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.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6 ,   p p .   688 ~ 700   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s .   v 7 . i3 . p p 6 8 8 - 700          688       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Inte l l ig ent   Co ntr o l f o r Doubly  F ed  Induction  G e ner a tor  Co nnected  t o   the  E lectr ica N etw o r k         A na s s   B a k o uri ,   H a s s a ne  M a h m o ud i A h m ed  A bb o   De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g M o h a m m e d   V   Un iv e rsity M o h a m m a d ia S c h o o l   o f   En g in e e r s   Ra b a t,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 2 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   Mar   1 2 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   A p r   1 3 ,   2 0 1 6       In   th is  p a p e r   w e   a re   in tere ste d   in   o p t im izin g   th e   w in d   p o w e c a p tu re ,   u si n g   t h e   Do u b ly   F e d   In d u c ti o n   G e n e ra to r   (DFIG ).   T h is  m a c h in e   is  p re f e rre d     to   o t h e ty p e s   o f   v a riab le  sp e e d   g e n e ra to b e c a u se   o f   th e ir  a d v a n tag e s     in   e c o n o m ic  ter m s   a n d   c o n tro l.   T h e   A rti f icia l   Ne u ra N e t w o rk   ( AN N)  b a se d   on  Dire c T o rq u e   Co n tr o (DT C)   w h ich   is  u se d   to   c o n tro t h e   e lec tro m a g n e ti c   to rq u e   in   o rd e t o   e x trac th e   m a x i m u m   p o w e r .   T h e   m a in   o b jec ti v e   o f   th is  in telli g e n tec h n iq u e   is  to   re p l a c e   t h e   c o n v e n ti o n a sw it c h in g   tab le  b y     v o lt a g e   s e lec to b a se d   o n   ( A N N)  to   re d u c e   to rq u e   a n d   f lu x   rip p les .   M o re o v e r,   th e   f u z z y   lo g ic  c o n tr o ll e is  u se d   t o   g rid   si d e   c o n v e rt e to   k e e p   DC  li n k   v o lt a g e   c o n sta n t,   a n d   a l so   to   a c h iev e   u n it y   p o w e f a c to r   o p e ra ti o n .   T h e   m a in   a d v a n tag e   o f   th e   tw o   c o n tr o l   stra teg ies   p ro p o se d   i n   th is  p a p e r   is  th a th e y   a re   n o in f lu e n c e d   b y   th e   v a riatio n   o f   th e   m a c h in e   p a ra m e ter.     T h e   p it c h   c o n tro is  a lso   p re se n ted   to   li m it   th e   g e n e ra to p o we a it ra ted   v a lu e .   S im u latio n   re su l ts  o f   1 , 5   M W ,   f o ( DFIG b a se d   W in d   En e rg y   Co n v e rsio n   S y ste m   ( W ECS c o n f ir m   th e   e ff e c ti v e n e ss   a n d   th e   p e rf o r m a n c o f   th e   g lo b a p ro p o se d   a p p r o a c h e s.   K ey w o r d :   A N N   DFI G   DT C     W E C S   Co p y rig h ©   201 6   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 :   An as s   B ak o u r i   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Mo h a m m ed   Un i v e r s it y ,   Mo h a m m ad ia  Sc h o o l o f   E n g i n ee r s ,   M o ro c c o .   E m ail:  An as s . B ak o u r i @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   r ec en y ea r s ,   r en e w ab le  en er g y   an d   cu t tin g   ca r b o n   e m is s io n s   h a v b ec o m o n   t h to p   o f   th e   g lo b al   en v ir o n m e n tal  a g en d a,   m an y   b u ild i n g s   ar ab le  to   u s alter n ativ e n er g y   s o u r ce s   t o   m ee s u b s ta n tia l   p o r tio n   o f   th eir   en er g y   d e m an d s   an d   to   r ed u ce   d e p en d en c o n   i m p o r ted   f o s s il  f u el s   in   o r d er   to   m ak e   en er g y   p r o d u ctio n   m o r s u s tain ab le .   R en e w ab le   en er g y   c an   b p r o d u ce d   f r o m   w id v ar iet y   o f   s o u r ce s   in c lu d i n g   w i n d ,   s o lar ,   h y d r o ,   tid al   an d g eo th er m al. T h m ain   g o al   is   to   co n s er v e   t h e n v ir o n m en t   th r o u g h   g e n er ati n g   clea n ,   it  al s o d r iv es  tech n o lo g i ca in n o v atio n   a n d   e m p lo y m e n ac r o s s   th w o r ld T h w i n d   tu r b in g en er ato r   s y s te m   is   o n o f   th f aste s g r o w i n g   e n er g y   tec h n o lo g ies  i n   th w o r ld   w h ic h   is   clea n   s o u r ce   o f   en er g y   t h at   p r o d u ce s   n o   air   o r   w ater   p o llu tio n .   Do u b l y   f ee d   in d u ctio n   g e n er ato r   ( DFI G)   is   v er y   p o p u lar   m ac h in e   w h ic h u s ed   f o r   v ar ia b le - s p ee d   s y s te m s   w h er th s p e ed   r an g r eq u ir em e n t s   ar s m al l ,f o r   ex a m p le  ± 3 0 o f   s y n ch r o n o u s   s p ee d ,   d u to   th m an y   ad v an ta g e s   o f f er   o v er   o t h er   t y p e s   o f   g e n er ato r s ,   s u ch   a s   r ed u ce d   in v er ter   co s t,  b ec au s in v er ter   r atin g   i s   t y p icall y   2 5 o f   to tal  s y s te m   p o w er ,   r ed u c ed   co s o f   t h co n v er ter an d f ilter s ,   b ec u ase   f ilter s   ar r ated   f o r     0 . 