Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   2 ,  A pr il   2020 , p p.  17 01 ~ 1711   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v 10 i 2 . pp1701 - 17 11           1701       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Develop ment of  DC volta ge cont rol f ro m  win d tur bin es  usin g  proporti ons and  integr als for Thr ee - ph ase grid - co n nected  inverters       Arck arakit  C ha ith anak ulw at   Depa rtment  o f  E le c tri c al E ngin eering,   Dhonburi   Raj abh at   Univ er sit y ,   Sam utpra k a n,   T h ai l and        Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ma r   18 , 201 9   Re vised  Oct  30 ,   2019   Accepte d Nov  15, 201 9       Thi s  rese arc h   ar ti cle  pr ese nts  th e  m et hod  to  co ntrol   th e  DC   vo lt ag e  of  the  boost  conve rt er   b y   using  a  p ro porti onal - integra l   (PI)  cont ro ll e r .   W it h  AC  volt ag e  from   a   wind  turbi ne  ge ner at or ,   conve r ting  to  DC  volt age   le ve l  b y   rec t ifi er ,   thi s  D C  volt ag e  cont r ol le d  b y   PI   co ntrol ler  is  to   c ontrol   boost   conve rt er  that  sends  DC  li nks  t o  the   inve rt er  which  conve r ti ng   al te rn at in g   cur ren t  vol ta ge  to   dire c t  cur ren t  volt ag e  throug h  thre e - phase   l oad  and  to   the   grid - connec te d   s y stem .   For   sw it chi ng  the  IGBTs   in  th e  inverter ,   the   PW M  signal ,   on  the   h y st ere si s  cur ren t  cont rol ,   is  con trol l ed  b y   th e  signa l   from   the   det ecte d  ref ere n ce   vol t age   base d  on  th e  grid - conn ec t ed   sy st em  and  the   vol ta g e  from   a  wind   turbi n e  gene ra tor .   Th e  t ests  m ade   th e  co m par ison   of  result s   from   the   sim ula t ion  with  the   MA TL AB/S imulink  progra m   and   resul t   from   the   ha rdware   on   th e  prot ot y p e .   Th e  pow er  qua li t y   resul t s,  such  as   har m onic ,  power   factor, a r e in  a c ce pt abl e   ran g es.     Ke yw or d s :   G ri d - c onnecte d   H yst eresis    I nverte r   P rop or ti ons  and inte gr al s   W i nd tu r bin e   Copyright   ©   202 0   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Ar c kar a kit Cha it han ak ulwat ,   Dep a rtm ent o f El ect rical  En gi neer i ng,   Dho nbur i  Raja bh at   U niv e rsity ,   59 / 1,  M oo  14, Su khum vit Rd. , Ban g Pl a   S ub - district , Ba ng  Ph li  D ist rict ,    Sam ut Pr aka n 105 40 , T haila nd .   Em a il :  chait han ak ul@ gm ai l.c om       1.   INTROD U CTION   Pr ese ntly ,  hum ans  ha ve  st ud i ed  a nd  c reated   in ven ti ons   tha t  can  c reate  ne w  e nergy  as   a n  al te r native   to  the  us e r' s  current  e nergy  on   this  pla ne t.  Especial ly   el ect ric  po w e r  is  widely   us e d  ene rg y  because   the  process  of   acqu iri ng   el e ct ric  ener gy  m ay   be  m ade  fr om   water  ener gy,  so la r  e nergy,  wind  po w er,  an d  geo t her m al   ener gy  a nd  m uch   m or e.  These  e nergies,  c onve rted  int o  el ect r ic al   ener gy,   ar e  pure  e nergy   and  do   no t  run  out  of  the  w or l d.   Ele ct ric  powe r  is  currently   an   es sentia l  facto r  in  hu m an  li fe  a nd  on  m anu fac turing   processes  in  th e  ind us t ry.  The re  was  a  con ti nuous  ef fort  to  increase  the g e ner at io n  of  el ect rical   po we r  to  m ee t   the  po wer  de m and   require m en t.  So la r  e nergy  a nd  wi nd  ene r gy  wi dely   us e   as  non - c onve ntional   energy   resou rces.  W i nd  ene rg y  is  to  pro ve  it sel f  as  a  cost - ef fecti ve   and   reli able  energy  res ourc e  around  the  world .  Gr i d - c onnecte d  syst em s,  with  co ns ta nt  s pe ed  wi nd  ene r gy  syst e m s  em plo yi ng   ind uc ti on   gen e rato rs,   a re  popula r  m et hods ,   an d  t hey  ex tract   optim u m   powe r  f r om   the  wind  f or  sin gl e  wind  s pee d.   Var ia ble  spe ed   wind   energy  syst em s,  integ rated  with  po wer   el ect ronic  interf aces,  bec om e  popula r  m et ho ds   beca us e  t he y  can  extract  opti m u m   po we r,   al le viate   the  load  peak   i n  the  dri ve  trai n,   sm oothly   the  el ect ri cal   power   out put  an d  su pply   reacti ve   powe r  on  de m and   [ 1 - 7].  P e rm anen t  m agnet   synch ron ou s   ge ner at ors  (PM SG )  a re  now   bein g  us e d  instea d  of  inducti on  ge ner at or s ,  beca use   of   im pr ov e d  eff ic ie ncy,  m od ul arit y  and   abse nce  of  excit at ion  current.  F or   m axim u m   po we r   extracti on,  the  sp eed  of  the  tur bin e  s hould   var y  acco rd i ng  to  the  wind   spe ed  t o  m ai ntain  the  optim u m   sp eed   rati o.  