   p o wer s   in   ( 2 3 )   an d   ( 2 5 ) ,   we  ca n   ex p r ess   C em ,   P s   an d   Q s   b y   ( 3 1 )   a n d   ( 3 2 )   r esp ec tiv ely :      = 3 2    = 3 2      ( 3 1 )     { = 3 2  = 3 2 (  )     ( 32 )       4.   AP P L I CA T I O O F   T H E   S L I D I NG   M O D E   CO NT RO L   O F   DF I G   T h s lid in g   m o d k n ew  b ig   s u cc ess   d u r in g   last   y ea r s .     I is   d u to   its   im p lem en tatio n   s im p licity   an d   th r o b u s tn ess   with   r eg ar d   to   th e   s y s tem   u n ce r tain ties   an d   th ex ter n al  d is tu r b an ce s .   T h SMC   co n s i s ts   to   r etu r n   th s tate  tr ajec to r y   t o war d s   th s lid in g   s u r f ac an d   t o   d e v elo p   it  ab o v e,   with   a   ce r tain   d y n am ic  u p   t o   th eq u ilib r iu m   [ 2 6 ] .   T h s lid in g   m o d co n tr o l g o es th r o u g h   th r ee   s tag es:   -   C h o ice  th s witch in g   s u r f ac   -   C o n v er g en ce   co n d itio n   -   C alcu latio n   o f   th co n tr o l la w s     T h s tato r   ac tiv an d   r ea ctiv p o wer s   co n tr o l su r f ac es h av e   th f o r m :     { S ( ) = ( ) =     ( 33 )     T h d e r i v ati v es   o f   t h e   s u r f a ce s   a r e   o b t ai n e d   as:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 2 1     2 4 70     24 82   2476     { ̇ ( ) = ( ̇ ̇ ) ̇ ( ) = ( ̇ ̇ )     ( 34 )     W r ep lace   th ex p r ess io n s   o f   ac tiv an d   r ea ctiv e   p o wer s   ( 3 2 )   in   th last   o n e:     { ̇ ( ) = ( ̇ + 3 2 . . . ̇  ) ̇ ( ) = ̇ ( 3 2 . .  . ̇  )     ( 3 5 )     T h n e x t   s t ep   is   t o   d r a t h ex p r ess i o n s   o f   t h cu r r e n ts   d er iv ati v es   I ̇ r d q   f r o m   ( 30 )   a n d   s u b s ti tu t i t i n   th e   ( 3 6 ) :     { ̇ ( ) = ̇ + 3 2 . .  . . (  .                . . . .  + . . . ) ̇ ( ) = ( ̇ + 3 2 . . . . . (   + . . . .  )                                               ( 3 6 )     R ep l ac i n g     V r d q    b y   ( V r d q eq + V r d q n ) ,   th c o n tr o ls   p r i n ci p als  a p p ea r s   cle a r l y   i n   ( 3 7 ) :     { ̇ ( ) = ̇ + 3 2 . .  . . . ( (   +  ) .  . . . .  + . . . ) ̇ ( ) = ( ̇ + 3 2 . .  . . . ( (   +  )  + . . . .  )                                               ( 3 7 )     Du r in g   th s lid in g   m o d an d   in   th s tead y   s tate,   we  h av e:     { ( ) = 0 ,               ̇ ( ) = 0 ,                  = 0     ( ) = 0 ,               ̇ ( ) = 0 ,                  = 0       ( 3 8 )     T h eq u iv ale n ts   co n tr o l c o m p o n en ts   V r d q eq   ca n   d ed u ce d   as:     {   = 2 3 . . . .  . ̇ + .  +   . . . .  . . .   = 2 3 . . . . . ̇ +  . . . .                                              ( 3 9 )     Du r in g   th c o n v e r g en ce   m o d e ,   s o   th at  th co n d itio n s   ( ) . ̇ ( ) 0   an d   S ( Q ) . S ̇ ( Q )   0   ar s atis f ied ,   we  ass u m e:     { ̇ ( ) =   3 2 . .  . . .                                            ̇ ( ) =   3 2 . .  . . .                                              ( 4 0 )     T h er ef o r e,   th s witch in g   ter m s   g iv en   b y :     {  =  . ( ( ) )                                          =  . ( ( ) )                                             ( 4 1 )     T o   ch ec k   th s tab ilit y   co n d iti o n   o f   th s y s tem ,   th p ar a m e ter s   K Vd   an d   K Vq   m u s b p o s itiv e.   