کنترل تحمل پذیر خطا
در نشریات گروه برق-
تشخیص عیب و کنترل تحملپذیر خطای توربین بادی، موجب افزایش قابلیت اطمینان و در دسترس بودن آن میشود. یکی از اجزای الکتریکی توربین بادی با نرخ خطای بالا، مبدل توان است. در این مقاله، روش جدیدی به منظور کنترل تحملپذیر خطای (FT) مبدل پشت به پشت توربین بادی مبتنی بر ژنراتور دو سو تغذیه (DFIG) ارایه شده است. با بروز خطا در هر یک از IGBTهای مبدل توربین بادی، عملکرد مبدل مخدوش شده و بخشی از سیگنال جریان هر ساق مبدل از بین میرود. کنترلکننده کلاسیک، این تغییر رفتار جریان را نمیتواند به نحو کاملی اصلاح کند، بنابراین سامانه عملکرد غیر عادی دارد و در نتیجه تولید توان با نوسانات زیادی همراه خواهد بود. به منظور جبران، در این مقاله یک روش جدید مبتنی بر کنترل مود لغزشی ارایه شده است. ابتدا با بروز خطا، سامانه تشخیص عیب، ساق معیوب را مشخص میکند و پس از پیکربندی مجدد سختافزار، سامانه کنترل پیشنهادی مبتنی بر کنترل مود لغزشی، جایگزین سامانه کنترل کلاسیک و عملیات کلیدزنی میگردد. روش تشخیص عیب ارایهشده در این مقاله، مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی است و بر اساس تطبیق با پارامترهای عملکردی توربین بادی، توسعه داده شده است. روش FT پیشنهادی با استفاده از شبیهساز سختافزار در حلقه آزمایشگاهی با ژنراتور 90 کیلووات DFIG ارزیابی میشود. نتایج تجربی، دقت مناسب روش تشخیص عیب را نشان داده و از طرفی روش FT پیشنهادی به خوبی توانسته که جبرانسازی خطای مدار باز IGBT را انجام دهد.
کلید واژگان: کنترل تحمل پذیر خطا، تشخیص عیب، توربین بادی، مبدل های پشت به پشت، کنترل تحمل پذیر مود لغزشیFault detection and tolerable control of wind turbine increases its reliability and availability. One of the electrical components of the wind turbine with a high error rate is the power converter. In this paper, a new method for fault tolerant (FT) control of the wind turbine back-to-back converter based on Dual Feed Induction Generator (DFIG) is presented. When a open circuit fault occurs in each of the IGBTs of the wind turbine converter, the performance of the converter is distorted and part of the current signal of each leg of the converter is lost. The classical controller cannot completely correct this change in current behavior, and for this reason, it has an abnormal performance. As a result, power generation will be accompanied by many fluctuations. In order to compensate, a new method based on sliding mode control is presented in this article. First, when an error occurs, the fault detection system identifies the faulty leg, and after reconfiguring the hardware, the proposed control system based on sliding mode control replaces the classic control system and switching operation. The fault detection method presented in this article is based on artificial neural network and it was developed based on matching with the functional parameters of the wind turbine. The proposed FT method is evaluated using a hardware simulator in a laboratory loop with a 90 kW DFIG generator. The experimental results show the proper accuracy of the fault detection method and on the other hand, the proposed FT method was able to compensate the open circuit fault of the IGBT.
Keywords: Fault tolerant control, fault diagnosis, wind turbine, back-To-back converters, sliding mode tolerant control -
پایش وضعیت، عیب یابی و کنترل تحمل پذیر خطای توربین بادی موجب افزایش قابلیت اطمینان و در دسترس بودن توربین می شود. نرخ عیب مدار باز سوییچ IGBT مبدل در مقایسه با نرخ کل عیوب در توربین بادی قابل توجه است. در این مقاله به کنترل تحمل پذیر خطای مدار باز IGBT در مبدل های پشت به پشت ژنراتور DFIG پرداخته شده است. در ساختار پیشنهادی ابتدا تشخیص عیب سوییچ مبدل با استفاده از یک روش سریع و عددی انجام می شود و سپس کنترل تحمل پذیر خطا به منظور جبران سازی نقصان پیش آمده فعال می شود، در این روش ساق معیوب با باز شدن گیت هر دو IGBT در یک ساق توسط کنترل کننده، کنار رفته و یکی از ساق ها به عنوان ساق مشترک بین دو مبدل سمت شبکه و سمت روتور قرار می گیرد. ساختار پیشنهادی ارزان قیمت است و کنترل تحمل پذیر خطا در آن با حداقل سخت افزار اضافه عمل می کند. برای ارزیابی ساختار پیشنهادی از یک شبیه ساز نرم افزاری توربین 5/2 مگاوات بر اساس داده واقعی، استفاده شده است. شبیه سازی ها نشان داد که روش پیشنهادی در تشخیص عیوب، موثر و مقاوم است و به خوبی توانسته است جبران سازی خطای سوییچ را برای ساختن جریان های سه فاز خروجی انجام دهد، مقایسه شاخص های عددی، توانایی روش پیشنهادی را مشخص کرده است.
کلید واژگان: توربین بادی، DFIG، تشخیص عیب، کنترل تحمل پذیر خطا، مبدل پشت به پشت، توپولوژی بدون افزونهIranian Electric Industry Journal of Quality and Productivity, Volume:11 Issue: 1, 2022, PP 126 -138One of the most common types of wind turbines (WTs) is the Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) with a back-to-back converter. The power converter with an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) switch is essential equipment for power regulation and grid connection in WTs. The converter IGBT open-circuit causes a drawback in output current and as a result, the production performance of the turbine is reduced. Condition Monitoring (CM), Fault Diagnostic (FD), and Fault-Tolerant Control (FTC) of a WT increase the reliability and availability of the turbine and are typical methods to reduce energy production costs and WT downtime. The IGBT switch’s open-circuit failure rate is significant compared to the overall fault rate in WTs. This paper discusses IGBT open-circuit FTC in back-to-back DFIG converters. In the proposed structure, the converter switch fault is first diagnosed using a fast and numerical method. In the first part, a method based on normalized phase currents, the absolute of the phase currents, and an adaptive threshold is used. The FTC system can be divided into two classes of redundancy and non-redundancy or into active and inactive classes. In this article, the proposed method is active and non-redundancy. In the second step, the FTC process is activated to compensate for the system degradation. In this method, the faulty leg is removed with the gate opening of both IGBTs in one leg by the controller, and one of the legs is positioned as a common leg between the two grid side and rotor side converters. The conventional method in this structure is to use Pulse Width Modulation (PWM) with a zero sequence signal. The novelty of the paper is the use of the proposed SVM vector control. The proposed structure is inexpensive. Furthermore, the fault diagnostic structure operates without additional sensors and the FTC structure operates with minimal hardware. To evaluate the proposed structure, a 2.5 MW turbine software simulator based on real data is used. The simulations show that the proposed method is effective and robust in FD and FTC and that the proposed method is successful in detecting multiple defects of the grid-side and rotor-side converters, as well as the defects of one leg. The proposed method can compensate for the open switch fault to construct three-phase output currents by comparing the numerical parameters. The ability of the proposed method is specified.
Keywords: Wind Turbine, DFIG, