I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o w er   E ng ineering   ( I J AP E )   Vo l.   3 ,   No .   3 Dec em b er   201 4 ,   p p .   1 5 7 ~ 1 6 5   I SS N:  2252 - 8792          157       J o ur na 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 J APE   I m pro v ing  Lig ht - Lo a d Eff iciency   b y  Eli m ina ti ng  Int eractio Effec in  the  G ri d  Connect ed Doubl y - Fed  Ind uction  G enera tor       Sey ed  E s m a ee l M irho s s ein i N iri * Abdo lho s s a i n T a ha ni * M o ha mm a Ya zda ni - Asr a m i * * ,   S.  Asg ha G ho la m ia n* *   D e p a rt m e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   In stit u te o f   Hig h e Ed u c a t io n   o f   Ha d a f ,   S a ri,   Ira n   * *   De p a rt m e n o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   Ba b o U n iv e rsit y   o f   T e c h n o lo g y   (BU T ),   Ba b o l,   Ira n       Art icle  I nfo     AB ST R AC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   O k t   2 ,   2 0 1 4   R ev i s ed   No v   1 0 ,   2 0 1 4   A cc ep ted   No v   2 3 ,   2 0 1 4       A   w in d   tu rb i n e   e q u ip p e d   w it h   d o u b ly - fe d   in d u c ti o n   g e n e ra to (DF IG is  u se d   in   w in d   p o w e p lan in d u stry .   T h is  p a p e stu d ies   th e   m a x i m u m   p o w e r   e x trac ti o n   o f   DFIG   v ia  e v a lu a ti o n   o f   sta te - sp a c e   e q u a ti o n in   c lo se d   l o o p   c o n tro c o n d it io n   f o im p ro v in g   l ig h t - lo a d   e ff icie n c y .   T h e   DFI G   s tate - sp a c e   e q u a ti o n h a v e   b e e n   c o n sid e re d   in   th e   f o rm   o f   a   m u lt i - in p u t -   m u lt o u tp u t   (M IM O)  sy ste m .   A lso ,   th e   trac in g   tab le  h a b e e n   u se d   t o   d e term in e   th e   sp e e d   w h ich   th e   g e n e r a ted   p o w e w il b e   p ro p o rti o n a to   t h e   m a x i m u m   lo a d .   T h e   trac in g   tab le i n p u is  th e   g e n e ra to sp e e d ,   a n d   i ts  o u tp u is  th e   o p ti m u m   a c ti v e   p o w e th a h a b e e n   c o n si d e re d   a th e   re fe re n c e   p o we o f   th e   a c ti v e   p o w e r   c o n tro sy ste m   o f   th e   c o n v e rto r.   A   c o n tro ll e is   p re se n ted   f o th e   t ra c in g   tab le  a n d   th e   e x trac ted   p o we is   a b le  t o   f o ll o w   th e   r e f e re n c e   p o w e r   w it h   m in i m u m   rip p le.  T h e n ,   th e   re su lt a re   c o m p a re d   w it h   th e   sin g le - in p u a n d   sin g le - o u tp u t   (S IS O)  c a se ,   f o th e   v a lu e u p   t o   0 . 2   ti m e o f   th e   ra ted   lo a d .   T h e re f o re ,   in   M IM m o d e li n g ,   in   th e   c a se   th a th e   DFIG   c o n n e c ted   t o   t h e   g rid ,   b y   e li m in a ti n g   th e   in tera c ti o n   e ffe c t,   th e   e ff icie n c y   in   li g h t - lo a d   c a n   b e   in c re a se d .   K ey w o r d :   DFI   E f f icien c y   i m p r o v e m e n   L i g h t - lo ad   Mu lti  i n p u t - m u lti o u tp u t s y s te m   Co p y rig h ©   2 0 1 4   In stit 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 :   Se y ed   E s m ae el  Mir h o s s ei n i N ir i,    Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   I n s tit u te  o f   H ig h er   E d u ca tio n   o f   Had af ,   Sar i,   I r an ,   Far ah ab ad   Sea  R o ad ,   Sar i,  I r a n .   E m ail: e s m ae el. m ir h o s ei n i@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   R ec en t l y ,   t h d o u b l y - f ed   v ar i ab le  s p ee d   w i n d   tu r b in e s   h a v attr ac ted   m u c h   i n ter est.  T h e   ab ilit y   o f   v ar iab le  s p ee d ,   allo w s   th e   tu r b in to   w o r k   a it s   m ax i m u m   ef f icien c y   in   th e   w id er   r an g o f   w i n d   s p ee d .   O n   th co n tr ar y ,   i n   s in g le  s p ee d   t u r b in es,  t h w i n d   f l u ct u atio n   is   ab s o r b ed   b y   ch a n g in g   t h r o to r   r o tatio n   s p ee d   an d   d o   n o t tr an s m it to   th n et w o r k .   [ 1 ,   2 ] .     T h g en er ato r s   u s ed   i n   th e s t u r b in es  ar u s u all y   a s y n c h r o n o u s ,   w h ich   ar co n n ec ted   to   t h n e t w o r k   b y   p o w er   elec tr o n ic  cir c u it s .   T h ese  p o w er   elec tr o n ic  cir cu i ts   ar b ac k   to   b ac k   co n v er to r ,   c y clo co n v er to r ,   o r   m atr i x   co n v er ter   [ 3 ] .       T h v ar iab le  s p ee d   w i n d   t u r b in es e q u ip p ed   w it h   DFI G,   h a s   attr ac ted   m u ch   i n ter est,  b y   h a v in g   lo ts   o f   ad v an ta g es s u c h   as:     T h p o s s ib ilit y   o f   m ec h an ical  s p ee d   co n tr o an d   m ax i m u m   p o w er   ex tr ac tio n   f r o m   w i n d   tu r b in e,   as a   r esu lt o f   co n s ta n n et w o r k   f r eq u en c y   an d   r o to r   f r eq u en c y   r eg u latio n .     T h d eg r ad atio n   o f   m ec h a n ica l a p p ar atu s   w i ll b d ec r ea s ed .     T h r ated   p o w er   o f   p o w er   ele ctr o n ic  co n v er to r   u s ed   in   D FIG   is   2 5 m o r th a n   t h o n u s e d   in   s y n ch r o n o u s   g en er ato r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  3 ,   No .   3 Dece m b er   201 4   :   1 5 7     1 6 5   158   A ct u all y ,   DFI i s   t h s a m a s   in d u ctio n   g en er ato r   w it h   wo u n d   r o to r   w h ich   it s   s ta to r   is   co n n ec ted   d ir ec tl y   to   th n et w o r k ,   an d   it s   r o to r   is   co n n ec ted   to   th n et w o r k   v ia  b ac k   to   b ac k   p o w er   elec tr o n ic  co n v er to r ,   as it c an   b s ee n   i n   Fi g u r e   1   [ 4 ] .         Fig u r 1 .   T o tal  s tr u ctu r o f   D FIG   co n n ec tio n   to   th n et w o r k     T h d iag r am   in   Fig .   1   s h o w s   th at  th n etw o r k   s id co n v er to r   w o r k s   w ith   n etw o r k   f r eq u en cy .   T h aim   o f   co n tr o llin g   th is   co n v er to r   is   to   k ee p   co n s tan o f   th m id d le  co n n ec tio n   DC   v o ltag e.   Fo r   th is   p u r p o s e,   it  s h o u ld   b o p er ated   in d ep en d en o f   th p o w er   d ir ec t io n   an d   m ag n itu d e,   p ass in g   th r o u g h   th b id ir ec tio n al  co n v er to r .   T h v ec to r   co n tr o is   p er f o r m ed   in   th s am d ir ec tio n   w ith   th s tato r   v o ltag e,   co n s id er in g   th r ef er en ce   f r am e.   A ls o ,   in   th r o to r   s id co n v er to r ,   th f r eq u en cy   ch an g es  w ith   v ar iatio n   o f   th t u r b in s p ee d .     T h aim   o f   co n tr o llin g   th r o to r   s id co n v er to r   is   co n tr o llin g   th elec tr ic  to r q u an d   th r o to r   ex citatio n   cu r r en t.  I n   th is   co n v er to r ,   th v ec to r   co n tr o is   p er f o r m ed   in   th s am d ir ec tio n   w ith   th s tato r   f lu x   v ec to r ,   co n s id er in g   th r ef er e n ce   f r am [ 5 ] .     Up   to   n o w ,   d if f er en m eth o d s   h av b ee n   p r o p o s ed   f o r   w in d   tu r b in co n tr o llin g .   I n   R ef .   [ 6 ] ,   th co n s tan p o w er   m eth o d   alo n g   w ith   th en er g y   s to r ag s y s tem   h as  b ee n   u s ed   f o r   w in d   tu r b in co n tr o llin g .   I n   th is   s y s tem ,   ea ch   w in d   tu r b in is   eq u ip p ed   w ith   an   en er g y   s to r ag s y s tem   w h ich   is   co n tr o llin g   b y   w in d   tu r b in in itial  co n tr o ller   th at  is   co n n ec ted   w ith   w in d   f ar m   s ec o n d ar y   co n tr o ller .   I n   R ef .   [ 7 ] ,   co n tr o s y s tem   h as  b ee n   p r o p o s ed ,   u s in g   f ly w h ee an d   f u zz y   lo g ic  co n tr o ller   to   r ed u ce   o s ci llatio n s   o f   o u tp u p o w er   o f   d o u b ly - f ed   w in d   tu r b in an d   also   r eg u latin g   th tu r b in o u tp u v o ltag e.               I n   R ef .   [ 8 ]   an d   [ 9 ] ,   u s in g   v ec to r   co n tr o m eth o d s   alo n g   th s tato r   f lu x ,   th o u tp u ac tiv an d   r ea ctiv p o w er   ar co n tr o lled   b y   P I   co n tr o ller   in   SISO  m o d e,   s u ch   th at  th v o ltag m ag n itu d o f   d   an d   q   ax es  ar co n s id er ed   as  s y s tem   in p u r ef er en ce   v o ltag e.   A cc o r d in g   to   th tab le  o f   r eg u lated   p o w er   f o r   ex tr ac tin g   w in d   m ax im u m   p o w er   in   d if f er en s p ee d s ,   th m ax im u m   p o w er   in   ea ch   m o m en is   tr ac ed .   T h is   m eth o d   h as  r elativ ely   lo w   r esis tan ce ,   co n s id er in g   th r elativ ely   w id v ar iatio n s   in   in ter n al  ch ar ac ter is tics   o f   g en er ato r ,   s u ch   as  v ar iatio n s   in   r esis tan ce   v alu an d   r o to r   an d   s tato r   in d u ctan ce .     I n   R ef .   [ 1 0 ] ,   m eth o d   h as  b ee n   p r o p o s ed   to   m ain tain   h ig h   ef f icien cy   in   p o w er   co n v er to r ,   o v er   th w h o le  r an g o f   lo ad s   an d   in   cir cu its .   T h p r o p o s ed   m eth o d   b asically   in cr ea s es  th co n v er to r   ef f icien cy   in   lig h t - lo ad .   T h is   ca n   b p o s s ib le  b y   m in im izin g   th s w itch in g   lo s s ,   s em ico n d u cto r   s w itch es  lo s s   an d   also   th m ag n etic  c o m p o n en o f   co r lo s s .     T h is   lo s s   is   m in im ized   b y   co n tr o llin g   th tu r n in g   o n   an d   tu r n in g   o f f   in   p o w er   co n v er to r s ,   s u ch   th at  if   th co n v er to r   is   o n ,   it  w o r k s   at  m ax im u m   lev el  o f   ef f icien cy .   I n   R ef .   [ 1 1 ] ,   m eth o d   h as  b ee n   p r o p o s ed   f o r   ef f icien cy   im p r o v em en t   o f   lig h t - lo ad   in   s y n ch r o n o u s   b u ck   co n v er to r   b y   lo s s   r ed u ctio n   in   g ate  tr ig g er .   A ls o ,   n o v el  tech n iq u f o r   g ate  tr ig g in g   h as  b ee n   p r o p o s ed ,   s u ch   th at  th g ate  v o ltag is   o s cillatin g   d y n am ically ,   alo n g   w ith   th lo ad   cu r r en t,  in   w ay   th at  th g ate  tr ig g er   lo s s   is   ex ch an g ed   f o r   co n d u ctio n   lo s s .   T h co n d u ctio n   lo s s   is   p r o p o r tio n al  w ith   s q u ar cu r r en t.  T h ex is ten ce   o f   an   o p tim u m   g ate  o s cillato r   s h o w s   th at  in   lig h t - lo ad s ,   th m ag n itu d o f   lo s s   is   s m aller .     I n   R ef .   [ 1 2 ]   an d   [ 1 3 ] ,   u s in g   to r q u co n tr o m eth o d ,   th s tato r   ac tiv an d   r ea ctiv p o w er   m ag n itu d ar ca lcu lated   an d   th en ,   b ased   o n   th h y s ter esis   r eg u lato r s ,   th s tato r   v o ltag v ec to r s   ar co n tr o lled .   T h b asic  p r o b lem   o f   th is   m eth o d   is   th v ar iatio n   o f   th s w itch in g   f r eq u en cy   o f   th r o to r   s id p o w er   co n v er to r ,   w h ich   ch an g es  w ith   th o u tp u ac tiv an d   r ea ctiv p o w er   v ar iatio n s .   T h er ef o r e,   th p o w er   co n v er to r   an d   h ar m o n ic  f ilter s   co n s tr u ctio n   w ill  b ec o m co m p licated   an d   ex p en s iv e.   I n d ee d ,   th v ec to r   co n tr o is   co n tr o llin g   th f lu x   m ak er   an d   to r q u m ak er   co m p o n en ts   o f   s tato r   cu r r en in   an   ar b itra r y   r ef er en ce   f r am e.   T h ese  co m p o n en ts   ar co n tr o lled   in   an   ar b itra r y   f r am w ith   m ag n itu d e,   p h ase  an d   f r eq u en cy   r eg u latio n   o f   s u p p ly   v o ltag e.   Sin ce   th f lu x   v ar iatio n   w ith   cu r r en co n tr o is   v er y   s lo w ,   th f lu x   m ak er   co m p o n en o f   cu r r en s h o u ld   b k ep co n s tan f o r   h av in g   f ast  s p ee d   an d   f ast  to r q u r esp o n s e.   On   th o th er   h an d ,   it  is   n ec ess ar y   to   co n tr o th f lu x   in   o r d er   to   av o id   m ag n etic  s atu r atio n   an d   also   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       I mp r o vin g   Lig h t - Lo a d   E fficien cy   b E limin a tin g   I n tera ctio n   E ffect  in     ( S ey ed   E s ma ee l Mir h o s s ein i Ni r i )   159   f lu x   m itig atio n   in   o r d er   to   r ed u cin g   th co r lo s s   in   lig h t - lo ad .   T h r o to r   f lu x   o r ien tatio n   m eth o d   is   s en s itiv w ith   r esp ec to   th m o to r   p ar am eter s   an d   h as  co m p licated   d ec o u p le  cir cu it,  b u th s tato r   f lu x   o r ien tatio n   m eth o d   h as  less   s en s itiv ity   w ith   r esp ec to   m o to r   p ar am eter s   [ 1 4 ] .   T h er ef o r e,   th s tato r   f lu x   o r ien tatio n   m eth o d   h as  b ee n   u s ed .   T h er ar p r o ce s s es  th at  h a v e   lo ts   o f   co n tr o v ar iab les  an d   m an y   m ea s u r ed   v ar iab les.  Su ch   s y s te m s   ar ca lled   m u lti - i n p u m u lti - o u tp u ( MI MO )   s y s te m s .   B ec a u s o f   t h i n ter ac tio n   b et w ee n   th s ig n al s ,   it  m a y   b v er y   d i f f icu l to   c o n tr o s u ch   s y s te m s   b y   co m b i n atio n   o f   s i m p le  co n tr o ller s .   A   s i m p le  w a y   to   co n tr o l   s u c h   s y s te m s   is   to   u s t w o   s i n g le - lo o p   co n tr o ller s ,   ea ch   f o r   o n lo o p .   T o   d o   th is ,   it  h as   to   b d ec id ed   h o w   to   co n n ec t t h ese  co n tr o ller s   in   t h f ir s t p lace .   Fi g u r e   2   s h o w s   p r o ce d u r w it h   t w o - i n p u t a n d   t w o - o u tp u t [ 1 5 ] .         Fig u r 2 .   