2 5   p . u .   to tal  s y s te m   p o w er , a n d   co n v er ter   h ar m o n ics  r ep r esen s m aller   f r a ctio n   o f   to tal   s y s te m   h ar m o n ic s   th at i m p r o v e s   s y s te m   ef f ic ien c y   [ 1 ]   [ 2 ] th er ef o r o p er ates   in   b o th   s u b - an d   s u p er - s y n c h r o n o u s   m o d es   w it h     r o to r   s p ee d   r an g ar o u n d   t h s y n ch r o n o u s   s p ee d .T h m o s co n f ig u r atio n   u s ed   in   w i n d   en er g y   co n v er s io n   th at  t h s tato r   cir cu it  i s d ir ec tl y co n n ec ted   to   th g r id   w h il th r o to r   w i n d i n g   i s   co n n e cted   v ia  s l ip - ri n g s     to   th r ee - p h ase   co n v er ter   [ 3 ] .   I n   o r d er   to   g et  a   s ati s f ac to r y   p o w er   o u tp u o f   w i n d   tu r b i n es ,   co n tr o s tr ate g ies   ar also   n ee d ed   to   b e d ev elo p ed   o n   th b asis   o f   co n tr o l stra teg ies   t h at  h av b ee n   p r ev io u s l y   o b tain ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   688     7 0 0   689   T h p o w er   co n v er ter   is   co m p r is ed   o f   th r o to r - s id co n v er ter   ( R SC )   an d   th g r id - s id e   co n v er ter   ( GSC )   i n   w h ich   th e   r o to r   s id co n v er ter   ( R SC )   i s   co n tr o lled   in   t h ai m   to   f o llo w   t h o p ti m al  elec tr o m a g n eti c     to r q u in   o r d er   to   ex tr ac th m a x i m al  w i n d   p o w er   a v ailab le,   w h ile  t h g r id   s id e   co n v er ter   co n tr o ls     th e   DC - li n k   v o lta g an d   r eg u l ate  th p o w er   f ac to r   at  u n it   [ 4 ] .   Firstl y   d ir ec to r q u co n tr o ( DT C )   h as  b ee n   co n s id er ed   as  s o lu tio n   to   m a n y   c h alle n g e s   o f   class ical   m et h o d s ,   s u c h   as  eld   o r ien te d   co n tr o ( FOC )   an d   v ec to r   co n tr o ( VC ) th ese  cla s s ic  m et h o d s   r eq u ir e   p r ec is e   in f o r m atio n   o f   t h m ac h i n p ar a m eter s ,   s u c h   as  r o to r ,   s tato r ,     th e   r esis tan ce   o f   t h in d u c ta n ce   an d   th m u t u al   in d u cta n ce   [5 ,   6 ,   7 ] .   T h u s   th e   p er f o r m a n ce   i s   ass ig n ed   w h e n   th r ea m ac h i n p ar a m ete r s   d if f er   f r o m   th o s e   u s ed   v a lu e s   in   t h co n tr o s y s te m   b ec au s th g ai n s   o f   t h P I   co n tr o ller s   ar co n s tan . Usi n g   h y s ter esi s   co n tr o ller s   in s tead   o f   co n v e n tio n al  P I   co n tr o ller s   in   t h   DT C   co n tr o lead s   to   g o o d   p er f o r m an ce   d esp ite     th m ac h i n p ar a m eter s   v ar ia tio n .   T h m aj o r   p r o b lem   w h i ch   ass o ciate d   w it h   th b asic  DT C   s ch e m lie s   in   th h i g h   f lu x   a n d   to r q u r ip p les  d u to   th e   v ar iab le  s w itc h i n g   f r eq u e n c y .   T h d ir ec p o w er   co n tr o ( DP C )   i s   p r o p o s ed   in   [ 8 9   1 0 ] th is   tech n i q u is   b ased   o n   t h p r in cip le s   o f   DT C ,   th o p ti m a v o lta g v ec to r s   is   s elec ted   f r o m   p r e - d e f i n ed   s w itc h i n g   t ab le  w h ic h   d ep en d s   o n   er r o r s   v alu e   b et w ee n   t h r e f er en ce   a n d   esti m ated   v alu e s   o f   ac ti v a n d   r ea ctiv p o w er ,   an d   t h a n g u lar   p o s itio n .   T h ese  clas s ical  m et h o d s   f o cu s e s   o n   t h u s o f   P I   r eg u lat io n s   ( FO C ,   VC )   th eir   r o b u s tn es s   is   af f ec ted   w it h   th m ac h i n p ar am e ter   v ar iati o n s   an d   th m aj o r   p r o b lem   o f   d ir ec co n tr o ls   ( DT C ,   DP C )   is   t h v ar iab le  s w itc h in g   f r eq u e n c y   t h at  w il af f ec t   th e   q u ali t y     o f   p o w er   in j ec ted   in to   th n et w o r k .   Ho w e v er ,   th i s   p ap er   p r o p o s es   an   i n telli g en   an d   ad v a n ce d   co n tr o w h ic h   is   b ased   o n   a   c o m b i n atio n   o f   A r ti f icial  Neu r al   Net w o r k   ( A N N) ,   it a l s o   b ased   o n   D ir ec T o r q u C o n tr o l ( DT C )   tech n i q u ap p lied   in   R S C   an d   f u zz y   l o g ic  co n tr o to   co n tr o th GS C ,   th is   ap p r o ch   o f   co n tr o s ig n i f ica n tl y   r ed u ce s   t h r ip p les    o f   eletr o m a n etiq u   to r q u a n d   th f l u x ,   i m p r o v t h q u al it y   o f   t h p o w er   a n d   also   g i v es   h ig h   p er f o r m a n ce     in   p r esen ce   o f   v ar iatio n s   i n   p ar a m eter s   o f   t h m ac h i n .   