T he  m od el li ng,   sim u la ti on   a nd  ex pe rim ental   ver if ic at ion   of   a  util ity - interact ive  wi nd  ene r gy  co nversio n  sc hem e  with  an  a sync hro nous   li nk  c om pr ise d  of   a  di od e  br i dg e  rec ti fier   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  2 ,  A pr i l   2020   :   1701   -   1711   1702   and   a  li ne - c om m utate d  inv e rter.  T he  c on t r ol  obj ect i ve  is  to  track  a nd  to  ext ract  m axi m u m   po we r  f r om   the   wind  energy  syst e m   and   to  transf e r  this  power   to  the  util it y   [8 ,   9].  The  pro posed  proj ec t  is  to  con tr ol  the  fl ow   of   e nergy  thr ough  the D C - li nk  to  re duce  the   reacti ve  ene rgy   that  is  bu r de ned  on  the  cap aci tors  f or   sti m ulati ng   and   m akin g  m or e  us e  of  wi nd  ene r gy.  T he  si m ulate d  resu l ts  hav e  sho wn   that  it   prov i des   good  trac king  powe r  perform ance.  The  wi nd   pow er  ge ner at io n  i s  to  us e  as  a  va riable  sp ee d  wi nd   t urbine  that   dr ivi ng   a  doubly   fe d  inducti on  ge ne rator,  wou nd  synch r onous  fiel d  gen e rato r   [10 ,  11] .  It  fo c us e d  on   a  detai le d  an al ysi s  of   the  va riable  s peed  wi nd  tu r bin e   PMSG   w it h  an  i nverter   that  co ntr ols  the  cu rr e nt.   Mod el li ng  a nd  s uitable   con t ro l  strat e gi es  for  ove rall   syst e m   are  de velo ped  to  a ugm ent  the  low  vo lt a ge  ri de - t hro ugh  ca pab il it y  of   var ia ble  sp ee d  wind  gen e rato r ,  co ns id erin g  r ecent  wi nd  fa r m   gr id  co de.   D evelo pm ent  of   exp e rim ental   t est ing  of   a uto m at ic   wind  po wer   c onve rsion  syst e m s  based   on  s ynch ron ou s  pe rm anen t  m agn et   gen e rato rs  [ 12 ,  13] .   This  w ork  is  to  validat e  the  functi onal it y  of   the  te st  ben c h,   le adin g  to  a n  ex per im ent  by  so m e  pr inciple s  dev el op e d  in  t heor y.  T he   ob j ect ive  is  t o  c on t ro l  t he  loa d  c onnecti on  v oltage s  a nd  the  DC  bu s   volt age .   Ther e  a re  tw o  resona nt  co ntr ollers,  the  first   con tr ol  is  on  the  loa d  co nne ct ed  to  the  DC   bu s ,  an d  the  s econd   con t ro l  is   to   m ai ntain  a  ba la nce  betwee n  pro du ct io n  a nd  c onsu m p ti on  des pite  wind  fluctuati ons   an d  l oa d  var ia ti ons.  T he   exp e rim ental   resu lt s  s howe d  that  the  eff ect iveness  of   t he  te st  ben ch  is  tr yi ng   out  in  rea l - tim e   the  beh a viou r  of   a  W EC S,  s upplyi ng   a n  isolat ed  loa d,   an d  offe rin g   the  m axi m u m   po w er  trackin g  poi nt  for   w in d  s pee d  c onve rsion  syst em  ( W ECS ) [14 ,  15] .   The  pr opos e d  m et ho d,   with out  the  nee d  f or   ai r  densi ty ,  wind   s peed   a nd  tur bin e  p aram e te rs,   res ults  gen e rated   at   t he  a ppr opriat e  sp ee d  f or  the   lo op  co ntr ol  of  the   vect or  flu x - c on t ro ll ed   r otor  that   co ntr ols   the  gri d - c ontr olled  in ver te r   syst e m   us ing  on ly .  Determ ining   t he  opt i m al   sp eed  al lows   WECS  t o  trac k   the  m axi m u m   energy  point  t hat  create d  ac cordin g  to   the   cha ng e  i n  the   ac ti ve  powe r  du e   to  the   cha ng e   in   the  sp ee d  of   t he   com m and   ge ner at e d  by  the   con t ro ll er .  Ve ct or   c on tr ol  of  the  ge ner at or   recti fier  de pe nds  on  the  ref e rence   current,  volt age  vecto r,   gri d  [16 - 18] .  The  pro po s ed  m et ho d  increases  th e  sp eed  a nd  accu r acy   of  trackin g  at   a  certai n  point,   by  us in g  ene r gy  and   wind  sp ee d  cha racteri sti cs  fo r  va rio us   wind  s pe eds.   This  f ocu se s  on  the  m os t  su i ta ble  energy  point  an d  dec re ases  sp ee d.   Tr ackin g  after  th e  ps eu do  point   can  i m pr ove  the  accuracy  of  the   al go rithm   and  increase  the  tracki ng   s peed   for  va rio us   wi nd   s pee ds .  T he   us ed   syst e m   con sist s  of   a  sine  pulse   widt h  m od i fier,  a  re ve rse  side  betw een  t he  ge ne rator   a nd  th e  gr id .   The  ef fici ency  of   the  pr opose d  m e thod  is  analy zed  in  m ath em atics  and   exam ined  by  sim ula ti on ,  w hic h  is  to  fin d  the  rig ht  sp ot  f or   s pee d  con t ro l  [ 19 ] .  T he  wind  ene r gy   con ve rsion  s yst e m   (W ECS )  Ge n  var ia ble  sp ee d  wind  tur bi ne,   with  a  pe rm anen t  m agn et   typ e  axis,  is  pro po s ed .  