Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem s   ( IJ PEDS )   Vo l.   12 ,  No.   1 ,  M a r 202 1 , p p.  54 2 ~ 55 0   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v12.i 1 . pp54 2 - 55 0       542       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Des i gn a nd simul ation of  Lidar  ba sed cont ro l  syst em  for wind  turbin e       At if  Iqbal 1 , D eng Yin g 2 , F ahee m  Ak h ter 3 , Mano j  K um ar  P anjw an i 4 ,   Danish K han 5   1,2,4,5 School  of  R ene wabl e Ene rg y  &  C le an   En erg y,   North   China  El e ct ri c  Pow er  Univer sity, Be i jing,  Chin a   3,4 Depa rtment   of   Elec tr ical Engi n ee ring ,   Sukkur I BA Unive rsity ,  Sukkur ,   Pakista n       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Dec   16 , 20 20   Re vised  Jan   2 , 20 21   Accepte d  Fe b   2 , 2 0 21       Rene wabl e   ene r gy  source s   cou l d  be   the  m ai n   cont ribut o r  to   f ulfi lling   the  world’s  ene rgy  req uirement.  W i nd  ene rgy  is  gra bbing  the   world ’s  at te n ti on   due  to  it s  abun dant   na ture   and   rel i abi l it y.   Wind  ene rgy  is  a   promi nen t   ren ewa bl e  en erg y  source   due  to  i ts  ava i la bi li ty  an d  highe r  re liabili ty.   Desp ite  the   afo re me nt io ned  b ene fi ts,  t her e   are  som e   ch al l enge s  su ch  as  wind  me asure me nt   an d  pre diction  du e   to  th e  turbulent   nat ure   of  th e  w ind.   L ida r   (li ght   detec t ion  and  ran g ing)  te c hnology  is  used   in  wind  turbi nes   to  pr eview   the   wind   and   a ct   it  accordi ng l y.   Wi nd  sp ee d   al ong  wi th  the  dire c ti on   is  me asure d   by  th e  L ida r   bef or e  it   r eache s  th e  wind  turbi n e  p l ane   and  the  cont rol   sys te m   of  th e  wind   tur bine  uti l izes  th i s  data  for   op ti m al  result s.   I t   enha nc es  th e  co ntrol   sys tem  al o ng  with  it  optim iz es  the  output  power .   Thi s  pape r   pre sen ts  t he  Li d ar   simul ation  mode l ,   whic h  pre v ie ws   the  wind  e arlier   tha n  the   conventiona l   fe edbac k  method.   The  Li d ar  simu la t i on  model  is   pre par ed   and  i mpl ement ed  on   the   hor iz ont al  axi s  wind  tu rbine .   The  simul ation  is  per forme d  in   GH   Bla ded  at   a  2. 0   MW  wind  turbi n e.  The   outpu t   result s  ar e  ana l yze d  wi th  the   f orme r  me thod .   The   power   ex tr ac t ed,  pitc h   angl e ,   ro tor  tor que  obt ai ned   fr om  th e  propose d  methodology   prove s  i ts   eff icac y .   Ke yw or d s :   Con tr ol s ys te m   Lidar   Power o utput   Win d  tu r bin es   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Atif Iq bal   School  of Ren ewab le   Ene rgy  &  Cl ean  E nergy   North  China  El ect ric Power  Unive rsity   Chan gpin g Dist rict , Beij ing   1022 06, C hin a   Emai l:  ati fiqb a l@nce pu.edu.c n       1.   INTROD U CTION   The   w or l d  is  ge tt ing   poll uted   ve r y  quic kly  al ong  with   it   t he  te mp e ratu re   is  al s o  inc reas ing  with   t he  us a ge  of  tra diti on al   e nerg y  s ources   su c h  a s  coal,   oil  an d  gas .  T he   w orl d  is  l ooking  f or  al te rn at e   en ergy   so urces  t o  c ounter  t hese  probl ems.  Re ne wa ble  ene r gy   sou rces  ar e  cl eane r  an d  greene r  amo ng  ot her s [ 1],  [ 2] .  Var i ou s   co untr ie s  are  s uppo rting   t he  us e   of  r enew a ble  e nergy  to   meet   thei r  e nergy  dema nd.  Win d  e nergy  is  a   promi nen t  renewable  e ne rgy   source  due  to   it s  avail abili ty  and  hi gh e r  reli abili ty.  De sp it e  the  af oreme nt ion ed   ben e fits,  the re  are  some   chall eng e s  su c h  as  wind  meas ur e ment  an d  pr e di ct ion   due  to  t he   tur bu le nt  nat ur e  of   the  wi nd.  C on t ro l  te c hn i qu es   are  dev el op e d  to  cat er  t o  thes e  chall en ges.  