T h p ap er   is   ar r an g ed   as  f o llo w s s ec tio n - 2   th m o d eli n g   o f   all  s y s te m is   p r ese n ted .   Sectio n - 3   a n d   4   d escr ib es  th p r o p o s ed   s y s te m   a n d   th co n tr o s c h e m e.   I n   s ec tio n - 5   s i m u latio n   r es u lts   an d   d is cu s s io n   ar g iv e n .   Fi n all y   co n cl u s io n   is   p r esen ted .       2.   WE CS M O DE L L I N G   2 . 1 .   Wind   T urbi ne  M o del   T h an k s   to   t h t u r b in e,   th e   k in e tic  e n er g y   o f   w i n d   i s   co n v er ted   i n to   m ec h a n ical   p o w er ,   th e   m ec h a n ical  to r q u d ev elo p ed   b y   t h w i n d   tu r b in i s   ex p r es s ed   b y   [ 11 ]   [ 1 2 ] :     t w p t w w V R C P T 2 . ) , ( 3 2               ( 1 )     w h er ) , ( p C is   th p o w er   co ef f icie n t w V   is   t h w i n d   s p ee d   ( m /s ) ,   R is   th r ad iu s   o f   t h t u r b in d is k is   th air   d en s it y ,   t is   th tu r b i n s p e ed   , is   th tip   s p ee d   r ati o   an d     is   th p itch   an g le T h e   p o w er   co ef cie n o f   p C   is   ex p r ess ed   b y   ( 1 ) ,   it  d ep en d s   o f   th t u r b in ch ar ac ter is tics   (   tip   s p ee d   r atio   an d   b lad e   p itch   an g le)   [ 1 3 ] .   T h Fig u r e   1   illu s tr ates  t h c u r v es   o f   th p o w er   co ef f icien v er s u s   f o r   d if f er en t   v alu e s   o f   ,   f o r   ea ch   p itch   a n g l e,   th er is   o n s p ec if ic  o p ti m a tip - s p ee d - r atio   opt   at  w h ic h   p C   tak es  a   m ax i m u m   v a lu a n d     th w i n d   tu r b in is   m o s t e f cie n t .                               Fig u r e   1.   T h e   p o w er   co ef f ici en t v a r ia ti o n p C ag ain s t   ti p   s p ee d   r ati o an d   p itch   a n g le       p C     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I n tellig en t Co n tr o l fo r   Do u b ly   F ed   I n d u ctio n   Gen era to r   C o n n ec ted   to   th E lectrica   ( A n a s s   B a ko u r i )   690   00 6 8 . 0 ) 21 e xp ( ) 5 4 . 0 116 ( 51 7 6 . 0 ) , ( i i p C           ( 2 )     w h er an d   i ar g iv en   b y :     w t i V R . 1 035 . 0 . 08 . 0 1 1 3               ( 3 )     2 . 2 .   T ra ns m i s s io E le m ent s   M o del   T h f u n d a m en ta p r in cip le   o f   th e   d y n a m ics   is   ap p lied   to   k n o w   t h e v o lu tio n   o f   t h m ec h an ica l   s p ee d .     m em m m f T T dt d J               ( 4)     w h er J    an d   f   ar th e   s y s te m   m o m e n t   o f   i n er tia  a n d   t h f r icti o n   co ef c ien t   r esp ec tiv e l y .   Fi g u r 2   s h o w s   w in d   g en er a to r   p o w er   cu r v es  at  v ar io u s ,     an d   Fig u r e   3   s h o w s   t h m at h e m atica m o d el  o f   th m ec h a n ica p ar o f   th w i n d   tu r b in w ith   MP P T   alg o r ith m .           Fig u r e   2 .   W in d   g en e r at o r   p o w er   cu r v es  at   v ar io u s         Fig u r e   3 .   W in d   tu r b in m o d el  w it h   t h e   w in d   s p e ed   MP PT   alg o r ith m       2 . 3 .   M a x i m u m   P o w er   P o int  T ra cking   ( M P P T )   a nd   P it ch  Co ntr o l   I n   o r d er   to   ca p tu r th m a x i m u m   p o w er   o f   th i n cid e n w i n d w   m u s ad j u s t h r o tatio n al  s p ee d   o f   th tu r b i n p er m an e n tl y   to   th w i n d s .   T h o p tim u m   o p er a tio n   s p ee d   o f   th g e n er ato r   is   esti m ated   b y   th e   f o llo w in g   eq u at io n :     R V w op t op t m .                 ( 5 )     o p t   an d   opt m   ar th tip   s p ee d   r atio   an d   th r o to r   s p ee d   o p ti m al   r esp ec tiv el y .   T h Fig u r e   s h o w s   t h MP P T   cu r v w h e r th p o w er   ex tr ac ted   is   m ax i m ized .   T h MPPT   o p e r atio n   m o d ai m s   to   m ax i m ize  p o w er   ex tr ac tio n   f o r   m ed i u m   a n d   lo w   w i n d   s p ee d s   b y   f o llo w i n g   t h m a x i m u m   p o w er   p o in cu r v ( m a x p C )   as  d ep icted   in   Fi g u r e   2 . W h av to   m ai n tai n   t h tip   s p ee d   r atio   at  its   o p ti m al  v alu e, 48 . 0 p C   an d   0 2 4 6 0 0 . 5 1 1 . 5 2 x   1 0 6 The  turbi ne  s peed  (ra d/ s ) The  m echa ni ca l   po w er  (W) V w = 6   m / s V w = 8   m / s V w = 1 0   m / s V w = 1 2   m / s M a x i m u m   p o w e r   p o i n     +   -   -   1 /G     f s J 1     P it c h   c o n trol         R           1 /G   V w       T a er         t   m m T em T     ) , ( p C     +   -     1 /G     m P   I     R V w o p t opt M P P T     r e f em T _   2 2 1 R        t V w     3 U Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   688     7 0 0   691     s h o u ld   b eq u al  to   0 ,   to   ex tr ac th m a x i m u m   p o w er ,   to   ac h iev t h ese  o b j ec tiv es ;   th s p ee d   o f th DFI G   is   co n tr o lled   u s i n g   th elec tr o m ag n etic  to r q u e,   to   f o l lo w   t h e   o p tim u m   r o tatio n al  s p ee d .   Fo r   th h ig h   w in d   s p ee d s ,   th e   w i n d   p o w er   ca p tu r ed   b y   t h w i n d   tu r b in w h ic h   ex ce ed s   r ated   v alu e   allo w ed ,   f o r   s af e t y   a n d   e f f ici en c y   r ea s o n s ,   th e   w i n d   tu r b i n es  ar s u b j ec to   o p er atin g   li m it s   t h is   li m itatio n   is   t y p icall y   ac h ie v ed   b y   u s in g   p itch   an g le  co n tr o l.  T h p u r p o s o f   p itch   co n tr o is   to   m a in tai n   th o p ti m u m   b lad an g le  to   li m it  t h p o wer   p r o d u ce d   at  its   r ated   v al u in   o r d er   to   p r o tect  th w i n d   tu r b in e.   Fo r   lo   an d   m ed iu m   w i n d   s p ee d ,   th e   p itch   co n tr o is   in ac t iv ated   a n d   th o u tp u o f   P I   co n tr o ller   eq u al  to   0   w h ic h   m ea n s   t h at 0 ,   w h er t h s w itc h   i s   i n   p o s itio n   1 ,   in   t h o p p o s ite  ca s t h s w itc h   i s   m o v ed   to   p o s itio n   2   ( th p itch   co n tr o l   is   ac ti v ate d ) .   T h b lo ck   d iag r a m   o f   p itc h   an g le  s y s te m   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   4   w h er e   r a t e d P   an d   g P   ar th r ate d   p o w er   an d   th g en er ato r   p o w e r   r esp ec tiv el y .         Fig u r e   4.   T h e   B l o ck   o f   p i tch   a n g le       2 . 4 .   M o delin g   o f   t he  DF I G   T h DFI is   d escr ib ed   in   th P ar k   d q   f r a m b y   t h   f o llo w i n g   s et  o f   eq u atio n s   [ 1 4 ]   [ 11 ].     ) 9 ( ) 8 ( ) 7 ( ) 6 ( rd r rq rq r rq rq r rd rd r rd sd s sq sq s sq sq s sd sd s sd dt d i R V dt d i R V dt d i R V dt d i R V     ) 13 ( ) 12 ( ) 11 ( ) 10 ( sq m rq r rq sd m rd r rd rq m sq s sq rd m sd s sd i L i L i L i L i L i L i L i L     w h er e   sd ,   sq ,   sd ,   rq ,   sd i ,   sq i ,   rd i ,   rq i   ar t h f l u x e s   an d   c u r r en t s   o f   t h s tato r   a n d   r o to r   in   ( d q )   ax e s ,   r R   an d   s R   ar th r esis ta n ce s   o f   t h r o to r     an d   s tato r   w i n d in g s ,   r s L L ,   an d   m L   ar th s tato r ,   r o to r ,   an d   m u tu al  i n d u c tan ce s   r esp ec tiv e l y .     2 . 5 .   M o del o f   t he  Co nv er t er s   T h co n v er ter   m o d el  is   ex p r es s ed   b y   t h t w o   f o llo w i n g   eq u a tio n s :     c b a dc sc sb sa S S S V V V V 2 1 1 1 2 1 1 1 2 3               ( 1 4 )   c c b b a a dc i S i S i S i                 ( 1 5 )     P     1 s     1   -   +   -   +     r e f     r a t e d P   r a t e d P   g P 1   2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I n tellig en t Co n tr o l fo r   Do u b ly   F ed   I n d u ctio n   Gen era to r   C o n n ec ted   to   th E lectrica   ( A n a s s   B a ko u r i )   692   ( Sa,   Sb ,   Sc)   ar lo g ic   v ar iab les  w h ic h   r ep r esen t h s w i tch   s tates  o b tain ed   b y   th ap p licati o n   o f   th e   p r o p o s ed   co n tr o l.  id an d   Vd c   ar th cu r r en t a n d   d ir ec t b u s   v o ltag r esp ec ti v el y .   DC   li n k   v o ltag m o d el  is   g iv e n   b y   [ 1 5 ] :     g dc dc r P dt dV CV P                 ( 1 6 )     w h er P r   is   t h ac ti v p o w er   o f   r o to r - s id p o w er   co n v er te r ,   P g   is   t h ac ti v p o w er   o f   t h g r id - s id e   p o w er   co n v er ter   an d   C   i s   th ca p ac it an ce .     2 . 6 .   F ilte M o del   T h co n n ec tio n   o f   th e   GS C   t o   th elec tr ical   n e t w o r k   i s   r e alize d   o u v ia  a n   R L   l ter   in   o r d er   to   r ed u ce   th h ar m o n ics  f r eq u e n c y   g e n er ated   f r o m   p o w er   co n v er ter   co m m u tatio n s .   T h m o d el  o f   th f ilter   is   g iv e n   b y   [ 1 6 ] :     3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2 1 g g g f f f f f f f f f f f V V V i i i dt d L i i i R V V V             ( 1 7 )     T h P a r k   tr an s f o r m atio n   o f   eq u atio n   ( 1 7 )   g iv e s   th f o llo w i n g   eq u atio n s :     gd fq e f fd f fd f fd V i L dt di L i R V               ( 1 8 )     gq fd e f fq f fq f fq V i L dt di L i R V               ( 1 9 )     w h er f R   an d   f L   ar th e   f i lter   r esis t an ce   an d   f il ter   in d u ctan ce   r esp ec tiv el y ,   fd i   an d   fq i   ar th e   cu r r en ts   o f   d - ax is   a n d   q - ax i s   w h ich   cr o s s i n g     th f ilter   r esp ec tiv e l y ,   fq V   an d   fd V   ar th f ilter   v o lta g   o f   q - a x i s   an d   d - ax is   r esp ec tiv el y ,   gd V   an d   gq V   ar th g r i d   v o ltag co m p o n e n ts   o f   d - a x is   an d   q - a x is   r esp ec ti v el y ,   an d   e   is   th g r id   f r eq u e n c y .       