I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 ,   p p .   1462 ~ 147 4   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v 1 7 . i 2 . p p 1 4 6 2 - 1 4 7 4           1462       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Permanent   ma g net  g enerato r  f o s ma ll and  medium - sca le  hy dro po wer a  sy stema tic  r ev iew       Ng a t o no 1, 2 Ra j a   No F irda us   K a s hfi  Ra j a   O t hm a n 1, 3 ,   M .   N a zr i   O t hm a n 1, 3 ,   M .   Z ulk if li Ab  Ra hm a n 1, 4   1 F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   Te c h n o l o g y   a n d   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r s i t i   T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a ,   M e l a k a ,   M a l a y si a   2 D e p a r t me n t   o f   C o m p u t e r   S y st e ms,   F a c u l t y   o f   I n f o r ma t i o n   T e c h n o l o g y ,   U n i v e r si t a s Ser a n g   R a y a ,   B a n t e n ,   I n d o n e si a   3 El e c t r i c   V e h i c l e ,   P o w e r   El e c t r o n i c s a n d   D r i v e R e s e a r c h   G r o u p ,   C e R I A ,   U Te M ,   M e l a k a ,   M a l a y si a   4 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   P o l i t e k n i k   S u l t a n   M i z a n   Z a i n a l   A b i d i n ,   D u n g u n ,   M a l a y s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  2 5 ,   2 0 2 4     R ev is ed   J an   6 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Feb   1 1 ,   2 0 2 6       Re n e wa b le  e n e rg y ,   p a rti c u larl y   h y d ro p o we r ,   is  a   k e y   fo c u in   re d u c in g   re li a n c e   o n   fo ss il   fu e ls  a n d   m it i g a ti n g   e n v ir o n m e n tal  imp a c ts.  P e rm a n e n t   m a g n e g e n e ra to r   (P M G h a s   e m e rg e d   a a   h i g h ly   e fficie n o p ti o n   f o r   c o n v e rti n g   h y d ro - e n e r g y   i n to   e le c tri c it y ,   o ffe ri n g   a d v a n tag e su c h   a h ig h   e fficie n c y ,   c o m p a c d e si g n ,   a n d   m in ima m a in ten a n c e .   T h is  re v ie e x p lo re th e   late st  d e v e lo p m e n ts  i n   P M G   tec h n o lo g y ,   p a rti c u larly   fo r   sm a ll   a n d   m e d iu m - sc a le  h y d r o p o we r   a p p l i c a ti o n s.  s y ste m a ti c   re v iew   m e th o d   wa u se d   t o   a n a ly z e   6 1 7   p a p e rs  a n d   n a rro w   t h e m   d o w n   t o   2 0   re lev a n stu d ies .   Ke y   fin d i n g h ig h li g h a d v a n c e m e n ts  in   P M G   d e sig n ,   in c l u d i n g   m o d u lar   sta to rs,  c o u n ter - ro tati n g   t u rb i n e s ,   a n d   c o rd les s   d e sig n t h a t   e n h a n c e   e fficie n c y   a n d   a d a p tab il it y   in   lo w - sp e e d   e n v iro n m e n ts.  H o we v e r,   s ig n ifi c a n t   c h a ll e n g e re m a in ,   in c lu d i n g   t h e   h i g h   c o st  o m a g n e ti c   m a teria ls  li k e   Ne o d y m iu m   Ir o n   B o ro n   (Nd F e B ),   th e rm a sta b il it y   issu e s ,   a n d   m o re   ro b u st   c o n tro sy ste m to   m a n a g e   v a r iab le  wa ter  flo c o n d it i o n s.  T h e   re v iew   c o n c lu d e s th a wh il e   P M G   h o l ds   g re a p o te n ti a f o h y d r o p o we r   a p p li c a ti o n s,   F u rth e r   re se a rc h   is  n e e d e d   t o   o p t imiz e   m a teria u sa g e ,   imp r o v e   d e sig n ,   a n d   re d u c e   c o sts.  F u t u re   wo rk   sh o u ld   fo c u s   o n   d e v e lo p i n g   n e w   m a g n e ti c   m a teria ls  a n d   in n o v a ti v e   ro to d e sig n to   e n s u re   P M G   c a n   p ro v i d e   a   sc a lab le  a n d   su sta i n a b le so l u ti o n   f o g lo b a e n e rg y   n e e d s.   K ey w o r d s :   Desig n   Hy d r o p o wer   Op tim izatio n   P er m an en t m ag n et  g en e r ato r   R en ewa b le  en er g y   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   R aja  No r   Fird au s   Kash f i Raja  Oth m an   Facu lty   o f   E lectr ical  T ec h n o lo g y   an d   E n g i n ee r in g   ( FTKE ) ,   Un iv er s iti T ek n ik al  Ma lay s ia  Me lak ( UT eM )   Han g   T u ah   J ay a,   7 6 1 0 0   Du r ia n   T u n g g al,   Me lak a,   Ma lay s ia   E m ail: n o r f ir d au s @ u tem . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   R en ewa b le  en er g y   h as  b ec o m ce n tr al   f o cu s   i n   g l o b al  ef f o r ts   to   r e d u ce   d ep en d en ce   o n   f o s s il  f u els   an d   m itig ate  th en v i r o n m e n t al  im p ac ts   ca u s ed   b y   tr ad itio n al  en er g y   g e n er atio n .   On o f   t h m o s p r o m is in g   s o u r ce s   o f   r en ewa b le  en e r g y   is   h y d r o p o we r ,   wh ich   h ar n ess es  th f lo o f   wate r   to   g en er ate  elec tr icity .   Acc o r d in g   to   d ata  f r o m   th I n ter n atio n al  E n er g y   Ag en cy   ( I E A) ,   h y d r o p o wer   ac c o u n ts   f o r   n ea r ly   1 6 o f   th e   wo r ld ' s   to tal  elec tr icity   g en er atio n   ca p ac ity   an d   o v er   7 0 % o f   all  r en ewa b le  en er g y   p r o d u ce d   g lo b ally   [ 1 ] .   I n   o r d er   to   tr an s m u te  h y d r o el ec tr ic  en er g y   in to   elec tr ical  e n er g y ,   d e v ice  k n o wn   as  g en er ato r   is   in d is p en s ab le.   Am o n g   t h f r e q u en tly   e m p lo y e d   v ar ieties  o f   g en e r ato r s   ar e   th in d u ctio n   g en er at o r   a n d   th e   p er m an en t   m ag n et  g e n er ato r   ( PMG)   [ 2 ] .   Am i d   th e   g r o win g   g lo b al  d e m an d   f o r   cle an   an d   s u s tain ab le     en er g y ,   PMG  tech n o lo g y   h as  em er g ed   as  a n   ef f icien s o lu tio n   f o r   m a x im izin g   h y d r o   e n er g y   co n v er s io n   in to   elec tr ical  en er g y   ac r o s s   v a r io u s   s ca les,  f r o m   lar g e   h y d r o p o wer   p lan ts   to   s m all - s ca l ap p licatio n s   lik e     Pico - Hy d r o   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       P erma n en t m a g n et  g en era to r   fo r   s ma ll a n d   med iu m - s ca le  h yd r o p o w er:  a   s ystema tic  r ev ie w   ( N g a to n o )   1463   PMG  o f f er s   s ev er al  ad v an tag es  o v er   co n v en tio n al  g e n er at o r s ,   s u ch   as  in d u ctio n   o r   s y n ch r o n o u s   g en er ato r s   th at  r ely   o n   elec tr o m ag n etic  ex citatio n .   T h p r im ar y   a d v an ta g o f   PMG   lies   in   its   h ig h er   ef f icien cy ,   s im p ler   d esig n   with o u th e   n ee d   f o r   ex ter n al  e x citatio n ,   s m aller   s ize  an d   w eig h f o r   th s am e   p o wer   o u tp u t.   I n   t h co n tex t   o f   h y d r o p o we r ,   PMG  is   p a r ticu lar ly   r elev a n d u to   its   ab ilit y   to   o p er ate  ef f icien tly   at  lo r o tatio n al  s p ee d s ,   wh ich   ar o f ten   en c o u n t er ed   in   wate r   tu r b in es  [ 5 ] .   