Thiết kế Bộ điều khiển Tối ưu Sử dụng Bộ Tối ưu Kiến trúc Giáp nhện cho Máy phát Đồng bộ Nam châm Vĩnh cửu (PMSG) được Cung cấp Năng lượng Bằng Gió

Journal of Electrical Engineering & Technology - Tập 16 - Trang 367-380 - 2020
Ahmed Lotfy Haridy1, Al-Attar Ali Mohamed Abdelbasset2, Ashraf Mohamed Hemeida1, Ziad Mohamed Ali Elhalwany2,3
1Department of Electrical Engineering, Faculty of Energy Engineering, Aswan University, Aswan, Egypt
2Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Aswan University, Aswan, Egypt
3Electrical Dept., College of Engineering at Wadi Addawasir, Prince Sattam Bin Abdulaziz University, Al-Kharj, Kingdom of Saudi Arabia

Tóm tắt

Đặc tính năng lượng gió tại địa điểm không chỉ chỉ ra lượng năng lượng thu được từ năng lượng gió mà còn phụ thuộc vào chiến lược điều khiển được thực hiện trong hệ thống chuyển đổi năng lượng gió. Nghiên cứu này đề xuất ứng dụng Bộ Tối ưu Kiến trúc Giáp nhện (ALO) để điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển cổ điển (PI) cho máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu được cung cấp bởi hệ thống năng lượng gió, nhằm đạt được khả năng theo dõi điểm công suất tối đa cao nhất cùng với khả năng vượt qua sự cố được cải thiện. Các tham số bộ điều khiển PI tối ưu hóa dựa trên ALO cải thiện hiệu suất vượt qua điện áp thấp (LVRT) và việc theo dõi điểm công suất tối đa. ALO được áp dụng cho bộ điều khiển PI cổ điển trên hệ thống bộ đổi chiều phía máy và bộ đổi chiều phía lưới, nhằm trích xuất công suất tối đa từ PMSG và nâng cao khả năng LVRT. Bốn trường hợp đã được xem xét trong bài báo này để kiểm tra tính khả thi của bộ điều khiển ALO-PI đề xuất. Các trường hợp được đề xuất là hệ thống hoạt động trong điều kiện bình thường, sự thay đổi đột ngột trong tốc độ gió, biến đổi tốc độ gió trong điều kiện lưới bình thường và lỗi ba pha. Có sự cải thiện đáng kể về hiệu suất động của hệ thống khi áp dụng bộ điều khiển ALO-PI so với bộ điều khiển PI cổ điển.

Từ khóa

#năng lượng gió #bộ điều khiển PI #PMSG #bộ tối ưu kiến trúc giáp nhện #vượt qua điện áp thấp #theo dõi điểm công suất tối đa

