ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРЯМОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ ДЛЯ АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С ДВОЙНЫМ ПИТАНИЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННЫХ АЛГОРИТМОВ СУПЕРСКРУЧИВАНИЯ

В данной работе представлена технология прямого управления потоком и крутящим моментом (DFTC) асинхронного генератора с двойным питанием (DFIG) для применения в ветроэнергетических установках. Отмечается, что основными преимуществами традиционного прямого управления потоком и крутящим моментом (DFTC) являются его простая структура, надежность и хорошая динамическая реакция в сравнении с технологией управления полем (FOC). Использование классического гистерезисного компаратора и заранее заданной таблицы значений неизбежно приведет к выбору неоптимального вектора напряжения ротора с точки зрения уменьшения колебаний потока ротора, токов гармонических искажений (THD) и колебаний электромагнитного момента. Рассмотрен новый подход к методу DFTC на основемодифицированного алгоритма суперскручивания (MSTA) и модифицированной пространственной векторной модуляции (MSVM), главной особенностью которого является замена традиционной таблицы значений и двух гистерезисных компараторов. Теоретические принципы этого метода представлены вместе с результатами моделирования. Анализ системы управления DFTC-MSVM на основе метода MSTA был проведен в MATLAB/Simulink. Работа асинхронного генератора с двойным питанием (1,5 МВт) была проверена вместе с ветровой турбиной. В работе приведены также результаты моделирования. Предложенный метод управления DFTC в полной мере использует преимущества регулирования электромагнитного момента DFIG, имеет улучшенные характеристики по сравнению с традиционным методом управления DFTC, что подтверждено результатами численного моделирования.

робастное управление, прямой поток, асинхронный генератор с двойным питанием, ветротурбина с переменной скоростью, модифицированные алгоритмы сверхскручивания, модифицированная пространственная векторная модуляция

1. Kebbati Y. Modular approach for an ASIC integration of electrical drive controls / Y. Kebbati // International journal of engineering. - 2011. - Vol. 24. - No. 2 (Transactions B: Applications). - Pp. 107-118.

2. Hakami S. S. Low-speed performance improvement of direct torque control for induction motor drives fed by three-level NPC inverter / S. S. Hakami, I. Mohd Alsofyani, K-B. Lee // Electronics. - 2020. - Vol. 9. - Is. 1. - Pp. 77. DOI: 10.3390/electronics9010077.

3. Younesi A. An improved nonlinear model predictive direct speed control of permanent magnet synchronous motors / A. Younesi, S. Tohidi, M. R. Feyzi, M. Baradarannia // International Transactions on Electrical Energy Systems. - 2018. - Vol. 28. - Is. 5. - Pp. e2535. DOI: 10.1002/etep.2535.

4. Jaladi K. K. A new hybrid control scheme for minimizing torque and flux ripple for DFIG-based WES under random change in wind speed / K. K. Jaladi, K. S. Sandhu // International Transactions on Electrical Energy Systems. - 2019. - Vol. 29. - Is. 4. - Pp. e2818. DOI: 10.1002/20-50-7038.2818.

5. Moati Y. Investigating the performances of direct torque and flux control for dual stator induction motor with direct and indirect matrix converter / Y. Moati, K. Kouzi // Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science. - 2020. - Vol. 64. - Is. 1. - Pp. 97-105. DOI: 10.3311/PPee.14977.

6. Laddi T. A proposed strategy for power management of a standalone wind energy conversion system with storage battery / T. Laddi, N. Taib, D. Aouzellag // Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science. - 2020. - Vol. 64. - Is. 3. - Pp. 229-238. DOI: 10.3311/PPee.15094.

7. Coballes-Pantoja J. Parallel loop control for torque and angular velocity of BLDC motors with DTC commutation / J. Coballes-Pantoja, R. Gómez-Fuentes, J. R. Noriega, L. A. García-Delgado // Electronics. - 2020. - Vol. 9. - Is. 2. - Pp. 279. DOI: 10.3390/electronics9020279.

8. Mehedi F. Direct torque fuzzy controlled drive for multi-phase IPMSM based on SVM technique / F. Mehedi, A. Yahdou, A. B. Djilali, H. Benbouhenni // Journal Européen des Systémes Automatisées. - 2020. - Vol. 53. - Is. 2. - Pp. 259-266. DOI: 10.18280/jesa.530213.

9. Mehedi F. Feedforward neural network-DTC of multi-phase permanent magnet synchronous motor using five-phase neural space vector pulse width modulation strategy / F. Mehedi, H. Benbouhenni, L. Nezli, D. Boudana // Journal Européen des Systèmes Automatisés. - 2021. - Vol. 54. - Is. 2. - Pp. 345-354. DOI: 10.18280/jesa.540217.

10. Benbouhenni H. Four-level DTC with six sectors based on neural networks of IM drives / H. Benbouhenni // Acta Electrotehnica. - 2018. - Vol. 59. - No. 4. - Pp. 292-300.

11. Mazaheri Body K. On line determination of optimal hysteresis band amplitudes in direct torque control of induction motor drives / K. Mazaheri Body, S. Vaez Zadeh // International Journal of Engineering. - 2002. - Vol. 15. - Is. 4. - Pp. 329-338.

12. Kosmodamianskii A. S. Direct torque control of induction motors fed by a single frequency converter / A. S. Kosmodamianskii, V. I. Vorob’ev, A. A. Pugachev // Russian Electrical Engineering. - 2015. - Vol. 86. - Is. 9. - Pp. 527-533. DOI: 10.3103/S106837121509-0060.

13. Alekseev V. V. Analysis of the dynamic performance of a variable-frequency induction motor drive using various control structures and algorithms / V. V. Alekseev, A. P. Emel’yanov, A. E. Kozyaruk // Russian Electrical Engineering. - 2016. - Vol. 87. - Is. 4. - Pp. 181-188. DOI: 10.3103/S1-068371216040027.

14. Cirrincione M. Sensorless direct torque control of an induction motor by a TLS-based MRAS observer with adaptive integration / M. Cirrincione, M. Pucci // Automatica. -2005. - Vol. 41. - Is. 11. - Pp. 1843-1854. DOI: 10.1016/j.automatica.2005.06.004.

15. Benbouhenni H. Seven-level direct torque control of induction motor based on artificial neural networks with regulation speed using fuzzy PI controller / H. Benbouhenni // Iranian Journal of Electrical and Electronic Engineering. - 2018. - Vol. 14. - Is. 1. - Pp. 85-94. DOI: 10.22068/IJEEE.14.1.85

16. Benbouhenni H. Torque ripple reduction of DTC DFIG drive using neural PI regulators / H. Benbouhenni // Majlesi Journal of Energy Management. - 2019. - Vol. 8. - Is. 2. - Pp. 21-26.

17. Benbouhenni H. Two-level DTC based on ANN controller of DFIG using 7-level hysteresis command to reduce flux ripple comparing with traditional command / H. Benbouhenni, Z. Boudjema // 2018 International Conference on Applied Smart Systems (ICASS). - IEEE, 2018. - Pp. 1-8. DOI: 10.1109/ICASS.2018.8652013.

18. Buja G. S. Direct torque control of PWM inverter-fed AC motors-a survey / G. S. Buja, M. P. Kazmierkowski // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 2004. - Vol. 51. - Is. 4. - Pp. 744-757. DOI: 10.1109/TIE.2004.831717.

19. Świerczyński D. Universal structure of direct torque control for AC motor drives / D. Świerczyński, M. Zelechowski // Przegląd Elektrotechniczny. - 2004. - Vol. 80. - Is. 5. - Pp. 489-492.

20. Janecke M. Fast torque control of an IGBT-inverter-fed three-phase A.C. drive in the whole speed range-experimental result / M. Janecke, F. Hoffmann // 6th Europ. Conf. on Power Electronics. -1995. - Vol. 3. - Pp. 399-404.

21. Boudjema Z. A novel direct torque control using second order continuous sliding mode of a doubly fed induction generator for a wind energy conversion system / Z. Boudjema, R. Taleb, Y. Djerriri, A. Yahdou // Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences. - 2017. - Vol. 25. - Is. 2. - Pp. 965-975. DOI: 10.3906/elk-1510-89.

22. Boudjema Z. Fuzzy sliding mode control of a doubly fed induction generator for energy conversion / Z. Boudjema, A. Meroufel, Y. Djerriri, E. Bounadja // Carpathian Journal of Electronic and Computer Engineering. - 2013. - Vol. 6. - Is. 2. - Pp. 7-14.

23. Benbouhenni H. Utilization of an ANFIS-STSM algorithm to minimize total harmonic distortion / H. Benbouhenni // International Journal of Smart Grid. - 2020. - Vol. 4. - Is. 2. - Pp. 56-67.

24. Ayrir W. Fuzzy 12 sectors improved direct torque control of a DFIG with stator power factor control strategy / W. Ayrir, A. Haddi // International Transactions on Electrical Energy Systems. - 2019. - Vol.29. - Is. 10. - Pp. e12092. DOI: 10.1002/2050-7038.12092.

25. Amer M. Optimal DTC control strategy of DFIG using variable gain PI and hysteresis controllers adjusted by PSO algorithm / M. Amer, A. Miloudi, F. Lakdja // Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science. - 2020. - Vol. 64. - Is. 1. - Pp. 74-86. DOI: 10.3311/PPee.14237.

26. Amrane F. Design and implementation of high-performance field-oriented control for grid-connected doubly fed induction generator via hysteresis rotor current controller / F. Amrane, A. Chaiba, B. Badr Eddine, S. Mekhilef // Rev. Roum. Sci. Tech.-Electrotechn. Et Energ. - 2016. - Vol. 61. - Is. 4. - Pp. 319-324.

27. Amrane F. A novel direct power control for grid-connected doubly fed induction generator based on hybrid artificial intelligent control with space vector modulation / F. Amrane, A. Chaiba // Rev. Sci. Techni.-Electrotechn. Et Energ. - 2016. - Vol. 61. - Is. 3. - Pp. 263-268.

