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.  112 ~ 120   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v12.i 1 . pp 112 - 120          112       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   The casc ade met hods of  doubly - f ed ind uction mac hine fo r  generat or syst em       Diep - Du n g N guy en 1 , Ng oc - Hoan T ha n 2 , Duc - T uan H oan g 3   1,3 Facul ty   of Electrical - El e ct ron i c  Eng ine e ring, V ie tn am   Mar it i me Unive rsity ,   Vi etnam   2 Depa rteme nt   of   Elec tr ical Engi n ee ring   and   Auto ma ti on ,   H ai phon g  Private  Univ er sity,   Vi et na m       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A pr   8 , 2 0 20   Re vised  J an   19 , 20 21   Accepte d  Fe b   3 , 2 0 2 1       Thi s  pap er  pr e sents  two  solut ions  to  ca sc ade  the  doubly - f ed   induction   ma ch ine s  in  the  power  gen era to r  sys te ms.  Th e  f irst  soluti on   is  a   tra di ti on a l   one  with  th e  po wer  cont rol   ci r c uit   lo ca t ed  on  t he  stat or - sid e.   The   sec ond   soluti on  is  a  n ew  one  wi th  th e  po wer  cont ro l  ci rc uit   lo cate d   on  th e  rotor - sid e .   After   an al ysis  a nd  eva lu at io n,   it  is  show n  tha t  t he  soluti on   with   the   power   cont rol   ci r cui t  lo ca t ed  on  th e  roto r  side  has  adva nt age s  over   the   sol uti on  with   the   power   con tr ol  c irc ui t  loc a ted  on  th e  st at or - side.   The r efo re ,   the  au thors  chose   the  soluti on  which   is   a   p ower  co n trol  c ir cui t   lo ca t ed   on  t he  ro tor  sid e   to  study,   an al yz e  in - d ept h   and   r un  the  simul at io n.   Th e  r esult s  sh ow  tha t   th e   proposed  soluti o n  has  a  v ery   goo d  quality ,   the  out put  vol ta ge   of   th e  g ene ra tor   al ways  foll ows   the   grid - vo ltage   eve n  wh en  ch angi ng  th e  gi rd - volt ag e  or   cha nging   the spe ed  of the   gen era t or.   Ke yw or d s :   Acti ve powe r   BDFIG   DF I G   Excit at ion  c ontrol   Re act ive pow e r   Simi la r  sig nals   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 :   Diep - D ung N guye n   Faculty  of Elec tric al - Ele ct ronic Enginee rin g   Viet nam Ma riti me Unive rsity , V ie tna m   Emai l:   nguyen diep dung.s mq@g mail .co m       1.   INTROD U CTION   Nowa day s ,  the   res ources  of  f uel  are  r unning  ou t,   so  it   is  very  im portant   an d  necessar y  to  fi nd  a n d  us e  t he  re newable  s ources .  These   re ne wa ble  e nerg y  s ou rces  must   be  able  to   c onnec t  to  t he  gri d  or  wor k  par al le l t og et he r  [ 1 ] ,  [ 2]. Wh en  cha ngin g  th e ro t or  s pee d  or unstable  gr i d vo lt age , it i s v e ry   dif ficult  to  c on t ro l  the  gen e rato r  s ys te m  i n  orde r   f or  the  ge ner a tor - volt age  c oi ncide   with   the   gri d - volt age  [ 3 ] ,  [ 4].  The   m et hod  that  us es  t he  doubly - fe d  i nduc ti on   mac hin e  (D F I M )  i n  generator   m od e  is   a  very  e ff ect i ve  [5 ] - [ 7],  bec ause  it   can  keep the  stable f reque nc y o f  the  g e ner at or - volt age  w he n  c hangin g  t he rot or   sp ee d [8 ] - [ 10].   The  D FIM  is  a n  in du ct io n  ma chine  with  bot h  sta tor  a nd  r ot or   wi re   [ 11 ] ,  [ 12].   T he  DF I M   w orke d  in   the  gen e rato r   mode  ( DF I G )  has   in her e nt  a dv a ntage s,   su c h  a s  t he  a bili ty  to   kee p  the   unchange d  fr e qu ency   of   the  volt age   in  the  case  of  va riable  ro t or   spe ed,   a  small   c on t ro l  ci rcu it .  Ther e f or e,   DFIG   is   wi dely   use d  i n  gen e rato r   sy ste ms,   su c h  as   the   wi nd  generato r,  sh a ft  ge ner at or  in   a   s hip .   I n  the   gen e rato r  sy ste m   usi ng  DF I G ,   the  powe r   co nt ro l  ci rcu it   is   l ocated   in   the   r otor - si de,  an d  the  ge ner at e d  powe r  i n  t he   s ta tor - si de  t ran s mit s  directl y  to  t he  gr i d.   T hu s ,  the   power   of  the  con t ro l  ci rc uit  is  mu ch  l ow e r   than  the  pow er  fe d  into  t he   gr id .   So me   resea rc h  [13 ] - [ 15]   ha ve   su ccee de d  i n  c on t ro ll in g  DF I G  a s  a  ge ner at or .   T he  di agr am   of  a  powe r  gen e rato r  s ys te m usi ng  DF I G i s shown i n  Fi gure  1.   