Alth ough   t he  co nven ti on al - ty pe  in duct io n  gen e rato r  has  t he  a dv a ntage   of  r obus t  c onstr uction  an d  m ain te na nce - fr ee   op e rati on,  a nd  it   has  draw bac ks   li ke   low - pow er - fac tor  a nd   nee ds  for  an  AC  e xc it at ion   s our ce  wh ic h  is  ov erc om e  by  t he  PMG ,  res ul ti ng   in   a  co ns ta nt  vo l ta ge  an d  fr e qu ency.   T he  generate d  PM G  pressu re  passes   to  the  e ne rg y   co nv e rter  [20 ,  21] .   Conve ntion al l y  the  th ree  sta ges  of  po wer   c onve rsion  c ons ist   of   t he  r ect ifie r,   boos t  c hopper  an d  pulse   width  m od ulati on   in ver te r s  that  re du ce  powe r  qual it y,  resu lt in g  in  overall   eff i ci ency  an d  reli abili ty   of   WECS.   To  re duce  thes e  barriers  of   c onve ntio nal  syst e m s,  we  pro po se  a  two - ste p  WECS  dr i ve.   The  m axi m u m   powe r   po i nt  f or   eac h  sp ee d  is  trace d  us in g  a  se nso r - le ss  MP PT  c on t ro ll er,   w hic h  est im a te s.  The  MPPT   co nt ro ll er,   direct  dri ves   with  ZS I  a nd  si m u la te d  in   MATL AB/Si m ul ink .,  h as  no   sens ors  offer e d  f or  W E CS.   By  co m par ison res ults with  experim ents [ 22] .   The  researc h  m entioned  ab ove  has  the   pri m ary  purpos e  of   c ontr olli ng   the  sp e ed  of  a   three - phas e   gen e rato r  co nnect ed  to  a  wind  tur bin e .  This   researc h,   the  m ai n  ob j ect i ve   is  to  design   a  three - ph a se  volt age   con t ro l  syst em   that  is  gen era te d  by  the  generator  a nd   s up ply  the  power  to  the  load.   The  rest  of   th e  load ,   the  po wer   is  r et urned   t o  the  gr i d  syst em .  T his  resea rc h  ha s  a  bri ef  work i ng   pri nciple  as   fo ll ows  t he  volt ag e   from   the  three - phase  ge ner at or   is   co nverte d  via  bri dge d  recti fier  a nd  volt age  boos te r   to  raise   the  s upply   vo lt age  to  the   three - ph ase  i nv e rter  co n tr ol le d  by  the  m ic ro c on tr oller,   TMS 320F283 79D   f or   the  boos te r   ci rcu it ,  the  volt age  is  co ntr olled  by  the  PI   m et hod  to  c ontr ol   the  DC  vo lt a ge  to  be  sta ble.   For  the  t hr ee - ph a se   inv e rter, P W M  m od ulati on is  con t ro ll ed  b y  usi ng the  hyste r esi s curre nt contr ol tech nique  [23 - 28 ].       2.   DESCRIPTI ON OF THE   PROP OSE D SCHE ME   Con tr olli ng   the   vo lt age  f ro m   t he  ge ner at or   c onnected  to  the   wind   tu rb i ne  is  gen e rall y  us ed  to  co ntrol   the  sp ee d  of   t he   ge ner at or  us i ng   t he  c urren t  con t ro l  pr i ncip le .  For  this  res earch ,  the  volt age  c on tr ol  pr i nciple  us e d  by  a  boos t  conver te r  sc hem e  to  con tr ol  the  volt age  le ve l  with  the  PI   m et ho d,   w hich   is  dif fer e nt  f rom   the  gen e ral  publis hed   researc h.   The  dia gr am   of   the  pro posed   syst e m   is  as  fo ll ow s   in  Fig ur e  1.   Wh e n  the  AC   vo lt age  from   t he  ge ner at or   c hanges  to  a  D C  vo lt age  us i ng  the  recti fier  ci rcu it ,   it   br in gs   the  cu rr e nt  flow  thr ough  the  bo os t  co nv e rter  a nd   bein g   c on tr olled  by  us in g  the  PI   c on t ro ll er .   T hen   it   is   connecte d  t o  th e  three - ph a se  gr id - c onnected   syst em .   Wh en   c on si de rin g  the   in vert ers  use d  f or  the  li nk  betwee n  wind  t urbine s  a nd   gen e rato rs  t hat  pass   thr ough  t he  boos t  c onve rter  ci rc uit,  a n  inv e rter  c o nve r t s   the  DC   volt age  to   AC  t o  s upply       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Develo pm e nt  of  D C v oltag e  c on tr ol fro m  wi nd tur bin es   usi ng p r oport ions …   ( Arckar akit C hait hanakul wat )   1703   non - li near   l oa ds   a nd   t o  sup pl y  po we r  to  t he   gr i d  syst em   as  m entioned   above,  t her e f ore  the  in ve rter   ci rcu i t   desig n  is  esse nt ia l  fo r  c ontrol li ng   e nergy  an d  el ect rici ty   to  pay  into   the  s yst e m .  In   this  researc h,   t he  i nv e rte r   us es a  curre nt  f low  c ontr ol techn i qu e .           Figure  1. Pro pose d  wi nd e nergy co nversi on  syst e m       2 . 1.     Pri ncipl e s of  DC volt age contr ol    The  DC  vo lt a ge  co ntr ol  us e s  the  P I   co ntr oller   an d  P   co ntr o ll er ,  to  en s ur e  that  the  D C  vo lt age  is  const ant  an d  the  AC  vo lt age   is  hig he r  tha n  the  el ect rical   netw ork.   F or  this  gove r ning  pr i nciple,  the  C200 0  genus   of  m ic rocon t ro ll ers   us es   the   TMS3 20 F2837 9D   to  de te ct   the   cha nge   in  t he  ou t put  vo lt age   of  the  boos t  conve rter ,   a  ci r cuit   that  is  us ed   to  co ntr ol  th e  current  fl ow   on   th e  switc h  so   that  the  out pu t  volt age  le ve l  can  be  disp la ye d  as  show n  i n  Figure  2 .   