Enhancing grid stability and low voltage ride through capability using type 2 fuzzy controlled dynamic voltage restorer

Abstract

The integration of Renewable Energy Sources (RESs), particularly Wind Energy Conversion Systems (WECS), is vital for reducing reliance on fossil fuels and addressing climate change. However, this transition poses challenges, including ensuring grid stability in the face of intermittent RESs. Compliance with grid codes is crucial, with a focus on Low Voltage Ride Through (LVRT) capability. Problem. The intermittent nature of RESs, specifically in Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) based WECS, presents challenges to grid stability during voltage dips. Goal. To enhance voltage stability and LVRT capability in PMSG-based WECS by integrating a Dynamic Voltage Restorer (DVR) with an energy storage device. This involves regulating the input DC voltage to the DVR using a type 2 fuzzy controller, adapting intelligently to changing conditions. Methodology. DVR, powered by an energy storage device, is strategically integrated with WECS. A type 2 fuzzy controller regulates the DC voltage to DVR. The rectified WECS output undergoes processing through an isolated flyback converter. A 31-level Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter (CHBMLI) with PI control ensures high-quality AC output. Results. The validation of developed system is executed using MATLAB/Simulink revealing a reduced Total Harmonic Distortion (THD) value of 1.8 %, ensuring significance in LVRT capability. Originality. The strategic integration of DVR with PMSG-based WECS, addresses the LVRT challenges. The use of type 2 fuzzy controller for intelligent voltage regulation and a sophisticated multilevel inverter contributes to the uniqueness of proposed solution. Practical value. The developed system provides benefits by ensuring reliable LVRT capability in PMSG-based WECS with reduced THD of 1.8 % indicating improved grid compatibility.

Інтеграція відновлюваних джерел енергії (RESs), особливо систем перетворення енергії вітру (WECS), має життєво важливе значення для зниження залежності від викопного палива та вирішення проблеми зміни клімату. Однак цей перехід створює проблеми, у тому числі забезпечення стабільності мережі в умовах уривчастої роботи RESs. Дотримання мережевих норм має вирішальне значення, при цьому особлива увага приділяється можливості роботи при низькій напрузі (LVRT). Проблема. Уривчастий характер RESs, особливо в WECS на основі синхронного генератора з постійними магнітами (PMSG), створює проблеми для стабільності мережі під час провалів напруги. Мета. Підвищити стабільність напруги та можливості LVRT у WECS на базі PMSG за рахунок інтеграції динамічного відновника напруги (DVR) із пристроєм зберігання енергії. Це передбачає регулювання вхідної постійної напруги на DVR за допомогою нечіткого контролера типу 2, що інтелектуально адаптується до умов, що змінюються. Методологія. DVR, який працює від накопичувача енергії, стратегічно інтегрований із WECS. Нечіткий контролер типу 2 регулює напругу постійного струму, що подається на DVR. Випрямлений вихідний сигнал WECS проходить обробку через ізольований зворотноходовий перетворювач. 31-рівневий каскадний багаторівневий інвертор H-Bridge (CHBMLI) із ПІ-регулюванням забезпечує високоякісний вихід змінного струму. Результати. Валідація розробленої системи виконується з використанням MATLAB/Simulink, демонструючи зменшене значення загального гармонічного спотворення (THD) 1,8 %, що забезпечує важливість можливостей LVRT. Оригінальність. Стратегічна інтеграція DVR із WECS на базі PMSG вирішує проблеми LVRT. Використання нечіткого контролера 2-го типу для інтелектуального регулювання напруги та складного багаторівневого інвертора сприяє унікальності запропонованого рішення. Практична цінність. Розроблена система забезпечує переваги, забезпечуючи надійну роботу LVRT у WECS на базі PMSG зі зниженим THD на 1,8 %, що вказує на покращену сумісність із мережею.