Conve ntion al   t echn i qu e s  have  bee n  app li ed   by  us i ng   t he  f eed bac k  co ntr ollers  s uch   as  rese arc h  wa s  car ried  ou t  by  implem enting  the  fu zz y  lo gic - base d  PID  co nt ro ll er  to  ac qu i re  the  ef fici ent  ou t pu t  po wer   [3],   [ 4] .  F uzzy  and   a dap ti ve  f uzzy   is  im plemente d   to  achiev e  the  utmost   powe r  ou t pu t  [5] – [ 7] .   The  im proved   PI D  c ontr oller   was  de sig ned   and   im pleme nt ed  to   enh a nce   the   outp ut  power  as   well   as   re duc es  the   loa ding  eff ect   [8] .   A no ther  f uzzy  c ontrolle r  is   m od e le d  to   cat er  to  the  f at igu e  loa d  by  impleme ntin g  the  in div i dual   pitch  co ntr ol  [9] .  P I  a nd  PI D  c ontroll ers  ar e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Desig n a nd simu l ation of  Lida r  base d  c ontrol syst e m  for   wi nd  t ur bi ne   ( Ati f Iq bal )   543   impleme nted  t o  ac qu ire   the  maxim um   pow er  outp ut  [ 10] ,   [11 ] .  Ou t pu t  powe r  is  e nh a nc ed  by   us i ng   t he   ro t or  sp ee d  as  fee dback  [12] .  T he  par ti cl e  swa rm   opti miza ti on   t echn i qu e   al on g  with  t he  fmin s earch   is  use d  to  tu ne   the  P ID  c on tr ol le r  to  operate  the  wind  tu r bin e  e ff ic ie ntly   a nd  ef fecti vely   [13] .  All  these   te ch niques  use d  a r e   feedbac k,   wh ic h  w orks  only  with  a  c hange  in  res pons e  t o  the  sy ste m  w hi ch  occ urre d  al r ea dy.  Wi nd  na ture  is   very  t urb ulent  and  unpredict a ble,  t he  nee d  is   to   desi gn  th e  f eedfor wa rd  c ontr ol  s ys te m   w hich   can   pr e vie w  t he  wind  s peed  an d  a dju st  the  c on t ro l  s ys te m  accor dingly .  V ario us   re searc hes  a re  pe rfo r med  i n  this  fiel d.   A   pr e dicti ve  c on t ro ll er  is   desi gned   with  t he  help  of  a  f uzz y  s ys te m  to   pro vid e  a   re duc ed  loa ding  e ffec t  by  adjustin g  the   r otor  s pee d  [ 14] .   Th e  t wo  pr e dicti ve  c ontr ollers  a re   desi gned  an d  implem ented   to   act   as   Lid a r   sens or s  w hich   com pu te   a n d  sense  wind  f ie ld  [15] .  Re vi ew  p a per s   ha ve  bee n  wr it te n  an d  var i ous   Lida r   sensing   te ch niq ue s  a re  discu ssed   al ong  wit h  t heir  be nef it s  an d  chall en ge s  [ 16] – [ 18] .   This  resear ch   pr ese nts   the  ya w  misal ignments  a nd   how  it   can  inc re ase  the  loadi ng  eff ect ,  the  c orrecti on   of   t he  yaw   a ngle   can  reduc e   the loa ding e ffec t si gn ific a ntly  [ 19] . An  a da ptive c on t ro l s ys te m is im ple mented  to  a ddr ess the  ya w  al ignmen t   and   wa ke  ef fe c t  fu rt hermo re,   Yaw   a ngle   co rr ect io n  re duce s  the  tur bule nc e  of   dow nw i nd  wind  tur bin e s  [20] .  Lidar  te ch nolo gy   is  us e d  to  a dju st  the  ya w  ang le   as  well   as  mit igate   the  wak e  e ff ect   by  trac king  the  wak e   center   [ 21] .   T he   stu dy   of  wa ke   ef fect  has   be en  disc us se d  a nd  th e  main   ob serv at io n  was  t he  posit ion  of  wind   tur bin e  nacell e  al so   e ff ect s  unde r  s pecific   wind  directi ons  [22] .  T his  researc h  pro poses  the  feedf orwa rd   con t ro l  s ys te m   base d  on  Li da r  te ch no l ogy  t o  pr e view  t he  w ind   fiel d  a nd   measu res  it   be f or e  it   is  to uch i ng   t he  wind  tu r bin e  pl ane.  T his  ca n  op ti mize   t he  outp ut  po wer   al ong  with  t he  s afe  a nd  bette r  op e rati on  of   t he   win d  tur bin e s ys te m .   Conve ntion al l y,   t he  wind   is  measu red  th rough  an   ane momet er  in   a  wind  t urbine.  T he  anem om et er   i s   placed  al ong  with  the   nacell e  of  the  wind  t urbine .  S o,   t he   wind  is  meas ured  a fter  it   c rosses  the  wind  t urbine   ro t or   plan e.  