B lo ck   d iag r a m   o f   s y s te m   w it h   t w o - in p u t a n d   t w o - o u tp u t     I n   t h is   p ap er ,   ex tr ac tio n   o f   m a x i m u m   p o w er   o f   D FIG   v ia  e v alu ati n g   t h s tate - s p ac eq u a ti o n s   i n   th e   ca s o f   clo s e d - lo o p   co n tr o l,  f o r   th e   p u r p o s o f   l ig h t - l o ad   ef f icie n c y   i m p r o v e m e n t   h as  b ee n   s tu d ied .   C o n s id er in g   t h s tate - s p ac e q u atio n s   o f   D FIG   as  MI MO   s y s te m ,   an d   p r o p o s in g   th d e ce n tr alize d   co n tr o m et h o d   f o r   it,  th e   o b tain i n g   r esu lt s   co m p ar ed   w i th   th e   SISO   s y s te m   r es u lt s   p er   t h v al u es  u p   to   0 . 2   ti m es  o f   th r ated   lo ad .   T h er ef o r e,   in   t h MI MO   m o d elin g ,   t h lig h t - lo ad   ef f icie n c y   o f   DFI G,   w h en   it   is   co n n ec ted   to   n et w o r k ,   ca n   b i n cr ea s ed   b y   eli m i n ati n g   th i n ter f er en ce   e f f ec t a n d   w it h   t h h elp   o f   t h p r o p er   c o n tr o l ler .       2.   T H E   W I ND  T URB I N E   M O DE L   E Q UIPP E WI T H   T H E   DF I G         T h w in d   t u r b in is   s et  o f   co m p licated   eq u ip m e n t ' s   wh ich   co m p r is es  lo t s   o f   co n tr o ller s .   Fo r   r e m o v i n g   t h is   co m p le x it y ,   t h e   w in d   tu r b i n es   ca n   b co n s id e r ed   as  co m b i n atio n   o f   s u b - s y s te m s ,   w h ich   ca n   b m o d eled   alo n e.   T h s u b - s y s te m   s ep ar ated   m o d els ca n   b t u r n ed   in to   f u ll  w i n d   tu r b i n af t er   co m b i n atio n .     2 . 1 .     T he  Aer o dy na m ic  M o del o f   t he  Wind   T urbi ne      T h w i n d   tu r b i n is   a   s y s te m   t h at  ab s o r b s   t h w i n d   en er g y   u s i n g   s o m v an e s ,   an d   tu r n s   it  to   m ec h a n ical  e n er g y .   T h s w ep t   en er g y   b y   th r o to r   is   o b tain e d   as:       3 , 2 w p R P C A v                                                  ( 1 )   W h er w P   is   t h ex tr ac tab le  p o w er   o f   w in d ,   is   th m a s s   d en s it y   o f   w i n d ,   v is   t h w i n d   s p ee d ,   R A   is   th s u r f ac ar ea   s w ep b y   b lad es  o f   tu r b in e,   p C   is   th p er f o r m a n ce   f ac to r   o f   th tu r b i n w h ich   is   o b tain ed   v ia  eq u atio n   ( 2 ) .       21 3 116 , 0 . 5 1 7 6 0 . 4 5 0 . 0 0 6 8 1 1 0 . 0 3 5 0 . 0 8 1 i p i i Ce                                              ( 2 )     W h er   is   r atio   o f   b lad tip   s p ee d   to   w i n d   s p ee d ,     is   th b lad p itch   an g le.   Fi g .   3   s h o ws  th e   d iag r a m   o f   t h p er f o r m a n ce   f a cto r   o f   th tu r b in i n   th ter m s   o f   b lad t ip   r o tatio n   to   w i n d   s p ee d   p er   d if f er en t   v alu e s   o f     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  3 ,   No .   3 Dece m b er   201 4   :   1 5 7     1 6 5   160     Fig u r 3 .   T h tu r b in p er f o r m an ce   f ac to r   in   ter m s   o f         A l s o   Fi g u r 4 .   S h o w s   th e   p er f o r m a n ce   f ac to r   o f   t u r b in i n   ter m s   o f   b lad p itc h   a n g le  p e r   d if f er en t   v alu e s   o f .       Fig u r 4 .   T h tu r b in p er f o r m an ce   f ac to r   in   ter m s   o f         T h r ated   s p ee d   f o r   t h u s ed   t u r b in is   13 m s   .   T h is   m ea n s   t h at   wh en   t h w i n d   s p ee d   is   eq u al  to   th e   r ated   s p ee d ,   th r ated   r ea l   p o w er   is 2 MW .   T h m in i m u m   w in d   s p ee d   to   ex tr ac th p o w er   is   co n s id er ed   as  3 m s   .   T h m a x i m u m   to ler ab le  s p ee d   f o r   tu r b in w it h o u b ein g   d am a g ed   is   20 m s   .   T h er ef o r e,   if   th e   w i n d   s p ee d   is   m o r th a n   20 m s ,   th tu r b in w ill b s h u t d o w n   w it h   b r ak in g   p er f o r m an ce .       T ab le   1 .   T h p er f o r m an ce   o f   t h o u tp u t a ct iv p o w er   o f   tu r b in f o r   d if f er en w in d   s p ee d     S p e e d   R a n g e   O u t p u t   a c t i v e   p o w e r   o f   t u r b i n e   L e ss t h a n   3 m s   Z e r o   o u t p u t   p o w e r   B e t w e e n   8 m s   a n d   20 m s      M a x i m u m   p o w e r   Ex t r a c t a b l e   f r o m w i n d   M o r e   t h a n   20 m s   Z e r o   o u t p u t   p o w e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       I mp r o vin g   Lig h t - Lo a d   E fficien cy   b E limin a tin g   I n tera ctio n   E ffect  in     ( S ey ed   E s ma ee l Mir h o s s ein i Ni r i )   161   T h u s ,   th d iag r a m   o f   ac ti v p o w er   i n   ter m s   o f   w i n d   s p ee d   is   s h o w   i n   Fi g u r e   5.     