Stat or   of   DFI G  is  di rectl y  c onnected   to  th e  gr i d.   T he  ro t or   of  DFI G  is  connecte d  to  t he  gri d  via  a  powe r  c on t ro l   ci rcu it   that   le t  the   ene rgy   ca n  tra nsmi t  in   bo t h  directi ons .  T her e   are   tw o  w orkin g  modes  of   DF I G:  t he  ove r  s ynch ronizat ion  m ode  a nd  t he  belo w   sync hro nizat ion  m od e .   In  the   both  m odes,   the   sta tor   gen e rates  t he  energ y  fed  int o  th e  gr i d.   T he   r otor  r ecei ve s  the  e ne rgy  i n  th e  ov e r  s yn chro nous   m ode  an d  transmits  t he  e nerg y  in   the  be low  sync hronou s   m ode.  DFI G  as   a  gen e rat or  has   be en   in creasin gly  ap pl ie d  in   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       Th e c as c ade  m et hods   of  doub ly - fe d  in duct io n ma c hin e  for   gen e ra t or  syste m   ( Die p - Dun g N gu ye n )   113   pr act ic e.   H owe ver ,  the   te ch ni qu e   of  co ntr olli ng  D FIG  ro t or  ci rcu it s   is  very  dif ficult   [ 16] ,  es pecial ly  when  t he   ro t or  sp ee d  ch ang e s,  t he  c ontrolle r   m us t  c ontr ol  the   f requ ency  of  the   r oto r   ci rc uit  cha nges  fast  a nd  ti mely  i n  order t o sy nc hron iz e t he ge nerat or   volt age  with th e  gri d v oltage.           Figure  1. The   powe r gene rator sys te m  us in g DFIG       A  ne w,   e ff ect ive  so l ution   ha s  bee n  pro po sed  w hic h  is  to  us e  t he  cas cade  of  tw o  DF I Gs .  The   ou tst a nd i ng  a dvanta ge  of  DF I G  casca de  so l ut ion  is that t he system  has  the  abili ty to  sta bili ze  the f re quen cy  o f   the  ge ne rato r  volt age  very  we ll   wh e n  t he  ro t or  sp ee d  cha ng es.  T her e   are   two  s olu ti ons  t o  casca de  DFI Gs:  the   first  so l ution  is   a   tra diti on al   one   with   the   po wer  c on t ro l   ci r cuit  locat e d  on   the   sta to r - si de ,   t he  seco nd  sol ution  is  a  ne w  on e   with  th e  po wer   c ontr ol  ci rcu it   locat e d  on  the  ro t or - s ide.   Th is   re se arch   will   anal yze  the   char act e risti cs  of   t wo  D FIG  c ascade  s olu ti ons,  t hen  ch oos e  the  a pprop riat e  so luti on  t o  imp rove  t he  ef f ic ie nc y  of the  ge ner at or s ys te m,   stu dy in - de pth  a nd s imulat ion t he  c ho s en  so l ution.       2.   THE   DFI G  C ASCA DE  S Y STE M  W ITH   THE   P OWE R  CONTR O L  CI RCUIT  LOCA TE D  O N  THE  STATO R - S IDE   2.1.    The stru cture   of co nt r ol syst em   The  sy ste m   is  descr i bed  in   Fi gure  2  [ 17].   T he  s ys te m   co nsi sts  of  tw o  D FI G s.  Tw o  r oto r - sha fts  a re   ti gh tl y  co nnect ed  t oget her  a nd  t he   el ect ric - wire   of   tw o  rot or s   are   al s o  di rectl y  c onnect ed  t o  each   othe r.   Th e   powe r  c ontrol   ci rcu it   is   locat ed  on  t he   sta to r - si de  of  DFIG 1.  T he  el ect ric al   powe r   ge ne r at ed  in   t he  sta t or  of   DF I G 2 is  tra nsmi tt ed  dir ect ly to  the  gri d.   The   nat ur al   fe at ur e   of   the   DF I G   casca de   s ys te m  is   tha t  the   sync hro ni zat ion   betwee n  t he  sta tor   vo lt age   of  D FIG2   a nd  gr id   volt age  is   ve r y  high  a nd  sta ble   [ 18].  F ur t hermo re ,  t he  qual it y  of  D FIG  ca s cade  is   mu c h  bette r  t ha n  the  ge ner at o r  s ys te m  us in g  the  in de pe ndent  DFIG  [19].  The refo re,  this  sy ste m  is  bein g  app li ed   m or e   and  m or e  wide ly  in  gr i d - c onnecte d  gen e r at or s.   To da y,   sever al   man uf act ur in g  facil it ie s  have  integrate d  the   DF I G  casca de   sy ste m  i nto  th e  one  machi ne   w hich  is   cal le d   Br ushl ess  D oubly - Fe d  Ind uction  Gen e rato r (BD FI G ), t he diag r am of B DFIG  is sho wn in Fi gure  3 [ 17].   In  Fig ure  3,   t he   sta tor   of  DFIG 1  has   the  num ber  of  pole   pair s  p 1 =2 ,   th e  sta tor   of  DFIG 2  has   th e   numb e r  of  pol e   pairs   p 2 =1 .  The  el ect ric - w ire  in   th e  r otor   of  tw o  DF I Gs   are  directl y  c onnected   to gether,  s o  this  s ys te m  ha sn 't  a   rin g  a nd  brus h.   