I n   o r d er   to   r e d u ce   an y   p o s s ib le  o v er s h o o tin g   o f   th v o ltag es  co m p o n e n ts   V r d q ,   it  is   o f ten   u s ef u to   ad d   v o ltag e s   lim iter s ,   wh ich   ex p r ess ed   b y :     {  =   .  ( )                                          =   .  ( )                                             ( 4 2 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   imp r o ve men t o f th va r ia b le  s p ee d   w in d   t u r b in d r ivin g   a   d o u b l fe d   …  ( C h o ja a   Ha mid )   2477   5.   B ACK S T E P P I NG   CO NT O L   O F   T H E   DF I G   T h b ac k s tep p in g   ap p r o ac h   is   a   r ec u r s iv tech n iq u d esig n   f o r   s tab ilizin g   h ig h l y   n o n lin ea r   d y n am ical  s y s tem   [ 2 7 ] .   T h e   p r in cip le  o f   th b a ck s tep p i n g   co n t r o ller   is   th u s o f   v ir tu al  co n t r o to   d ec o m p o s c o m p lex   n o n li n ea r   s y s tem   p r o b lem   in to   v ar io u s   s im p ler   d esig n   s tep s .   T h e   s tab ilit y   an d   p er f o r m an ce   o f   th e   s y s tem   is   ac h iev ed   b y   u s in g   L y a p u n o v   f u n ctio n   th at  is   u s ed   to   d r iv th v ir tu al  c o n tr o [ 2 8 ] ,   [ 2 9 ] .   T h er r o r s   b etwe en   th r ef er en ce   an d   th m ea s u r e d   s ig n als  o f   s tato r   ac tiv an d   r ea ctiv p o wer s   ar d ef in ed   as [ 3 0 ] .     { 1 = 2 =     ( 4 3 )     T h eir   d er iv ates a r g iv en   as:     { ̇ 1 = ̇ + .  . . (  .  . . .  + . . . ) ̇ 2 = ̇ + .  . . (  .  + . . .  )     ( 4 4 )     T h ch o o s ed   L y ap u n o v   f u n cti o n   is   f o r m u lated   as:     { ( 1 ) = 1 2 1 2 ( 1 , 2 ) = 1 2 1 2 + 1 2 2 2     ( 4 5 )     T h d er iv ativ e   o f   ea c h   er r o r   L y ap u n o v   f u n ctio n   is   wr itten   as f o llo w:     {         ̇ ( 1 ) = 1 . ̇ 1 = 1 . ( ̇ + .  . . (  .  . . .  + . . . ) )                             ̇ ( 2 ) = 1 . ̇ 1 + 2 . ̇ 2 = 1 . 1 2 + 2 ( ̇ + .  . . (  .  + . .  ) )     ( 4 6 )     T h co n tr o l v o ltag es selecte d   as f o llo ws:     { V rq r ef = σ . L s . L r V s . L m . P ̇ s r ef + R r i rd + ω r . σ . L r . i rd g . L m . V s ω s . L s σ . L s . L r V s . Lm . K 3 . e 1 V rd r ef = σ . L s . L r V s . L m . Q ̇ s r ef + R r i rd ω r . σ . L r . i rq σ . L s . L r V s . Lm . K 4 . e 2     ( 4 7 )     W h er e:   K 3   an d   K 4   ar p o s itiv es c o n s tan ts .       6.   G RID SI D E   CO NV E R T E R   T h d - q   ax is   co m p o n en ts   o f   th g r id   s id co n v er ter   ar f o r m u lated   as:     {  = .  + .    . .   = .  + .    + . .  .      ( 4 8 )     th v o ltag o f   th DC   lin k   [ 21 ] .     {  =  =    =  .   =  .      ( 4 9 )     w h er    a n d      r ep r esen ts   th o u tp u ts   cu r r en ts   o f   r o to r   s id co n v er ter   an d   g r id   s id co n v er ter ,   r esp ec tiv ely .   T h ac tiv e   an d   r e ac tiv p o w er   ex p r ess ed   as:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 2 1     2 4 70     24 82   2478   { =  .  =  .      ( 5 0 )     T o   illu s tr ate  th s ch em at ic  d ia g r am   o f   th g l o b al  co n tr o l stra teg y   f o r   DFI G,   b lo c k   d iag r a m   o f   th w h o le  s y s tem   is   p r o p o s ed   i n   Fig u r 4 .       