T he  c on t ro l  sy st em  no rmall y  use d  feedbac k  c on t ro l  act s   acc ordin gly,  afte r   wind  surpa sse s  the   wind  tu rb i ne.   This  ma kes  t he   co ntro l  s ys te m  m or e  c halle ng i ng   due  to  t he  tu rbulent  na ture  of   t he  wind.  T o  cat er  to   t his p r ob le m   Li dar  is  u se d  i n  wind   t ur bin es  w hic h measu res   the  w in d  be fore   it  cro ss es  t he   r oto r  p la ne.  Lidar   us es   the   li ght  se nsor   t o  meas ur e   the   dista nce   an d  sp ee d  of  t he  wind.   Wit h  t he   use   of  Lidar ,  wind   tur bu le nce  an d  sp ee d  ca n  be   measu red  accu ratel y  an d  pr ec ise ly.  Lida r  cal culat es  the  wind  s peed   be fore   ti me  and  the  c ontro l  sy ste m  a dju st s  the  blades  t o  increase   the  powe r  ou t pu t  a nd  al so   protect   the  eq ui pm e nt  [23 ] .  Ther e   a re  t wo  methods   by   w hich   Lida r   me asur e s  t he  data .  C oh e ren t   a nd  no n - c ohere nt  detect ion.  C oheren t   detect ion   is  nor mall y  us e d  for  dopple r  or   ph a se - se ns i ti ve  measu re ments  th rou gh  op ti cal   heter odyne   measu reme nt  [ 24] .   T hey  re quire  l ow  powe r  for  operati on s  but  ha ve  c ompli cat ed  t ransce iver   re quire ments.   The  tw o  pu lse   models  are  use d  in  t he  Lida r   sy ste m;  mic ro  pu lse   a nd  high  en er gy   sy ste m .  T he  hi gh  e nerg y  sy ste m  is  us ed   in  meas ur i ng   the  at mo s pheri c  relat ed  data  su c h  as  cl oud  data,  strat a,  te mp e ratur e ,  pr e ssu re ,   wind  s pee d,  hu midit y,  cl oud  par ti cl es  feature s  [ 25],  [ 26] .  Var i ou s   te ch ni qu e s  a re  us e d  t o  determi ne  t he   wi nd  sp ee d  directi on  a nd  i ntensit y  w hich   is  ve ry  im portant   to  get  t he  ma xi mu m   yiel d.  Weib ull  distribu ti on   is  widely   use d  over   the  la st  ye ars  for  this   pu rpose.  T he  We ibu ll   dist rib ution’s  de ns it y  functi on  is  pro vid ed   i n  (1).           Figure  1 .  W i nd stru ct ur e  u se d by Lida r passi ng th rou gh w i nd tu r bin e       f ( v ) = k c ( v c ) K − 1 e − ( v c ) K   (1)     Her e ,  f(v)  re presents  t he  pro ba bili ty  de ns it y  factor,  v  is   the   wind  s pee d  me asur e d  in  (m/s ) ,  the   scal e   factor i s in dica te d  by c  whil e  k denotes s ha r p fact or  [ 27] .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   54 2   –   55 0   544   = ( ∑  ( ) = 1 ∑ = 1 − ∑  ( ) = 1 ) − 1   (2)     =   ( 1 ∑ = 1 ) 1 ⁄   (3)     Her e ,    is  t he  a ver a ge   wi nd  s peed  durin g  th e  ti me  ste p  i   w hile  N   is   the   to ta l  wind  sp ee d  data   poin t   oth e r  t han  zer os .   T he  st ru ct ur e   of   wi nd  c aptu red  by  the   Lida r  s ys te m   pas sin g  t hrough  the   plane   of  win d  tur bin e  plane   is  il lustrate d  t hro ugh  Fi gure   1.   Th e  wi nd  tur bu le nce  m odel   is  il lustrat ed  in   Fig ure  2.   The  tur bu le nce  model  has   va rio us  y - z   planes   in   the   directi on  of  the   x - a xis,   su c h  as   planes   1,   2  a nd  3.  T hey  a r e   distrib uted   ov er  ti me   an d  the  s pee d  inf ormat io n  at   the   va rio us  point   is  ob ta i ned  t hro ugh  ti me - domain   var ia ti on in  the  rotor pla ne.   T he win d  tu r bu l ence  us e d n bla ded is a   s patia l mo del.           Fig ure   2 .  W i nd turb ulence  model i ll us trat ed  in blade d       2.   WIN D  T UR B INE  MO DELL ING   The   wi nd  tu rb i ne  s ys te m   c onsist s  of  var i ous  co m pone nts  il lustrate d  i n  F igure  3.  T he  outp ut  powe r   acqu i red thr ou gh w i nd s peed  is pro vi de d  as   ( 4) :     =   1 2  ( , )   (4)       ρ   in dicat es  the   ai r  de ns it y  w hi le     in dicat es  th e  po wer  of  t he   coe ff ic ie nt.   “ A”  i nd ic at es  t he  ro t or   plane  a rea,     is pitc h - a ngle  wh il e v  is the  w i nd s pee d.           Fig ure   3 .  Th e   par ts  of the  w i nd tu rb i ne  s ys t em     The  c oeffici ent  of  power i s  prov i ded as   (5)  a nd (6) ,     =   1 2    3 ⁄   (5)     = 2  ( −  ) 2    (6)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Desig n a nd simu l ation of  Lida r  base d  c ontrol syst e m  for   wi nd  t ur bi ne   ( Ati f Iq bal )   545   Her e , th e     is t he  f luctuat i ng   pa rt of the win d spee d  relat in g  t o  the  x - axis c om pone nt.  T he  t ip sp ee d  rati o  ( )   is  f or m ulate d  as   ( 7) ,     =   ⁄   (7)       s ymbo li zes   the  sp ee d  of   the  r oto r   w hile  R  i nd ic at es   the   ra dius  of  t he  r oto r   pl ane.   T he   aerod yn a mic t orq ue  is  repres ented  a s foll ow s,    de no te s t he c oeffici ent  of  t orq ue.     =   1 2 ⁄    3 ( , ) 2   (8)     =   ⁄   (9)     =   2  ( −  )    (10)     =   1 2    2 ⁄   (11)     The     is  the   th r us t  force   an d    is  the   coe ff ic ie nt  of  the   th r us t.  T he   act ive   al ong  with   t he  r eact ive  powe r of  t he g ener at or   us e d wit h  the  w i nd turbine  is g i ven as   ( 12)  and  (13) ,     =   3 2   ( +   )   (12)     =   3 2   ( −   )   (13)     ,   al ong wit h  t he   ,   de note s the  volt age as  w el l  as cu rr e nt r e spe ct ively in  the  d - q fr a me.        3.   DESIG N OF  THE  C O NT R OLL ER   3.1.   Conv e nt i on al   controll er   Normall y,  the   PI /PI D  co ntr oller  is  us e d  in  wind  tu rb i nes.   T hese  c ontr ollers  are  use d  f or   t wo  pur po ses   in  wi nd  tur bin e   syst ems;  the  a dju s tment  of  the   pi tc h  an gle  a nd   t o  re gula te   the  tor qu e .  At  t he  wind   sp ee d  lowe r  th an  the  r at ed  s pe ed,   the  t orq ue   con t ro ll er   regulat es  in  su c h  a  way   t o  extr ac t  the  maxim um  power  ou t.   T he  Pit c h  co ntr oller  work s   with   the   in creme nt  of  wi nd  s peed  f rom   the  rated   spe e d  s o  t hat  the   outp ut  powe r  remai ns  wit hin  the   rat ed   li mit .  T he   c onve ntion al   P I   c on tr oller  is  il lustrate d  in  Fi gure  4.  The  va lues  of  ,    a nd    are   us e d  i n  these   te ch niques,   the se  va lues  a re   cal cu la te d  a nd  op ti mize d  by   va rio us  te ch nique s   to imp r ov e  the  eff ic acy  of t he desig ne d  c on tr oller.           Fig ure   4 .  Bl oc k diag ram of  th e  co nv e ntio nal  con t ro ll er       3.2.    Model le d  co ntr oller  desig n   The  modell ed   con t ro ll er   is  il lustrate d  in   Fi gure   5.  Feed f orward  c ontr ol  s ys te m  is   im plemented   al on g  with  the  Li dar  sy ste m.   The   con t ro ll er  is  li near iz e d  an d  t he  pr opos e d  c on t ro ll er  blo c k  diag ram  c onc ern i ng   trans fer  f unct ion s   is  de picte d  t hroug h  Fig ur e   5.  The     de no te s   the   wi nd  ev olu ti on   syst em,  t he  1   a nd  2   represe nts  the  trans fer   f un ct io n  of  the  li nea ri zed  m od el   wind  tu rb i ne.     is  the  trans fer   funct ion   of   Li dar,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   54 2   –   55 0   546   represe nts  the   tran sfe r  func ti on   of  the   f eedfor wa rd  co ntr oller  wh e re as,     symb olize s  the   fee db a c k  con t ro ll er.           Fig ure   5 .  Th e   pro po se d  c ontr oller alo ng  with the  Lid a r  s yst em           Fig ure   6 .  Bl oc k  il lustrati on  of the  prop os e d con t ro ll er       The rel at ion be tween  outp ut a nd in pu t ca n be  d esc ribe d  as  foll ows   ( 14) , (1 5) an d (16 ) ;     = 1 + [  + ( − )  ] 2   (14)     ( 1 +  2 ) =  2 − ( 1 +  2 )   (15)     =  2 1 +  2 + 1 +  2 1 +  2   (16)     The o bject ive  of the c ontrol  s ys te m  for  t he  c on t ro ll er is   ( 17)  a nd (18) :     1 +  2 1 +  2 = 0   (17)      = − 1 2   (18 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Desig n a nd simu l ation of  Lida r  base d  c ontrol syst e m  for   wi nd  t ur bi ne   ( Ati f Iq bal )   547   4.   