Different Control Strategies for PMSG Connected Wind Turbine System
Différentes stratégies de contrôle pour le système d’éolienne connecté PMSG
Résumé
Renewable energy is considered as a viable alternative to conventional fossil fuel
generators globally. This is a direct reaction to the problem of diminishing fossil
fuel supplies and its impact on environmental pollution. One of the appealing and
promising renewable energy sources is wind energy. This renewable energy source
offers an excellent substitute for the generation of traditional electricity. Wind turbines
based on permanentmagnet synchronous generator (PMSG) are best suited for standalone
applications due to their reliability and their high efficiency. Comparisons
of various wind generator systems are required in order to guarantee that the most
appropriate generator that can be utilized in our wind turbine system is PMSG.
Wind energy has continued to play a significant role and can be regarded as the
most deployed renewable energy source, however the efficiency level and cost effectiveness
of a wind turbine (WT) system with regards to wind application is very much
dependent on its control. This research work proposes some efficient control methods
associated with wind energy control. It is focused more on the readjustment of some
available control approaches as the improvement of NSSFC (nonlinear static state
feedback controller) and NDSFC (nonlinear dynamic state feedback controller) to
increase the controller performance for such a system. In sequence with that, this
work moves forward to another controller(NPIC) which has been added to this system
by presenting a sensor-less control technique of direct driven PMSG wind turbine,
in order to study the system from the electrical point of view after considering the
mechanical part utilized by the two controllers (NSSFC and NDSFC).
This approach uses observer which is calledMRAS observer for generating rotational
speed estimation. Afterwards, PI Controller is studied in this work by integrating
genetic algorithm that has significant impact on the efficiency and execution of wind
turbine applications and their whole system. Model Predictive Control (MPC) is the
last controller that has been explored with its simulation results for the system. All of
these controllers are using PMSG, discussed under different operating ranges of wind
speed. Several experimental tests were applied to wide variety of configurations such
as the open loop, closed loop, cascaded (outer loop control-based PI controller, inner
loop control-based PI controller) and the control law based on model free controller
in order to validate the simulation results produced. This research aims to serve as a
detailed reference for future studies on the control of wind turbine systems.
Les énergies renouvelables sont considérées comme une alternative viable aux générateurs
de combustibles fossiles conventionnels globalement. Il s’agit d’une solution
fiable au problème de diminution de l’approvisionnement en combustibles fossiles et
de son impact sur l’environnement. L’énergie éolienne est l’une des sources d’énergie
renouvelables les plus attrayantes et prometteuses. Celle-ci offre un excellent substitut
à la production d’énergie électrique traditionnelle. Les éoliennes basées sur un générateur
synchrone à aimant permanent (PMSG) sont les mieux adaptées aux applications
autonomes en raison de leur fiabilité et de leur haute efficacité. L’énergie éolienne a
continué à jouer un rôle important et peut être considérée comme la source d’énergie
renouvelable la plus déployée. Cependant, le niveau d’efficacité et la rentabilité d’un
système d’éolienne, en ce qui concerne l’application du vent, dépend énormément de
son contrôle.
Ce travail de recherche propose quelques méthodes de contrôle efficaces associées
au contrôle de l’énergie éolienne. Il porte principalement sur le réajustement de
certaines approches de contrôle disponibles, comme l’amélioration du NSSFC (contrôleur
de retour d’état statique non linéaire) et du NDSFC (contrôleur de retour d’état
dynamique non linéaire), afin d’augmenter les performances du contrôleur pour un
tel système. En parallèle, ce travail traite le contrôleur NPIC qui a été ajouté au système
en présentant une technique de contrôle sans capteur d’une éolienne PMSG à
entraînement direct, afin d’étudier le système d’une dimension électrique après avoir
considéré la partie mécanique utilisée par les deux contrôleurs (NSSFC) et (NDSFC).
Cette approche utilise un observateur, appelé MRAS, pour générer une estimation de
la vitesse de rotation. Ensuite, le contrôleur PI est étudié dans ce travail en intégrant
un algorithme génétique qui a un impact significatif sur l’efficacité des applications
éoliennes et de leur système entier. Le contrôleur prédictif de modèle (MPC) est le
dernier contrôleur qui a été exploré avec ses résultats de simulation pour le système.
Tous ces contrôleurs utilisent PMSG, discutés sous différentes modes opératoires
de la vitesse du vent. Plusieurs tests expérimentaux ont été appliqués à une grande
variété de configurations telles que la boucle ouverte, la boucle fermée, en cascade
(contrôleur PI basé sur le contrôle de la boucle externe, contrôleur PI basé sur le
contrôle de la boucle interne) et la loi de contrôle basée sur le contrôleur sansmodèle,
afin de valider les résultats de simulation obtenus. Cette thèse de recherche servira
comme référence pour les études futures sur le contrôle des systèmes d’éoliennes.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)