Ad d itio n ally ,   PMG  is   m o r r eliab le  d u to   f ewe r   m o v in g   p ar ts ,   wh ich   r ed u c es   th r is k   o f   m ec h an ical  f ailu r an d   lo wer s   m ain ten an ce   co s ts   [ 6 ] .   Var io u s   s tu d ies  h av ex p lo r e d   th d ev elo p m en an d   a p p lic atio n   o f   PMG  in   h y d r o p o wer   g en er atio n   [ 7 ] .   Fo r   in s tan ce ,   r esear ch   c o n d u cte d   b y   Z ar iatin   et  a l.   [ 8 ]   d em o n s tr ated   t h at  u s in g   PMG  in   s m all - s ca le  h y d r o p o wer   ap p licatio n s ,   s u c h   as  Pico - Hy d r o ,   ca n   im p r o v s y s tem   ef f icien c y   b y   u p   to   1 0 c o m p ar e d   t o   in d u ctio n   g en er at o r s I n   an o t h er   s tu d y ,   Kallaste  et  a l [ 9 ]   in v esti g ated   th u s o f   PM in   lo w - ca p ac ity   h y d r o p o wer   p lan ts ,   em p h asizin g   th im p o r tan ce   o f   s elec tin g   ap p r o p r iate  m ag n etic  m a ter ials   to   en h an ce   g en er ato r   p er f o r m an ce   u n d er   v ar y in g   en v ir o n m en tal  co n d itio n s .   Ma g n etic  m ater ials   lik Neo d y m iu m   I r o n   B o r o n   ( Nd FeB )   h a v b ec o m th m ater ial  o f   c h o ice  d u to   th eir   h ig h   m ag n etic  en er g y   d e n s ity ,   alth o u g h   th ey   also   h av d r awb ac k s   in   ter m s   o f   r esis tan ce   to   h ig h   tem p er at u r es  [ 1 0 ] .   I n   ad d itio n   to   e f f icien cy ,   o n o f   th p r im ar y   ch allen g es  in   d ev elo p i n g   PMG  f o r   h y d r o p o wer   ap p licatio n s   is   o p tim izin g   th e   d esig n   o f   th e   m ag n ets  an d   r o t o r .   C h o i   et  a l .   [ 1 1 ]   h ig h lig h te d   th e   im p o r tan ce   o f   p er m an en t   m ag n et  co n f ig u r at io n   in   im p r o v in g   m ag n etic  f l u x   d e n s ity   an d   m ax im izin g   p o wer   o u t p u t.  T h ey   p r o p o s ed   r o to r   d esig n   w ith   tan g en tially   p lace d   m ag n ets,  wh ich   s h o wed   s ig n if ican p er f o r m an ce   im p r o v em e n ts   in   g en er ato r   o u tp u t.  T h is   alig n s   with   f in d in g s   r ep o r ted   b y   Gan d z ha   et  a l.   [ 1 2 ] ,   wh o   ex p l o r e d   v ar io u s   r o to r   co n f i g u r atio n s   an d   d em o n s tr ated   th at  r ad ial  m ag n et  ar r an g em en t c an   y ield   b etter   r esu lts   at  lo w   s p ee d s ,   m ak in g   it id ea f o r   h y d r o p o wer   ap p licatio n s .   B ey o n d   a d v an ce m en ts   in   m ag n et  d esig n ,   ex p er im en tal   an d   s im u latio n   s tu d ies  h a v co n tr i b u ted   t o   a   b etter   u n d er s tan d in g   o f   t h e lectr o m ag n etic  ch a r ac ter is tics   o f   PMG  u n d er   d if f er en t   o p e r atio n al  co n d itio n s   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   T h r o u g h   f in ite  ele m en m eth o d   ( FEM ) - b ased   s i m u latio n s ,   Ku m ar   et  a l.   [ 1 5 ]   id en tifie d   c r itical  d esig n   p a r am eter s   th at   en h an ce   PMG  ef f icien c y   u n d er   p a r t ial  lo ad   co n d itio n s ,   wh ich   ar e   co m m o n   in   s m all - s ca le  h y d r o p o we r   s y s tem s T h eir   f in d in g s   in d icate   th at  ca r ef u d esig n   o p tim izatio n   ca n   im p r o v o v er all   s y s tem   p er f o r m a n ce   an d   r ed u c en er g y   lo s s es d u to   lo ad   v ar iatio n .   Desp ite  th m an y   ad v an tag es  o f f er ed   b y   PMG,   th er ar s till   s ev er al  ch allen g es  to   b ad d r ess ed   in   its   im p lem en tatio n   in   h y d r o p o wer   s y s tem s .   On o f   th m ain   is s u es  i s   th h ig h   co s o f   p er m an en m ag n etic   m ater ials ,   esp ec ially   wh en   u s in g   h ig h - p er f o r m an ce   m ater ials   lik Nd FeB   [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] .   As  r ep o r ted   b y   B h ar an i k h u m a r   et  a l   [ 1 8 ] ,   th co s o f   m ag n etic  m ater ials   co n tr ib u tes  m o r th a n   3 0 o f   th to tal  co s o f   m an u f ac tu r in g   PMG ,   wh ich   c an   b b ar r ier   to   ad o p tin g   th is   tech n o lo g y   in   c o s t - s en s itiv m ar k ets .   T h er ef o r e,   f u r t h er   r esear ch   is   n ee d ed   to   id e n tify   m o r af f o r d ab le  alter n ativ es  th at  s till   o f f er   g o o d   p er f o r m an ce .   Mo r eo v e r ,   th t h er m al  s tab ilit y   o f   m a g n etic  m ater ials   is   also   cr itical  co n ce r n   in   h y d r o p o wer   ap p licatio n s .   Per m an e n m a g n ets  ten d   to   lo s s o m e   o f   th eir   s tr en g th   at  h i g h   tem p er atu r es ,   wh ich   ca n   af f ec t   th lo n g - ter m   p e r f o r m an ce   o f   PMG ,   p ar ticu lar ly   in   ex tr e m en v ir o n m en ts   [ 1 9 ] .   s tu d y   c o n d u cted   b y     L iu   et  a l.   [ 2 0 ]   s u g g ested   t h u s o f   p ass iv an d   ac ti v co o lin g   tech n iq u es  to   k e ep   PMG  o p er atin g   tem p er atu r es  with in   s af r a n g wh ile  m in im izin g   th r is k   o f   d em a g n etiza tio n As  tech n o lo g y   co n tin u es  to   ev o lv e,   th ese  ch allen g es  p r ese n o p p o r tu n ities   f o r   f u r t h er   r es ea r ch .   On p r o m is in g   a r ea   is   th d ev elo p m en o f   n ew  m ag n etic   m ater ials   with   b etter   m a g n etic  an d   th e r m a p r o p er ties   as  well  as  lo wer   p r o d u ctio n   co s ts .   Ad d itio n ally ,   th e   im p lem e n tatio n   o f   in n o v ativ d esig n   tec h n iq u es,  s u c h   as  n ew  m ag n et   ar r an g em en ts   an d   u s in g   co m p o s ite  m ater ials   f o r   r o to r s ,   is   an   in ter esti n g   to p ic  f o r   f u r th e r   ex p lo r atio n   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ] .   I n   co n clu s io n th ad v an ce m en ts   in   PMG   tech n o lo g y   o f f er   g r ea p o ten tia f o r   im p r o v i n g   th e f f icien c y   an d   r eliab ilit y   o f   h y d r o p o wer   g en er atio n .   Ho w ev er ,   in - d ep th   r esear ch   is   r eq u ir ed   o n   d esig n   o p tim izatio n ,   m ater ial  s elec tio n ,   an d   th e   d ev elo p m en o f   m o r e   co s t - ef f ec tiv p r o d u ctio n   m e th o d s .   T h is   ar ticle  aim s   to   p r o v id a   s y s tem atic  r ev iew  o f   th e   ex is tin g   liter a tu r e,   with   f o cu s   o n   c u r r e n tr en d s ,   ch allen g es,  an d   r e s ea r ch   g ap s   in   th e   d ev elo p m e n t o f   PMG  f o r   s m al l a n d   m ed i u m - s ca le  h y d r o p o w er   ap p licatio n s .       2.   