Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Bộ điều khiển điện áp dựa trên tính thụ động cho hệ thống chuyển đổi năng lượng thủy triều với máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu
Tóm tắt
Các đặc điểm động học phi tuyến và tham số biến thiên theo thời gian của máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) khiến việc điều khiển trở nên khó khăn. Bài báo này trình bày một phương pháp điều khiển mới dựa trên tính thụ động (PBC) cho hệ thống PMSG dựa trên tua-bin thủy triều, được kết nối với lưới điện qua bộ chuyển đổi quay ngược. Vấn đề điều khiển gặp nhiều thách thức ít nhất vì hai lý do. Đầu tiên, động lực học của hệ thống chuyển đổi được mô tả bởi một tập hợp các phương trình vi phân phi tuyến liên kết chặt chẽ và nhiều bất định của mô hình PMSG. Thứ hai, việc vận hành các hệ thống này tại điểm công suất tối đa là điều được ưu tiên, mà điểm này là một hàm phi tuyến. Để đạt được điều này, hai loại chiến lược điều khiển đã được sử dụng. Một thiết kế bộ điều khiển điện áp dựa trên tính thụ động mới (PBVC) được áp dụng cho phía máy, đảm bảo hội tụ tiệm cận đến điểm công suất tối đa (MPPT). Một bộ điều khiển tỷ lệ tích phân vi phân (PID) được thêm vào để thiết kế động lực học mô men mong muốn nhằm đảm bảo hội tụ nhanh và ổn định cho hệ thống vòng kín, cho phép PMSG hoạt động ở tốc độ tối ưu. Thứ hai, một bộ điều khiển tỷ lệ tích phân cổ điển (PI) được áp dụng cho phía lưới để điều chỉnh điện áp DC-Link và chỉ cung cấp công suất hoạt động vào mạng phân phối. Cuối cùng, các kết quả mô phỏng thu được dưới MATLAB/Simulink cho thấy rằng chiến lược điều khiển đề xuất đảm bảo độ ổn định và phản hồi nhanh của điện áp DC-link, đồng thời công suất phản kháng được tạo ra được tối thiểu hóa một cách cực kỳ hiệu quả.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Z. Zhou and M. E. H. Benbouzid, “Developments in large marine current turbine technologies-A review,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 71, pp. 852–858, May 2017.
K. Ghefiri, S. Bouallègue, J. H. K. Ghefiri, I. Garrido, and A. J. Garrido, “Modeling and MPPT control of a tidal stream generator,” Proc. of the 4th IEEE Int. Conf. on Control, Decision and Information Technologies, pp. 1003–1008, 2017.
N. Hafeez, S. Badshah, M. Badshah, and S. J. Khalil, “Effect of velocity shear on the performance and structural response of a small-scale horizontal axis tidal turbine,” Marine Systems & Ocean Technology, vol. 14, no. 2, pp. 51–58, September 2019.
X. Yin, M. Lei, and H. Pan, “Direct optimal power extraction control for a tidal turbine system based on fuzzy power tuning,” Ocean Engineering, vol. 170, no. 5, pp. 426–433, December 2018.
F. M. David and R. Ortega, “Adaptive passivity-based control for maximum power extraction of stand-alone windmill systems,” Control Engineering Practice, vol. 20, no. 2, pp. 173–181, February 2012.
M. O. F. Diallo, S. Youssef, H. Gualous, M. B. Camara, and B. Dakyo, “Permanent magnet synchronous generator for tidal turbine application in Raz Blanchard — modeling and control strategy,” Proc. of IEEE 16th International Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition, pp. 377–381, 2016.
M. Karabacak, J. Solsona, and C. Busada, “A new perturb and observe based higher order sliding mode MPPT control of wind turbines eliminating the rotor inertial effect,” Renewable Energy, vol. 133, pp. 807–827, April 2019.
M. A. Sollman, H. M. Hasanien, H. Z. Azizi, E. E. El-Kholy, and S. A. Mahmoud, “Linear quadratic regulator algorithm-based cascaded control scheme for performance enhancement of a variable-speed wind energy conversion system,” Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 44, no. 3, pp. 2281–2293, March 2019.
A. H. M. A. Rahim and M. H. Khan, “A swarm-based adaptive neural network SMES control for a permanent magnet wind generator,” Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 39, no. 11, pp. 7957–7965, November 2014.
J. Wang, D. Bo, X. Ma, Y. Zhang, Z. Li, and Q. Miao, “Adaptive back-stepping control for a permanent magnet synchronous generator wind energy conversion system,” International Journal of Hydrogen Energy, vol. 44, no. 5, pp. 3240–3249, January 2019.
A. K. Eedara, C. S. Koritala, and S. R. Rayapudi, “Modified model predictive control of back-to back T-type NPC converter interfacing wind turbine-driven PMSG and electric grid,” Arabian Journal for Science and Engineering, vol. 44, no. 8, pp. 7047–7065, August 2019.
M. Abdelrahem, C. M. Hackl, Z. Zhang, and R. Kannel, “Robust predictive control for direct driven surface-mounted permanent-magnet synchronous generators without mechanical sensors,” IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 33, no. 1, pp. 179–189, March 2018.
C. Wei, Z. Zhang, W. Qiao, and L. Qu, “An adaptive network-based reinforcement learning method for MPPT control of PMSG wind energy conversion systems,” IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 31, no. 11, pp. 7837–7848, January 2016.
A. Y. Achour and B. Mendil, “Passivity based voltage controller-observer design with unknown load disturbance for permanent magnet synchronous motor,” Proc. of IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), pp. 201–206, 2014.
A. Y. Achour, B. Mendil, S. Bacha, and I. Munteanu, “Passivity-based current controller design for a permanentmagnet synchronous motor,” ISA Transactions, vol. 48, no. 3, pp. 336–346, July 2009.
B. Yang, T. Yu, H. Shu, D. Qiu, Y. Zhang, P. Cao, and L. Jiang, “Passivity-based linear feedback control of permanent magnetic synchronous generator-based wind energy conversion system: design and analysis,” IET Renewable Power Generation, vol. 12, no. 9, pp. 981–991, June 2018.
R. Gao, I. Husain, R. Cisneros, and R. Ortega, “Passivity-based and standard PI controls application to wind energy conversion system,” Proc. of IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), pp. 1–5, 2016.
Y. Gui, C. Kim, and C. C. Chung, “Improved low-voltage ride through capability for PMSG wind turbine based on port-controlled Hamiltonian system,” International Journal of Control, Automation and Systems, vol. 14, no. 5, pp. 1195–1204, October 2016.
B. Yang, H. Yu, Y. Zhang, J. Chen, Y. Sang, and L. Jing, “Passivity-based sliding-mode control design for optimal power extraction of a PMSG based variable speed wind turbine,” Renewable Energy, vol. 119, pp. 577–589, April 2018.
Y. Gu, W. Li, and X. He, “Passivity-based control of DC microgrid for self-disciplined stabilization,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 30, no. 5, pp. 2623–2632, September 2015.
J. Back and W. Ha, “Robust tracking of robot manipulators via momentum-based disturbance observer and passivity-based controller,” International Journal of Control, Automation and Systems, vol. 17, no. 4, pp. 976–985, April 2019.
H. Zakeri and P. J. Antsakli, “Recent advances in analysis and design of cyber-physical systems using passivity indices,” Proc. of IEEE 27th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED), pp. 31–36, July 2019.
A. Benmouna, M. Becherif, D. Depemet, and M. A. Ebrahim, “Novel energy management technique for hybrid electric vehicle via interconnection and damping assignment passivity based control,” Renewable Energy, vol. 17, no. 4, pp. 976–985, April 2019.
Y. Gao, J. Liu, G. Sun, M. Liu, and L. Wu, “Fault deviation estimation and integral sliding mode control design for Lipschitz nonlinear systems,” Systems & Control Letters, vol. 123, pp. 8–15, January 2019.
J. Liu, X. Su, M. Wack, and L. Wu, “Disturbance-observer-based control for air management of PEM fuel cell systems via sliding mode technique,” IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 27, no. 3, pp. 1129–1138, May 2019.
C. I. Byrnes, A. Isidori, and J. C. Willems, “Passivity, feedback equivalence, and the global stabilization of minimum phase nonlinear systems,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 36, no. 11, pp. 1228–1240, November 1991.
I. G. Polushin, D. J. Hill, and A. L. Fradkov, “Strict quasipassivity and ultimate boundedness for nonlinear control systems,” IFAC Proceeding Volumes, vol. 31, no. 17, pp. 505–510, July 1998.
Q. Zhou, Y. Gao, H. Li, and H. R. Karimi, “Control design for discrete-time fuzzy systems with disturbance inputs via delta operator approach,” Mathematica Problems in Engineering, vol. 13, Article ID724918, 13 pages, 2013.
A. Caliciotti, S. G. Nash, and M. Roma, “An adaptive truncation criterion, for linesearch-based truncated newton methods in large scale nonconvex optimization,” Operations Research Letters, vol. 48, no. 1, pp. 7–12, January 2018.
A. Caliciotti, S. G. Nash, and M. Roma, “Data and performance profiles applying an adaptive truncation criterion, for linesearch-based truncated newton methods in large scale nonconvex optimization,” Data in Brief, vol. 31, no. 17, pp. 505–510, April 2018.
P. Qian, B. Feng, H. Liu, X. Tian, Y. Si, and D. Zhang, “Review on configuration and control methods of tidal current turbines,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 108, pp. 125–139, July 2019.
I. K. B. Hassine, M. W. Naouar, and N. M. Bellaaj, “Predictive control strategies for wind turbine system based on permanent magnet synchronous generator,” ISA Transactions, vol. 62, pp. 73–80, May 2016.
A. Dahbi, M. Hachemi, N. Nait-Said, and M. S. Nait-Said, “Realization and control of a wind turbine connected to the grid by using PMSG,” Energy Conversion and Management, vol. 84, pp. 346–353, August 2014.
B. Jain, S. Jain, and R. K. Nema, “Control strategies of grid interfaced wind energy conversion system: An overview,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 47, pp. 983–996, July 2015.
H. H. H. Mousa, A. R. Youcef, and E. E. E. Mohamed, “Modified P&O MPPT algorithm for optimal power extraction of five-phase PMSG based wind generation system,” SN Applied Sciences, August 2019.