Tài liệu tham khảo

Liao S, Yao W, Han X, Wen J, Cheng S (2017) Chronological operation simulation framework for regional power system under high penetration of renewable energy using meteorological data. Appl Energy 203:816–828 Maleki A, Pourfayaz F (2015) Optimal sizing of autonomous hybrid photovoltaic/wind/battery power system with LPSP technology by using evolutionary algorithms. Sol Energy 115:471–483 Xie D, Lu Y, Sun J, Gu C (2017) Small signal stability analysis for different types of PMSGs connected to the grid. Renew Energy 106:149–164 Li S, Zhang K, Li J, Liu C (2016) On the rejection of internal and external disturbances in a wind energy conversion system with direct-driven PMSG. ISA Trans 61:95–103 Marei MI, Mohy A, El-Sattar AA (2015) An integrated control system for sparse matrix converter interfacing PMSG with the grid. Int J Electr Power Energy Syst 73:340–349 Shehata EG (2017) A comparative study of current control schemes for a direct-driven PMSG wind energy generation system. Electr Power Syst Res 143:197–205 Hong C-M, Chen C-H, Tu C-S (2013) Maximum power point tracking-based control algorithm for PMSG wind generation system without mechanical sensors. Energy Convers Manag 69:58–67 Sanchez AG, Molina MG, Lede AMR (2012) Dynamic model of wind energy conversion systems with PMSG-based variable-speed wind turbines for power system studies. Int J Hydrog Energy 37:10064–10069 Carranza O, Figueres E, Garcerá G, Gonzalez-Medina R (2013) Analysis of the control structure of wind energy generation systems based on a permanent magnet synchronous generator. Appl Energy 103:522–538 Beddar A, Bouzekri H, Babes B, Afghoul H (2016) Experimental enhancement of fuzzy fractional order PI + I controller of grid connected variable speed wind energy conversion system. Energy Convers Manag 123:569–580 Errami Y, Ouassaid M, Maaroufi M (2015) A performance comparison of a nonlinear and a linear control for grid connected PMSG wind energy conversion system. Int J Electr Power Energy Syst 68:180–194 Li S, Haskew TA, Xu L (2010) Conventional and novel control designs for direct driven PMSG wind turbines. Electr Power Syst Res 80:328–338 Zhang Z, Zhao Y, Qiao W, Qu L (2014) A space-vector-modulated sensorless direct-torque control for direct-drive PMSG wind turbines. IEEE Trans Ind Appl 50:2331–2341 Yang B, Yu T, Shu H, Zhang X, Qu K, Jiang L (2018) Democratic joint operations algorithm for optimal power extraction of PMSG based wind energy conversion system. Energy Convers Manag 159:312–326 Errami Y, Ouassaid M, Maaroufi M (2013) Control of a PMSG based wind energy generation system for power maximization and grid fault conditions. Energy Procedia 42:220–229 Pardalos PM, Rebennack S, Pereira MV, Iliadis NA, Pappu V (2013) Handbook of wind power systems. Springer, Berlin Zhu M, Liu J, Lin Z, Meng H (2016) Mixed H2/H∞ pitch control of wind turbine generator system based on global exact linearization and regional pole placement. Int J Mach Learn Cybern 7:921–930 Kumar D, Chatterjee K (2016) A review of conventional and advanced MPPT algorithms for wind energy systems. Renew Sustain Energy Rev 55:957–970 Sagiraju DKV, Obulesu YP, Choppavarapu SB (2017) Dynamic performance improvement of standalone battery integrated PMSG wind energy system using proportional resonant controller. Eng Sci Technol Int J 20:1353–1365 Badr MA, Atallah AM, Bayoumi MA (2015) Comparison between aggregation techniques for PMSG wind farm. Energy Procedia 74:1162–1173 Xing B, Gao W-J (2014) Innovative computational intelligence: a rough guide to 134 clever algorithms. https://scholar.google.com/scholar?hl=en&as_sdt=0%2C5&q=B.+Xing+and+W.-J.+Gao%2C+%22Innovative+computational+intelligence%3A+a+rough+guide+to+134+clever+algorithms%2C%22+2014.+%5B22%5D+H.+M.+Hasanien+and+S.+Muyeen%2C+%22Design+optimization+of+controller+parameters+used+in+variable+speed+wind+energy+conversion+system+by+1* Hasanien HM, Muyeen S (2012) Design optimization of controller parameters used in variable speed wind energy conversion system by genetic algorithms. IEEE Trans Sustain Energy 3:200–208 Hong C-M, Cheng F-S, Chen C-H (2014) Optimal control for variable-speed wind generation systems using general regression neural network. Int J Electr Power Energy Syst 60:14–23 Kim Y-S, Chung I-Y, Moon S-I (2015) Tuning of the PI controller parameters of a PMSG wind turbine to improve control performance under various wind speeds. Energies 8:1406–1425 Haddin M, Suprajitno A (2016) Pitch angle controller design on the wind turbine with permanent magnet synchronous generator (PMSG) base on Firefly Algorithms (FA). In: 2016 international seminar on application for technology of information and communication (ISemantic), pp 13–17 Mohamed A-AA, Haridy AL, Hemeida A (2019) The Whale Optimization Algorithm based controller for PMSG wind energy generation system. In: 2019 international conference on innovative trends in computer engineering (ITCE), pp 438–443 Mirjalili S (2015) The ant lion optimizer. Adv Eng Softw 83:80–98