D F I G Lf P M W P M W A B C dq A B C dq Wi n d   T u r b i n e G e a r b o x R S C G S C Rf V Fo c - PI B SC SM C T r a n s f o r m e r G r i d F i l t e r P _ Q r e f = 0 V d c_ m es PI P o w e r   f a c tor   c o n tr o l V dq V dc * + Q r e f = 0 V dq   t   g   M P P T P s * β  β  V   g     Fig u r 4 Sch em atic  d iag r am   o f   th g l o b al  co n tr o l stra teg y   f o r   DFI G       7.   SI M UL A T I O R E S UL T AND  DIS CUSS I O N   I n   o r d e r   to   ev alu ate  th p e r f o r m an ce   o f   th win d   e n er g y   c o n v er s io n   ch ain ,   eq u ip p e d   with   th MPPT  co n tr o l   s tr ateg y   with   m ec h a n ical  s p ee d   c o n tr o l   an d   two   p o wer   co n v er ter s   c o n n ec ted   to   t h r o to r   an d   to   th e   g r id   ( R SC   an d   GSC )   a s   s h o w n   in   Fig u r 1 .   W p er f o r m ed   s er ies  o f   s im u latio n s   in   th MA T L AB /S im u lin k   en v ir o n m en t,  u n d e r   an   in s tan tan eo u s   win d   s p ee d   p r o f ile,   v ar y in g   b etwe en   8 m /s   an d   1 2 m /s   as  Fig u r 5   ( a)   d em o n s tr ates .   T h s tu d ied   g lo b al  s y s tem   p ar am eter s   ar lis ted   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   Par am eter s   o f   MA T L AB / Simu lin k   P a r a me t e r o f   t u r b i n e ,   D C   B U S   a n d   R f i l t e r   V a l u e   P a r a me t e r o f   D F I G   V a l u e   N u mb e r   o f   b l a d e s   3   R a t e d   p o w e r ,   P n   1 . 5   M W   B l a d e   r a d i u R   3 5 . 2 5   m   S t a t o r   r a t e d   v o l t a g e ,   V s   6 9 8   V   G e a r b o x   g a i n   G   90   S t a t o r   r a t e d   f r e q u e n c y ,   f   5 0   H z   F r i c t i o n   c o e f f i c i e n t   f   0 . 0 0 2 4   N . m . s/ r a d   S t a t o r   r e s i st a n c e ,   R s   0 . 0 1 2   Ω   M o me n t   o f   i n e r t i a   J   1 0 0 0 K g .   R o t o r   r e si s t a n c e ,   R r   0 . 0 2 1   Ω   DC - l i n k   c a p a c i t o r   C   8 * 1 0 - 3   F   S t a t o r   i n d u c t a n c e ,   Ls   0 . 0 1 3 7   H   f i l t e r   i n d u c t a n c e   L f   0 . 0 0 5   H   R o t o r   I n d u c t a n c e ,   Lr   0 . 0 1 3 6   H   f i l t e r   r e s i st a n c e   R f   0 . 0 1 2   Ω   M u t u a l   i n d u c t a n c e ,   M   0 . 0 1 3 5   H   DC - l i n k   v o l t a g e   U dc   1 2 0 0   V   N u mb e r   o f   p a i r   o f   p o l e s ,   p   2       T h f u n ctio n i n g   o f   th win d   en er g y   s y s tem   test ed   an d   s im u lated   b y   th r ee   ty p es  o f   co n t r o l:  d ir ec v ec to r   c o n tr o l   b ased   o n   th e   PI   co n tr o ller ,   s lid in g   m o d e   co n t r o an d   B ac k s tep p in g   c o n tr o l .   T h p u r p o s o f   t h is   test   is   to   m ak co m p ar is o n   b etwe en   th d if f e r en co n tr o s tr ateg ies  d ev elo p ed   an d   s y n t h esized   o n   th win d   en er g y   s y s tem .   T h is   co m p ar is o n   ca r r ied   o u f r o m   s er ies  o f   test s   p er f o r m ed   d u r in g   tr an s ien an d   p er m an e n f u n ctio n in g   o f   th s y s tem   in   t er m s   o f   r esp o n s tim e,   s tatic  er r o r ,   p r ec is io n ,   r ef er en ce   p o i n tr ac k in g ,   an d   th e   T HD  h ar m o n ic  d is to r tio n   r ate  o f   th s tato r   cu r r en ts .   