P E RM ANEN T   M AG NE T   G E NE RATOR   PMG  is   in s tr u m en tal  in   au g m en tin g   th ef f icac y   o f   s m all  h y d r o p o wer   p lan ts ,   esp ec ially   with in   lo w - h ea d   s ce n ar io s .   T h ese  g e n er ato r s   c ap italize  o n   th e   b e n ef its   o f   v a r iab le  s p ee d   tec h n o lo g y   a n d   s u p er io r   ef f icien c y ,   r en d er in g   th em   ap p r o p r iate  f o r   th ex p lo itatio n   o f   u n u tili ze d   h y d r o p o wer   r eso u r ce s .   T h s u b s eq u en s ec tio n s   d elin ea te  f u n d am en tal  ch a r ac ter is tics   o f   PMGs wi th in   h y d r o p o wer   s y s tem s .     2 . 1 .     Wo r k ing   p rinciple   T h wo r k in g   p r in ci p le  o f   a   PMG  is   s im ilar   to   th at  o f   co n v en tio n al  s y n ch r o n o u s   g en e r a to r ,   wh e r th m ag n etic  f ield   g en er ated   b y   p e r m an en t   m ag n et  i n ter a cts   with   th s tato r   win d in g   to   p r o d u ce   an   elec tr ic   cu r r en t h r o u g h   elec tr o m ag n etic  in d u ctio n .   As  th r o to r   co n tain in g   th e   p er m a n en m ag n et  r o tates,  th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 4 6 2 - 147 4   1464   m ag n etic  f ield   cu ts   th r o u g h   t h s tato r   win d in g ,   in d u cin g   a   v o ltag in   th co ils .   T h in d u ce d   v o ltag ca n   b e   ca lcu lated   u s in g   Far ad a y ' s   law   o f   elec tr o m a g n etic  in d u ctio n   i n   ( 1 ) .     ( ) = ɸ      ( 1 )     W h er e( t)   is   th e   in d u ce d   v o l tag e,   is   th e   n u m b er   o f   co il   tu r n s ,   Φ   is   th e   m ag n etic  f lu x   p r o d u ce d   b y   t h e   p er m an en m a g n ets,  d q /d is   th r ate  o f   ch an g o f   m ag n etic   f lu x   with   tim [ 2 3 ] .   T h in p u o f   PMG  ca n   b e   ca lcu lated   u s in g   th b asic m ec h an ical  p o wer   f o r m u la  in   ( 2 ) .     = 1 2       ( 2 )     W h er is   th in p u t   p o wer   ( i n   watts),   ω   is   th an g u lar   s p ee d   o f   th r o to r   ( r ad /s ) ,   T   is   th to r q u p r o d u ce d   b y   th in ter ac tio n   in   th m ag n etic  f ield .     2 . 2 .     B a s ic  s t ruct ure  o f   P M G   I n   an   ax ial   f lu x   p er m an en t   m a g n et  g e n er ato r   ( AFPMG) ,   th e   m ag n etic  f lu x   f lo ws  p ar allel  t o   th e   r o to r   s h af d ir ec tio n .   Fig u r 1   s h o ws  th wo r k in g   p r i n cip le  o f   an   ax ial  an d   r ad ial  f lu x   p er m a n e n m ag n et  m ac h in e.   AFPMG  ar ty p ically   m o r c o m p ac a n d   s u itab le   f o r   ap p licatio n s   with   lim ited   s p ac e   o r   s y s tem s   with   lo w   r o tatio n al  s p ee d s ,   s u ch   as  win d   tu r b in es  o r   Pico - Hy d r o   a p p l icatio n s .   T h p r im ar y   ad v an ta g o f   AFPMG  is   its   h ig h - p o wer   d en s ity   a n d   im p r o v ed   e f f icien cy   o v e r   r ad ial  d esig n s   in   s o m l o w - s p ee d   a p p lic atio n s .   T h is   d esig n   allo ws  f o r   m o r o p tim al  in te g r atio n   o f   p er m an e n m ag n et s   s in ce   th m ag n etic  f lu x   m o v es  alo n g   th r o to r   ax is ,   r ed u cin g   t h g en e r ato r s   weig h an d   v o lu m e.   Ad d iti o n ally ,   AFPMG  p r o v id es   m o r u n i f o r m   f lu x   d is tr ib u tio n   o v er   th r o to r   s u r f ac e,   wh ich   ca n   r ed u ce   e d d y   cu r r en t lo s s es in   th s tato r .   R ad ial  f lu x   p er m an e n m ag n et  g en er ato r   ( R FP MG is   th m o r co m m o n ly   u s ed   co n f ig u r atio n ,   wh er th m a g n etic  f l u x   m o v es  r ad ially   f r o m   th r o to r   ce n ter   o u twar d   to   th e   s tato r   o r   v i ce   v er s a.   R FP MG s   ar ea s ier   to   m an u f ac tu r e   an d   ty p ically   r eq u ir less   m ater ial,   m ak in g   th em   m o r co s t - ef f ec tiv f o r   lar g e - s ca le  ap p licatio n s ,   s u ch   as  in   win d   p o wer   p lan g e n er ato r .   R FP MG   u s u ally   ex h ib its   s tab le  p er f o r m a n ce   at   h ig h   r o tatio n al  s p ee d ,   m ak in g   th e m   id ea f o r   ap p licatio n s   r eq u ir in g   s ig n if ican p o wer .   T h m ain   ad v a n tag o f   R FP M is   its   ea s o f   f ab r icat io n   an d   t h b r o a d er   a v ailab ilit y   o f   p e r m an e n m a g n et  m ater ials .   R FP MG   also   h as   s im p ler   to p o lo g y ,   w h ich   m ak es th d esig n   m o r f le x ib l f o r   v ar io u s   ty p es o f   tu r b in es.           Fig u r 1 .   Ax ial  a n d   r a d ial  f lu x   p er m an e n t m ag n et  m ac h in e   [ 2 4 ]       3.   M E T H O D   T h m eth o d o lo g y   u s ed   in   th is   r ev iew  f o llo ws  s y s tem atic  ap p r o ac h   th at  in clu d es  th p r o ce s s es  o f   id en tify in g ,   s elec tin g ,   an aly zi n g ,   an d   s y n th esizin g   liter atu r f r o m   v ar io u s   r e p u tab le  s o u r ce s ,   s u ch   as  p ee r - r ev iewe d   jo u r n als an d   in te r n at io n al  co n f e r en ce   p r o ce ed i n g s .     3 . 1 .     Rev iew  m et ho d   p r esen r esu lt   o f   s y s tem atic  liter atu r r ev iew  o f   p ee r - r ev iewe d   ar ticles  co n ce r n i n g   PMG   f o r   h y d r o p o wer .   s y s tem atic  liter atu r r ev iew  is   p r o to co l - d r iv en   ap p r o ac h   th at  en a b les  th id en tific atio n   o f   s ig n if ican f u tu r r esear ch   o p p o r tu n ities   [ 2 5 ] ,   [ 2 6 ] .   T h is   m eth o d   m in im izes  r esear ch er   b ias,  en s u r in g   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       P erma n en t m a g n et  g en era to r   fo r   s ma ll a n d   med iu m - s ca le  h yd r o p o w er:  a   s ystema tic  r ev ie w   ( N g a to n o )   1465   r ig o r o u s   an d   tr a n s p ar en t   p r o ce s s   f o r   id en tify i n g ,   s y n th esizin g ,   an d   ev al u atin g   all  av ailab le  ev id e n ce .   C o n s e q u e n t l y ,   t h i s   r e v i e w   p r o v i d e s   r o b u s t ,   e m p i r i c a ll y - b a s e d   a n s w e r s   t o   t h e   p r e d e t e r m i n e d   r e s e a r c h   q u e s t i o n s .     3 . 2 .     I dentif ica t io n   I n   th e   p r esen s tu d y ,   th e   au th o r s   ha ve   ad o p ted   t h Pre f e r r ed   R ep o r tin g   I tem s   f o r   s y s tem atic  r ev iews   an d   m et a - an al y s is   ( PR I SMA)   p r o to c o as  th f r am ew o r k   f o r   th is   s y s tem atic  r ev iew  [ 2 7 ] .   T h s y s tem atic  r ev iew  p r o ce s s   co n s is ts   o f   th r ee   m ain   p h ases   u s ed   t o   s elec s ev er al  r elev a n p a p er s   f o r   t h is   s tu d y .   T h f i r s t   p h ase  in v o lv es  id en tif y in g   k ey wo r d s   a n d   s ea r ch in g   f o r   r elate d   ter m s   u s in g   t h esau r u s es,  d ictio n ar ies ,   en cy clo p e d ias ,   an d   p r i o r   r ese ar ch .   