Fig u r 5 .   Diag r a m   o f   ac tiv p o w er   in   ter m s   o f   w in d   s p ee d       2 . 2 .     T he  DF I G   M o del   T o   m o d el  th e   DFI G,   th e   d y n a m ic  m o d el  o f   f i f th - o r d er   h as   b ee n   u s ed .   T o   s h o w   t h e   elec tr ic al  r elatio n   o f   DFI i n   r ef er en ce   f r a m s y s te m ,   w h ic h   r o tates  w it h   s y n c h r o n o u s   s p ee d   alo n g   t h s tato r   f l u x   d   an d   q   ax e s ,   u s i n g   P ar k   co n v er s io n ,   th f o ll o w i n g   n o n - li n ea r   s tate - s p ac e q u atio n s   w i ll b u s ed .       dx A x B u G d dt y C x                                                   ( 3 )     T h s tates,  s y s te m   in p u t a n d   d is tu r b an ce   ar s h o w n   a s   f o llo w ,   r esp ec ti v el y :                                 ( 4 )                                    ( 5 )                                 ( 6 )                                ( 7 )                             ( 8 )   0 5 10 15 20 25 30 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 x   1 0 6 P o w e r   ( v ) P o w e r   ( W ) W i n d   S p e e d   ( m / s ) 1 1 1 1 s R m s r s s r R m s r s s sr r r r R s m s r r r r s m R s r k kk k k k A k k k k k k                1 0 0 0 1 1 0 0  ,  0 1 0 0 l s l s r l r l k L k BG L L k L k                     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  3 ,   No .   3 Dece m b er   201 4   :   1 5 7     1 6 5   162                                ( 9 )     I n   t h ese  eq u atio n s ,   ، s s r r RL ، R ، L   ar r esi s tan ce   an d   s el f   i n d u cta n ce   o f   s tato r   an d   r o to r   w i n d in g ,   r esp ec tiv el y .   m L   is   th m u tu a l   in d u cta n ce ,   s   is   th g e n er at o r   s y n c h r o n o u s   s p ee d ,   r   is   t h r o to r   s y n ch r o n o u s   s p ee d ,   Ω g   is   g en er at o r   m ec h an ical  s p ee d   an d   p n   is   r o to r   p o le  p air .       3.   DF I G   V E C T O CO NT RO L   I n   t h v ec to r   co n tr o m et h o d ,   th e   d o u b l y   f ed   i n d u ct io n   m a ch in e   t h r ee   p h ase   m o d el  is   co n v er ted   to   t w o   p er p en d ic u lar   w i n d in g   m o d els  an d   t h en ,   th e   cu r r en ts   o f   t h ese  w i n d i n g s   ar co n tr o lled .   T h p u r p o s is   co n tr o llin g   th s tato r   ac tiv a n d   r ea ctiv p o w er .   T h r ef er e n ce   p o w er   v alu i s   b ased   o n   t h m a x i m u m   p o w er   ex tr ac tio n   f r o m   t h tr ac i n g   tab le.   T h s tato r   f lu x   i n   t h odq   r ef er en ce   f r a m i s   w id el y   u s ed   f o r   DFI v ec to r   co n tr o in   th w i n d   p o w er   p lan t.  T h er ef o r e,   th r o to r   s id co n v er to r   is   co n tr o llab le  u s i n g   th s tato r   f lu x   o f   odq   r ef er en ce   f r a m e.   T h v o ltag e s   o f   co n tr o l v ar iab les ar co n tr o lled   v ia  th r o to r   cu r r en ts   [ 1 6 ] .     m d r r d r r d r s s r r q r s L d v R i L i L i d t L                             ( 1 0 )     m q r r q r r q r s r r d r s s L d v R i L i L i d t L                                                   ( 1 1 )     Ass u m in g   t h at  t h at  th d - ax i s   i s   in   t h s a m p h ase  w i th   t h s t ato r   v o ltag [ 1 7 ] :       0 d s s q s                                                  ( 1 2 )     T h s tato r   r esis tan ce   ca n   b ig n o r ed ,   co n s id er in g   t h in s i g n i f ica n r esis ta n ce   o f   it.  C o n s eq u en t l y ,   t h e   s tato r   ac tiv an d   r ea cti v p o w er s   ar o b tain ed   b y   [ 1 8 ] :     3 2 m s s q r s L P V i L                                                 ( 1 3 )     3 2 s s s m d r s V Q L i L                                           ( 1 4 )     As  it  ca n   b s ee n   f r o m   eq u at i o n s   ( 1 2 )   a n d   ( 1 3 ) ,   th er ar tw o   p r o ce d u r es  w ith   t w o   in p u t s   ( , ) d r q r ii   an d   t w o   o u tp u ts   ( , ) d r q r VV   w h ic h   ca n   b e   m e n tio n ed   a s   MI MO   s y s te m .   T h ai m   is   co n tr o lli n g   dr i   an d   qr i   v alu e s ,   s u c h   t h a th ac tiv a n d   r ea ctiv p o w er s   r ea c h   to   th e   d esire d   v alu e s .   