Grid-integrated dual wind turbine system using SEPIC converter with Whale optimized PI controller

Abstract

Main objectives of the study are to progress a dual independent doubly fed induction generator (DFIG)-based wind energy conversion system (WECS) for stable and efficient power delivery to an AC microgrid while ensuring grid stability and compliance with power quality standards. In order to achieve the set goals, the following tasks were accomplished: integration of a Pulse Width Modulation (PWM) rectifier for AC to DC conversion, implementation of a SEPIC converter for voltage boosting, tuning of proportional integral (PI) controller parameters using whale optimization algorithm (WOA) for dynamic DC voltage regulation, and design of a 3Φ Voltage Source Inverter (VSI) for efficient management of active and reactive power to the grid. The scientific novelty of the proposed work is the inclusion of dual independent DFIG system with SEPIC converters and optimized PI controllers. The most important results are the demonstration of consistent DC voltage stabilization, improved power quality under varying wind conditions, and an overall system efficiency of 97%, verified through MATLAB simulations. These attained outcomes are found to be more efficient when compared to other existing converters and optimized controllers thereby satisfying the objectives of meeting desired voltage demands of grid and achieving highly stabilized output power. The significance of obtained results is the establishment of an advanced DFIG-WECS-based wind energy system capable of enhancing grid performance, ensuring reliable integration of renewable energy, and maintaining power quality and stability in compliance with modern grid standards.

Obiectivele principale ale studiului sunt de a promova un sistem de conversie a energiei eoliene (WECS) bazat pe un generator cu inducție dublu alimentat independent (DFIG) pentru livrarea de energie stabilă și eficientă către o microrețea de curent alternativ, asigurând în același timp stabilitatea rețelei și conformitatea cu standardele de calitate a energiei electrice. Pentru a atinge obiectivele stabilite, au fost îndeplinite următoarele sarcini: integrarea unui redresor cu modulație în lățime a impulsurilor (PWM) pentru conversia AC la DC, implementarea unui convertor SEPIC pentru creșterea tensiunii, reglarea parametrilor controlerului integral proporțional (PI) folosind whale algoritm de optimizare (WOA) pentru reglarea dinamică a tensiunii continue și proiectarea unui invertor de sursă de tensiune de 3Φ (VSI) pentru gestionarea eficientă a puterii active și reactive la rețea. Noutatea științifică a lucrării propuse este includerea unui sistem DFIG dual independent cu convertoare SEPIC și controlere PI optimizate. Cele mai importante rezultate sunt demonstrarea stabilizării consecvente a tensiunii continue, a calității îmbunătățite a energiei în condiții variate de vânt și a unei eficiențe generale a sistemului de 97%, verificată prin simulări MATLAB. Aceste rezultate obținute se dovedesc a fi mai eficiente în comparație cu alte convertoare existente și controlere optimizate, satisfăcând astfel obiectivele de a îndeplini cerințele de tensiune dorite ale rețelei și de a obține o putere de ieșire foarte stabilizată. Semnificația rezultatelor obținute este stabilirea unui sistem avansat de energie eoliană bazat pe DFIG-WECS, capabil să sporească performanța rețelei, să asigure integrarea fiabilă a energiei regenerabile și să mențină calitatea și stabilitatea energiei în conformitate cu standardele moderne de rețea.

Основными целями исследования являются разработка системы преобразования энергии ветра (WECS) на основе двух независимых индукционных генераторов с двойным питанием (DFIG) для стабильной и эффективной подачи электроэнергии в микросеть переменного тока, обеспечивая при этом стабильность сети и соответствие стандартам качества электроэнергии. Для достижения поставленных целей были выполнены следующие задачи: внедрение выпрямителя с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для преобразования переменного тока в постоянный, реализация преобразователя SEPIC для повышения напряжения, настройка параметров пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора с помощью кита алгоритм оптимизации (WOA) для динамического регулирования напряжения постоянного тока и проектирование трехфазного инвертора напряжения (VSI) для эффективного управления активной и реактивной мощностью в сети. Научная новизна предлагаемой работы заключается во включении в нее двойной независимой системы DFIG с преобразователями SEPIC и оптимизированными ПИрегуляторами. Наиболее важными результатами являются демонстрация последовательной стабилизации напряжения постоянного тока, улучшение качества электроэнергии при изменении ветровых условий и общая эффективность системы 97%, подтвержденная с помощью моделирования MATLAB. Достигнутые результаты оказались более эффективными по сравнению с другими существующими преобразователями и оптимизированными контроллерами, что позволяет достичь целей удовлетворения требуемых требований к напряжению сети и достижения высокостабилизированной выходной мощности. Значимость полученных результатов заключается в создании передовой ветроэнергетической системы на базе DFIGWECS, способной повысить производительность сети, обеспечить надежную интеграцию возобновляемых источников энергии, а также поддерживать качество и стабильность электроэнергии в соответствии с современными сетевыми стандартами.