Af ter   g at h er in g   all  r ele v an ter m s ,   s ea r ch   s tr in g s   wer cr ea ted   f o r   th e   Sco p u s ,   I E E E   E x p lo r e ,   an d   Me n d eley   d ata b ases   s ee   T ab le  1 .   I n   th f i r s p h ase  o f   th is   s y s tem atic  r ev iew  p r o ce s s ,   o u r   r esear ch   s u cc ess f u lly   r etr iev ed   6 1 7   p ap e r s   f r o m   b o th   d atab ases .       T ab le  1 .   T h s ea r ch   s tr in g   D a t a   b a se   S e a r c h   st r i n g   S c o p u s   TI TLE - A B S - K EY   ( p e r ma n e n t   A N D   mag n e t   A N D   g e n e r a t o r   A N D   f o r   A N D   h y d r o   A N D   p o w e r )   A N D   P U B Y EA R   >   2 0 1 3   A N D   P U B Y EA R   <   2 0 2 4   A N D   ( EX C LU D = S U B JA R EA ,   " C H E M " )   O R   EX C L U D (   S U B JA R EA ,   " D EC I "   )   O R   E X C LU D ( S U B JA R EA ,   " E C O N " )   O R   EX C LU D (   S U B JA R EA ,   " M ED I "   )   O R   EX C LU D = S U B JA R EA ,   " EA R T"   )   O R   EX C L U D (   S U B JA R EA ,   " S O C I "   )   O R   EX C LU D E   I EEE  X p l o r e   ( " A l l   M e t a d a t a " :   P E R M A N EN M A G N ET  G EN ER A TO R )   A N D   ( " A l l   M e t a d a t a " :   P ER M A N EN M A G N ET  G EN E R A TO R )   A N D   ( " A l l   M e t a d a t a " :   F O R   H Y D R O P O W ER )   M e n d e l e y   ( " p e r ma n e n t   ma g n e t   g e n e r a t o r "   A N D   " h y d r o p o w e r " )   O R   ( " P M G "   A N D   " r e n e w a b l e   e n e r g y "   N O " w i n d   e n e r g y " )       3 . 3 .     Scre ening   I n   th in itial scr ee n in g   p h ase,   d u p licate  p ap er s   wer r em o v e d ,   r esu ltin g   in   th ex clu s io n   o f   5   ar ticles.  T h s ec o n d   p h ase  i n v o lv e d   s c r ee n in g   5 0   ar ticles  u s in g   s et  o f   in clu s io n   an d   ex clu s io n   cr it er ia  estab lis h ed   b y   th r esear ch er s .   T h p r im ar y   in clu s io n   cr iter io n   was  r ese ar ch   ar ticles,  wh ich   p r o v id th m o s p r ac tical  in f o r m atio n .   Oth er   p u b licatio n   ty p es,  s u ch   as  s y s tem atic  r ev iews,  r ev iews,  m eta - an aly s es,  m eta - s y n th eses ,   b o o k   s er ies,  b o o k s ,   an d   ch ap t er s ,   wer ex clu d ed   f r o m   th s tu d y .   I is   wo r th   n o tin g   th at  th i s   s tu d y   co v er ed   te n   y ea r s   f r o m   2 0 1 4   to   2 0 2 3 .   Ad d itio n ally ,   o n ly   s tu d ies  co n d u cted   in   E n g lis h   wer s elec ted   to   alig n   with   th e   r esear ch   o b jectiv es.  I n   to tal,   4 6 7   p u b licatio n s   wer ex clu d ed   b ased   o n   t h ese  s p ec if ic  cr iter ia.     3 . 4 .     E lig ibi lity   Fo r   th th ir d   s tep ,   k n o wn   as  t h elig ib ilit y   p h ase,   to tal  o f   5 0   ar ticles  wer p r ep ar ed .   At  th is   s tag e,   al l   ar ticle  titl es  an d   k ey   co n ten wer th o r o u g h l y   r ev iewe d   t o   en s u r th ey   m et  th in clu s io n   cr iter ia  an d   alig n e d   with   th cu r r en r esear ch   o b je ctiv es.  As  r esu lt,  3 0   r e p o r ts   wer ex clu d e d   b ec a u s th ey   wer n o r elev an t o   th f ield ,   h ad   in s ig n if ican titl es,  o r   th eir   ab s tr ac ts   d id   n o alig n   with   th o b jectiv es   o f   th s tu d y .   Fin ally ,   2 0   ar ticles we r d ee m ed   s u itab le  f o r   f u r th er   r ev iew  ( s ee   T ab le  2 ) .       T ab le  2 .   T h s elec tio n   cr iter io n   is   s ea r ch in g   C r i t e r i o n   I n c l u s i o n   Ex c l u si o n   La n g u a g e   En g l i sh   N o n - E n g l i sh   Ti me   l i n e   2 0 1 4 2 0 2 3   <   2 0 1 4   Li t e r a t u r e   t y p e   Jo u r n a l   ( a r t i c l e )   C o n f e r e n c e ,   b o o k ,   r e v i e w   P u b l i c a t i o n   s t a g e   F i n a l   I n   p r e ss       3 . 5 .     Da t a   e x t ra ct i o n a nd   a na ly s is   An   in teg r ativ an al y s is   was  e m p lo y ed   as  o n o f   th ass ess m en s tr ateg ies  in   th is   s tu d y   to   ex am in e   an d   s y n th esize  v ar io u s   r esear ch   d esig n s ,   q u a n titativ e,   q u ali tativ e,   an d   m ix e d   m eth o d s .   T h p r im ar y   g o al  o f   th is   s tu d y   was  to   id en tify   r elev an to p ics  an d   s u b to p ics.  T h d ata  co llectio n   p h ase  was  th in itial  s tep   in   th e   th em d ev el o p m en t   p r o ce s s .   Fig u r 2   illu s tr ates  th at  th e   a u th o r s   m eticu lo u s ly   an aly z ed   co m p ilatio n   o f   5 0   p u b licatio n s   to   f in d   s tatem en t s   o r   m ater ials   p er tin en to   t h cu r r en to p ics   o f   s tu d y .   Su b s e q u en tly ,   th au th o r s   ev alu ated   s ig n if ica n ex is tin g   s tu d ies  r elate d   to   th e   class if icatio n   o f   PMG   f o r   h y d r o p o w er   in   lin e   with   th e   r esear ch   q u esti o n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 4 6 2 - 147 4   1466       Fig u r 2 .   Flo d ia g r am   o f   th p r o p o s ed   s ea r ch in g   s tu d y       4.   DE SCR I P T I V E   ANA L YS I S   T h is   is   b asic  s ta tis tica an aly s is   o f   th s elec ted   ar ticles’   k ey   attr ib u tes,  s u ch   as  th n u m b er   o f   p u b licatio n s   p er   y ea r ,   d is tr ib u tio n   b y   jo u r n al,   a n d   r esear ch   th em es.  I ts   p u r p o s is   to   p r o v id g en er al   o v er v iew  o f   r esear ch   t r en d s   w ith in   th to p ic  u n d er   r ev iew.     4 . 1 .     Chro no lo g ica pa t t er n o f   pu bli ca t io ns   I n   th is   s ec tio n ,   th au th o r   p r esen t s   th r esu lts   o f   th liter atu r r ev iew  b ased   o n   th f in al  s elec ted   r ef er en ce s .   T h is   an aly s is   in clu d es  th n u m b e r   o f   s tu d ies,  y e ar   d is tr ib u tio n ,   ty p es  o f   s tu d ie s ,   an d   k ey   f in d in g s   r elate d   to   th th em e.   N u m b er   o f   s tu d ies  an d   y ea r   d is tr ib u tio n   o u o f   to tal  o f   6 1 7   r ef er en ce s   f o u n d ,   a f ter   th e   s cr ee n in g   an d   f in al  s elec tio n   p r o ce s s ,   o n ly   2 0   r elev an an d   h ig h - q u ality   a r ticles  wer s elec ted   f o r   r e v iew.   T h e   y ea r   d is tr ib u tio n   o f   th ese  ar tic les  is   s h o wn   in   Fig u r e   3 2 0 1 4 1   ar ticle ,   2 0 1 5 0   ar ticle ,   2 0 1 6 1   a r ticle ,   2 0 1 7 :     1   ar ticle ,   2 0 1 8 2   ar ticles ,   2 0 1 9 1   a r ticle ,   2 0 2 0 :   4   a r ticles ,   2 0 2 1 3   ar ticles ,   2 0 2 2 :   5   ar ticles ,   2 0 2 3 2   ar ticles .   