3.   DT   P RIN CIPL E   O F   DF I G   T h d ir ec c o n tr o s tr ateg y   h as  m a n y   ad v a n ta g es ,   s i m p l est  s tr u ct u r e ,   th f a s d y n a m i r esp o n s e,   r eliab ilit y   a n d   lo w er p ar a m eter   d ep en d en c y   [ 1 7 ] ,   b u it h as so m d r a w b ac k s ,   s u c h   as t h to r q u an d   f l u x   r ip p le To   o v er co m t h is   k i n d   o f   p r o b le m ,   w h a v ap p lied   in   th i s   w o r k   a n   DT C   b ased   o n   ar tif i cial  n e u r al  n et w o r k   ( DT C - ANN) ,   it   i s   a n   i m p r o v e m en o f   t h clas s ical  DT C .   I n   th f o llo w i n g ,   w d e f in e   t h eq u atio n s   t h at  w il b u s ed   in   t h p r o p o s ed   c o n tr o l sch e m e.   T h α   an d   β est i m a t es o f   th e R o to r   f l u x   r   v ec to r   ar :     dt i R V dt i R V r r t r r r r t r r ) ( ) ( 0 0                 ( 2 0 )     T h m o d u le  a n d   th p h a s   o f   th r o to r   f lu x     ar g iv e n   b y :     r r r r r r a r c t g 2 2                   ( 2 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   688     7 0 0   693   T h e le ctr o m ag n etic  to r q u e q u ati o n   o f   th e   DF I in   s ta ti o n ar y   r ef e r en c f r am is   a   f u n cti o n   o f   th r o to r ,   th s tat o r   f lu x es   an d   th an g le  ) ( , s r [ 1 8 ] :     s i n . 2 3 s r s r m em L L L P T               ( 2 2 )     w h er e s r m L L L 2 1 is   th le ak ag c o ef f ic ie n an d is   th an g le  b e tw ee n   th s p a ce   v e ct o r s   o f   th s tat o r a n d   r o to r   u x .   A cc o r d in g   to   th is   eq u a ti o n   w ca n   n o tice  th at  t h to r q u d e p en d s   o n   th r o t o r   an d   s t at o r   u x   am p litu d es   an d   a ls o   th an g le     b etw ee n   th s p a ce   v e ct o r s .   T h s t at o r   u x   s p ac v ec to r   w er ec r e ate d   in   th e   m ac h in eth at  h as  c o n s tan am p li tu d e   b ec au s th s tat o r   o f   th DF I is   c o n n ec t ed   t o   a   b a lan c ed   g r i d ,   b y   co n t r o llin g   th an g le  an d   th r o t o r   u x   am p litu d e ;   it  is   p o s s i b le  to   co n t r o th el ec t r o m ag n etic  to r q u s o   th at  i h as th e   d esi r e d   v alu e   w h ich   all o w s   u s   to   ex t r ac th m ax im u m   p o w er .   W h en   th e   v ec t o r   o f   r o t o r   f lu x   is   in   z o n i,  th c o n t r o o f   th ele ctr o m ag n etic  to r q u an d   th r o t o r   f lu x   ca n   b o b tain ed   b y   s ele ctin g   o n o f   th eig h v ec to r s   f o llo w in g   th in f o r m atio n   p r es en te d   in   Fig u r e   5 .   Dep en d in g   o n   th v al u o f   th e   to r q u er r o r ,   th o u tp u o f   th e   h y s ter e s is   r eg u lato r   ( 3 - lev el) ,   Fig u r 6   K Tem   ca n   tak v al u o f   1 ,   - 1 ,   o r   0   w h ic h   m ea n   in cr ea s e,   d ec r ea s e,   o r   k ee p   th v alu o f   elec tr o m a g n etic  to r q u e.   Si m i lar l y ,   d ep en d i n g   o n   t h flu x   er r o r ,   th o u tp u o f   t h h y s ter es is   r e g u la to r   ( t w o - lev e l ) ,   Fig u r 6   ca n   ta k e   o n l y   v a lu o f   0   o r   1   w h ich   m ea n   in cr ea s o r   d ec r ea s o f   th e   r o to r   f lu x .         Fig u r e   5 .   Dete ctio n   o f   v ec to r   v o ltag e       Fig u r e   6.   L ev els h y s ter esis   r eg u lato r   f o r   to r q u e   an d   f lu x       T h co n tr o l T ab le  allo w s   ch o o s in g   th e   ad eq u ate  v ec to r   ac co r d in g   t h o u tp u t   v al u o f   t h h y s ter es i s   r eg u lato r   an d   t h s ec to r   w h er e   th r o to r   u x   s p ac v ec to r   is   lo ca ted .       T ab le  1 .   Sw itch in g   T ab le       S e c t o r     1   2   3   4   5   6     K T e m     K Ψ = 1   K T e m=1   V2   V3   V4   V5   V6   V1   K T e m=0   V7   V0   V7   V0   V7   V0   K T e m= - 1   V6   V1   V2   V3   V4   V5     K Ψ = 0   K T e m=1   V3   V4   V5   V6   V1   V2   K T e m=0   V0   V7   V0   V7   V0   V7   K T e m= - 1   V5   V6   V1   V2   V3   V4       3 . 1 .   T he  Neura l N et w o rk   Select o r   A r ti f icial  n eu r al  n e t w o r k s   h a v b ee n   g ai n in g   lo o f   atten tio n   i n   th r ec en y ea r s .   I n   m ac h i n e   lear n in g   d o m ai n ,   ANN ' s   ar f a m i l y   o f   m at h e m a tical  m o d e ls   in s p ir ed   f r o m   b io lo g ical  n e u r al  n et w o r k s .   