28. Farid B. Fuzzy super twisting algorithm dual direct torque control of doubly fed induction machine / B. Farid, B. Tarek, B. Sebti // International Journal of Electrical and Computer Engineering. - 2021. - Vol. 11. - Is. 5. - Pp. 3782-3790.

29. Hu J. Direct active and reactive power regulation of DFIG using sliding-mode control approach / J. Hu, H. Nian, B. Hu, Y. He, Z. Q. Zhu // IEEE Transactions on Energy Conversion. - 2010. - Vol. 25. - Is. 4. - Pp. 1028-1039. DOI: 10.1109/TEC.2010.2048754.

30. Kelkoul B. Stability analysis and study between classical sliding mode control (SMC) and super twisting algorithm (STA) for doubly fed induction generator (DFIG) under wind turbine / B. Kelkoul, A. Boumediene // Energy. - 2021. - Vol. 214. - Pp. 118871. DOI: 10.1016/j.e-nergy.2020.118871.

31. Nasiri M. Super-twisting sliding mode control for gear less PMSG-based wind turbine / M. Nasiri, S. Mobayen, Q. M. Zhu // Complexity. - 2019. - Vol. 2019. DOI: 10.1155/2019/6141607.

32. Benbouhenni H. Rotor flux and torque ripples minimization for direct torque control of DFIG by NSTSM algorithm / H. Benbouhenni // Majlesi Journal of Energy Management. - 2018. - Vol. 7. - No. 3. - Pp. 1-9.

33. Benbouhenni H. Stator current and rotor flux ripples reduction of DTC DFIG drive using FSTSMC algorithm / H. Benbouhenni // International Journal of Smart Grid. - 2019. - Vol. 3. - No. 4. - Pp. 226-234.

34. Benbouhenni H. DPC based on ANFIS super-twisting sliding mode algorithm of a doubly-fed induction generator for wind energy system / H. Benbouhenni, Z. Boudjema, A. Belaidi // Journal Européen des Systèmes Automatisés. - 2020. - Vol. 53. - No. 1. - Pp. 69-80. DOI: 10.18280/jesa.530109.

35. Benbouhenni H. Direct power control with NSTSM algorithm for DFIG using SVPWM technique / H. Benbouhenni, Z. Boudjema, A. Belaidi // Iranian Journal of Electrical & Electronic Engineering. - 2021. - Vol. 17. - No. 1. - Pp. 1518. DOI: 10.22068/IJEEE.17.1.1518.

36. Benbouhenni H. Comparison study between neural STSM and ANFIS-STSM method in DPC control scheme of DFIG-based dual-rotor wind turbines / H. Benbouhenni, Z. Boudjema, A. Belaidi // International Journal of Mathematics and Computers in Simulation. - 2020. - Vol. 14. - Pp. 33-46. DOI: 10.46300/91012.2020.14.7.

37. Benbouhenni H. Robust direct power control of a DFIG fed by a five-level NPC inverter using neural SVPWM technique / H. Benbouhenni // TECNICA ITALIANA-Italian Journal of Engineering Science. - 2021. - Vol. 65. - No. 1. - Pp. 119-128. DOI: 10.18280/ti-ijes.650118.

38. Benbouhenni H. A Novel Direct Active and Reactive Power Control Method Using Fuzzy Super Twisting Algorithms and Modified Space Vector Modulation Technique for an Asynchronous Generator-based Dual-rotor Wind Powers / H. Benbouhenni // Iranian (Iranica) Journal of Energy and Environment. - 2021. - Vol. 12. - Is. 2. - Pp. 109-117. DOI: 10.5829/IJEE.2021.12.02.02

39. Yaichi I. Super-twisting sliding mode control of a doubly-fed induction generator based on the SVM strategy / I. Yaichi, A. Semmah, P. Wira, Y. Djeriri // Periodica Polytechnica Electrical Engineering and Computer Science. - 2019. - Vol. 63. - No. 3. - Pp. 178-190. DOI: 10.3311/PPee.13726.

40. Listwan J. Application of super-twisting sliding mode controllers in direct field-oriented control system of six-phase induction motor: experimental studies / J. Listwan // Power Electronics and Drives. - 2018. - Vol. 3(38). - No. 1. DOI: 10.2478/pead-2018-0013.

41. Benbouhenni H. Combining synergetic control and super twisting algorithm to reduce the active power undulations of doubly fed induction generator for dual-rotor wind turbine system / H. Benbouhenni, S. Lemdani // Electrical Engineering & Electromechanics. - 2021. - No. 3. - Pp. 8-17. DOI: 10.20998/2074-272X.2021.3.02.

42. Benbouhenni H. A comparative study between DTC-NSTMC and DTC-FSTSMC control scheme for a DFIG-based wind turbine / H. Benbouhenni // Majlesi Journal of Energy Management. - 2018. - Vol. 7. - No. 4. - Pp. 43-53.

43. Tavakoli S. M. Comparison between different DPC methods applied to DFIG wind turbines / S. M. Tavakoli, M. A. Pourmina, M. R. Zolghadri // International Journal of Renewable Energy Research (IJRER). - 2013. - Vol. 3. - No. 2. - Pp. 446-452.