T h is   y ea r ’s   d is tr ib u tio n   s h o ws  an   in cr ea s in g   in ter est  in   r es ea r ch   o n   PMG  f o r   h y d r o p o wer ,   esp ec ially   in   th last   ten   y ea r s .     4 . 2 .     T hem o f   s t ud ies   T y p es  o f   s tu d ies ,   as  s h o wn   i n   Fig u r e   4,   th r ev iew  o f   2 0   ar ticles   r ev ea led   th at  th s t u d y   ty p es   in clu d e   d esig n   an d   c o n s tr u cti o n   4 5 ( 9   ar ticles  ea ch ) ,   p er f o r m an ce   a n d   ef f icien c y   1 5 %   ( 3   ar ticles  ea ch ) ,   co n tr o an d   r eg u latio n   s y s tem   2 5 ( 5   ar ticles  ea ch ) ,   p r ac tica ap p licatio n   an d   im p lem e n tatio n   1 5 ( 3   a r ticles  ea ch ) .   T h ese  ty p es  o f   s tu d ies  r ef lect  th m ain   r esear ch   f o cu s   o n   in n o v ativ d esig n ,   p er f o r m an ce   en h an ce m e n t,   co n tr o l stra teg ies,  an d   ev alu ati o n   o f   PMG  im p ac ts   in   h y d r o p o wer   s y s tem s .   T h ese  d ata  p r o v id an   o v er v i ew  o f   th d is tr ib u tio n   o f   ar tic les  an aly z ed   in   th s y s tem atic  r ev iew  o f   p er m an en t   m ag n et  g en e r ato r s   f o r   h y d r o p o we r .   T h e   d is tr ib u ti o n   o f   p u b licatio n   y ea r s   in d icate s   th at  r esear ch   o n   th is   to p ic  h as  in cr ea s ed   in   r ec en y ea r s ,   p ea k in g   in   2 0 2 0   an d   2 0 2 2 .   T h th e m atic  d is tr ib u tio n   s h o ws  a   b alan ce d   f o cu s   b etwe en   d esig n   an d   co n s tr u ctio n ,   as  well   as  ef f icien cy   an d   p er f o r m a n ce ,   with   s ig n if ican atten tio n   also   g iv en   t o   co n t r o s y s tem s   an d   p r ac tical  im p lem en tatio n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       P erma n en t m a g n et  g en era to r   fo r   s ma ll a n d   med iu m - s ca le  h yd r o p o w er:  a   s ystema tic  r ev ie w   ( N g a to n o )   1467       Fig u r 3 .   Dis tr ib u tio n   y ea r   o f   p u b licatio n s           Fig u r 4 .   Per ce n ta g e - ty p e   s tu d y   o f   th e   ar ticle  r ev iewe d       5.   SUB S T AN T I VE   AN AL Y SI S   B ased   o n   th ab o v s tatis tics ,   s ev er al  s u b - to p ics  ca n   b e   id e n tifie d   an d   g r o u p e d   as  p r o m i s in g   ar ea s   f o r   f u r th er   s tu d y ,   p r o v i d in g   in s ig h ts   th at  h elp   in d icate   th d ir ec tio n   o f   f u tu r r esear ch .     5 . 1 .     Desig n a nd   c o ns t ruct io n   I n   r ec en y ea r s ,   s ig n if ican a d v an ce m e n ts   in   th d esig n   an d   co n s tr u ctio n   o f   PMG  f o r   h y d r o p o wer   ap p licatio n s   h av b ee n   o b s er v ed ,   d r iv e n   b y   th n ee d   f o r   in cr ea s ed   ef f icien cy ,   m o d u lar i ty ,   an d   ad ap tab ilit y .   B o r k o wsk et  a l.   [ 2 8 ]   in tr o d u ce   a   u n iv e r s al  m o d u lar   p er m an en m a g n et   s y n ch r o n o u s   g en e r ato r   ( PMSG)   aim ed   at  s m all,   lo w - h ea d   h y d r o p o wer   p la n ts ,   h ig h lig h tin g   m o d u lar   d esig n   ap p r o ac h   th at  lev er ag es   u n iv er s al   s eg m en ts   to   ac co m m o d ate  r an g o f   p o wer   o u tp u ts   an d   r o tatio n al  s p ee d s ,   ef f ec tiv ely   r e d u cin g   p r o d u ctio n   co s ts .   Fig u r 5   s h o ws  cr o s s - s ec tio n   o f   3 m o d el  o f   3 - s eg m en m o d u la r   g en e r ato r .   I n   co n tr ast,  Sh u aib u   an d   Ho   [ 2 9 ]   f o c u s   o n   th d e v elo p m en o f   s p ir al  p lan ar   co il  f o r   co r d less   ax ial  f lu x   PMG,   o p tim izin g   it   f o r   Pico - Hy d r o   ap p licatio n s .   At  t h s am tim e ,   Asi f u a n d   C h e   [ 5 ]   p r o p o s an   ax ial  f l u x   PM   g en er ato r   d esig n ed   s p ec if ically   f o r   r esid en tial  u s e,   v alid ated   th r o u g h   FEA.   F ig u r 6   s h o ws  an   o p en - s o u r ce   PMG  to p o lo g y .   Ma r f o r et   a l.   [ 3 0 ]   p r esen t   d if f er en p er s p ec tiv e,   ex p l o r in g   an   o p e n - s o u r ce   ax ial   f lu x   PM G,   em p h asizin g   its   d esig n   an d   test in g   f o r   Pico - Hy d r o   s y s tem s ,   an   a p p r o ac h   in ten d ed   t o   p r o m o te   ac ce s s ib ilit y   an d   ad a p tab ilit y .   San to s h k u m ar   et  a l.   [ 3 1 ]   in tr o d u ce   d u al - s tato r   PMSG  w ith   n o n - m ag n etic   r o to r   an d   f iv e - p h ase  d esig n ,   wh ich   in clu d es  a   th er m al   an al y s is   tailo r ed   f o r   lar g er - s ca le   h y d r o p o wer   p lan ts .   Similar ly ,   Vio lan te  et  a l.   [ 3 2 ]   p r o p o s PMG  f o r   c o u n ter - r o tatin g   m icr o - h y d r o   tu r b i n es,  o p tim ized   f o r   s tr aig h t   f lo c o n d itio n s   [ 3 2 ] .   A t   th e   s am tim e ,   Hu zlik   a n d   On d r u s ek   [ 3 3 ]   f o cu s   o n   th e   d ev el o p m en o f   a   co r d less   ax ial  PMG  f o r   s m all - s ca le   h y d r o p o wer   s y s tem s .   T o p o r   et  a l.   [ 3 4 ]   tak e   m o r a d v a n ce d   a p p r o ac h   b y   p r esen tin g   h o m o - h eter o p o la r   s y n ch r o n o u s   m ac h in d esig n ed   f o r   v ar ia b le - s p ee d ,   l o w - p o wer   h y d r o   an d   win d   a p p li ca tio n s ,   v alid ated   th r o u g h   3 FEM .   Fin ally ,   G u p ta  et  a l.   [ 3 5 ]   ex am i n th f ab r icatio n   c h allen g es  in v o lv ed   in   co n s tr u ctin g   a   d u al - s tato r   PMSG,  p r o v id in g   d etailed   in s ig h ts   in to   th tec h n ical  co m p lex ities   an d   th s o lu tio n s   ap p lied   to   ad d r ess   th em .     1 0 1 1 2 1 4 3 5 2 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 0 1 2 3 4 5 Number of S tudies Yea rs Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 4 6 2 - 147 4   1468         Fig u r 5 .   C r o s s - s ec tio n   o f   a   3 m o d el  o f   3 - s eg m en t m o d u lar   g e n er ato r   [ 2 8 ]     Fig u r 6 .   Op e n - s o u r ce   PMG  to p o lo g y   [ 3 0 ]         5 . 2 .     E f f iciency   a nd   perf o r ma nce   I n   th p u r s u it  o f   o p tim izin g   t h ef f icien cy   an d   p er f o r m an c o f   PMG  f o r   h y d r o p o wer   a p p licatio n s ,   r ec en s tu d ies  h av f o cu s ed   o n   ad v a n ce d   s tr u ctu r al  d esig n s   an d   m ater ial  o p tim izatio n s .   L ato u f is   et  a l.   [ 3 6 ]   in v esti g ate  th co m p ar is o n   b etwe en   co r d less   an d   s o f m ag n etic  co m p o s ite  ( SMC )   co r AFPMG  f o r   Pico - Hy d r o   p la n ts .   T h eir   s tu d y   r e v e als th at  b y   in tr o d u cin g   SMC   co r es,  th r elian ce   o n   p er m an e n t m ag n et  m ater ials   ca n   b e   r ed u ce d ,   th er e b y   m i n im izin g   o v er all   g en er at o r   m ass   an d   p r o d u ctio n   co s ts   wh ile  m ain tain in g   co m p etitiv p er f o r m a n ce   m etr ics.   