Fro m   Figu re  2,  t he  c on tr ol  pro vid es  a  co ns ta nt   outp ut  v olt age  of   the  volt age   at   the  outp ut  of   the  boos t  c onve rter   ci rcu it   an d  c om par ison  V ref,   0    obt ai ned   f ro m   the  sig nal   detect ion   ci rc ui t  and   the  re quired  V constan t .   The  volt age  dif f eren ce  is  exte nd e d  to  V error .   Af te r   that  fee dbac k  sign al   is  sent  to  the  p r oport ion al   pr ocess   a nd   i nte gr al   pr ocess,   the n  th e   con tr ol  signa l  is   m od ulate d  with   the  sa wtooth  si gn al   in   the   m od ulati on .             Figure  2.   Pr op os e d  P I  c on t ro l le r       The  m od ulate d  sign al   is  create d  as a P W M s ign al  w it h  a fixe d  pe rio d  eq ua l t o  the p erio d  of  sa wtooth   vo lt age ,  an d  th e  pu lse   widt h  changes   acco r din g  to  t he  com par iso n  of   the  re su lt   of   the  V error .   The  a m plit ud e  of   this  pulse   dete rm ines  the  tim e  interval  for  the  switc h  t o  br i ng   c urre nt  in  the  lo op  of  the  boost   co nverter  ci rcu it .  Be cau se  the  ou t pu t   vo lt age  on   the   ci rcu it   incr eases ,  t he   co nverter  se n ds   the  co ntr ol  sign al   to   the  ou t pu t  vo lt age  ex pansi on   ci rcu it .  If   V ref ,   0 ,  the  widt h  of   the  ou t pu t  P W M  sig nal  de creases,  re su l ti ng   in  gr eat er   am plitu de   an d   m or e   curre nt  of  th e  IG BT .   I f  V ref,   0    the  widt h  of   t he  P WM   sign al   m akes   ou t put   increases ,  res ul ti ng   to   re duce   the   siz e   an d  to   decr eas e   the   c urren t   of  t he  I GBT.   So   the   boos t  c onve rter  ci rcu it   is   able to  m ai nt ai n  the  press ure   co ns ta nt,   as a  workin g diag r a m  as shown  i n  F i gure  3.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  2 ,  A pr i l   2020   :   1701   -   1711   1704       Figure   3. Dia gram  o f  pr ocess c on t ro l i n propor ti on a nd inte gr at io n       2 . 2.     Bo ost c onverter   cont r ol   princi ple     An al ysi s  of  th e  op e rati on   of  the  boos t   co nverter  ci r cuit  in  a  sta ble  sta te .  Determ ine  t he  w orki ng   conditi ons  of  the  ci rc uit  li ke  a  bu c k  c onve rter  ci rcu it .  T he  analy sis  is  as  f ollows,  the  c urren t  fl ow i ng   t hro ug h  the  induct or  at   the  sam e  po sit ion   in  eac h  pe rio d  is  eq ual  and   al ways  po sit ive.  The  a ve rag e  volt age  a cro ss   the  induct or   i n  each   pe rio d  is  equ al   to  z ero,  m eaning   that  the  s um   of   th e  pro du ct   of   t he  volt age   acro s s   the  sti cky  le ad   and   ti m e  in  e ach  pe rio d  is  equ al   to  ze r o .   The  ca pacit or  is  la rg e,  s o   the  outp ut  volt age  is   const ant,   a nd   t he  in pu t  power  is  equ al   to  the   ou t pu t  power .    In   this  case ,  reg a rd le ss  of  the  loss  due  to  work,   al l  dev ic es  are ideal,  thu s  c on cl ud in g  that  th e  eff ic ie ncy  of  the  ci rcu it   is  one  hund red   per  c ent .  Fig ur e 4 ,   wh il e  the s witc h  c ondu ct s   the c urre nt , fr om  the  physi cal  q ualit y   o f  in duct or,   we  can  wr it e   the  e qu at io n   a s in  (1 - 3).           Figure   4. Bo ost  co nve rter c on trol circ uit       0 L S V V     (1)   dt di L V V L S L     (2)   L V dt di S L   (3)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Develo pm e nt  of  D C v oltag e  c on tr ol fro m  wi nd tur bin es   usi ng p r oport ions …   ( Arckar akit C hait hanakul wat )   1705   W h i l e   t h e   s w i t c h   c o n d u c t s     t h e   c u r r e n t   T di ,  a n d   t h e   c o n s t a n t   c h a n g e   o f   c u r r e n t   c o n s i d e r i n g   t h e   a d d i t i o n   o f   e l e c t r i c   c u r r e n t   a s   l i n e a r ,   t h e   e q u a t i o n   f o l l o w s :     L V T i t i S L L     (4)   L T V i S on L ,   (5)     on L i ,   Me ans  the r at e o f  chan ge  of  elec tric it y i n  the ind uctor  w hile t he  switc h  c o n d u c t s   the   cur ren t.     W h i l e   t h e   s w i t c h   d o e s   n o t   c o n d u c t   c u r r e n t ,  t he   c u r r e n t   i n   t h e   i n d u c t o r   c a n n o t   c h a n g e   i m m e d i a t e l y .     T h e   d i o d e   f o r w a r d i n g   i n   c o n d u c t i n g   p r o c e s s ,   so   t h e   c u r r e n t   f l o w s   t h r o u g h   t h e   i n d u c t o r   c o n t i n u o u s l y .   A s s u m i n g   t h e   v o l t a g e   a t   t h e   o u t p u t   s i d e   i s   c o n s t a n t ,   f r o m   t h e   K i r c h h o f f' s   l a w ,   w e   c a n   w r i t e   t h e   e q u a t i o n   f o r   t h e   v o l t a g e   a c r o s s   t h e   i n d u c t o r   a s   i n   ( 6 - 8 ).     