T h f u n ctio n in g   o f   th win d   en er g y   s y s tem   h as  b ee n   tes ted   an d   s im u lated   u s in g   th r e ty p es  o f   co n tr o l:  d ir ec v ec to r   co n tr o b ased   o n   th e   PI  c o n tr o ller ,   s lid in g   m o d e   co n tr o a n d   B ac k s tep p in g   co n t r o l.  T h e   p u r p o s o f   th is   test   is   to   m ak co m p ar is o n   b etwe en   t h d if f er e n d e v elo p ed   an d   s y n th esized   co n tr o s tr ateg ies  o n   th e   win d   en er g y   s y s tem .   T h is   c o m p ar is o n   i s   ca r r ied   o u a f ter   a   s et  o f   t ests   th at  h as  b ee n   p er f o r m ed   d u r in g   tr a n s ien an d   p er m an en t   f u n ctio n in g   o f   th s y s tem   in   ter m s   o f   r esp o n s e   tim e,   s tatic  er r o r ,   p r ec is io n ,   r ef e r en ce   p o in t tr ac k in g ,   a n d   t h T HD  h ar m o n ic  d is to r tio n   r ate  o f   t h s tato r   cu r r en ts .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   imp r o ve men t o f th va r ia b le  s p ee d   w in d   t u r b in d r ivin g   a   d o u b l fe d   …  ( C h o ja a   Ha mid )   2479   Fo r   th p o wer   c o ef f icien C p   i n   Fig u r 5   ( b ) ,   it  tak es  m ax i m u m   v alu o f   0 . 4 7 9 9   with   p itch   an g le  β=  0 °  f o r   th e   th r ee   m ec h an ica s p ee d   co n tr o s tr ateg ies  s tu d ied   at  th e   MPPT  lev el:  PI,   s li d in g   m o d e   an d   th e   B ac k s tep p in g   m eth o d .   Ho wev er ,   it  ca n   b n o ted   th at  t h r e f er en ce   p o in t   tr ac k in g   is   f o llo wed   in   an   id en tical  way ,   in   s tead y   s tate,   with   s ig n if ican r esp o n s tim at  s tar t - u p   an d   s lig h f lu ctu atio n s   o b tain ed   b y   th e   co n tr o s tr ateg y   b ased   o n   th PI  co n tr o ller .   On   th o t h er   h a n d ,   th s y s tem   r esp o n s es  s h o s lig h o v er s h o o t   f o r   th r elativ s p ee d   λ   in   Fig u r 5   ( c)   an d   th m ec h a n ical  s p ee d   in   Fig u r 5   ( d ) )   at  s tar t - u p   f o r   th PI   co n tr o ller   c o n tr o l.   W h er ea s   f o r   th e   o th er   two   s tr ateg ies  th s y s tem   f o llo w s   th s et   p o in with o u an y   o v er s h o o t.   Fig u r e   5   ( e)   an d   Fig u r 5   ( f )   s h o w   s atis f ac to r y   r esp o n s es  o f   t h d i r ec ir d   an d   q u a d r atic  ir q   co m p o n en ts   o f   th r o to r   cu r r e n f o r   th t h r ee   co n tr o s tr ate g ies:   FOC - PI,   SMC   an d   B S C .   T h ese  ir d   an d   ir q   cu r r en ts   h av t h s am cu r v e s   as  th ac tiv p o wer   Ps   in   Fi g u r 6   ( a)   an d   r ea ctiv p o wer   Qs  in   Fig u r 6   ( b )   r esp ec tiv ely ,   r ef lectin g   t h DFI m ath em atica m o d el.   T h u s ,   th ac tiv p o wer   c o n tr o ll ed   b y   th q u ad r atic   co m p o n en t o f   th cu r r en t,  wh i le  th r ea ctiv p o wer   co n t r o lle d   b y   th d ir ec t c o m p o n en t o f   t h cu r r e n t.             ( a)   ( b )   ( c)               ( d )   ( e)   (f)         Fig u r 5 .   ( a )   w in d   s p ee d   ( m /s ) ( b )   p o wer   c o ef f icien t Cp   ( λ ,   β) ,   ( c)   ti p   s p ee d   r atio   T SR ,   ( d )   m ec h an ical   s p ee d   o f   th DFI G ,   ( e)   ro to r   cu r r en t   Ird ,   ( f )   r o to r   c u r r en I r q       I n   th m o s p r ac tical  ca s e,   th e   m ac h in co u p led   d ir ec tly   t o   t h g r id   b y   th s tato r   an d   d r iv en   b y   th e   r o to r   s izes  th r o u g h   two   b i d ir e ctio n al  co n v e r ter s ,   an d   d r iv en   b y   tu r b in e.   