Similar ly ,   I r asar et   a l.   [ 3 7 ]   e m p h asize  th e   im p o r tan ce   o f   s t ato r   m o d u lar ity ,   p r esen tin g   a n   o p tim ized   s tato r   co n s tr u ctio n   to   en h an ce   th c h ar ac ter is tics   o f   PMG  i n   v e r y   lo w - h ea d   h y d r o p o wer   ap p licatio n s .   T h eir   f in d in g s   s h o w   th at  m o d u lar   s tato r   co n f ig u r atio n s   ca n   i m p r o v e   g en e r ato r   ef f icien cy   an d   a d ap tab ilit y ,   p ar ticu lar ly   in   lo w - h ea d   h y d r o elec tr ic  s y s tem s   with   li m ited   f lo v elo city   th at  r e q u ir m o r p r ec is elec tr o m ag n etic  d esig n .   I n   ad d itio n ,   th is   ap p r o ac h   h el p s   r ed u ce   elec tr o m ag n etic  lo s s es,  o p tim ize  m ater ial  u s e,   an d   s u p p o r d esig n   f lex i b ilit y   s o   th at  th PMG  ca n   o p er ate  m o r s tab ly   an d   ef f ec tiv el y   ac co r d in g   to   th e   s p ec if ic  n ee d s   o f   s m all - s ca le  h y d r o p o wer   p la n ts .   W ei  et  a l.   [ 3 8 ]   ex ten d   th ese  i n n o v atio n s   b y   d ev elo p in g   l o w - s p ee d   an d   h ig h - ef f icien cy   PMG  f o r   m icr o - h y d r o   ap p licatio n s .   T h eir   wo r k   f o cu s es  o n   co m p ar i n g   d if f e r en co r m ater ials ,   i d en tify in g   th m o s co s t - ef f ec tiv s o lu tio n s   th at  b alan ce   p r o d u ctio n   ex p e n s es  w ith   h ig h - ef f icien c y   p er f o r m an ce ,   Fig u r 7   s h o ws   th at  th lo w - s p ee d   an d   h ig h - e f f icien cy   p e r m an e n m ag n et  ( L HPM)   g en er ato r ,   wh ich   u s es  co m b in atio n   o f   s ilico n   s teel  5 0 A1 0 0 0   an d   s teel  p late  co ld   co m m er cial  ( SP C C )   m ater ials ,   ac h iev es  a   h ig h er   o u tp u p o wer   o f   9 6 7   watts,  r ed u ce s   ir o n   lo s s es ,   an d   im p r o v es  ef f icien c y   to   8 5 %.  I ts   o u tp u p o wer   is   co m p ar ab le  to   th at  o f   th g en er ato r   u s in g   o n ly   5 0 A1 0 0 0 ,   wh ich   g en er ates  9 6 4 . 5   watts.  Ho wev er ,   s in ce   th e   r o to r   is   m ad f r o m   SP C C ,   th ir o n   lo s s es  ar s lig h tly   h ig h er ,   an d   its   ef f icien cy   is   s lig h tly   lo wer   at  8 1 . 7 %.  I t s   o u tp u p o wer   is   co m p ar ab le   to   th at  o f   th g en er ato r   u s in g   o n ly   5 0 A1 0 0 0.   Ho wev er ,   s in ce   th r o to r   is   m a d f r o m   SP C C ,   th ir o n   lo s s es  ar s lig h tly   g r ea ter ,   an d   th e f f icien cy   is   m ar g in a lly   lo wer .   Desp ite  th is ,   th L HPM  g en er ato r   with   SP C C   o f f er s   m o r c o s t - ef f ec tiv s o lu tio n   w h ile  m ain tai n in g   g o o d   o v er all  p er f o r m an ce   co m p a r ed   t o   th e   v er s io n   u s in g   o n l y   5 0 A1 0 0 0 .   T h is   s tu d y   h ig h lig h ts   th c r u c ial  r o le  o f   m ater ial  s elec tio n   i n   ac h iev in g   o p tim al   ef f icien cy   with o u t c o m p r o m is in g   th s tr u ctu r al  i n teg r ity   o r   o p er atio n al  d u r ab ilit y   o f   th g e n er ato r .           Fig u r 7 .   T h p er f o r m a n ce   co m p ar is o n   o f   th r ee   t y p es o f   L H PM  g en er ato r s   at  n   2 0 0   r p m   [ 3 8 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       P erma n en t m a g n et  g en era to r   fo r   s ma ll a n d   med iu m - s ca le  h yd r o p o w er:  a   s ystema tic  r ev ie w   ( N g a to n o )   1469   5 . 3 .     Co ntr o l a nd   re g ula t io s y s t em   I n   th c o n tex o f   co n tr o a n d   r eg u latio n   s y s tem s   f o r   PM in   h y d r o p o wer   ap p licatio n s ,   v ar io u s   s tu d ies  h av p r esen ted   in n o v ativ s tr ateg ies  to   o p tim ize  p er f o r m a n ce   an d   en s u r o p er atio n al  s tab ilit y .     | So b h an   [ 3 9 ]   in tr o d u ce s   a n   a u to m atic  g en e r atio n   c o n tr o m ec h an is m   f o r   m icr o - h y d r o p o wer   p lan ts ,   u tili zin g   im p u ls tu r b i n es  an d   s y n ch r o n o u s   g en er ato r s .   B y   in te g r a tin g   p r o g r a m m ab le  l o g ic  c o n tr o ller   ( PLC)  a n d   s u p er v is o r y   co n tr o an d   d ata  ac q u is itio n   ( SC ADA ) ,   th s y s tem   en ab les  r ea l - tim m o n ito r in g   an d   co n tr o l,   en h an cin g   th o v er all  ef f icien cy   o f   th e   p o wer   g en er atio n   p r o ce s s .   Similar ly ,   T h an ajitr   et  a l .   [ 4 0 ]   f o c u s   o n   th d ev elo p m en t   o f   co n v er ter   a n d   co n tr o s y s tem   f o r   v ar iab le - s p ee d   PMG  in   s m a ll  h y d r o p o wer   p lan ts .   T h eir   r esear ch   h ig h li g h ts   th e   im p lem en tatio n   o f   a   m ax im u m   p o wer   p o in t r ac k in g   ( MPPT)   alg o r ith m ,   wh ic h   is   u s ed   to   m ain tain   o p tim al  g e n er ato r   p e r f o r m an ce   d esp ite  ch an g es  in   wate r   f lo co n d itio n s .   W ith   th is   co n v er ter   an d   co n tr o s y s tem ,   th PMG  ca n   ad ju s it s   o p er atio n   to   v a r iatio n s   in   f lo w   v elo city ,   e n ab lin g   t h p o wer   p lan to   o p er ate  ef f icien tly   an d   s tab ly   ev en   u n d er   lo wate r   h ea d   co n d itio n s .   R o y   et  a l.   [ 4 1 ]   tak a   d if f er en ap p r o ac h   b y   a p p ly i n g   a   ca s ca d ed   m u ltil ev el  m o d u lar   co n v e r ter   ( MM C C )   with   d ec o u p led   c o n t r o to   s m all - s ca le  h y d r o   s y s tem s .   T h is   tech n iq u e   en ab les  b e tter   co n tr o l o v er   th e   g en er ato r ' s   o u tp u t,   allo win g   f o r   im p r o v e d   p o we r   q u ality   an d   s tab ilit y   in   lo w - p o wer   a p p li ca tio n s .   Me an wh ile,   Gil - Go n z a lez  et  a l.   [ 4 2 ]   p r o p o s p ass iv ity - b ased   co n tr o m eth o d   f o r   s y s tem s   u s in g   PMS an d   b ac k - to - b ac k   v o ltag s o u r ce   co n v er ter s   ( VSC ) .   T h eir   co n tr o s tr ateg y   em p h asizes  s y s tem   s tab ili ty   an d   r o b u s tn ess ,   p ar ticu lar ly   u n d er   v ar y i n g   lo a d   co n d itio n s ,   m ak in g   it id ea l f o r   s m all  h y d r o   p la n ts   with   f lu ctu atin g   d em a n d .   L astl y ,   C h an d r an   et  a l.   [ 4 3 ]   in tr o d u ce   co m b i n ed   v o ltag a n d   f r eq u en cy   co n tr o s y s tem   f o r   PMSG - b ased   s m all  h y d r o   s y s tem s .   T h eir   ap p r o ac h   in teg r ates  lo ad   lev elin g   u s in g   v o ltag s o u r c co n v er ter   ( VSC )   an d   b atter y   en er g y   s to r ag e   s y s tem   to   h elp   s tab ilize  p o wer   o u tp u d u r in g   lo ad   c h an g es  o r   v ar iatio n s   in   o p er atin g   co n d itio n s .   