0 o L S V V V     (6)   dt di L V L L     (7)   L V V dt di o S L   (8)     W hile  the  switc h  do es  no t   con du ct   the   cur ren t  T D dt ) 1 ( ,  t he   rate  of   chan ge  of   the  cur ren t  flow ing  thr ou gh  the ind uctor  is con sta nt.  The  decr ease i n  the cu rr ent is li near , allowing  the n ew  equ at ion  is     T D L V V i o S o f f L ) 1 ( ,   (9)     The  c onsta nt  sta te   of  cha ng e  in  t he  c urre nt  fl ow i ng  th r ough  al l  the   inducto rs  is   eq ua l  to   zer o,  f ro m   the (5)  and   ( 9) ,  w e   ca n w rite   a n e w   (10).     0 , , o f f L on L i i   (10)     2. 3.     P ower co nt r ol met hod  w ith h ystere si s     The  three - ph ase  inv erter  is  us ed  fo r  the  con necti on   between   wind   turb ines  and   gen erator s  thro ug h  the  bo os t  c o n v e r t e r   ci rcu it   to  su pp ly   no n - li near   loads  and   to   con nect   to   the  gr id.  T h e   sel ect ion   of   inv erters  is  essenti al   in  con trolli ng   t h e   po wer   pr ov ided  to  the  syst em .  In   this  research ,  con trol  m et ho ds   us e   the  cur ren t  flow   con trol  te chn iqu e .  T h i s   m e t h o d   c a n   r e t u r n   e n e r g y   t o   t h e   g r i d .   T h e   r e f e r e n c e   s i g n a l   c o n s i s t s   o f   a   s i n e   v o l t a g e   r e f e r e n c e   s i g n a l   ( V ref   1 , 2 , 3 ),  a cu rr ent r eferen ce sign al  f low  to the n et wo rk  ( I ref   1 , 2 , 3 ),  an d  the o utp ut v oltage ref eren c e   sign al   of   the  gen erator   ( V ref   ).   All  three  par ts  are  j us t  a  ref eren ce  sign al   th at   gen erates  sign al s,  to  create   the  PW M  sign al   fo r  the  switc h  to  the  hyste resis  cur ren t  con trol  fo r   the  inv erter  with  a  diagr am   of   the p rinciple as sh ow n  in Fig ur e 5 .     2.4 .    Pri ncipl e s of feedb ack  control s yste ms    Ty pes  of   con trols  that  are  com m on   in  ind us tria l  app li cat ion s  gen erall y  con sist   of   Pr op or ti on al - integral - der ivati ves  (P ID   con trolle r)   and   the  discrete  ou tpu t  con trolle r  is  a  widely   us ed  feed back   con trol  syst em .   The  us ed  value  in  the  cal culat ion   is  the  err or   value  der ived  fr om   the  diff eren c e  in  the  pr ocess  var ia bles  and   the  desired   am ou nt  to  the  m inim um   by  adj us ti ng   the  inp ut  sign al   value  of   the  pr ocess.     The  nu m ber   of   var ia nts  of   the  us ed  PI D  m us t  chan ge   accord ing   to  the  natur e  of   the  syst em .   The  cal culat ion   m et ho d  of   the  PI D  dep end s  on   thr ee  var ia bles:  the  pr op or ti on ,  integrals,   and   der ivati ves.   The  resu lt   of   the  cur ren t  err or   determ ines  the  equ al   values ,  and   the  integral  value  de te rm ined  by  the  resu lt   based   on   the  su m   of   the  m ist akes  wh ic h  j us t  passed ,  and   the  der ivati ve  value  based   on   the   chan ge  rate  of   the  err or   value,   the  weigh t  resu lt ing   fr om   these  three  com bin at ion s  m us t   us e   t o  adj us t  the  pr ocess.   Ad j us ti ng   the  con sta nts  in  the  PI D  The  con trolle r  can  chan ge  the  con trol  patte rn   to  su it   the  pr ocess  req ui rem ents,   the  resp on se  of   the  con tr oller  is   in  the  fo rm   of   the  con trol  of   the  bo dy  un ti l  the  err or   (o ver sh oo ts)  and   syst em   swin g  (o sci ll at ion ).   The  PI D  m et ho d  do es  no t  gu aran te e  that  it   is  the  m os t  app ro pr ia te   con trol  syst em   or   can  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  2 ,  A pr i l   2020   :   1701   -   1711   1706   m ake  the  pr ocess  sta ble.  Ap plica ti on s  m ay   so m et im es  us e  on l y  on e  to  two  fo rm s  dep end ing   on   the  pr ocess.   So m et im es   PI Ds  are  ref err ed   to  as  PI ,  PD ,  P  or   I  con trol  dep end ing   on   the  im plem entat ion .  Fo r  this  research ,  the  PI   m us t   be  us ed   to  con trol  the  vo lt age  of   the  bo os t  con ver te r;  the  pr op or ti on al   resp on se  can  m ake   by  m ulti plyi ng   the  err or   with  the  K p   con sta nt,  al so   kn ow n  as  the  m agn ific at ion   rati o.   Fo r  integrati ve  te rm s,   the  pr op or ti on   of   err or   siz e  and   du rati on   of   fail ur e,  the  su m   of   err or s  in  ever y  per iod   m us t   giv e   the  accum ulate d  of fset  that  sh ou ld  be  in  the  pr eviou s.  The  cum ulati ve  err or   is  m ulti plied   by  the  integrati on   rate. Th e integrati on  r at e  K i   determ ines the size of  the r esult of  the integr al  term , as  in  F igu re 2 .           