The refor e ,  this   s yst em  is  cal le d   Br us hless   D oubly - Fe d  I nduction  Gen e rato r  (B DF I G ).   The   B DF I G   fa br ic at ion  te ch niques   are  pr ese nted   in  de ta il   in  th e  resea rch  [ 20 ].   T he  numb e r  of  po l e  pair s  of  D FIG1   an d  D FIG2   can   be   e qu al   or  dif fe ren t  a nd  th ere   are   tw o  wa ys   t o  c onne ct   two   el ect ric - wire  of  rotors, s o  t here are  fou r  s olu t ion s  of inte gr at ion  B DFIG , w hich  a re list ed  in  Ta ble  1  [ 21 ] ,  [ 22]       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   :   112   –   120   114       Figure  2. The   DF I G  ca scade   sy ste m  with t he  pow e r  con t ro l ci r cuit  locat ed on t he   sta tor - si de       Figure  3. The  s tructu re  of BD FI G       Table  1.  T he  T yp e s  of  B DFI G   The con n ectio n  between  two roto rs   p 1 = p 2   The sy n c sp eed   P s 1   (pu )   P s2   (pu )   P g =P s1   +P s2   Simila r - p h ase   Yes   No   p rod u ctio n   g p   g p −   0   Simila r - p h ase   No   p g −   g p 1   g p 2 −   g p .   Rev erse ph ase   Yes   p g 2   g p −   g p −   g p . 2 −   Rev erse ph ase   No   p g   g p 1 −   g p 2 −   g p . −       w he re  p 1 ,  p 2   ar e  the  num be r  of   pola r  pairs  of   DFIG 1  a nd  DF I G 2  re sp ect ively;  P s1 ,  P s2  and   P g   are  t he  act ive  powe r  of   DFI G1 - sta to r,   DFI G2 - sta to r,   a nd  the  gri d  res pec ti vely;    is  the  a ngular   sp e ed   of  the   r otor;    is  th e   angular  sp ee d of t he gri d - volt age.   The  operati on   pr i nciple  of  B DF I G   is  s how n  i n  Fi gure   4   [ 17].  T he  sta to r   cu rr e nt  fr e que ncy  of  D FIG1   and  D FIG 2  a r e  f s1 ,  f s2  resp e ct ively;  the  sta tor  c urre nt  a ngular   spe ed   of  D FIG1   a nd  DFI G2  are   1 , 2   resp ect ive l y; th e r oto r  curre nt  angular  sp ee d of DF I G1 and  DF I G 2  a re  1 , 2   res pecti vely .           Figure  4. The   pr i nciple  of   op erati on of B DFIG       2.2.    The ener gies in t he  system     Con si der i ng  a  BDFIG ty pe  w it h  the num ber   of   po le   pairs  is  d iffe ren t ,  co nnect ing   meth od in  the  ro t or  is  re ver se - ph as e.   Si nce  DFI G 2  is   directl y  co nn ect e d  t o  the   gr i d,  the   an gula r  s pee d  of  t he   sta tor   ci rc uit  i s  e qu al   to the a ngula r  s peed o f  t he gri d vo lt age   2 = .   The  a ngular  s pe ed of  the stat or circ uit o f DFIG1 i s:     1 1 2 2 ( ) . ss pp = + −   (1)     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       Th e c as c ade  m et hods   of  doub ly - fe d  in duct io n ma c hin e  for   gen e ra t or  syste m   ( Die p - Dun g N gu ye n )   115   The  a ngular  s pe ed of  the  ro t or circuit   of   DFI G1 and  DFIG 2 are:     2 2 2 . rs p =−   (2 )     1 1 2 . rs p =−   (3)   The  sta to r p ower  of   DFIG 1 an d DFIG 2  a re:     1 1 . . sg g p PP − =   (4)     2 2 . . sg g p PP − =   (5)     The rot or po w er  of   DFIG 1 an d DFIG 2  a re:     1 11 1 r rs s PP =−   (6)     2 22 2 r rs s PP =−   (7)     The   r otor  of  DF I G 1  a nd   D FI G 2  are   c onnected   int o  t he   lo op,  so   P r1 +P r2 = 0  or  P r1 = - P r2 .   T he   gen e rated  po w er  of  B DFIG   in to the g rid  is   P g :     12 g s s P P P =+   (8)     Fr om   ( 4 ) - ( 7),  we  ha ve   the   re la ti on sh i p  e qua ti on   bet ween  t he  powe r   sta to r  of  DFIG 1  an d  DFIG 2  are   as  f ollows :     1 12 2 s ss s PP =−   (9)     As  s how n  i n   ( 9)  al so   sho ws  t he  relat ion s hip  betwee n  t he  powe r  of  the   co ntr ol  ci rc uit   an d  the   po wer  transmitt ed  i nto   the  gr i d.   In   f act ,  there  is  al s o  a  po wer   l os s   in  the  sta to r  a nd   r oto r  of  D F IG1  a nd   DFIG 2,   the   energ y  fl ow d i agr a m is s how n  in  Fig ure  5  [ 17 ] ,  [ 18].         (a)     (b)     Figure  5. The  e nerg y  fl ow d ia gr a m in  BDF I G ; a)  supe r_ s ynch r onous, b )  s ub_sync hro no us       Accor ding  to   t he  e nerg y  diag ram,  D FIG 2  al way s   gen e rate s  act ive  powe r ,  D FIG 1  ge nerat es  act ive  powe r  in t he o ver   sync hrono us  m ode a nd a bs or bs   the  acti ve power   in t he  b el ow s ynch r onous m ode.  