W ith   th is   m eth o d ,   p o wer   f lu ctu atio n s   ca n   b m an ag ed   m o r ef f ec tiv ely ,   allo win g   p o wer   q u ality   to   b e   m ain tain ed   a n d   g r id   s tab ilit y   to   b p r eser v ed   in   s m all - s ca le  h y d r o p o wer   s y s tem s .     5 . 4 .     P r a ct ica a pp lica t io ns   a nd   im plem ent a t io n   I n   r ec e n a d v an ce m e n ts   o f   p r ac tical  ap p licatio n s   a n d   im p lem en tatio n s   o f   PMG  f o r   h y d r o p o wer s ev er al  p r o m is in g   d esig n s   h av b ee n   p r o p o s ed .   Gan d zh et  a l.   [ 4 4 ]   i n tr o d u ce   c o m b in ed   ex citatio n   s u b m er s ib le  h y d r o   g e n er ato r   aim ed   at  p r o v i d in g   a n   alter n a tiv en er g y   s o u r ce   f o r   s m all  an d   m ed iu m   r iv er s .   T h is   in n o v ativ e   s u b m er s ib le   d esig n   en a b les  ef f icien en er g y   g en er atio n   in   r em o te  l o ca tio n s ,   o f f er in g   a   s u s tain ab le  s o lu tio n   f o r   d ec e n tr alize d   p o we r   p r o d u ctio n .   Vi o lan te  et  a l.   [ 3 2 ]   e x p lo r e   th e   i n teg r atio n   o f   a   PM   g en er ato r   with in   s tr aig h f l o w,   co u n ter - r o tatin g   m icr o - h y d r o   tu r b in e ,   v alid atin g   its   p er f o r m a n ce   th r o u g h   p r ac tical  m ea s u r em e n ts .   Fig u r 8   s h o ws  a   p r o t o ty p e   o f   th e   c o u n ter - r o tatin g   m icr o - h y d r o   t u r b in e   with   its   two   PM - g en er ato r s .   T h co u n ter - r o tatin g   m ec h an is m   s ig n if ican tly   im p r o v es  th en er g y   co n v er s io n   ef f icien cy ,   m ak in g   it  id ea f o r   co m p ac h y d r o p o wer   s y s tem s .   E x p a n d in g   o n   t h is   co n ce p t,   Me lly   et  a l.   [ 4 5 ]   d ev elo p ed   a   2   k W   PM  g en er ato r   f o r   co u n ter - r o tatin g   m ic r o - h y d r o   tu r b in e,   co n d u ctin g   ex ten s iv p r o to ty p test in g   to   ass es s   th s y s tem 's  r ea l - wo r ld   ap p licab ilit y .   T h ese  s tu d ies  d em o n s tr ate  th ef f ec tiv en es s   an d   s ca lab ilit y   o f   PMG  tech n o lo g y   in   s m all - s ca le  h y d r o p o wer   ap p licatio n s ,   o f f er in g   p r ac tical  s o lu tio n s   f o r   r en ewa b le  en er g y   g en er atio n   i n   d iv e r s en v ir o n m en ts .           Fig u r 8 .   Pro t o ty p o f   th c o u n ter - r o tatin g   m icr o - h y d r o   tu r b in with   its   two   PM - g en er ato r s   [ 3 2 ]     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  1 7 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 :   1 4 6 2 - 147 4   1470   Ov er all,   r esear ch   in   th is   f iel d   d em o n s tr ates  s ig n if ican ad v an ce m e n ts   in   PMG  d ev elo p m en f o r   h y d r o   ap p licatio n s ,   p ar ticu la r ly   in   ef f icien cy ,   d esig n ,   an d   p o wer   co n tr o l.  W h ile  m an y   p r o m is in g   in n o v atio n s   h av em er g e d ,   ch allen g es  r em ain ,   s u ch   as  m an u f ac tu r in g   c o m p lex ity ,   in itial  co s ts ,   an d   m a ter ial  d u r ab ilit y   in   d if f er en t   en v ir o n m e n tal  co n d i tio n s .   Mo v in g   f o r war d ,   f u r th e r   r esear ch   is   n ee d e d   to   o p tim i ze   th co m b in atio n   o f   d esig n ,   m ater ials ,   an d   co n tr o s y s tem s   to   en ab le  b r o ad er   im p lem en tatio n   o f   PMGs  in   v ar io u s   s m all - s ca le  h y d r o   co n d itio n s ,   esp ec ially   in   r em o te  ar ea s   an d   r en ewa b le  e n er g y   s y s tem s .       6.   I S S U E S   A N D   C H A L L E N G E S   I N   T H E   P E R M A N E N T   M A G N E T   G E N E R A T O R   O F   H Y D R O P O W E R   PMGs   o f f er   s ev er al  ad v an t ag es ,   in clu d in g   h ig h   ef f icien cy ,   s im p ler   s tr u ctu r es,  an d   m in im al  m ain ten an ce ,   m ak in g   th em   p ar ticu lar ly   attr ac tiv f o r   h y d r o p o wer   ap p licatio n s .   Ho wev e r ,   th er ar s ev er al  k ey   is s u es  an d   ch allen g es  t h at  n ee d   to   b e   ad d r ess ed   in   th eir   u s e ,   esp ec ially   in   s m all   an d   m ed iu m - s ca le  h y d r o p o wer   s y s tem s .     6 . 1 .     Desig n a nd   s t ruct ura l o ptim iza t io n   On o f   th m ain   ch allen g es  is   d esig n in g   PMG  th at  ca n   ac co m m o d ate  v ar iatio n s   in   wate r   f lo an d   s p ee d .   Su b m er s ib le  d esig n s ,   s u ch   as  th o n p r o p o s ed   b y   Gan d zh a   et  a l.   [ 1 2 ] ,   p r esen c h allen g es  r elate d   t o   s tab ilit y   an d   ef f icien cy   u n d er   v ar io u s   o p er atio n al  co n d itio n s .   T h s tr u ctu r al  d esig n   m u s t   b ab le  to   o p er ate   o p tim ally   ac r o s s   d if f er en wate r   f lo co n d itio n s   with o u t   s ig n if ican en er g y   co n v er s io n   ef f icien cy   lo s s es.   Ad d itio n ally ,   Z h a o   et  a l.   [ 4 6 ]   in tr o d u ce d   th d esig n   o f   lin ea r   p er m an e n m ag n et   v er n ier   g e n er ato r   ( L PMVG) m o d u lar   to o th   s tr u ctu r ar r an g e d   in   lay er s   r ed u ce s   co g g i n g   f o r ce s ,   wh ile  m u lti - o b jectiv e   o p tim izatio n   en h a n ce s   p o wer   o u tp u an d   ef f icien cy .   Fig u r 9   s h o ws  th d esig n   o f   b ilater al  lin ea r   p er m an en m ag n et  s tr u ctu r e.   Fin ally ,   M o s tam an   et  a l.   [ 4 7 ]   also   o p ti m ized   r a d ial  f lu x   p e r m an e n m ag n et   g en e r ato r   ( R FP MG ) B y   u tili zin g   th lo ca o p tim izatio n   m eth o d ,   o u t p u v o ltag i n cr ea s ed   b y   1 3 . 6 4 %,  d em o n s tr atin g   th ef f ec tiv en ess   o f   g eo m etr ic  ad ju s tm en ts   in   im p r o v in g   o p er atio n al   p er f o r m an ce .           Fig u r 9 .   B ilater al  lin ea r   p e r m an en t m ag n et  v er n ie r   g en e r ato r   [ 4 6 ]       6. 2 .   M a t er ia u s a g a nd   co s t   re du ct io n   T h u s o f   e x p en s iv e   p er m a n en m a g n et  m ater ials   is   a   s ig n if ican b ar r ier   to   d ev el o p in g   c o s t - ef f ec tiv PMG.   Desig n s   th at  o p tim ize  m ater ial  u s e,   s u ch   as  th o s s tu d ied   b y   L ato u f is   et   a l.   [ 2 1 ] ,   ca n   h elp   r ed u ce   r elian ce   o n   ex p e n s iv p er m a n en m ag n et   m ater ia ls   with o u co m p r o m is in g   th g en e r ato r s   m ain   p er f o r m an ce .   