SIMULATI O N AND  RES U LT S   The  sim ulati on  is  per f orme d  in  bla ded   s oft w are.  T he  co nve ntion al   c on t ro l le r  al ong  wit h  the  pro posed   con t ro ll er  is   e mp lo ye d  on  th e  2  MW  wind  t urbine .  T he  pa rametric  value s  of  the   wi nd  tur bin e   are  gi ve n  in   the   ta ble 1 .       Table  1 . Wi nd  tur bin e  par a me te rs .   Para m eters   Valu es   Ro to r  d iam eter   8 0  m   Hu b - h eig h t   6 1 .5 m   Blad e leng th   3 8 .75  m   Rated  Power   2  M W   Cu t - in  wind - sp eed   4  m /s   Cu t - o u t wind - sp eed   2 5  m /s   Gear b o x  r atio   8 3 .33   Den sity  of the air   1 .22 5  Kg/m 3       The  i nput  wind   is  pro vid e d  t o  the  s ys te m  wh i ch  is  il lustrate d  in  Fi gure  7.   T his  in put  wi nd   is  giv e n  t o  the  wind  tu r bin e  syst em  to  at ta in  the  ou t put  value s.  T he   conve ntion al   al ong  with  t he   propose d  te ch nique   wh ic h  incl ud e s  the  li dar  me asur e me nts  a s  well   as  fee dfo rw a rd  co ntr ol  is  impleme nted  on   t he  2  MW  wind  tur bin e  t hro ugh  G H  Bl ade d  simulat ion.  Figure  8(a)   il lus trat es  the   outp ut  power  ac quired  from   the   wind   tur bin e  s ys te m   by   a pplyin g  the  input  wi nd.  B oth   te ch ni qu e s  are  c ompare d,   t he  co nventio n al   te ch nique   pro vid es   pro m isi ng   res ults  but  the   pr opose d  te c hn i qu e   hav i ng  wind  evo l ution,  L i da r  mea sureme nt  a nd  feedfo r ward  co ntr ol  sy ste m  s hows  bette r  re su lt s  by  impla nting   t he  co ntr ol  ahea d  of  the   conve ntion al   con t r ol   sy ste m.   Figure  8(b)   re pr ese nts  the  r ot or   s peed  ( rad / s)  of  the  sy ste m  by  a pp l ying   the  co nventio nal  an d  the   desig ne d  co ntr ol  strat eg y.   T he  r otor  s peed  gaine d  f r om   the  m od el le d  te chn iq ue  is  l esser  at   the  st art  a s   com par e d  to   the  old  c ontrol   te ch nique   w hi ch  reduces   th e  loa ding   ef fe ct .  T he  outp ut   at ta ined   f r om  th e   desig ne d  te c hniqu e   al so  in dic at es  that  t he  c on t ro l   syst em  i s  w orki ng  a he ad  of  t he  c onve ntion al .   Fi gur e  8(c)   denotes  the  pitch  an gle  of  th e  wind  tur bin e   blades  wh ic h  is  app li ed  to  r egu la te   the  ou t pu t  power   a s  pe r  the   wind  s peed   c r os sin g  t hr ough   the  r otor  pla ne .  Va riat ion   i n  the  pitch  a ngle   values  is  ref l ect ing   the  be ha vior  of  ou t pu t  powe r  a long  with the  roto r  s peed.           Fig ure   7 .  Input  w in d fil e fe d  t o  the  w i nd tu rbi ne  s ys te m.       Nacell e  x - acce le rati on  val ues   obta ine d  from   both   te ch niqu es  are   il lustrat ed  i n  Fig ur e   8( d).  L oa ding   al ong  with  th e  agin g  e ff ect   is  dep e nde nt  upon  the  val ue  of  acce le ra ti on .  Nacell e  acce le rati on   a chieve d  thr ough  the  propose d  te ch nique  is  le sser  tha n  the  c on ve ntion al   met hodol ogy  wh ic h  hel ps   re duce  the  l oad i ng   as  well   as  agin g  ef fect.  T he  r esults  are  m uc h  imp r ov e d  in  the  case  of  the   propose d  te ch nique  beca us e  of   t he   ahead  wind   m easur e ment   whic h  makes   t he  con t ro l   s ys te m   m or e   e ff ect iv e.  Aero dynami c  to rque   is   pre sented   in  Fig ure  9.  T he  ae rod yn a mic  tor que  ac hie ved  f rom  t he  conve ntion al   a s  well   as   the   pro posed   te ch ni qu e   is  sh ow n.   The  ef f ect ual v al ues  a tt ai ned  from t he  prop os ed  techn i qu e  s hows  i ts efficac y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   54 2   –   55 0   548     (a)       (b)     (c)     (d)     Fig ure   8 .  ( a ) O utput p ower  fo r  the  prop os e d and co nventi onal  co nt ro ll ers .  ( b) Roto r  s pee d at  the g i ve n  in pu t  wind  of the  wi nd tu rb i ne  s ys t em.  ( c)  Pit ch  a ng le  c ontr ol of  the s ys te m.  ( d) N acel le  x - acc el erati on   of the  w in d  tur bin e s ys te m .       Thes e   res ults  c on cl ud e   that   th e  m od el le d  c ontr ol  te ch nique   is  7.71 %   m ore  ef fecti ve  a nd   bette r   tha n  the  pre vious  re ported  te c hniq ues.   N ormal ly,   the  fee dback   c on t ro l  s ys te m  i s  empl oyed  w hi ch  act s  afte r  ge tt ing  the  respo ns e   f r om  the   s ys te m.   As   th e  wind   na ture   is  un e ve n  a nd  undistri bute d  that  ma ke s  the   c on tr ol  s ys te m  more  c umbers om e   an d  c omplex.   I mp le me ntati on  of  a   f eedb ac k  co ntr ol  s ys te m  is   not  qu it e  a n  e f fecti ve   appr oach  in  t he se  co ndit ion s .   Lidar   meas ure s  the w in d  sp e ed  al on g  with  t he  directi on b e fore  it  p asses  t hro ugh  the  r otor  plane .  T his  wind  me asur e ment   data   is  ve r y  help ful   for  t he  c on t rol le r  to  pro vid e   fruit fu l  res ults.   The   feedfo r ward  c on t ro l  s ys te m   al ong  with  th e   Lidar   meas ur ement  data  e nhance s  the   ef ficacy  of  the  m od el le d  con t ro l  meth odology .           Fig ure   9 .  A e rodynamic t orq ue  of the  syst em  at p rovide d  te chn i qu e s.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Desig n a nd simu l ation of  Lida r  base d  c ontrol syst e m  for   wi nd  t ur bi ne   ( Ati f Iq bal )   549   5.   CONCL US I O N   This  pa per  pr e sents  t he  Lida r   te ch no l ogy  to   cal culat e  the   w ind  s peed  a nd  t hen  the   measu r ements   are   fed   to  t he  co ntr oller  to  act   accor dingly .  In   c onve ntio na l  methodol ogie s,  mo stl y  t he   feedbac k  co ntr ol   te chn iq ues   are   employe d  a nd  the  wi nd  is  me asur e d  w hen  it   cr os ses  t he  rot or   plane   th rou gh  an   an em ome te r.  This  makes   the   co ntr ol  s ys te m  m or e   c omplex  a nd  diff ic ult  beca us e  of  th e  wi nd 's   tu rbul ent  natur e .  T hi s  pa pe r   p r opos es   the   Lidar   bas ed   fe ed  for ward  c ontr ol  s ys te m  t o  measu re   the   wi nd  s peed  a head  a nd  dire ct s  the   con t ro l  s ys te m   to  w ork   as  pe r  the  meas urements.   W he n  wind  passes   thr ough  the   r ot or   plane ,  the   c on t ro l  sy ste m  with  t he   help   of  Li da r  meas ureme nts  al ready  i n  a  po sit io n  t o  c ounte r  the   une ve n  a nd  un distr ibu te d  natu re  of  wind .  T he  c ontr ol  t echn i qu e   is  de sign e d  i n  blad ed  s oft war e   a nd  im pleme nted   on  t he  2  MW   wi nd  tur bin e   thr ough  si mu la ti ons.   T he  pro posed   meth odol ogy  is  co mp a red  w it h  the   co nven ti on al   on e   havi ng  a   fe ed bac k  c on t r ol  s ys te m.   T he   in vo l veme nt  of  a   fee d  f orward  c ontr oller  ma kes   the   c on t ro l  sy ste m   more  eff ic ie nt  a nd   e ff ect ive.  The  outp ut  res ults  acqu i red   from  both  te ch niques   are  il lustrate d  and   a nalyz ed  in  th e   resu lt s  sect io n.  The  res ults  ob ta ined  thr ou gh  th e  pro po se d  t echn i qu e s  are  mu c h  imp rove d  an d  bette r  t ha n  the  conve ntion al .  Rotor   s pee d,   pi tc h  ang le ,  outpu t  power   a nd  nacell e  x - acce l erati on   values  pro ve  the  ef fic acy  of   the pr opos e d  L idar  base d feed  forwar d  c ontr oller.       REFERE NCE S   [1]   A.  Sal ee m ,   A .   I qbal ,   e t  a l . ,   “T h e  e ffe c t  of   env ir onme nt al   cha ng es  on  the  eff i cie ncy  of   the  PV   s ystem , ”  Indon esian  Journal  of   Elec t rical   Engi ne erin g  and  Computer   Sci en ce   (IJ E ECS ) ,   vol .   