COMMANDE NON LINÉAIRE ADAPTATIVE AMÉLIORÉE POUR UNE ÉOLIENNE À VITESSE VARIABLE ALIMENTÉE PAR UN CONVERTISSEUR À MATRICE DIRECTE
DOI :
https://doi.org/10.59277/RRST-EE.2023.68.1.10Mots-clés :
Contrôle de linéarisation et de découplage des entrées/sorties (I/OLDC), Générateur à induction à double alimentation (DFIG), Convertisseur matriciel (MC), Système de conversion d'énergie éolienne (WECS), Control adaptiv de referință al modelului (MRAC)Résumé
Cet article propose un algorithme de puissance de découplage robuste basé sur un générateur à induction à double alimentation (DFIG) pour éolienne à vitesse variable (WT). Le circuit de rotor DFIG est alimenté par le convertisseur matriciel direct (DMC), qui présente plusieurs caractéristiques telles que l'absence de tension de bus cc, une alimentation sinusoïdale, des formes d'onde côté rotor, un flux de puissance bidirectionnel et un facteur de puissance d'entrée réglable. Les 18 commutateurs bidirectionnels sont contrôlés à l'aide de la technique de modulation Venturini. D'autre part, le circuit statorique DFIG est connecté directement au réseau. La stratégie de commande non linéaire basée sur la linéarisation par rétroaction est appliquée pour contrôler la puissance statorique (Ps et Qs) indépendamment en utilisant la quadrature rotorique et les courants continus (irq et ird), qui présentent les images des puissances statoriques précédentes. Certaines limitations apparaissent dans l'algorithme de puissance utilisant le contrôleur pi conventionnel, en particulier dans le suivi de la puissance, l'erreur et la qualité. Dans ce contexte, le contrôleur adaptatif de référence de modèle (MRAC) présente une solution alternative, un contrôleur robuste et efficace proposé à la place des contrôleurs pi pour contrôler les puissances statoriques. Enfin, les résultats de la simulation confirment que l'algorithme proposé pourrait fonctionner dans des conditions difficiles et démontrent que le système de conversion de l'énergie éolienne (WECS) fournit des réponses dynamiques améliorées dans les états transitoires et stables et une bonne qualité de l'énergie fournie au réseau.
Références
(1) S. Tamalouzt, Performances of direct reactive power control technique applied to three level-inverter under random behaviour of wind speed, Rev. Roum. Sci. Techn.– Électrotechn. et Énerg, 64, 1, pp. 33–38 (2019).
(2) Z. Dekali, L. Baghli, A. Boumediene, Experimental implementation of the maximum power point tracking algorithm for a connected wind turbine emulator, Rev. Roum. Sci. Techn.– Électrotechn. et Énerg, 66, 2, pp. 111–117 (2021).
(3) H. Nian, Y. Song, Direct power control of doubly fed induction generator under distorted grid voltage, IEEE Transactions on Power Electronics, 29, 2, p. 894–905 (2014).
(4) H. Nian, P. Cheng, Z.Q. Zhu, Coordinated direct power control of DFIG system without locked loop under unbalanced grid voltage conditions, IEEE Transactions on Power Electronics, 31, 4, pp. 2905–2918 (2016).
(5) R. Cárdenas, R. Peña, S. Alepuz, G. Asher, Overview of Control Systems for the Operation of DFIGs in Wind Energy Applications, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 60, 7, pp. 2776–2798 (2013).
(6) J.W. Kolar, T. Friedli, J. Rodriguez, P.W. Wheeler, Review of three-phase PWM ac-ac converter topologies, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58, 11, pp. 4988–5006 (2011).
(7) N. Han, B. Zhou, Y. Jiang, X. Qin, J. Lei, Y. Yang, A novel source current control strategy and its stability analysis for indirect matrix converter, IEEE Transactions on Power Electronics, 32, 10, pp. 8181–8192 (2016).
(8) T. Friedli, J.W. Kolar, J. Rodriguez, P.W. Wheeler, Comparative evaluation of three-phase ac-ac matrix converter and voltage dc-link back-to-back converter systems, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 59, 12, pp. 4487–4510 (2012).
(9) V. Padhee, A.K. Sahoo, N. Mohan, Modulation techniques for enhanced reduction in common mode voltage and output voltage distortion in indirect matrix converter, IEEE Transactions on Power Electronics, 32, 11, pp. 8655–8670 (2016).
(10) S.K.M. Ahmed, H. Abu-Rub, A. Iqbal, Multiphase matrix converter topologies and control, Power Electronics for renewable Energy Systems, Transportation and Industrial Applications, John Wiley & Sons (2014).
(11) H.F. Ahmed, H. Cha, A. Khan, J. Kim, J. Cho, A single-phase buck-boost matrix converter with only six switches and without commutation problem, IEEE Transactions on Power Electronics, 32, 2, pp. 1232–1244 (2017).