Figure  5. Dia gra m  o f  t he  cal cu la ti on   re fer e nc e cu rr e nt       3.   RESU LT S   A ND    DISCU S SION     In  this  resea rc h,   boost   co nve rter  te st,   f ull  s yst e m   pr ot otyp e  te sti ng  an d  non - li near  loa d  te sti ng   a re  as  fo ll ows.  For   te sti ng ,  a  bo ost   conver te r  use s  pro portio nal  and   i nteg ral  con t ro l  te ch niqu es  to  co ntr ol  V DC   vo lt age  le vels.   The  te st  perf or m ed  by  m ain ta inin g  a  co nst ant  volt age  in  co ndit ion s  a s  var yi ng  the  input   vo lt age  from   wind  tur bin es  or   Vw i nd   generator s  an d  as   increasin g  the   nu m ber   of  lo ads,   the  te st  r esults  sh ow n  in   F i gur e 6   (a) an d ( b) .             (a)     (b)     Figure  6. Bo ost  Conver te r  te s ti ng   us in g PI  te chn i qu e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Develo pm e nt  of  D C v oltag e  c on tr ol fro m  wi nd tur bin es   usi ng p r oport ions …   ( Arckar akit C hait hanakul wat )   1707   Ba sed  on  the  t est   resu lt s   f rom   F igu re  6.   (a),  we   fou nd   t hat  the  boost   co nverter  ci rcu it   is   con t ro ll e d  by  the   pro portion al   a nd   i nte gr al   c on t ro l  te chn i qu e s  with   cha ng i ng   c on diti on s ,  in pu t  vo lt age   ra ng i ng   ca n  con t ro l  c onsta nt  volt age   an d  the  sig nal  rip ple  is  not  m or e  t han  5  %.   Ba se d  on  the   te st  re su lt s   f ro m   F ig ur e   6.  (b),   wh il e  c ha ng i ng   c onditi ons  of   loa d,  it  can  co ntr ol  th e  vo lt a ge  le vel   as  nee ded.   Te sti ng   of   t hr ee - ph a se  inv e rters  c on t r ols  the  c urren t by  us i ng   a h yst eresis  co ntr ol  te chn i qu e ,  a nd  b y  te sti ng   the  c urren t  am plit ud e  t o  su pply   po wer   t o  the  t hr ee - phase  gri d - c onne ct ed  syst em .  T he  prototype  s chem e    in  F ig ur e  7,  i n  t he  c ase  of   vo lt age   cha ng es  on  the  i nput   side  of  a  wind   t urbine   or  gen e rato r  siz e,   te st  resu lt s  s howe d  t hat  the  three - ph a se  inv e rter  ci rcu it ,  with   cu rr e nt  con t ro l  usi ng   a  hyste ric al   con tr ol  te chn iq ue,   can  inc r ease  the  curren t  siz e  for  sup plyi ng   powe r  to  the  e le ct rical   network   syst em   accord i ng   to  t he  ch ang e  of   i nput  vo lt age  from   wind   tur bin es  or  generator s.   This  research ,  pr esented  abo ve ,  create s  a  pr oto ty pe  and   te st  the  vo lt age  con trol  syst em   of   the  bo os t  con ver te r  ci rcu it   us ing   pr op or ti on al   and   integral  con trol  te chn iqu es.  In cl ud ing ,   check ing   the  cur ren t  con trol  of   the  three - ph ase   inv erter  ci rcu it ,   us ing   a  cur ren t  con trol  te chn iqu e  hyste resis  to  su pp ly   no n - li near   load  tog et her   with  the  po wer   su pp ly   into  the  gr id - con nected  syst em .  Fr om   the  com par ison   of   sim ulati on   resu lt s  with  pr og ram s ,  MATLAB/Si m ulink   with  the  sam ple  ti m e  of   10   s  are  sh ow n   in  F igu re  8  (a)   and   (b ).   F igu re  8  (a)   is  sh ow n  chan ges   in  vo lt age  and   the  am plit ud e  of   the  cur ren t  flow   fo r  te sti ng   the  integrated  syst em .  It   m us t   be   te ste d  us ing   wind   turb ines  or   gen erator s.  It  is  us ing   the  bo os t  con ver te r  ci rcu it   to  m ai ntain  the  vo lt age  le vel  and   to  us e  the  3 - ph ase  inv erter  ci rcu it   to  su pp ly   po wer   to  the  gr id.  T he  vo lt age  fr om   the  wind   turb ine,  there  m us t   be   chan ges  to  adj us t  the  siz e  of   the  cur ren t  to  the  gr id,  accord ing   to   the  pr op or ti on   of   the  te ns ion   and   m ai ntain  a  con sta nt  DC  bu s  vo lt age.  Fr om   the  syst em   te st  in   F igu re  8  (b ),     it   was  fo un d  that  the  bo os t  con ver te r  ci rcu it   cou ld  m ai ntain  the  vo lt age  le vel  hig her   than  the  fixed   gr id,   and   will   able  to  adj us t  the  am plit ud e  of   the  gr id - con nected   accord ing   to  the  po wer   of   the  wind   turb ine  pr od uced   the sign al .           (a)   (b)     Figur e  7. The  c urren t  gri d - c on nected           (a)   (b)     Figure  8. Cha nges i n vo lt age   and cu rr e nt siz e       Ba sed  on  the  t est   resu lt s,  Fi gure  9  an d  Fi gure  10,  f ound  that  the  three - ph a se  inve rter   ci rcu it   with   current   c on t ro l   us in g   the   hyste rical   con t ro l t echn i qu e , it  c an  increase the c urren t si ze o f  the po wer  s uppl y i nto  the  powe r  net work   syst em ,  ac cordin g   to  t he  cha nge  of  i nput  volt age  f r om   wind   tur bi nes,   a nd   t he  va lue  of   THD i s   is  re duced  acc ordin g  to  the   inc rea sing   cu rr e nt  si ze  as  sim ulated   in   MATL A B/ Si m ulink .   