T h s tato r   ac tiv p o wer   Ps ,   d ep icted   in   Fig u r e   6   ( a) ,   f o llo ws  its   r e f er en ce   g en er ated   b y   th e   MPPT  tech n iq u e   an d   h as  t h s a m v ar iatio n s   as  th e   ap p lied   win d   s p ee d   p r o f ile,   wh ile  th s tato r   r ea ctiv p o wer   Qs  in   Fig u r 6   ( b )   is   k ep ze r o   to   k ee p   th u n it   p o wer   f ac to r   an d   th u s   to   o p ti m ize  th q u ality   o f   th g en er a ted   elec tr ical  en er g y .   T h s im u latio n   r esu lts   s h o th at  f o r   all  th r ee - co n tr o s tr ateg ies,  th p er f o r m a n ce   is   s im il ar .   Ho wev er ,   s o m d if f e r en ce s   ca n   b id en tifie d .   T h r esp o n s tim es o f   th ac ti v an d   r ea ctiv p o wer   as we ll a s   th o s cillat io n s   ar g r ea ter   f o r   th d ir ec t v ec to r   co n tr o tech n iq u b ased   o n   th PI  co n tr o ller   ( FOC - PI)   an d   f o r   th s lid in g   m o d e   co n t r o te ch n iq u ( SMC ) .   On   th o th er   h an d ,   f o r   th n o n - li n ea r   B ac k s tep p in g   m eth o d   ( B SC ) ,   th er is   n o   s ig n if ican o v er s h o o an d   r a p id   co n v er g en ce   to war d s   its   r ef er e n ce   v alu ( l o wer   r esp o n s tim e) .   Fig u r 6   ( c)   s h o ws  th elec tr o m ag n etic  t o r q u e   C em   an d   it s   r ef er en ce   C em *   ca lcu lated   u s in g   th e   MPPT  co n tr o s tr ateg y   to   allo th win d   tu r b in to   o p er ate   u n d er   o p tim al  co n d itio n s   ( MPPT) .   T h tr ac k in g   o f   th s etp o in alwa y s   e n s u r ed   r eg ar d less   o f   th r ef er en ce   v ar iatio n   an d   with   d if f er en r esp o n s tim e,   o v er s h o o t   an d   o s cillatio n s   f o r   th th r ee   c o n tr o s tr ateg ies.  No te  th at  th b est  v alu es  o f   th latter   p er f o r m an ce   p ar am eter   a r th e   v alu es  o b tai n ed   wh e n   ap p ly in g   co n tr o b y   th b a ck s tep p in g   tech n i q u e.   Fig u r e   6   ( d )   s h o ws  th s im u latio n   r esu lt  o f   th DC   b u s   v o ltag e.   I is   clea r   th at  i ts   cu r v f o llo ws  th r ef er en ce   with   f ast  tr an s ien t   r esp o n s an d   lo o s cillatio n s   f o r   th th r ee   co n tr o s tr ateg i es  ap p lied .   T o   en s u r u n ity   p o wer   f ac to r   at  th s tato r   s id e,   we  m ain t ain ed   th e   s tato r   r ea ctiv p o wer   r ef er en c at  ze r o   ( Qs*   0 VAR).   T o   o p tim ize  th q u ality   o f   th e   en er g y   i n jecte d   in   th g r id ,   t h r ea ctiv e   p o wer   r e f er en ce   s h o u l d   allo k ee p in g   th is   f ac to r   o p tim al  as   s h o wn   in   Fig u r 6   ( e) .   B ased   o n   f in d in g s   f r o m   th s im u latio n ,   th u n ity   p o wer   f ac to r   ( c o s   ϕ   1 )   is   p er f ec tly   ac h iev ed   b y   th r ea ctiv p o we r   co n tr o f o r   th th r ee   co n tr o tech n iq u es  in   v a r iab le  s p ee d   o p er atio n .   Ho wev e r ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.