T h r o u g h   m o r ef f icien d esig n   ap p r o ac h ,   P MG s   ca n   s ti ll  d eliv er   h ig h   ef f icien cy   an d   p o wer   o u tp u t w h ile  b ec o m in g   m o r e   e co n o m ical  an d   s u itab le  f o r   s m all - s ca le  p o wer   g en er atio n   s y s tem s .   Me an wh ile ,   Milice v ic  et  a l.   [ 4 8 ]   in tr o d u ce d   tech n o - ec o n o m ic  o p tim izatio n   m et h o d s ,   in clu d in g   m eta - m o d elin g ,   wh ic h   h as  b e en   em p l o y ed   to   e v alu ate  v ar i o u s   s lo t - p o le   co m b i n atio n s ,   b alan cin g   th e   co s o f   ac tiv m ater ials   an d   ef f icien cy .   Ad d itio n ally ,   Mc Gar r y   et  a l.   [ 4 9 ]   in tr o d u ce d   ad d itiv m an u f ac tu r i n g ,   a   p r o m is in g   a p p r o ac h   to   r ed u ce   th co s o f   p er m an en m ag n et  m ater ials   b y   o p tim izin g   th s h a p an d   co n f ig u r atio n   o f   th m a g n ets,  ac h iev in g   u p   to   a   3 c o s r ed u ctio n   with o u co m p r o m is in g   p er f o r m an ce   [ 4 9 ] Fig u r 1 0   s h o ws  m ag n et  c o n f ig u r atio n s ,   a n d   Fig u r 1 1   s h o ws  th p er ce n ta g s av in g   o f   m ater ial  co s f o r   s ce n ar io s   2 - 5   in   co m p a r is o n   w ith   s ce n ar io   1 .     6 . 3 .     Co ntr o l a nd   re g ula t io s y s t em s   Mo n ito r in g   an d   co n tr o llin g   P MG   p er f o r m an ce   p o s ad d itio n al  ch allen g es,  esp ec ially   in   s y s tem s   th at   o p er ate  at   v ar ia b le  s p ee d s   a n d   f l u ctu atin g   lo ad s .   Au to m atic  co n tr o l   s y s tem s   an d   M PP T   alg o r ith m s ,   as   d ev elo p e d   b y   T h an ajitr   et   a l.   [ 4 0 ] ,   o f f er   s o l u tio n s   to   m ain tain   o p tim al  p er f o r m a n ce ,   b u r ea l - wo r ld   im p lem en tatio n   r e q u ir es  f u r th er   s tu d y   r eg ar d in g   s y s te m   r eliab ilit y   an d   d u r ab ilit y   u n d er   d i f f er en t   en v ir o n m en tal  co n d itio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       P erma n en t m a g n et  g en era to r   fo r   s ma ll a n d   med iu m - s ca le  h yd r o p o w er:  a   s ystema tic  r ev ie w   ( N g a to n o )   1471   Me an wh ile,   C lem en ts   et  a l .   [ 5 0 ] ,   in   ter m s   o f   d y n a m ic  v o l tag co n tr o l,   u tili ze d   v o ltag s o u r ce   in v er ter   c o n n ec te d   to   th s tato r ,   allo win g   ef f ec tiv e   ter m in al  v o ltag r e g u latio n   b y   co n tr o llin g   th e   DC   v o ltag e ,   ad d r ess in g   th e   m ac h in e' s   lig h tly   d am p e d   d y n am ics  [ 5 0 ] .   Fin ally ,   L et   a l.   [ 5 1 ]   in tr o d u ce d   m o d el  p r e d ictiv e   co n tr o ( MPC ) .   T h is   m eth o d   im p r o v es  p er f o r m a n ce   b y   m an ag in g   u n ce r tain ty   in   s y s tem   p ar am eter s ,   u s in g   an   ad v an ce d   h y b r id   p a r allel  s tate  o b s er v er   to   b alan ce   d is tu r b an c r ejec tio n   an d   n o is s u p p r ess io n   [ 5 1 ] .             Fig u r 1 0 .   Ma g n et  co n f ig u r ati o n s   [ 4 8 ]     Fig u r 1 1 .   Per ce n tag s av in g   o f   m ater ial  co s t f o r   s ce n ar io s   2 - 5 ,   c o m p ar e d   with   s ce n ar io   1   [ 4 9 ]       7.   CO NCLU SI O N   T h liter atu r e   r ev iew  h ig h li g h ts   s ig n if ican a d v an ce m e n ts   in   PMG  tech n o lo g y   f o r   s m all  an d   m ed iu m - s ca le  h y d r o p o wer   ap p licatio n s .   PMG  o f f e r s   ad v a n t ag es  s u ch   as h ig h   ef f icien c y ,   c o m p ac t d esig n ,   a n d   r ed u ce d   m ain ten an ce   n ee d s ,   m ak in g   th em   id ea f o r   h y d r o p o wer   s y s tem s ,   p ar ticu lar ly   i n   lo w - s p ee d ,   s m all - s ca le  ap p licatio n s   lik Pico - Hy d r o .   Key   p r o g r ess   in clu d e s   in n o v ativ e   m ag n et  an d   r o to r   d esig n s ,   i m p r o v ed   co n tr o s y s tem s ,   an d   m ater ial   o p tim izatio n s   to   e n h an ce   p er f o r m an ce   wh ile  ad d r ess in g   c h allen g es  lik h ig h   m ag n et  co s ts   an d   th er m al  s ta b ilit y .   Ho wev er ,   ch allen g es  r em ain ,   p ar ticu lar ly   i n   r ed u cin g   th co s o f   h ig h - p er f o r m an ce   m a g n etic  m ater ia ls   an d   o p tim izin g   PMG  d esig n   f o r   v a r ied   o p er atio n al  c o n d iti o n s .   Fu tu r r esear ch   s h o u ld   f o c u s   o n   d ev el o p in g   co s t - ef f ec tiv m ater ials ,   p ar ticu lar ly   to   r e d u ce   r elian ce   o n   ex p e n s iv p er m a n en m a g n et  m ater ials   with o u co m p r o m is in g   th p e r f o r m an ce   o f   p er m an en m ag n et   g en er ato r s   ( PMGs).   I n   ad d itio n ,   im p r o v ed   th er m al  m an ag e m en t a n d   en h an ce d   c o n tr o l sy s tem s   ar es s en tial to   en s u r th at  PMGs  ca n   o p er at s tab ly   u n d er   d y n a m ic  en v ir o n m en tal  co n d itio n s ,   s u ch   as  ch an g es  in   wate r   f lo w,   lo ad   v ar iatio n s ,   an d   f lu ctu atio n s   in   o p e r atin g   tem p e r atu r e.   As  PMG  tech n o lo g y   co n tin u es  to   ad v a n ce ,   th ese  d ev elo p m en ts   h a v s ig n if ican p o ten tial  to   im p r o v e   th ef f icien cy ,   r eliab ilit y ,   a n d   s u s tain ab ilit y   o f   h y d r o p o wer   g en er atio n   wo r ld wid e.       ACK NO WL E DG E M E NT S   T h au th o r s   ex p r ess   th eir   g r a titu d to   th e   Min is tr y   o f   Hig h er   E d u ca tio n   Ma lay s ia  an d   Un iv er s iti   T ek n ik al  Ma lay s ia  Me lak ( UT eM )   f o r   th t op - d o wn   R esear ch   p r o ject  k n o wn   as  E lectr if icatio n   o f   Pico - Hy d r o   UT eM   E y Statio n   ( PJ P/2 0 2 3 /TD /FKE/S0 1 9 8 4 ) .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h au th o r s   ex p r ess   th eir   g r atitu d f o r   th f in a n cial  s u p p o r p r o v id e d   b y   v a r io u s   p ar ties   th r o u g h o u t   th r esear ch ,   p ar ticu lar ly   t h e   Min is tr y   o f   Hig h er   E d u ca tio n   Ma lay s ia  an d   Un iv er s iti  T ek n ik al  Ma lay s ia   Me lak ( UT eM )   th r o u g h   th e   T o p - Do wn   p r o ject  titl ed   E lectr if icatio n   o f   Pico - Hy d r o   UT eM   E y Statio n   ( PJ P/2 0 2 3 /TD /FKE/S0 1 9 8 4 ) .   T h au t h o r s   also   ex ten d   th eir   ap p r e ciatio n   to   th e   UT eM   P u b licatio n   I n itiativ Sch em 2 0 2 5 2 0 2 6 ,   w h ich   h elp ed   co v er   th jo u r n al   p u b licatio n   f ee s ,   e n ab lin g   th e   r ese ar ch   f i n d in g s   t o   b f o r m ally   p u b lis h ed   an d   s u p p o r tin g   th d is s em in atio n   o f   a ca d em ic  co n tr ib u tio n s   to   th b r o ad er   s cien tific   co m m u n ity .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.