I is   an   ap p r o ac h   w h ich   g i v es   m o r p o s s ib ilit ies  to   ad d r ess   th p r o b le m s   o f   m e m o r y ,   p er ce p tio n ,   lear n i n g       1       de c r e a s e   de c r e a s e   V i - 2   V i + 1   V i + 2   V i - 1   i n c r e a s e   i n c r e a s e     i n c r e a s e   de c r e a s e     de c r e a s e   i n c r e a s e           3   2   4   5   6   V 0   ,   V 7     c s t e     de c r e a s e           1   0   - 1           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I n tellig en t Co n tr o l fo r   Do u b ly   F ed   I n d u ctio n   Gen era to r   C o n n ec ted   to   th E lectrica   ( A n a s s   B a ko u r i )   694   an d   an al y s is   i n   n e w   w a y s   [ 1 9 ]   [ 1 7 ] .   A   f ee d f o r w ar d   n eu r al  n et w o r k   is   o r g an ized   i n   la y er s :     an   i n p u t   la y er ,   o n o r   m o r h id d en   la y er s   an d   an   o u tp u la y er .   T h b ac k p r o p ag atio n   alg o r ith m   is   t h b est - k n o w n   lear n i n g   alg o r ith m   f o r   m u ltil a y er   n et wo r k s .   I n   th is   w o r k ,   th i n telli g e n t   t ec h n iq u h as b a s ed   o n   A r ti f ic ial  Neu r al  N et w o r k   w h ic h w a s   u s ed   to   r ep lace   th class ica s w itc h i n g   tab le  b y   t h n e u r al  n e t w o r k   s elec to r   in o r d er   to   r ed u ce   to r q u r ip p le  an d   f l u x T h in p u t s   o f   t h ANN  s elec t o r   b lo ck   ar t h p o s it io n   o f   r o to r   f lu x   v ec to r   r ep r ese n ted   b y   n u m b er   o f   s ec to r s   an d   th o u tp u ts   o f   t h h y s ter esis   co m p ar ato r   f o r   th e   to r q u an d   r o to r   f lu x .   T h o u tp u ts   o f   th is   b lo ck   ar t h e   i m p u l s es  t h at allo w i n g   th co n t r o l o f   th in v er ter   s w itc h es ( Sa ,   Sb ,   Sc) .   T h   co n tr o s ch em o f     th   p r o p o s ed     DT C     b ased     o n   A r ti f icial  Ne u r al  Net w o r k     f o r       DFI s y s te m   w h ich   is     ill u s tr ated     in     Fig u r e   7.   T h Net w o r k   th at  h as ta k e n   i n   t h is   ap p licat io n   is   a   3 - 5 - 1   f ee d   f o r w ar d   n et w o r k     Fi g u r e   8   w h er th f ir s la y e r   is   f r o m   a   lo g   s ig m o id   tr an s f er   f u n ct io n ,   h id d en   la y er   is   h y p er b o lic  tan g e n s ig m o id   t r an s f er   f u n ctio n   an d   t h t h ir d   la y er   ( o u tp u t)   is   o f   li n ea r   tr an s f er   f u n ctio n .     T h tr ain in g   m et h o d   u s ed   w as   L ev e n b er g - Ma r q u ar d t b ac k - p r o p ag atio n           Fig u r e   7.   Sch e m atic  d iag r a m   o f   th co n tr o l D T C   b ased         Fig u r e   8 .   Feed   Fo r w ar d   NN  f o r   s ec to r   s elec tio n   o n   ANN   f o r   DFI G       4.   CO NT RO L   O F   T H E   G RID  SI D E   CO NVE RT E ( G SC)   T h co n tr o s y s te m   p r ese n ted   in   th i s   p ar is   b ased   o n   f u zz y   l o g ic   co n tr o ller   ( FL C )   is   s e lect ed   m ai n l y   f o r   t w o   r ea s o n s :   T h f ir s o n e ,   it  d o es  n o n ee d   an y   m at h e m atica m o d el  o f   th p r o ce s s   u n d er   co n tr o an d   th e   s ec o n d   o n e,   is   s i m p le  an d   ea s y   f o r   p r ac tical  im p le m e n tatio n s ,   it  i s   ab le  to   g iv a   v er y   s ati s f ac to r y   p er f o r m a n ce to   co n tr o t h g r i d   s id co n v er ter   o f   DFI G   in   o r d er   to   in j ec th e   p o w er   p r o d u ce d   b y   t h r o to r   in to   th n et w o r k w it h   u n it  p o w er   f ac to r   an d   r eg u lati n g   t h D C   b u s   at  a   d esire d   v alu e T h r ea ctiv p o w er   g     an d   ac tiv p o w er   P g   o w s   ar r esp ec tiv el y   e x p r ess ed   as  f o llo w :     gd gq gq gd g gq gq gd gd g i v i v Q i v i v P 2 3 2 3                 ( 2 3 )     T h g r id   v o ltag s p ac v ec to r   is   alig n ed     alo n g     th   D - ax i s   ,   w o b tain     g gd gq V V V 0                   ( 2 4 )   P it c h   c on t r o l   Gr id   DF I G   Concor d ia    T r an s f o r m at ion     3   2     ab V   bc V   b a i i ,   r V   r V   r i   r i F l u x     r   r   r T o r q u e     +   -     r e f   r r a r c t g   opt   w V M P P T     +   -     r e f m   m PI   +   -     r e f em T H i d d e n     L a y e r   S e c t o r       K   I n p u t   L a y e r   O u t p u t     L a y e r   C o n t r o l   V e c t o r   Fig u r e . 11 .   Neu r al  Net w o r k   B lo ck   Fig u r e . 11 .   