Wh e n we   connect  t he  r ot or   wire   by  re ver se   phase   m et hod,   t he  e ne rgy  f lo wed  th r ough  DFIG 1  s ta tor  in   the   op po sit e   directi on:  D FIG1   ab sorb s  ac ti ve  powe r  i n  the  ove r  s ync hro nous   mode   an d  ge ner at es   act ive  power  in  the   belo w  s ynch ronous m od e .   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   :   112   –   120   116   The  researc h  [ 23]  has  c ompa red   t he  qu al it y  of  the  ge ner at ed  el ect ric  between  BDF I G  and  D FIG.   The  res ults  s howe d  t hat  the   powe r  gen e rat or  syst em  us in g  B DF I G   has   higher   qual it y  than   a  s ys te m   us in g  DF I G.   H ow e ve r,   the  dr a w ba ck  of  the  B DFIG  s ys te m  is  t hat  it s  la rg e  si ze  and   great er   powe r  loss  c ompa re  with  DF I G.   To   overc om e  t his   li mit at ion ,  an oth e r   s olu ti on  to  casca de   D F IG s  is  pro pose d  that  is  th e  sol ution  with  a   po wer  c on t ro l  ci rcu it   l ocated   on   t he  r otor  sid e.  This  so luti on  has   re du ce d  siz e,  li tt le   powe r  l os s,   s imple  con t ro l s ys te m ,  etc.       3.   THE   DFI G  CASC A DE  WITH  THE   POWER   C O NTRO L  CI R CU IT  L OCA TE D  ON  TH E   STATO R - S ID E   3.1.    The stru cture   an d  opera tin g pri ncipl e   The  str uctu re  of   DFIG  ca sca de  with  t he  power   c ontrol  ci r cuit  locat ed  on  the  sta tor - side   is  sh ow n  i n  Figure  6.   T he  sy ste m  in cl ude s  two  DFIG 1  and   DFI G2   wi th  the  same   num ber   of  pole   pairs   p 1 =p 2 =p ,  the   processi ng   sig nal  sta ges   an d  the  c urre nt  c ontrol  ci rc uit.   T he   sta tor  of  D FIG1   is  co nnect e d  directl y  t o  th e  gr i d  so   the  a ngular   sp eed  of   t he  sta tor  ci rc uit  of   DFIG 1  ( 1 )  is  equ al   to  th e  angular  s pee d  of   gr i d  volt ag e:     1 = .   The  a ngular   s peed  of  the   r ot or   ci rc uit  of  DF I G 1   1 = 1 − . .  T his  an gu la r  s pee d  is  kep t   const ant  t hrough  the   sig nal   proces sin g  sta ge   an d  the   cu rr e nt   co ntr ol  ci rc ui t,  so  the   a ngul ar  s pee d  of  th e   r otor  ci rcu it  of  DFI G2 is   2 = 1 = ( 1 − . ) .    The  a ngular  s peed   of   the  st at or   ci rc uit  of   DFIG 2  is   2 = . + 2 = . + ( 1 − . = 1 = .   T her e f or e,   t he   an gula r   sp e e d  of  t he  sta to r   ci rcu it   of  D FIG2   ( 2 )   is  al ways  e qu al   to   the   angular  sp ee d  of  the   gr i d  vo lt age   ( ) ,  an d  is   in dep e nd e nt  t o  the   a ngular   s peed  of   r otor  ( ).   W it h  this  natu re   pro per ti es,  t he   sy ste m   has  t he   abili ty  to   f ol low  t he  gr i d  volt age  very   w el l  and  sust ai na bly .   I n  t he  s yst em   structu re,   D FIG1   does   not  ha ve  the   r ole  of  gen e rati ng  power  fe d  i nto   t he   gri d  but  onl y  creati ng  th e  si gn al s   in  the  r oto r  wh ic h  is  the   in pu t  of   t he  si gn al   proces sin g  sta ge .  The re fore,  D FI G 1  ca n  be  s el ect ed  as  a  s mall   siz e   and capacit y D FI G  to re du ce  the  powe r  los s, c os t a nd size o f  the  syst em.           Figure  6. The  s tructu re  of DFI G  casca de wit h t he powe r  c ontrol  ci rc uit l oca te d  on t he  sta to r - si de       3.2.    The co nt r ol sy stem   The det ai le d block dia gr a m  of the c on t ro l s yst em is sho wn in F i gure  7 [24 ] .   T he  s ys te m i nc lud es:   •   DF I G 1  is   a  s m al l  Dou bly - Fe d  Ind uction  G ener at or ,   it s  st at or   is   co nnect ed  directl y  to  t he  gr i d,  it s  r oto r   works in  the  hi gh r esi sta nce  mode.  The  role  of DFI G 1  is t o creat e the  simi la r  sig nal volt a ge  in  the  r otor.   •   The   simi la r  a n  isolat io n  sta ge   is  a   sig nal  a mp li ficat ion  ci rcu it   with   the   resist ance   in put  is  hi gh  in   order  for  the  roto r of DF IG1 w orks i n  t he hig h resi sta nce mo de.   •   The  i ntegral  stage   •   The  si gn al  a m plific at ion   sta ge s   K p , K q   a nd the inve rt stage   ( - 1).   •   The rotat io n  st age  of 90  de grees   •   The  c urre nt contr ol circuit  c r eat es   the c urre nt f e d  i nto  t he rot or   of  DF I G 2.   •   DF I G 2  is a  Do ub l y - Fed  I nduc ti on   Gen e rato r wit h  the  role  of g e ner at in g  t he  curre nt f e d  i nto  the  grid   The  ro t or - sh a f t  of   DFIG 1  a nd   DFI G2   a re   rigid l y  c onne ct ed  to gethe r  in  orde r  f or  the  a ngular   coor din at es  of  the roto r wire a nd stat or w i re  are e qu al .   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       Th e c as c ade  m et hods   of  doub ly - fe d  in duct io n ma c hin e  for   gen e ra t or  syste m   ( Die p - Dun g N gu ye n )   117       Figure   7.  The   c on t ro l s ys te m   with the  po wer co ntr ol circ uit l ocated  on the   sta tor - si de       3.3.    Contr olli ng   the  system   With   the  ca se  of   t he  sta tor   of  D FIG2  is  no t  connecte d  t o  the  gri d,  the  ph a se  an d  fr e quenc y  of   t he  sta tor  volt age   of   DF I G 2  are  al way s  e qu al   t o  the  ones  o f  gri d  volt age .  Th e  vo lt age  a mp l it ud e  of  D FIG 2  sta tor   dep e nds  on   t he   coeffic ie nt  ( K cl )  in  the  sim il ar  an  isolat io n  sta ge  [ 24].   Ther e f or e,   the   vo lt a ge  am plit ud e  of   DF I G 2  sta tor   can  be   a dju ste d  by  a djust ing  the   co ef fici en t  K cl .  Af te r   a dj us tme nt,  Ge ne rator  vo lt a ge  ha s  the  ph a se,  am plit ude  an d  fr e que ncy   e qual   to  the  ones  of   t he  gri d  volt ag e.  This  is  a  good  c onditi on al   fo r  connecti ng t he gene rato r  s ys te m to  t he gri d.   With   the   case   of  the   sta to r   of  DFIG 2  is  c onnecte d  to   the   gri d,  t he   act ive  powe r   an d  the  reacti ve   powe r of   DFI G2 ( P s2 ,  Q s2 )  a re  propo rtion al  to  the  am plific at ion  c oeffici ents  K P , K q  [ 24] respecti vel y:     2 2 . . sp sq P K X Q K Y = =   (10. a ,b)     w he re   X,   Y   is   const ant  value s  a nd  do  no t   de pend   on   the   r otor  s pee d,  but   only   on  t he  st ru ct ur e   of   D FIG1   a nd   DF I G 2.  T her e f or e ,  t he   act ive   po wer  a nd  re act ive  power  of  DFIG 2  ( P s2 ,  Q s2 )   tra ns mit te d  t o  the   gri d  c an  be   ind e pende ntly  con t ro ll ed  by a dju sti ng t he  c oe ff ic ie nts  K p ,  K q .   The  resea rch  [ 25 ] ,  [ 26]   has   a nalyze d  t he  m at hemati cal   m od el   of  t his  s yst em,  the n   poi nted   out  t he  adv a ntage s  of  app l ying  this   s ys te m  i n  the   ge ner at or   co nne ct ed  to  t he  gr i d.  T o  s how  mor e  detai l  the  op erati ng   pr i nciple  a nd  t he  c ha racteri sti cs  of  t he   sig na ls  at   al l  sta ge s,  we   wil l  bu il d  a nd  simulat e   the   s ys te m   m od el   on   M at la b  Sim ulink.  D FIG1  a nd  D FIG2  a re  Async hro nous   M ac hin e  in  t he   Sim - P ow e r - S ys te m   li br a r y  with  the  fo ll owin g para mete rs   in  Ta ble 2 :       Table  2.   T he  paramet ers  of  D FI G 1  a nd  DFI G2     P(VA )   U(V)   f( H Z)   Rs  ( Ω)   Ls ( H )   Rr(Ω)   Lr ( H)   Lm(H)   DFIG1   200   600   60   0 .01 9 8   6 .7e - 4   0 .01 8 9   6 .9e - 4   0 .03 3 9   DFIG2   1 0 0 0 0 0   600   60   0 .01 6 0   5 .8e - 4   0 .01 6 8   6 .7e - 4   0 .04 1 9       4.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION     4 . 1.     In the c as e  of  th e  gener ator  system is n ot c on nec ted  to  the  g ri d   The   pro cess   of   adj us ti ng  K cl   i s  s how n  i n  Fi gure   8.  The   volt age  of  A - ph a se  in   the   sta to r   of   D FIG2   ( u s2a )  has  t he  f reque ncy   a nd  ph a se  al wa ys   coincide s  with   the  ones  of  A - phase  volt age   ( u g )  of  the   gri d.   T he   amplit ude  of  u s2a   can  be  c on t ro ll ed  by  adj ust ing   the  c oeffic ie nt  K cl .  At  ti me  t  =  0. 7   s,  set ti ng   K cl   =  11. 4,  the n  the  vo lt a ge  u s2 a   is  e qual   to   t he   gri d  vo lt a ge  in  a mp li tu de,  ph a se,   an d  f re qu e nc y.  T his  i s  a   go od  c ondi ti on  to  connect t he   ge ner at or   sy ste m   to the g rid.       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   :   112   –   120   118         Figure  8 .  The   process  of a djust ing   K cl       Wh e n  c hangin g  the  r otor  s pe ed,   the  res pons e  of  the  s ys t em  is  sh ow n  in  Fig ur e  9 ( a ) .   The  res ults   sh ow   that  the   vo lt age   of   A - ph a se  in   the   s ta tor  of  the  ge ner at or  ( u s2a )  al way s   coi ncid es  with   the   A - ph a se  vo lt age   of  t he  gr i d  ( u g )   in   am plit ud e,   fr e que ncy  a nd  phase.   