An improved sliding mode control for reduction of harmonic currents in grid system connected with a wind turbine equipped by a doubly-fed induction generator

Abstract

The implementation of renewable energy resources into the electrical grid has increased significantly in recent years. Wind power is one of the existing resources. Presently, power electronics has become an indispensable tool in wind power plants. Problem. However the associated control usually has an impact on increasing the harmonic distortion, especially on the output voltage. Goal. This paper proposes a new sliding mode control strategy, applied on a rotor-side of a doubly-fed induction generator. The main goal is to meet the electrical power requirements, while responding to the power quality issues. Methodology. The wind energy conversion system must be able to not only track the maximum power point of the wind energy, but also to mitigate the harmonic currents caused by the non-linear loads. To achieve this goal, the power converters are driven by the proposed sliding mode control strategy. The corresponding two gains of the sliding surface are well selected using a particle swarm optimization algorithm. The particle swarm optimization algorithm solves a constrained optimization problem whose fitness function is a prior formulated as the sum of two mean square error criterions. The first criterion presents the tracking dynamic of the reference active power while the second one presents the tracking dynamic of the reference reactive power. The novelty lies in the implementation of the particle swarm optimization algorithm in conventional sliding mode control strategy, in which the proposed-improved sliding mode control strategy is developed. The wind energy conversion system control uses the principal of the vector oriented control to decouple the control of the active power from that of the reactive power. Results. The improved sliding mode control strategy is applied to control separately theses powers in the presence of non-linear loads. The energy assessment of this strategy is analysed using the wind energy conversion system model based on SimPower software. Originality. The obtained simulation results confirm the superiority of the proposed-improved sliding mode control strategy in terms of reference tracking dynamics and suppression of harmonic currents.Використання відновлюваних джерел енергії в електричній мережі останніми роками значно зросло. Енергія вітру – один із існуючих ресурсів. Нині силова електроніка стала незамінним інструментом вітряних електростанцій. Проблема. Проте, відповідне управління зазвичай має вплив на збільшення гармонійних спотворень, особливо у вихідній напрузі. Мета. У цій статті пропонується нова стратегія управління ковзним режимом, що застосовується на боці ротора асинхронного генератора з подвійним живленням. Основна мета – задовольнити вимоги до електроенергії, вирішуючи відповідні проблеми з якістю електроенергії. Методологія. Система перетворення енергії вітру повинна мати можливість не тільки відстежувати точку максимальної потужності вітру, але й пом'якшувати гармонійні струми, викликані нелінійними навантаженнями. Для досягнення цієї мети силові перетворювачі керуються запропонованою стратегією управління ковзним режимом. Відповідні два коефіцієнти посилення поверхні ковзання добре вибираються з використанням алгоритму оптимізації рою частинок. Алгоритм оптимізації рою частинок вирішує задачу оптимізації з обмеженнями, функція придатності якої заздалегідь сформульована як сума двох критеріїв середньоквадратичної похибки. Перший критерій репрезентує динаміку відстеження еталонної активної потужності, а другий – динаміку відстеження еталонної реактивної потужності. Новизна полягає в реалізації алгоритму оптимізації рою частинок у традиційній стратегії управління ковзним режимом, в якій розроблена запропонована покращена стратегія управління ковзним режимом. Управління системою перетворення енергії вітру використовує принцип векторно-орієнтованого управління, щоб відокремити управління активною потужністю від управління реактивною потужністю. Результати. Удосконалена стратегія управління ковзним режимом застосовується для роздільного управління цими потужностями за наявності нелінійних навантажень. Енергетична оцінка цієї стратегії аналізується за допомогою моделі системи перетворення енергії вітру на основі програмного забезпечення SimPower. Оригінальність. Отримані результати моделювання підтверджують перевагу запропонованої удосконаленої стратегії управління ковзним режимом з точки зору еталонної динаміки стеження та придушення гармонійних струмів.