18 ,   no .   1 ,   pp.   558 - 564 ,   20 20 .   [2]   J.  W .   Simatupan g  and   K.   Sulist io hadi ,   “Porta bl e   wind  turb ine  for   ene rgy   re cha rgin g  dev ic e   appl i cat ions , ”   J .   Elec tr .   El e ct ron.   Eng . ,   v ol.   1 ,   no .   1 ,   pp .   1 9 - 24,   2016 .   [3]   A.  Iqba l,  e t  a l . ,   “Proposed   FLS - PID   wind  turbine  pi tc h   con trol  for   eff i caci ous   ou tput,”   in   20 19  Int ernati onal   Sympos ium  on  R ec en t  Ad vances in E l ec tri cal E ng ine ering   (RAEE ) ,  pp .   1 - 5 ,   2019 .   [4]   A.  Iqba l ,   D.  Yin g,   T.   D e,   M.  A.  Haya t,   A .   Salee m,   and  R .   Jam al,  “De sign  and   simul ation  for  co - ordina t ed  analysis   of  wind/sola r   wi th  storag e mi cro grid, ”   En ergy   Repor ts ,   vol. 6, pp. 1504 – 1511,   De c.   2020 .   [5]   Merie m   Otm an e  R . ,   Mohammed  L .  S . ,   Fayç e l  A . ,   “MPP T  c ontrol   d esign  f or  var i able  spe ed  wind   turbi n e , ”   Inte rnational   Jo urnal  of El e ct ri c al  and  Comput er  Engi n ee ring   (IJ ECE ) ,   vol .   5 ,   no .   5,   pp.   4604 - 461 4,   2020 .   [6]   Yac ine   Hocin i,  Ahmed  All ali,   Houari   Mer abe t   Bouloui h a ,  “P ower  fuz zy  adaptive  con trol  fo r  wind  turbi n e ,”   Inte rnational   Jo urnal  of El e ct ri c al  and  Comput er  Engi n ee ring   (IJ ECE ) ,   vol .   10 ,   n o.   5 ,   pp .   5262 - 5273 ,   2020 .   [7]   Quang - Vi  Ngo,  Chai   Yi ,   Trong - Tha ng  Nguyen ,  “T he   ma x im um   power  poin t  tr ac king   base d - co ntrol   sys tem  for   smal l - sc al e   win d  turbine   using   fuz zy  logic ,”   Inte rnational   Jo urnal  of   E le c tri cal  and  Compu te r  Engi ne ering  (IJ ECE ) ,   vo l. 10   no.   4,   pp .   3927 - 3935 ,   2020 .   [8]   A.  Iqba l ,   D.   Yin g,   A.  Sa le e m,  M.  A.  Hay at,  M.  Mate en ,   and   M.  S.  J ave d,   “Effectual   Propos ed  Pi tc h  Contro ll e r  of   the   Wi nd  Turbine  for  M axi m al   Perform ance,”  i n  2019  13th   Int ernati onal   Conf ere nce  on  Ma th emati cs,   A ct uari al  Sci en ce,  Comput er  Scienc e  and   S tat isti cs  (MA CS) ,  pp .   1 - 5 ,   2019 .   [9]   F.  Yang,   B .   Han ,   Z .   Xiang ,   and   L.   Zho u,   “In dividual  pi tc h  cont r oll er  b ase d  on  fu zz y  log ic   cont ro l   for  wind  turb in e  loa d  mi t iga t ion,”   IET  R ene w .   Po wer  Gene r . ,   vo l.  10,   no .   5 ,   pp .   68 7 – 693,   May   201 6.   [10]   Aliyu  Hamza  Sule,   Ahm ad  Saf awi  Mokhtar,  Ja srul  Jama ni  B in   Jami an ,   Att aul l ah  Khidra ni ,   Ra ja   Masood  La r i k ,  “Opti m al  tuning   of   proport ional   in te gr al  con tro ll er   for   f ixe d - sp ee d   wind   turb in e  using   gr ey   w olf  op ti m izer , ”   Inte rnational   Jo urnal  of El e ct ri c al  and  Comput er  Engi n ee ring   (IJ ECE ) ,   vol . 10,   no . 5 ,  pp .  5251 - 526 1 ,   2020 .   [11]   A.  Iqba l ,   D.  Yi ng,   A.  Sal eem,   M.  A.  Haya t,   an d  M.  A.  Sam ad,  “Mode lling  and   com par ison  of  diffe ren t  con trol   te chn iqu es  fo r  1 - MW  wind   turb ine  to   ex tra c t   m axi mum  power   through  p it ch   a ngle  cont ro l ,”  J.  Comput.   Theor .   Nanosci . ,   vol .   17 ,   no .   2 ,   pp .   1326 – 1331,   Fe b .   202 0.   [12]   As l,   Hame d   Jab bar i,  and   Jungw on  Yoon ,   “Power  c apt ur e  opt imization  of   var ia b le - spee d   wind  t urbine s  using  an  output   f ee dba ck cont roller,”  Re n ewabl e   Ene rg y ,   vol. 86,   pp.   517 - 525 .   [13]   A.  Iqba l ,   D .   Yin g,   A.   Saleem ,   M .   A.   Haya t ,   and  M.  Mateen,  “Pr oposed  par t ic l e  sw arm   optimizat ion  t ec hniqu e  fo r  the   wind   turbi n e cont rol   sys te m,”  Me as.  Control ,   v ol.   53 ,   no .   5 - 6 ,   p p.   1022 - 1030 ,  2 020.   [14]   A.  Iqba l,  D.  Yin g,   A.   