T her e fore,   th e   a bili ty  to   f ollo w  t he   gri d  vo lt age   of   the g e ne rato r DFIG 2   is  v e ry good  w hen the  rotor s peed ch ang e s.   Wh e n  t he  gri d  vo lt a ge  dr op s ,   the  res pons e   of   t he  s ys te m  i s  show n  i n  Fig ur e  9 ( b ) .   T he  r esults  sho w  that  the   volt ag e  of   A - phase   i n  t he  sta tor   of   the  gen e rato r   ( u s2a )  al ways  c oi ncides   with   th e  A - ph ase   vo lt age  of  the  gri d  ( u g )  in  am plit ud e ,  f reque ncy   a nd  ph a se.   T her e f ore,  the   abili ty  to  f ollow   t he  gr i d  volt age  of  the   gen e rato r   DFI G2    is  ve ry  good  wh e n  the   gri d  vo lt a ge  c ha ng e s.   The re for e,  in   t he  ca se  of  sta to r   D FIG2   is  not   connecte d  t o  t he  gri d,  afte r  adjustme nt  K cl ,  the   vo lt a ge  of  the   gen e rat or  s ys te m   al w ays   f ollows  t he   gri d  vo lt age   e ve n  wh e n  the   r otor   s peed  c hanges   or   the   gri d  volt age  c h an ges.  This  is   a   go od  co ndit ion  to   c onnec t   the g e ne rato r  s ys te m t o  the  gr id.         (a)     (b)     Figure   9. The  re spon se  of t he system:   ( a)  w he n  c hangin g  t he  rotor s peed ;  ( b) whe n  c hang ing  t he  gr i d vo l ta ge       4.2.    In the c as e  of  th e  gener ator  system is  c on n ected  to the  gr id   With   the  ca se  of   ge ner at or   s ys te m  is  c onne ct ed  to  the  gri d,   the   res pons e   of   t he  s ys te m  is  sh ow n  in   Figure  10.   T he   res ults  s how   that  it   is   pos sible  to   in de pe nd e ntly   co ntr ol  the   act ive   a nd  rea ct ive  po wer  of  DF I G 2  tra ns mi tt ed  to  the  gri d   by  adj us ti ng  t he  c oeffici ents   K p   and  K q .  T he   act ive  po wer  de pends  only  to  the  coeffic ie nt  K p .   The   reacti ve   powe r  dep e nds   only   to  t he  c oe ff ic ie nt  K q .   T her e fore,   co ntr olli ng  the  act i ve  a nd  reacti ve  powe r   of  DFIG 2  tran smit te d  to   the   gr i d  will   be   ve ry  sim ple  a nd  conve nient.   F r om  the   ab ove  r esults,  it  sh ows t hat th e D F IG casca de  sy ste m  w it h t he power  contr ol circ uit l ocated  on the  ro t or - side is  ve ry sui ta ble   for  a pp li cat io n i n  the  ge ner at or w it h variable   ro t or   sp ee d.     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       Th e c as c ade  m et hods   of  doub ly - fe d  in duct io n ma c hin e  for   gen e ra t or  syste m   ( Die p - Dun g N gu ye n )   119           Figure   10.  T he  r es pons e  of th e sy ste m  whe n  K p  a nd  Kq   c ha ng e       5.   CONCL US I O N   The   pa per  pr e sented   a nd  a na lyzed   the   gr i d - c onnecte d  ge ner at or  str uct ur es   us in g  D F IG  casca de  so luti ons,   the n  sh ow n  t he  ad va ntages   of  ap pl ying  DFIG   cas cade  so l ution s   in  gen e rato r  syst em,  es pecial l y  t he   casca de  s olu ti on  with the  po w er c on tr ol circ ui t l ocated in  th e r oto r .   The  s olu ti on  of  casca de  D FIG  with   the  power   c ontr ol  ci rcu it   at   the  ro t or   si de  has  th e  fo ll owin g  ou tst a nd i ng  a dvanta ges:  T he   abili ty  t o  f ollow  the   gr i d  volt age  is   very   go od,  e ve n  w hen  the   gr i d  volt age  changes   or  the   r oto r   s peed  c hanges;  T he   a ct ive  powe r  a nd   reacti ve  pow er  of   t he  ge nerat or   fed  int o  t he  gr i d  are  i nd e pe nd e nt ly  co ntr olled   thr ough  c oe ff ic ie nts  K P  a nd  Kq ;   Th e  sim pl e  syst em  c ontr ol  s ys te m   str uc ture.   In  the  f ut ur e,   the   aut hors   will   s tudy  more  i n - dep t h  t he  s olu t ion  with   the   powe r  c ontr ol  c ircuit   loca te d  on  the   ro t or - side a nd  app l y  this  syst em in t he real   gen e rato r  s ys te ms.       REFERE NCE S   [1]   Rana ,   M.  M. ,   Li ,   L . ,   &  Su,   S.  W. ,   “ Contro ll ing  the  ren ewa ble  microgrid   using  sem id efi n it e   progra m mi n g  te chn ique , ”   In te r nati onal Journal   of El e ct ri cal   Po wer  &  Ene rgy   S yste ms ,  vol .   84 ,   pp.   225 - 231 ,   20 17 .   [2]   Rana ,   M.  