T h in p u r e f er en ce   cu r r en t s   ca n   b o b tain ed   th r o u g h   th ac ti v e   an d   r ea ctiv p o w er s .         4.   ACTI VE   AN RAC T I V E   P O WE CO N T RO L   T o   co n tr o th ac tiv an d   r ea ctiv p o w er   o f   w i n d   tu r b in eq u ip p ed   w ith   D FIG ,   d if f er e n s c h e m e s   h av b ee n   p r o p o s ed .   I n   th ese  s ch e m e s ,   d ec o u p led   v ar iab le  an d   SISO  m o d elin g   h a v b ee n   p er f o r m ed .   I n   th i s   p ap er ,   in   th f ir s s tep ,   it  h as  b ee n   tr ied   to   co n tr o th s y s te m   p r o p er l y   u s i n g   P I co n tr o ller .   I s h o u ld   b m e n tio n ed   th at,   b e ca u s i is   t w o   v ar iab le  s y s te m ,   it   is   b etter   to   ev al u ate  t h i n p u a n d   o u tp u t   2 / , / ( . ) / ( ) , / / , / , 2, s m s l m s r m m s r r m r r r r s s s R s r s s r p g k L L k L L L k L L L k L L L R L R fn      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       I mp r o vin g   Lig h t - Lo a d   E fficien cy   b E limin a tin g   I n tera ctio n   E ffect  in     ( S ey ed   E s ma ee l Mir h o s s ein i Ni r i )   163   ef f ec ts ,   f o r   b etter   co n tr o llin g   th s y s te m .   T h co n tr o ller   d esig n   in   th is   s y s te m   is   p er f o r m ed   u s in g   th e   d ec en tr alize d   co n tr o m et h o d .     4 . 1 .     T he  pro po s e d Co ntr o l Sy s t em   I n   t h i s   s ec tio n ,   th e   ac ti v a n d   r ea ctiv co n tr o s y s te m   o f   w i n d   t u r b in h a v b ee n   in tr o d u ce d .   T h e   co n tr o l s y s te m   s h o w ed   i n   Fi g u r 6   h as b ee n   co n s id er ed   as r o to r   s id co n tr o l sy s te m   co n v er to r .         Fig u r 6 .   B lo ck   d iag r a m   o f   r o to r   s id co n tr o l sy s te m   co n v er to r       Fo r   th is   p u r p o s e,   th tr ac i n g   t ab le  h as  b ee n   u s ed   to   d eter m i n th s p ee d   w h ich   t h g en er a ted   p o w er   w il b p r o p o r tio n al  to   t h m a x i m u m   lo ad .   T h tr ac in g   tab le   in p u i s   t h g e n er ato r   s p ee d ,   an d   it s   o u tp u is   th e   o p tim u m   ac ti v p o w er   t h at  h a s   b ee n   co n s id er ed   as  t h r e f er en ce   p o w er   o f   t h ac ti v p o wer   co n tr o s y s te m   o f   th co n v er to r .   T h ese  ch ar ac t er is tics   h av e   b ee n   o b tain ed   b ased   o n   th ae r o d y n a m ic  i n f o r m atio n   o f   w i n d   tu r b in r o to r   an d   th p o in ts   w h ich   ar p r o p o r tio n al  to   th tu r b in m ax i m u m   p o w er .   T h en ,   th d esire d     q r e f i   h as b ee n   o b tain ed   b y   co n tr o ller   an d   it is   co m p ar ed   w it h   t h o u tp u t c u r r en v alu e.       5.   SI M UL AT I O R E S UL T S   I n   th is   s ec tio n ,   t h s i m u la tio n   r esu lts   ar r ep r esen ted   in   o r d er   to   v er if y   th e f f ec tiv p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   c o n tr o m et h o d .   T h s i m u la tio n s   ar ca r r ied   o u b ased   o n   th ch ar ac ter is tic s   o f   ty p ical  DFI G,   w h ic h   ar s h o w n   in   tab le  2   [ 1 9 ] .   A ls o ,   th r o to r   s id co n v er t o r   w a s   m o d eled   b y   t h p r o p o s ed   co n tr o l sy s te m       T ab le   2 .   T h Dete r m i n ed   v al u es f o r   th p ar a m eter s   o f   th s i m u lated   s y s te m   P a r a me t e r   C o n si d e r e d   V a l u e   nom P   2   M W   nom v   6 9 0   v   nom f   5 0   H z   s R   1 0 . 3   mΩ   r R   8 . 2 8   mΩ   s L   0 . 2 8 0 1   mH   r L   0 . 1 1 7 7   mH   m L   2 6 . 9 6   mH   Ω g   1 9 5 0   r p m   p n   2       5 . 1 .   T he  T ra cing   Resul t s   o f   t he  M a x i m u m   E x t ra ct a ble P o w er   f ro m   Sy s t e m   I n   Fi g u r e   7 ,   t h m ax i m u m   e x tr ac tab le  p o w er   h as  b ee n   s h o w n   b y   r ed   d iag r a m ,   w h ic h   h as  b ee n   o b tain ed   p er   d if f er en w i n d   s p ee d s .   T h ex tr ac ted   p o w er ,   w h ich   h a s   b ee n   s h o w n   b y   b lu d i ag r a m ,   co u ld   tr ac e   th m a x i m u m   r e f er en ce   p o w er   w it h   m in i m u m   r ip p le .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l.  3 ,   No .   3 Dece m b er   201 4   :   1 5 7     1 6 5   164       Fig u r 7 . a.   T h r ef er en ce   p o w er   tr ac in g   d iag r a m   t h o f   co n tr o l s y s te m   Fig u r 7 . b .   R esize  o f   th r e f er en ce   p o w er   tr ac in g   d iag r a m   t h o f   co n tr o l s y s te m       5 . 