Smart current control of the wind energy conversion system based permanent magnet synchronous generator using predictive and hysteresis model

Abstract

Given the increasing demand for performance and efficiency of converters and power drives, the development of new control systems must take into account the real nature of these types of systems. Converters and dimmers power are nonlinear systems of a hybrid nature, including elements linear and nonlinear and a finite number of switching devices. Signals input for power converters are discrete signals that control the ‘opening and closing’ transitions of each component. Problem. In the multilevel inverters connected to grid, the switching frequency is the principal cause of harmonics and switching losses, which by nature, reduces the inverter’s efficiency. Purpose. For guarantee the satisfying quality of power transmitted to the electrical grid, while ensuring reduction of current ripples and output voltage harmonics. Novelty. This work proposes a new smart control, based on a predictive current control of the three level neutral point clamped inverter, used in Wind Energy Conversion System (WECS) connected to grid, based permanent magnet synchronous generator, powered by a hysteresis current control for the rectifier. This new formula guarantees handling with the influence of harmonics disturbances (similar current total harmonic distortion), voltage stress, switching losses, rise time, over or undershoot and settling time in WECS. Methods. The basic idea of this control is to choose the best switching state, of the power switches, which ameliorates the quality function, selected from order predictive current control of WECS. Results. Practical value. Several advantages in this intelligent method, such as the fast dynamic answer, the easy implementation of nonlinearities and it requires fewer calculations to choose the best switching state. In addition, an innovative algorithm is proposed to adjust the current ripples and output voltage harmonics of the WECS. The performances of the system were analyzed by simulation using MATLAB/Simulink.

Зважаючи на зростаючі вимоги до продуктивності та ефективності перетворювачів та силових приводів, при розробці нових систем керування необхідно враховувати реальну природу систем такого типу. Перетворювачі та регулятори потужності являють собою нелінійні системи гібридної природи, що включають лінійні та нелінійні елементи та кінцеве число комутаційних пристроїв. Вхідні сигнали для силових перетворювачів є дискретними сигналами, які керують переходами «відкриття та закриття» кожного компонента. Проблема. У багаторівневих інверторах, підключених до мережі, частота перемикання є основною причиною гармонік та втрат перемикання, що за своєю природою знижує ефективність інвертора. Мета. Гарантувати задовільну якість електроенергії, що передається в електричну мережу, при одночасному зниженні пульсацій струму та гармонік вихідної напруги. Новизна. У цій роботі пропонується новий інтелектуальний контроль, заснований на прогнозуючому керуванні струмом трирівневого інвертора з фіксованою нейтральною точкою, що використовується в системі перетворення енергії вітру (WECS), підключеної до мережі, на основі синхронного генератора з постійними магнітами, що живиться від керування струмом. Ця нова формула гарантує обробку з урахуванням впливу гармонічних перешкод (аналогічні загальні гармонічні спотворення струму), перенапруги, втрат перемикання, часу наростання, пере- чи недорегулювання, а також часу стабілізації WECS. Методи. Основна ідея цього управління полягає у виборі найкращого стану перемикання силових перемикачів, що покращує функцію якості, обрану з порядку прогнозуючого керування струмом WECS. Результати. Практична цінність. Цей інтелектуальний метод має кілька переваг, таких як швидка динамічна відповідь, простота реалізації нелінійностей і необхідність меншої кількості обчислень для вибору найкращого стану перемикання. Крім того, запропоновано інноваційний алгоритм регулювання пульсацій струму та гармонік вихідної напруги WECS. Характеристики системи проаналізовано шляхом моделювання з використанням MATLAB/Simulink.