Neu r al  Net w o r k   B lo ck   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   688     7 0 0   695   T h r ea ctiv an d   ac tiv p o w e r   ex ch a n g ed   w it h   an   elec tr ica n et w o r k w h ic h   ca n   b e x p r ess ed   af te r   o r ien tatio n   b y   eq u at io n   ( 25 ),   c o n s eq u e n tl y   w ca n   co n tr o t h ac tiv p o w er   b y   th d - ax i s   c u r r en an d   r ea cti v po w er   b y   th q - ax is   c u r r en t,  a n d   t h r e f er en ce   v alu e s   o f   q u a d r atic  cu r r en an d   d ir ec cu r r e n t   c o m p o n e n t s   ca n   b ex p r ess ed   r esp ec tiv el y   a s   f o llo w   eq u atio n s   ( 2 6 ) :     fq g g fd g g i V Q i V P                   ( 2 5 )     g r e f g r e f fq g r e f g r e f fd v Q i v P i                        ( 2 6 )     W g en er ate  th r e f er en ce   o f   ac tiv p o w er   b y   r e g u la tin g   t h d ir ec b u s   v o ltag w i th   f u z z y   lo g iq u e   co n tr o ller   g en er ati n g   th c u r r en t r ef er e n ce   r e f c i   to   th ca p ac it y   Fi g u r e   9.   T h u s ,   w ca n   e x p r ess   r e f p   as:     r e f c dc dc r e f i i V P                 ( 2 7 )     r e f c dc r e f P P P                 ( 2 8 )     w it h :     dc r e f dc r e f c V V F L C i                 ( 2 9 )         Fig u r e .   9 .   DC   b u s   co n tr o l b lo d iag r a m       Su b s ti tu t in g   ( 2 4 )   in   ( 1 8 )   an d   ( 1 9 )   g iv es:     c o m p fq c o m p fd V fd e f q fq V g fq e f d fd i L e V V i L e V                 ( 3 0 )     w h er e   dt di L i R e dt di L i R e fq f fq f q fd f fd f d                 ( 3 1 )   +   -     r e f c i   dc V   r e f c P +   -     dc i   r e f P   r e f dc V   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I n tellig en t Co n tr o l fo r   Do u b ly   F ed   I n d u ctio n   Gen era to r   C o n n ec ted   to   th E lectrica   ( A n a s s   B a ko u r i )   696   Fig u r e   10   s h o w s   t h Fu zz y   l o g ic  co n tr o ller w h er p E   an d   q E   a r th cu r r en er r o r s     an d   ( p E   an d q E )   th e   in teg r atio n   o f   cu r r e n t     er r o r s   ar u s ed   as   i n p u ts   to   t h F L C .   W ad d ed   to   t h e   o u tp u o f   t h F L C ,   th ter m s   co u p li n g   i n   o r d er   t o   g en er ate   t h r o to r   r ef er en ce   v o lta g est h at   ap p lied   to   th e   g r id   s id co n v er ter .   S ev e n   f u zz y   s ets   ar ch o s e n   f o r   all  in p u a n d   o u tp u w h ic h   ar ( p o s itiv s m all)   P S,  ( p o s itiv m ed i u m )   P ( p o s itiv b ig )   P B ,   ( ze r o )   Z ,   ( n eg ati v eb ig )   NB ,   ( n eg at iv m e d iu m )   NM   a n d   ( n eg at iv s m al l)   NS.    T h r ee   in d ep en d en t s   FLCs   ar u s ed   to   co n tr o t h r ea ctiv p o w er s t h at  e x ch a n g ed   b et w ee n   th DFI G   an d   th g r id   an d   also   t o   co n tr o th d c - lin k   v o lta g Vd c.   T h f u zz y   lo g ic  co n tr o ller   co n t ain s   t h r ee   f u n ct io n al   b lo ck s f u zz i ficatio n ,   f u z z y   r u le  b ase  a n d   d ef u zz i ca t io n .   T h er ar 4 9   co n tr o r u les  in d icate d   in   T ab le  2 :   w h er pq E   an d   pq E   as   t h i n p u t   s i g n a ls   to   th e   F L C ,   to   co m p u te   th e   o u tp u t   o f   t h F L C ,   t h e   d ef u z zifi ca tio n   u s e s   t h ce n ter   o f   g r av it y   m et h o d   f o r   ea ch   F L C   [ 20 ] ,   th o v er all  s tr u ct u r o f   th e   f u zz y   l o g ic  co n tr o o f   g r id - s id co n v er ter   is     s h o w n   i n   Fi g u r e   11.           Fig u r e   10 .   B lo ck   d iag r am   o f   f u zz y   co n tr o ller           Fig u r e   11.   C o n tr o l b lo ck   d iag r a m   o f   g r id - s id co n v er ter       5.   SI M UL AT I O R E S UL T S   T o   ch ec k   th e   ef f ec ti v e n es s   o f   th p r o p o s ed   co n tr o s tr at e g i es  u n d er   v ar y i n g   w i n d   s p ee d ,   s i m u lat io n   s tu d ie s   w er p er f o r m ed   f o r   1 . 5   M W   DFI G - b ased   W E C u s i n g   Ma tlab   Si m u lin k   s o f t w ar e.   Fig u r e   1 2   ( a)   s h o w s   th w in d   s p ee d   p r o f ile  o f   DFI G - b ased   W E C S.  T h w i n d   s p ee d   v ar ie s   ar o u n d   th e   r ated   w i n d   s p ee d   w h ic h   i s   1 2   m /s .   T h e   v ar iatio n   o f   t h w i n d   s p ee d   p r o v o k e s   th c h a n g e   o f   w a y   o f   f u n ctio n i n g   in   th e   s y s te m C ase  1 T h w in d   t u r b in o p er ate  in   th MP PT   o p er atin g     m o d e,   w h en   t h w i n d   s p ee d   is   less   th a n   r ated   s p ee d   ( 1 2 m / s ) ,   th u s   t h   w i n d   t u r b in ca n   g e n er ate    t h   m a x i m u m     p o w er     ac co r d in g     to     th e   s p ec if ic   w i n d   s p ee d .   C ase  2 :   Fo r   h i g h   w i n d   s p ee d s ,   th e   p itch   co n tr o s tar ts   o p e r atin g .   