2 .     T he  E f f iciency   Re s ults O bta i ned in L ig ht - L o a ds   I n   th is   s ec tio n ,   t h p r o p o s ed   co n tr o s y s te m   i n   MI MO   m o d e   p er   0 . 0 1 ,   0 . 0 2 5 ,   0 . 0 5 ,   0 . 1 ,   0 . 2   ti m es  o f   r ated   lo ad ,   w h ic h   h av e   b ee n   c o n s id er ed   as  li g h t - lo ad s ,   h as   b ee n   s i m u lated   a n d   th e   o b tain e d   r esu lts   h a v b ee n   co m p ar ed   w it h   th r es u lt s   o b tain ed   b y   th co n tr o l s y s te m   in   SISO  m o d e ,   as it h a s   b ee n   s h o w n   i n   Fi g u r e   8 .         Fig u r 8 .   T h o u tp u t p o w er   ef f icie n c y   d ia g r a m   p er   lig h t - lo a d s       6.   CO NCLU SI O N   I n   th is   p ap er ,   n o v el  m eth o d   h as  b ee n   p r o p o s ed   f o r   ef f icie n c y   i m p r o v e m e n i n   lig h t - lo a d s .   I n   th is   s y s te m ,   t h o p ti m u m   p o w er   v alu o f   t h co n tr o ller   r ef er en c o f   tu r b in h as  b ee n   o b tain ed   u s i n g   d ec e n tr alize d   co n tr o ller   to   in cr ea s th s y s te m   ef f ic ien c y .   T h is   h a s   b ee n   d o n u s in g   t h tr ac in g   tab le,   wh ich   is   o b tain ed   v ia  th w i n d   tu r b in tech n ical  c h ar ac ter is tics .   I n   t h s i m u latio n   o f   th p r o p o s ed   m e th o d ,   it  h as  b ee n   s h o w n   t h at   th p r o p o s ed   co n tr o m o d el   h as  b ee n   i m p r o v ed   th e   q u ali t y   o f   t h e   r ea ctiv e   p o w er .     Mo r eo v er ,   th e   m o r th e   ap p lied   lo ad   g ettin g   a w a y   f r o m   th r ated   lo ad ,   th m o r th ef f icien c y   w il l in cr ea s e .       RE F E R E NC E   [1 ]   Oa n a   Be n iu g a , " Ra zv a n   Ben i u g a ,   Pa u Bi c lea n u ,   An a   Nicu t a ,   S i lviu   Ur sa c h e . . , W in d   T u r b in e   Cro w b a Relia b il i ty   Rela ted   o n   e lec tric  Ch a rg e   Acc u mu la ti o n /   Disc h a rg e " ,   I n tern a ti o n a Co n f e re n c e   a n d   Ex p o siti o n   o n   El e c tri c a a n d   P o w e En g in e e rin g   (E P E)  2 0 12,   [2 ]   A li re z a   Na z a ri  a n d   Ho ss e in   He y d a ri,   " A   No v e M o d e l - Ba se d   P re d ictiv e   Dire c P o w e Co n tro o f   Do u b ly - F e d   In d u c ti o n   G e n e ra to r" ,   In tern a ti o n a Jo u rn a l   o f   Co m p u ter an d   El e c tri c a En g in e e rin g ,   V o l .   4 ,   No .   4 ,   2 0 1 2   [3 ]   Yo u se f i - Talo u k i. A ,   G h o la m ian .   S . A ,   Yo u se f i - T a lo u k i. M ,   Ya z d a n i - A sra m i. M ,   " Ne Dire c P o w e Co n tro o f   DFIG   Us in g   M a tri x   Co n v e rter  DFIG   Us in g   M a tri x   Co n v e rter" ,   A u stra li a n   Jo u rn a o f   El e c tri c a &   El e c tro n ics   En g in e e rin g   ( AJEEE )   (IS S N:  1 4 4 8 - 8 3 7 X ),   Vo l.   1 0 ,   No .   3 ,   p p .   3 0 7 - 3 2 0 , 2 0 1 3   [4 ]   Orla n d o ,   S .   He n ri q u e .   G ,   A n to n io .   M ,   A d rian o .   C,   " No n li n e a c o n tr o o f   th e   d o u b ly - f e d   in d u c ti o n   g e n e ra to in   w in d   p o w e s y ste m s" ,   Re n e w a b le E n e rg y , v o l. 3 5 ,   p p .   1 6 6 2 1 6 7 0 ,   2 0 1 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       I mp r o vin g   Lig h t - Lo a d   E fficien cy   b E limin a tin g   I n tera ctio n   E ffect  in     ( S ey ed   E s ma ee l Mir h o s s ein i Ni r i )   165   [5 ]   Ha n se n ,   L .   H.,   L .   H e ll e ,   F .   Blaa b jerg ,   E.   Rit c h ie,  S .   M u n k - Nie lse n ,   H.  Bin d n e r,   P.   S o re n se n ,   a n d   B.   Ba k - Je n se n ,   " Co n c e p tu a s u rv e y   o f   g e n e ra to rs  a n d   p o w e e lec tro n ics   f o w in d   tu r b in e s" ,   Ris   Na ti o n a l   L a b o ra t o ry ,   Ro sk il d e ,   De n m a rk ,   T e c h .   Re p ,   2 0 0 1 .   [6 ]   L i y a n   Qu   a n d   W e Qia o ,   " Co n sta n P o w e Co n tro o f   DFIG  W in d   T u rb in e W it h   S u p e rc a p a c it o E n e rg y   S to r a g e " , IEE E   T ra n sa c ti o n s o n   In d u stry   A p p li c a ti o n s,  v o l.   4 7 ,   n o .   1 ,   2 0 1 1   [7 ]   L il ia Je rb i,   L o tf Kric h e n   a n d   A b d e rra z a k   Ou a li , " A   f u z z y   lo g ic su p e rv iso f o a c ti v e   a n d   re a c ti v e   p o w e c o n tro o f   a   v a riab le  sp e e d   w in d   e n e rg y   c o n v e rsio n   sy ste m   a ss o c iate d   to   a   f l y w h e e l   sto ra g e   s y ste m " ,   El e c tri c   P o w e S y st e m Re se a rc h ,   p p 9 1 9 - 9 2 5 ,   2 0 0 9   [8 ]   G .   