(12) P. Cheng, H. Nian, C. Wu, Z.Q. Zhu, Direct stator current vector control strategy of DFIG without phase-locked loop during network unbalance, IEEE Transactions on Power Electronics, 32, 1, pp. 284–297 (2017).
(13) P. Cheng, H. Nian, C. Wu, Z.Q. Zhu, A combined vector and direct power control for DFIG-based wind turbines, IEEE Transactions on Sustainable Energy, 5, 3, pp. 767–775 (2014).
(14) P. Xion, D. Sun, Backstepping-based DPC strategy of a wind turbine-driven DFIG under normal and harmonic grid voltage, IEEE Transactions on Power Electronics, 31, 6, pp. 4216-4225 (2016).
(15) B. Bossoufi, M. Karim, A. Lagrioui, M. Taoussi, A. Derouich, Observer backstepping control of DFIG-Generator for wind turbines variable-speed: FPGA-based implementation, Renewable Energy, 81, 3, pp. 903–917 (2015).
(16) Sa. Ebrahimkhani, Robust fractional order sliding mode control of doubly-fed induction generator (DFIG)-based wind turbines, ISA Transactions, 63, 2, pp. 343–354 (2016).
(17) B. Beltran, M. El Hachemi Benbouzid, T. Ahmed-Ali, Second-order sliding mode control of a doubly fed induction generator driven wind turbine, IEEE Transactions on Energy Conversion, 27, 2, pp. 261–269 (2012).
(18) J. Hu, Ji. Zhu, D.G. Dorrell, Model-predictive direct power control of doubly-fed induction generators under unbalanced grid voltage conditions in wind energy applications, IET Renewable Power Generation, 8, 6, pp. 687–95 (2014).
(19) L. Zhang, X. Cai, J. Guo, Simplified input-output linearizing and decoupling control of wind turbine driven doubly-fed induction generator, IEEE 6th International Power Electronics and Motion Control Conference, pp. 632–635 (2009).
(20) G. Chen, L. Zhang, X. Cai, W. Zhang, C. Yin, Non-linear control of the doubly fed induction generator by input-output linearizing strategy, Springer Electronics and Signal Processing, pp. 601–608 (2011).
(21) F. Amrane, A. Chaiba, A novel direct power control for grid-connected doubly fed induction generator based on hybrid artificial intelligent control with space vector modulation, Rev. Roum. Sci. Techn.– Électrotechn. et Énerg, 61, 3, pp. 263–268 (2016).
(22) F. Amrane, A. Chaiba, S. Mekhilef, High performan-ces of grid-connected DFIG based on direct power control with fixed switching frequency via MPPT strategy using MRAC and neuro-fuzzy control, Journal of Power Technologies, 96, 1, pp. 27–39 (2016).
(23) A. Ammar, A. Benakcha, A. Bourek, Adaptive MRAC-based direct torque control with SVM for sensorless induction motor using adaptive observer, Springer, The international Journal of Advanced Manufacturing Technology, pp. 1–11 (2016).
(24) F. Amrane, A. Chaiba, A, Chebabhi, Improvement performances of doubly fed induction generator via MPPT strategy using model reference adaptive control based on direct power control with space vector modulation, Journal of Electrical Engineering, 16, 3, pp. 218–225 (2016).
(25) T. Peng, H, Dan, J. Yang, H. Deng, Q. Zhu, C. Wang, W. Gui, J.M. Guerrero, Open-switch fault diagnosis and fault tolerant for matrix converter with finite control set-model predictive control, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 63, 9, pp. 5953–5963 (2016).
(26) B. Metidji, N. Taib, L. Baghli, T. Rekioua, S. Bacha, Phase current reconstruction using a single current sensor of three-phase ac motors fed by SVM-controlled direct matrix converter, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 60, 12, pp. 5497–5505 (2013).
(27) B. Metidji, N. Taib, L. Baghli, T.k Rekioua, S. Bacha, Novel single current sensor topology for Venturini controlled direct matrix converters, IEEE Transactions on Power Electronics, 28, 7, pp. 3509–3516 (2013).
(28) F. Amrane, A. Chaiba, Improved indirect power control (IDPC) of wind energy conversion systems (WECS), Bentham Science Publishers Pte. Ltd, Singapore, pp. 1–149 (2019).
(29) F. Amrane, B. Francois, A. Chaiba, Experimental investigation of efficient and simple wind-turbine based on DFIG-direct power control using LCL-filter for stand-alone mode, ISA Transactions, 125, pp .631–664 (2022).
(30) H.K. Khalil, Nonlinear systems, Macmillan, New York (1992).
(31) S. Róhowicz, A. Zawadzki, Input-output transformation using the feedback of nonlinear electrical circuits: algorithms and linearization examples, Mathematical Problems in Engineering, pp. 1–13 (2018).