Sal ee m ,   M .   Aft ab,  and   K.  Mehmood,   “E ff i ca c ious  pitch  an gle   cont rol   of   va ria bl e - spee d   win d  turbi ne   using f u z zy  base d   pre d ic t i ve  con trol l er,”  E nergy   R eports ,   v ol.   6 ,   pp .   423 – 42 7,   2020 .   [15]   C.   L.  Bott asso,  P.  Pizz in el l i,   C .   E.   D.  R ibol di ,   an d  L.  Ta sc a,   “ Li DA R - ena bl ed  mode l  pr edi c ti v e  cont ro l  of  win d   turbi nes  wi th  r eal - ti m e ca p abi l it i e s,”   Ren ew. E ner gy,   vol .   71 ,   pp .   4 42 – 452,   2014 .   [16]   A.  Cli f ton ,   et  al . ,   “IE A  Wi nd   T ask  32:  Wi nd   Lidar  Ide n ti fying   and  Mit iga t ing  Barr ie rs  to  the   Adoption  of  Wind   Li da r , ”   Re mot e Sens . ,   vol. 10, n o.   3 ,   p .   406 , 2018 .   [17]   E.   Si ml ey ,   H .   F ürst,   F.   Hai zm a nn,   and   D.   Schlipf,  “Opti m iz ing   Li dar s  for   W ind   Turbi n e  Con tro l  Appli ca t ions — Result s from   the IE A  Wi nd  Ta sk   32  Wor kshop , ”   Re mote   Sens . ,   v ol.   10 ,   no .   6 ,   p .   8 63,   2018 .   [18]   A.  Scholbro ck ,   P.  Fleming,   D.   Schli pf,  A.   Wr i ght,  K.   Johns on,   and  N .   Wa ng ,   “ Li dar - enha n ced  wind   turbi n e  cont rol: Past, pre sent,   and  fu ture, ”  in   2016  Ame ri can  Control   Con fe renc e  ( ACC) ,   p p.   1399 – 1406 ,   2 016 .   [19]   R.   Damiani ,   e t  a l . ,   “Ass essment   of  wind  turbi n e  com ponen t  lo ad s  under   yaw - off set  conditions, ”  Wind  Ene rg .   Sc i ,  vol.   3 ,   no .   1 ,   pp .   173 – 189,   201 8 .   [20]   H.  Dhima n ,   D.  Deb,   V.  Muresa n,   and  V .   Ba la s,  “W ak e  m ana g e me nt  in  wind  f ar ms :  An  ada p ti ve   cont rol   appr o ac h, ”   Ene rgies ,   vol .   1 2,   no .   7 ,   p .   1247 ,   2019.   [21]   M.  Brom m,  A.   Rott ,   H.   Be ck,  L .   Vol lm er ,   G.  St ei nfe ld,  and   M.   Kühn,  “Fi el d   inv esti gation   on  the  infl u ence  of   y a w   mi sali gn me nt   on   the propa g at ion   of  wind  turb ine  wake s,”   Wind E nergy ,   vo l. 21, n o.   11 ,   pp .   1011 – 1028,   2018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   54 2   –   55 0   550   [22]   P.  McKay,   R.   C arr iveau,   and  D.   S. - K.  Ti ng ,   “ W ake   i mpa c ts  on  downs tre am   win d  turbi ne  p erf or ma nc e  and  y aw  al ignment , ”   Win d  Ene rgy ,   vo l. 1 6,   no .   2 ,   pp .   221 – 234,   Mar .   2013 .   [23]   D.  Schli pf,   D .   Tra buc chi,  an d  O.  Bischoff,  “T est ing  of  Froze n  Turbu le n ce   Hypothesis  for  Wi nd  Turb i ne  Applic a ti ons wit h  a  Sc a nning   LI DA R  Sys te m, ” in   ISAR S   2010 ,   20 10.   [24]   T.   Mikk el sen ,   e t  al . ,   “L id ar  wi nd  spee d  m ea s ure me n ts  from  a  rot at ing   spinn er, ”   in  Europea n  Wind  En ergy   Confe renc e  and   Ex hibition ,   2010 .   [25]   J.  T .   R ic htsm eier,  A.   Zum wa lt,   E .   J.   C arl son,   C.   J.   Epst ei n ,   a nd  R.   H.   Re ev es,   “Cra nio facial  pheno type s   in  segme nt al ly   tri s omi c   mouse mo del s for  Dow n  s yndrome , ”  Am.   J .   Me d .   G ene t . ,   v ol.   107 ,   no .   4 ,   pp .   317 – 324 ,   2002 .   [26]   Gökhan  E rde m ir ,   Aydın   Ta r ık   Z engi n,   Ta hir   C etin  Akin ci ,   “Shor t - te r m  win d  sp e ed  fo recasti ng   s ystem  using   deep   le arn ing  for   win d  turbi n e  app li c at ions , ”  Int ernat ional   Journal  of   Elec tri cal   and   Computer  Engi n ee ring  (I JE CE ) ,   vol.   10 ,   no .   6,   pp .  5779 - 5784 ,   20 20.   [27]   J.  V.  Seguro   and   T.  W .   Lamber t ,   “Mode rn   estima ti on  of   th e  p arame t ers  of  the  W ei bull  wind   spee d  distri bu ti on  fo r   wind  ene rgy   an a lysis,”   J. W ind   E ng.   Ind .   A erody n . ,   vol. 85, no. 1,  pp.   75 – 84 ,   2000 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.