T a p ia,  A .   T a p ia,  a n d   J.X .   Os to laz a ,   " M o d e li n g   a n d   c o n tr o o f   w in d   tu rb i n e   d riv e n   b y   d o u b ly   f e d   in d u c ti o n   g e n e ra to r" ,   IEE T ra n s.  En e rg y   Co n v e rsio n ,   v o l. 1 8 ,   n o . 2 ,   p p . 1 9 4 - 2 0 4 ,   2 0 0 4 .   [9 ]   G .   T a p ia,  A .   T a p ia,  a n d   J.X .   Os to laz a ,   Tw o   a lt e rn a ti v e   m o d e li n g   a p p ro a c h e f o th e   e v a lu a ti o n   o f   w in d   f a r m   a c ti v e   a n d   re a c ti v e   p o w e p e r f o rm a n c e ,   IEE E   T ra n s.E n e rg y   Co n v e rsio n   ,   v o l. 2 1 ,   n o .   0 4 ,   p p .   0 9 0 9 - 9 2 0 ,   2 0 0 6   [1 0 ]   Ja n g ,   Y.,   &   Jo v a n o v ic,  M .   M . " L i g h t - lo a d   e f f i c i e n c y   o p ti m iz a ti o n   m e th o d " .   P o w e El e c tro n ics ,   IEE E   T ra n sa c ti o n on,   v o l. 2 5 ,   issu e .   1   , p p .   6 7     7 4 ,   2 0 1 0   [1 1 ]   M u ll ig a n ,   M .   D. ,   Bro a c h ,   B. ,   &   L e e ,   T .   H.  " A   c o n sta n t - f re q u e n c y   m e th o d   f o im p ro v in g   li g h lo a d   e ff icie n c y   in   s y n c h ro n o u b u c k   c o n v e rters " .   P o w e El e c tr o n ics   L e tt e r s,  IEE E ,   3 ( 1 ),   2 4 - 29   [1 2 ]   L .   X u   a n d   P .   Ca rtw rig h t, " Dire c t   a c ti v e   a n d   re a c ti v e   p o we c o n tro o f   DFIG   f o w in d   e n e rg y   g e n e ra ti o n " ,   IEE E   T ra n s.  En e rg y   Co n v e rsio n . ,   v o l .   2 1 ,   n o .   3 ,   p p   [1 3 ]   R.   Da tt a   a n d   V.  T .   Ra n g a n th a n , "   Dire c p o w e c o n tro o f   g rid -   c o n n e c ted   w o u n d   ro t o i n d u c ti o n   m a c h in e   w it h o u t   p o siti o n   se n so rs" , IEE E   T ra n s.  P o w e e l e c tro n . ,   v o l.   1 6 ,   n o .   3 , p p .   3 9 0 - 3 9 9 ,   M a y   2 0 0 1 .   [1 4 ]   Io n   B o ld e a ,   S y e d   A .   Na sa r. , " El e c tri c   Driv e s" ,   S e c o n d   Ed i ti o n ,   b y   CRC P re ss   A u g u st 2 2 ,   2 0 0 5 .   [1 5 ]   A stro m . K an d   Ha g g lu n d . T , " P ID  Co n tr o ll e rs T h e o ry   De si g n   a n d   T u n i n g " ,   p p . 3 0 4 - 3 1 0 ,   1 9 9 4 .   [1 6 ]   Ra h im M .   a n d   P a r n ian i   M . ,   " Ef ficie n c o n tro l   sc h e m e   o f   w in d   tu rb in e w it h   d o u b ly   f e d   in d u c ti o n   g e n e ra to rs  f o lo w - v o lt a g e   rid e - th ro u g h   c a p a b il i ty   e n h a n c e m e n t" ,   IET   T r a n s.  On   Re n e wa b le  P o w e G e n e r a ti o n ,   Vo l.   4 ,   No .   3 ,   p p .   242 - 2 5 2 ,   2 0 1 0 .   [1 7 ]   W a ris,   T ,   N a y a r,   C. V . "   V a riab le  S p e e d   Co n sta n F re q u e n c y   Die s e P o w e Co n v e rsio n   S y ste m   Us in g   Do u b ly   F e d   In d u c ti o n   G e n e ra to r "   P o w e El e c tro n ics   S p e c ialists Co n f e re n c e ,   IE EE ,   p p .   2 7 2 8     27 3 4 ,   2 0 0 8 .   [1 8 ]   Ra th M .   R.   a n d   M o h a n   N.,   " A   n o v e r o b u st  l o w   v o lt a g e   a n d   f a u lt   ri d e   th r o u g h   f o w in d   t u rb i n e   a p p li c a ti o n   o p e ra ti n g   in   w e a k   g rid s" ,   3 1 - st An n u a C o n f e re n c e   o f   IEE E   T ra n s.  o n   In d u str ial  El e c tro n ics   S o c iety ,   IECON,  p p .   6 - 1 0 ,   N o v .   2 0 0 5 .   [1 9 ]   Ja ww a d   Zafa r ,   M a n u e G á lv e z   Ca rril lo ,   J o h a n   Gy se li n c k ,   M ich e Kin n a e rt, " Co m p a riso n   o f   c las sic a a n d   sta te - sp a c e   c o n tro tec h n i q u e o f   d o u b ly - f e d   in d u c ti o n   g e n e ra to b a se d   w in d   e n e rg y   c o n v e rsio n   s y ste m "   Un i v e rsité  L ib re   d e   Bru x e ll e s (UL B),   Bru ss e ls,   Be lg i u m .   P O. 2 3 6 ,   2 0 10       B I O G RAP H O F   AUTHO       S e y e d   Es m a e e M irh o ss e i n i   N iri  re c e iv e d   h is  B. S c   a n d   M . S c   d e g re e in   El e c tri c   P o w e En g in e e rin g   f ro m   th e   In stit u te o f   Hig h e Ed u c a ti o n   o f   Ha d a f ,   S a ri,   M a z a n d a ra n ,   Ira n   in   2 0 1 1   a n d   2 0 1 4 ,   re sp e c ti v e ly .   His  re s e a rc h   in tere sts  a re   su c h   a El e c tri c a M a c h in e s,  Op ti m iza ti o n   A l g o rit h m s ,   a n d   G e n e ra to Ne u tral  G ro u n d i n g .   Em a il e s m a e e l. m irh o se in i@g m a i l. c o m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.