T h er ef o r th e   p itch   an g le  i s   i n cr ea s ed   i n   o r d er   t o   lim it th ca p t u r e d   w i n d   p o w er   to   its   r ated   v al u e.      +   -   R u le  b as e   R u lee val u at o r   Dat b as e     De f u z z if icat i on   F u z z if icat i on   +   +     r e f r e f Q P ,   r e f P +   -     +   -     r e f g Q +   -     +   -     qf e f i L   qd e f i L   Gri d   PW M     a b c f i   dq a b c   dq a b c   s PL L     s   ^ g V   df i   qf i   df V   qf V   abc V +     ^ g V   f L   f R   dc V +   -     r e f c i   dc V   r e f c P +   -     dc i   r e f dc V   r e f fd i   r e f fq i   26 Eq   26 Eq   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   688     7 0 0   697     ( a)     ( b )     ( c)     ( d )     ( e )     (f)     Fig u r e   1 2 .   ( a)   w i n d   s p ee d ,   ( b )   C o ef f icie n t o f   p er f o r m a n ce ,   ( c)   tip   s p ee d   r atio   an d   p itch   an g l e,     an d   ( d )   Me ch an ical  s p ee d   w it h   Op ti m u m   s p ee d   o f   r ef er e n ce ,   ( e)   Mech an ical  p o w er ,   ( f )   A c tiv s ta to r     an d   r o to r   p o w er       T h Fig u r e   1 2 ( b )   s h o w s   th co ef f icie n p o w er   w h ich   i s   eq u al  to   48 . 0 p C f o r   MP PT   m o d   an d   48 . 0 p C   f o r   P itch   co n tr o m o d e.   T h Fig u r e   1 2 ( c)   s h o w s   th ti p   s p ee d   r atio   an d   p itch   an g le  f o r   th MP PT   m o d 1 . 8   an d   0 ,   f o r   P itch   co n tr o l m o d 1 . 8 an d   0 ,   an d   also   th e   o u tp u p o w er   is   k ep at  r ated   v alu e   as  s h o w n   i n   Fig u r 1 2   ( e ) .   T h Fig u r e   1 2   ( d )   s h o w s   th at  th g en er ato r   s p ee d   f o llo w   t h o p ti m u m   s p e ed   v er y   w ell .   T h Fig u r 1 2   ( f d is p lay s   th e v o lu tio n   o f   t h ac tiv p o w er   o f   t h e   s tato r   an d   r o to r .   Fig u r 1 3 ( a)   an d   Fig u r 1 3 ( b )   s h o w   t h at  th elec tr o m ag n eti to r q u an d   th r o to r   f lu x   f o llo w   t h ei r   r ef er en ce   v al u es   r esp ec ti v el y .   T h Fi g u r e   1 3 ( c)   s h o w s   t h at  th D C - li n k   v o ltag e   is   r eg u lat ed   to   th e   r ef er e n ce   v alu e   fix ed   at  1 4 0 0   V. I ca n   b s ee n   th a t h r ea cti v p o w er   is   k ep at  ze r o   v al u t o   g et  th e   u n it y   p o w er   f ac to r   o p er atio n ,   as sh o w n   i n   Fi g u r 1 3   ( d ) .     T h r o b u s tn es s   o f   t h p r o p o s ed   co n tr o s tr a te g y   is   test ed b y   u s i n g   t h v ar iatio n   o f   t h r o to r   r esis ta n c e   w h ic h v al u u s ed   to   esti m ate  t h r o to r   u x   as  s h o w n   i n   ( 2 0 )   is   r ed u ce d   to   2 0 o f   its   r ea v alu e First  ca s e   ( w it h   n o   v ar iatio n   i n   p ar a m ete r   o f   m ac h i n e) :   t h s i m u latio n   r esu lt s   ar p r esen ted   in   F ig u r 1 3   A .   Seco n d   ca s ( w it h   8 0 % r o to r   r esis ta n ce   er r o r ) : Fig u r 1 3   B   s h o w s   t h s i m u la tio n   r es u lt s   f o r   th s a m e   o p er atio n   co n d itio n s   as   th o s e   s h o w n   in   Fi g u r e   1 3 A ,   b u a   v ar iatio n   8 0 r o to r   r esis ta n c er r o r   w as   ap p lied     f r o m   th e   ti m t=3   s   to   t=6 s .   B y   co m p ar i n g   t h r es u lt s   o f   Fi g u r 1 3 A   a n d   Fi g u r 1 3 B   w it h   a n d   w it h o u t   0 2 4 6 8 10 8 10 12 14 Ti m es   (s ) a Wi nd  s peed  (m / s ) R a te d   w i n d   s p e e d 0 3 . 7 5 . 4 7 . 1 8 . 2 10 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 Ti m es   (s ) b)  C o effi ci ent  po w er   M P P T   M od e   P i t c h   c on t r ol           M od e M P P T   M od e P i t c h c on t r ol M od e M P P T   M od e 0 3 . 7 5 . 4 7 . 1 8 . 2 10 0 2 4 6 8 . 1 10 Ti m es   (s ) c)  Ti s peed  ra ti o   &   pi tch  a ng l (deg ree)   M P P T   M od e   P i t c h   c on t r ol           M od e M P P T   M od e M P P T   M od e P i t c h c on t r ol M od e T i p   s p e e d   r at i o P i t c h   an gl e 0 3 . 7 5 . 4 7 . 1 8 . 2 10 50 100 150 200 Ti m es   (s ) d)  M echa ni ca l   s peed  (m / s ) M P P T   M od e M P P T   M od e P i t c h c on t r ol M od e P i t c h   c on t r ol           M od e M e cha nica spe e d O ptim um   spe e   M P P T   M od e   0 3 . 7 5 . 4 7 . 1 5 8 . 2 10 0 0 . 5 1 1 . 5 2 x   1 0 6 Ti m es   (s ) e)  M echa ni ca l   po w er  (w ) M P P T   M od e M P P T   M od e P i t c h c on t r ol M od e P i t c h   c on t r ol           M od e   M P P T   M od e   0 2 4 6 8 10 -5 0 5 x   1 0 6 T i m e   ( s ) f)  A cti v po w er  (w )     Pr - P s A c ti v e   r o to r   p o w e r A c ti v e   s ta to r   p o w e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.