M . ,   Li,   L.,  &  Su,   S.  W. ,   “ Distr ibuted  dy nam i c  sta te  estimat ion   over   a   lo ss y  com municati on  net work  wi t h  an  appl i cation   to   smar t   grids, ”   20 16  IE EE  55th   C onfe renc e   on  D e ci sion   and  Con trol  (CDC) ,   La s   Vega s,   NV ,   2016,   pp.   6657 - 6662 .     [3]   Xia,  K.,  Zh ang,  Z . ,   W ang,  N.,  &  Zh ang,  P. ,   “ Opera ti on   con tr ol  and   simu la t io n  rese arc h   of  th e  v ari ab le - spe ed  consta nt - fr eque n cy  sys tem   of   th e   ship   shaft   g ene r at or,”   2016   IE E E  Re gion   10   Co nfe renc e   (TENC ON) ,   Sing apor e,  2016,   pp .   301 - 3 04.     [4]   Gao,   J.  M. ,   W an ,   S.  M. ,   &  Li u,   L.   L . ,   “ Th e  res e arc h  of  ma rin e  s haf t  gen erator  sys te m  base d   on  brushless  doubly - fed   machine,”   2 014  17th   In te rna ti onal   Conf ere nc e  on   Elec tri cal  Mac hine s   and  S yste ms   (ICEM S),   Hangz hou,   201 4,   pp.   151 - 155 .   [5]   Sankar aiah,   M. ,   Reddy ,   S.  S. ,   &  Kumar ,   M.   V.,   “ GWO  Base d  Optim al   R eac ti ve  Pow er  Coo rdina ti on  o f  DF IG,   ULTC  and  C ap ac i tors, ”   Indon e sian  Journal  of  El e ct rica l  Engi n ee ring  and  Com pute r  Scienc e ,  v ol.   11 ,   no.   3 ,   pp .   805 - 813 ,   2018 .   [6]   Mahie ddin e,  H. ,   Z aro ur,  L . ,   Lamri,  L . ,   &  Lok ma ne ,   N.   A. ,   “ Deve lopi ng   a   gr id - connect ed   DF IG  strategy   for   t he  int egr at ion  of  w ind  power  w it h   har monic  cur r e nt  mi t iga t ion,”   I nte rnational   Jo urnal  of  Elec tri cal   &  Co mput e r   Engi ne ering   (I J ECE ) ,   vol .   9 ,  no .   5,   pp.   3905 - 391 5,   2019 .   [7]   Jos e,   J.   T . ,   &   C hat top adhya y,   A .   B . ,   “ Modeli ng   of  th e   ma gn et i zing  pheno me n a  o f  doubly   f ed   ind uct ion   gen erator   using  neur o - fu z zy  a lgo ri thm   c onsideri ng  non - li ne ari ty , ”   Int ernati onal   Journ al  of   E le c tric a l  &   Co mputer   Engi ne ering   (I J ECE ) ,   vol .   9 ,   no .   1,   no.   23 - 33,   20 19 .    [8]   Jema n,   A .   A.  B. ,   Hannoon,   N.  M . ,   &   Misrin,   I . ,   “ Smal l  Signa l  Fa ult   Analysis  for  Rene wabl e  En er gy  (W ind)  Pow e r   Sys te m  Distribu te d  Gen erati on   by  U sing  MA TL AB  Software   (Simul ink) , ”   In donesian  Journ al  of   E le c tric al   Engi ne ering  and   C omputer  Sc ie n ce ,  vol .   5 ,   no .   3 ,  pp.   401 - 408 ,   20 17 .   [9]   Bouderba l a,  M. ,   Boss oufi,   B. ,   L a grioui ,   A. ,   Ta ous si,  M. ,   Arous si,  H.  A. ,   &   Ihe dr an e,  Y. ,   “ Dire ct  an d  indirec t   vector   cont rol   of  a  dou bly  fed   indu ct io n  gene r at or   base d  in  a  wind   en er gy  conve rsion   sys te m,”   In te rnat ional   Journal  of   El e ct rica l  and   C omputer  Engi n e ering  (IJ ECE ) ,  v ol.   9 ,   no .   3 ,  pp .   1 531 - 1540 ,   2018 .   [10]   Phan ,   D.   C. ,   &   Tri nh ,   T.  H. ,   “ Maxim u m   powe r  extrac ti on   met hod  for  a   doubl y - fed   i nduction  gene ra tor  wind   turbi ne , ”   Inte rna ti onal Journal  o f   Elec tri cal and Com pute r E ngin ee ring   (I JE C E) ,  vol.   8 ,   no .   2 ,  pp .   711 - 722 ,   2018 .   [11]   Bodson,  M. ,   “ S pee d  Contro l  fo r  Doubly  Fed  Induc ti on  Motor s  wi th  and  Wit hou t  Curre nt  F ee dba ck,”   IEEE  Tr ansacti ons on Control Sy st ems Tec hnology , v o l. 28, no. 3, pp. 89 8 - 907,   2020 .   [12]   Soufi,   Y.,  Bahi,  T. ,   L ekh chi n e,   S . ,   &  Dib,   D.,  “ P erf orma n ce   anal ysis  of  DF IM  fed   by  matrix  con ver te r   and  mul t i  le ve l  inv erter, ”   Ene rgy  convers ion  and  manage ment ,  vo l.  72,   pp .   187 - 193 ,   2013 .   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   :   112   –   120   120   [13]   Quang,  N.   P.,  Ditt ric h ,   A. ,   &   La n,   P.   N . ,   “ D oubly - fed   indu c ti on   machin e   as   gen erator   in   w ind  power   p la n t :   nonli ne ar  cont r ol  al gori thm s  with  direct   d ec ou pli ng, ”   2005  E uropean  Confe renc e  on  Powe r   El e ct ro nic s  an d   Appl ic a ti ons ,   Dresden,   2005 ,   pp.   1 - 10.   [14]   Bhowmik,   S. ,   Spee,   R . ,   &   En slin,   J.   