S yst e m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  2 ,  A pr i l   2020   :   1701   -   1711   1708   t est ing   with  t he   non - li near   lo ad  m us t  be   a  non - li near   l oad   with  the  gr i d,   wh ic h  the  th re e - phase  el ect ri c  wind  tur bin e  c onnec ti on   syst em   m us t   hel p   t he  powe r  gr i d  s upply  the  non - li ne ar  loa d  t og et her   with  t he  powe r  at   the  wind  tur bi ne  or  the  ge ne rator   ca n  pro duce  the  outp ut .  Also,   this  syst e m   helps  to  so lve  the  harm on ic  pro blem s that o ccu r  i n  the   syst e m , d epe ndin g   on the e ne rgy  r ecei ve d  a nd  te sti ng   wi th  non - li nea r  lo ads .           (a)   (b)     Figure  9. Disto rtion o f  c urren t  sim ulate d  in MATLA B/ Sim ulink           (a)   (b)     Figure  10. Dist or ti on  of the  cu rr e nt   pr oto ty pe       Figure  11  (a )  a nd  ( b)  ba sed   on  syst em   te st  resu lt s  an d  sim ulati on   res ults  in  MAT LAB/S i m ulink   a nd  com par e  with  Figure  12   (a)   a nd   ( b) ,  we  fou nd   t hat  the  loa d  cu rr e nt  can  be   us e d  to  pay  f or   t he  loa d  inst ead  of   the  gri d  a nd  c an  s upply  po w er  to  e nter  t he  syst e m   with  the  low  disto rtio n  of   T H D i s   wa vefor m s.   Fig ure  13,   it   was  sh ow n  that  the  load  current  a nd   c urre nt  gr i d - c on nected   to  c ontrol   by  c onditi on s ,  L s c i i i   in   the case  of a st ep  loa d  te st.         (a)     Figure  11. C urren t  disto rtion  in the n on - li ne ar   loa d from  M ATL AB/Si m ul ink   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Develo pm e nt  of  D C v oltag e  c on tr ol fro m  wi nd tur bin es   usi ng p r oport ions …   ( Arckar akit C hait hanakul wat )   1709     (b)     Figure  11. C urren t  disto rtion  in the n on - li ne ar lo a d from  M ATL AB/Si m ul ink   ( c on ti nue )         ( a)       (b)     Fig ure   12. C urren t  disto rtion  s i in no n - li nea r  l oad f ro m  the  prot otype           Figure  13.   Te st res ults  f or no n - li near  l oa d  ste p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  2 ,  A pr i l   2020   :   1701   -   1711   1710   4.   CONCL US I O N   Ba sed  on  the  above  resea rc h  is  fo und  that  the  boos t  co nverter  ci rcu it   is  to  m ai ntain  volt age  le vels  and  c on tr ol  on  the  th ree - phase   inve rter   ci rc uit  for  powe r  tr a ns m issi on   into   the  3 - ph a se  power  net wor k  s yst e m   for  wi nd   tu r bin es  an d  to  a ble  to  track  the  powe r  from   the  wind  tur bin e .  The  Bo os t  C onve rter  ci rc uit  has   a  sig nal  ri pp le   in  case,   the re  i s  a  c hange  i n  t he  in put  volt ag e  not  m or e  tha n  5%.  Als o,   f or  the   po wer   supp ly ,   the  T HD i  val ue  is  re du ce d  by  decr e asi ng  th e  siz e  of  the  c urren t  t o  the   el ect rici ty   netw ork.  M or e over,   we  fou nd  that   the  loa d  cu r ren t  ca n  be  m od ifie d  to  s olv e  t he  har m o nics   in  t he  syst e m   according   t o   the  c onditi on s   and  the   ave ra ge   syst em   eff ic ie ncy  is  87. 25%,  incl ud i ng  t he  a ver a ge   dis tortio n  of  the   current  w ave f or m  in  th e orde r,  is  not  m or e than   5%.       ACKN OWLE DGE MENTS     This  work  was   suppo rted  by  the  Dho nbur i  R ajabhat  Un i versi ty ,  Thail and .   The  a uthors  w ou l d  li ke  t o  than k  P rof.  Vi ji t  Kinn a res ,   c onsu lt in g  t his  re search ,  Mr.   Att akarn  An a ka va nic  an d  M r.   Sa kd a w ut  B oont ua  for  the  ex pe rim ent al   set up       REFERE NCE S     [1]   A.  B.   Raj u ,   B.   G.  Ferna ndes,   K .   Chat t erjee ,   “ A  UP F  po wer  condi ti oner   wi th  m axi m um   po wer  point   tracke r  f or    grid - connect ed   var ia b le   spe ed  wind  ene rg y   co nver sion  s y st em ,”   Proc.  of  1st   Inte rnationa l  Conf.   on   Power   El e ct ronics  S yst ems and  Applica ti ons ( PE SA  200 4 ),   Bom ba y ,   Ind ia ,   1:   107 - 112 ,   2 004.   [2]   Dala l a,   Z.   M. ,   Za hid ,   Z .   U.,  Yu,  W e,   Cho ,   Y.,  and  L ai ,   J. - S. ,   “ Design  and  Anal y s is  of  an  MP PT  te chn ique   f o r   sm al l -   sca l e  win d  ene rg y   conv er sion s y stems ,”   I EE E   Ene rgy   C o nve rs ,   28(3) ;  75 6 – 767 ,   2013 .   [3]   Arcka rak i t  Chai t hana kulwa t,   “ Tr ac k  the   m axi m u m   power  of  a  ph otovol taic  to  co ntro l  a  ca s ca de  f ive - l eve l  inv erte r   a  single - ph ase   g rid - conne ct ed   with  a  fu zzy   logi c   cont rol , ”   In te rn ati onal  Journal   of  Powe r  E le c tronic s  and  Dr iv e   Syste m ( IJP EDS ) ,   10(4);  1863 - 1 874 ,   2019 .   [4]   W anna kar n,   P.,  and  V .   Kinna res, ”   Dig it al   Si gnal  Controll er - Based  Gr id - Co nnec t ed  In ve rte r  for  Axial  Flu x   Pe rm anent   Mag net   Gene rator , ”   In  2011  IEE E  Ninth  Inte rna ti o nal   Confer enc e  on  Pow er  El ec tr onic s  and  Drive   S y stems   (PEDS ),   Singapor e, 152 7 – 1530 ,   2011 .   [5]   Ramasam y   B.   K.,   Pala ni appa n   A.,   “ Y akoh  S .   M.   Direc t - dri ve   low - spee d  wind  ene rgy  c onve rs ion  system  inc orpor ati ng  ax ial - ty p e  permane nt  magnet  gene rator  and  Z - sour c e  inv ert er  wit h  s ensorless  maxim um  power  point   track ing   co ntrol l er, ”  IET Re n ew. Pow er  Gene r at ,   7(3);  284 – 295 ,   2 013 .   [6]   R.   David  Ri cha r dson  and  Gera ld   M  McNerney .   “ W ind  Ene rg y   S y stems .   Proce edi n gs  of  the   IEEE,”   81(3);  378 - 389 ,  1993 .    [7]   Gar y   L   Johns on,   “ Wind  En ergy   S yste ms , ”   Prentic e  Hal l  In c. E ngl e wood Cli ff. NJ .   1985.   [8]   R.   M.  Hiloowala  and  A.  M.  Sh ara f.,  “ A  uti li t y - int er ac t ive   wind   ene rg y   conve rsi on  sche m e  with  an  as y n chr onous  dc - li nk   usi ng  a  s upple m ent ar y   co ntrol   loop, ”   IE E E  Tr an. on  En erg y  Conv er. ,   9(3);   558 - 563 ,   1994 .   [9]   Ghaffa ri ,   A. ,   Kr stic ,   M.,  and   Se shagiri ,   S.,  “ Pow er   opti m izati o n  and  cont rol   in   wind  en erg y   co nver sion  s y st ems  using  ext r emum   see king ,”   I EE E   Tr ans.  Control  S yst.   Te chnol . ,   22 (5);  1684 – 1695 ,   2014 .    [10]   La rbi  M’h amed,  Ghera bi   Za k aria,   Doudar   Khire ddine ,   “ A  Robust  Sensorless  Control   of  PM SM   Based  on  Slid in g  Mode  Obs erv er  and  Model  Ref ere nc e  Adapt ive  S y ste ,”   Int ernati onal  Journal  of  Powe r  E le c tronic s  and  Dr i v e   Syste m ( IJP EDS ) ,   8(3);  1016 - 10 25 ,   2017 .   [11]   S.  M.  Mu y ee n ,   A.  Al - Durra,   J.   Ta m ura ,   “ Vari a ble   spee d   wind  turbi ne  g ene r at o r  s y stem  with  c urre nt  con trol l ed   volt ag e  sourc e  I nver te r .   E ner g y   Conversion  and   Mana gement,”   5 2(7);  2688 – 2694 ,   2011 .   [12]   Mesem anol is  A.,   Made m li s  C. ,   a nd  Kioskeridi s  I,   “ Optimal  eff ici ency   control  stra te g y   in  wind  en erg y   conve rsion   s y stem wit h   ind uct ion   gene r at or ,”   IE EE J.  Em er.   Sel e ct .   Topics  P ower  Elec tron ,   1 (4);  238 – 246 ,   20 13 .    [13]   Naz ha  Cherk aou i,   Tour ia   Haid i,   Abdela z iz   Be lfqih,  Faissal  El   Ma ria m i,   Jam al   Bo ukher ouaa ,   “ A  Com par ison  Stud y   of    Rea ctive  Pow er  Control   Strat eg ie s  in  W ind  Farm s  with  S VC  and  STATCOM ,”   “ Inte rnational   Journal  of   El e ct rica l  and   C omputer  Engi n e ering  ( IJE CE) ,”   8(6);  4836 - 4846 ,   2018 .   [14]   A.  Masm oudi,   L.   Krich en,   A.  Ouali ,   “ Volta g e  cont rol  of  a  v ariabl e  spe ed  wind  turbi ne  conn ect ed  to  an  isol at e d  loa d:   Expe r imen ta l   stud y , ”   En ergy   Conv ersion  an d  Manage ment ,  59(1);  19 – 26 ,   20 12 .   [15]   X .   W ang,   S.  Yuvara j an,   L .   Fan,   “ MPPT  cont rol  for  a  PM SG - ba sed  g rid - ti ed  wi nd  gene ra ti on  sy stem, ”   In  Nort h   Ame rican    Pow e r Sy mpos ium  ( N AP S) , 1 – 7 ,   2010 .    [16]   Z.   Qiu,   K.  Zhou ,   Y.  Li .   “ Modeling  and  cont rol  o f  diode   rec t ifi e r  fed   PM SG  base d  W ind  turbi ne  in  El ectric   Uti lit y   Dere gulation  an d  Restruc tur ing  and  Pow er  Tech nologi es  (DRP T), ”   4th  Inte rnat i onal  Confe ren ce  on ,   1384 – 1388 ,  2011 .    [17]   M.  Zhou,   G.  Ba o,   Y.  Gong,  “ M axi m um   power  point   tracki ng  st rat eg y   for  direct - drive n  PM SG , ”   in  Powe r  and   Ene rgy  Engi n ee r ing  Conf ere nce  ( AP P EE C) ,   As ia - Paci fi c, 1 – 4 ,   201 1 .   [18]   M.  E.   Haque ,   M.  Negne vit sk y ,   K.  M.  Mutta qi ,   “ A   novel   cont r ol  strat eg y   for  a   v ari able  spee d  wind  turbi ne  with   a  per m ane nt  m agne t  s y nchr onou s  gene rat or ,”   Industry  Appl ic at i ons  Soci et y  Ann ual  Me et ing ,   IAS ’08,   IEE E.   1 – 8 ,  2008 .   [19]   M. - G.  Daniel,  A. - M.   Om ar,   T. - O .   Rubén ,   G. - B .   Abel,   “ Com par ison  of  Diffe r ent   PLL   Strategie s  f or  Applic a ti ons  i n   a  W ind  Gen erat i on  S y stem.   Proc edi a   Technol og y,   7(1)   150‑157 ,  2 013 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.