H. ,   “ Pe rform ance  op timizati on   for  do ubly  fe d   wind  power  gen era t io n   sys te ms,”   I EEE  Tr ansacti ons on Indus try  Applica ti ons ,  vo l. 35, no .   4 ,  pp .   949 - 958 ,   1999 .   [15]   Mahrous ,   A. ,   Metwa ly ,   M.   K.,  &  El ka la shy,   N. ,   “ Perfor ma n ce  i nvesti gation   of   mul ti - le v el  inv er te r   for   DF IG  dur i ng  grid  au torecl osu re  op era t ion,”   In te rnational   Jour nal  of   Pow er  E l ec troni cs  and  D rive   S yste ms   (I J PE DS) ,  vol.  10 ,     no.   1 ,   pp .   454 - 4 62 ,   2019 .   [16]   F  Maha l akshm i ,   R. ,   Viknesh,  J. ,   Vignesh,   M .   R. ,   &  Tha mp at ty ,   K .   S. ,   “ Fuz zy   Log ic  base d   Rotor   S ide  Converter   fo r  consta nt  power   cont rol  of  gr id  conne c te d  DF IG,”   2016  IE EE  Inte rnationa l  Confe renc e  on  Powe r  Elec troni cs,   Dr iv es  and  Ene r gy  Syst ems (P E DES) ,   T riva ndru m,   2016 ,   pp .   1 - 6.   [17]   Ti r,   Z.,  Rajea i,   H.,   &  Abdess emed,   R. ,   “ An al ysis a nd  vector  con tr ol  of  a  c asc ad ed doubly  fed   indu c ti on  gen era tor   in   wind  ene rgy   app li c at ions, ”   Re vu e   des  En ergie s  Renouve lab le s SM EE ’ ,   vol .   10 ,   pp .   347 - 358 ,   2010 .   [18]   Pati n,   N. ,   Monmasson,   E.,   &   Loui s,   J.   P. ,   “ M odel ing   and  con trol  of   a   ca sca d ed  doub ly   fed   i nduct ion   g ene ra tor   dedi c at ed   to   isol at ed   grids, ”   I EEE  Tr ansacti ons  o n  industrial   ele ct ronics ,   vol .   56 ,   no.   10 ,  pp.   4207 - 4219 ,   2009 .   [19]   Gow ai d,   I .   A. ,   Abdel - Khali k ,   A.  S.,  Mass oud,   A.  M. ,   &   Ahm ed,   S. ,   “ Rid e - thr ough  ca p abi l it y  of  grid - conn ecte d   brushless  ca sc a de  DF IG  wind  turbi nes  in  f aul t y  grid   conditio ns - a  com p arati v e  study ,”   IEEE   Tr ansact ions  o n  Sustainabl e   Ener gy ,   vol .   4 ,   no .   4 ,  pp .   1002 - 1015 ,   2013 .   [20]   McMahon,   R .   A . ,   Robert s ,   P.   C. ,   Wa ng ,   X.,  &   T a vner ,   P.  J. ,   “ Perf orma nc e   of   BDF M  as  gen erator  a nd  mot or , ”   IE E  Proce ed ings - El e ct ric   Powe r   App li cations ,  vo l.  15 3 ,   no .   2 ,  pp .   289 - 299 ,   2006 .   [21]   Adamowic z ,   M. ,   &   Strz el e cki,  R. ,   “ Casc ade d   d oubly  fed   indu c ti on  g ene r at or  f or  mi n i  and  m i cro   power   pla n t s   conne c te d   to   gr i d, ”   2008   13th   I nte rnational   Po wer  E le c tronic s   and   Mot ion  Co ntrol  Conf ere nc e ,   Poznan ,   2008 ,     pp.   1729 - 1733 .     [22]   Cam oc ard i,  P.,  Bat taiott o ,   P. ,   &   Mantz,  R. ,   “ Aut onomous  BDF IG - wind  gene ra to r  with  torqu e  an d  pit ch   control  f or   ma xim u m   eff ic i enc y   in   a   wa te r   pump ing   sys tem, ”   In te rnation al  journal  o f   h ydroge n  ene rgy ,  vol .   35,   no .   1 1 ,    pp.   5778 - 5785 ,   2010 .   [23]   A.  Gow ai d;   Ay ma n   S.  Abd el - K hal ik;   Ahm ed  M.  Mass oud;  S heha b   Ahmed ,   “ Ride - Through   C apa bi li ty   of   Gri d - Connec t edBrushle ss   Casc ade  D FIG   Wi nd   Tur b ine s  in  Fau lt y   Grid   Condit io ns - A  Compa ra tive  Study , ”   IE E E  Tr ansacti ons on Sus tai nable E ne rgy ,   vol .   4 ,   no .   4 ,   pp .   1002 - 1015 ,   2013.     [24]   Trong,   T. N. ,   Tie n,   B .   N. ,   &   Th a nh,   H.  N . ,   “ A no vel   m et hod   for  e xci t at ion   cont ro l   of  DF IG c onnecte d  to   th e  grid   o n  the   b asi s of  si mi l ar  signa ls f rom   r otor, ”   App li ed   M ec hani cs  and  M ate rials ,  vol .   33 6 - 338 ,  pp .   1153 - 1160,   2013 .   [25]   Trong,  T.  N. ,   Tien,   B.   N.,   &   Th a nh,   H.   N. ,   “ Excit at ion   control  sys te m   of  DF IG  co nnec t ed  to  th e   gr id  on   the  basi s   o f   simi la r  sign al s  f rom  rotor,”   2 01 3  IEE E  In te rnat ional   Confe r ence  on  Me cha tronic s  and  Aut omat ion ,   T aka m at su,   2013,   pp .   738 - 7 42.   [26]   Nguyen,   T.  T . ,   “ A   rotor - sync   signal - base d   c ontrol   sys t em  o f  a   doubly - f ed   induc ti on   g ene r at or   in   the  sha ft   gene r a ti on  o f  a   s hip, ”   Proc esses ,   vol.   7 ,   no .   4 ,  p .   18 8 ,   2019 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.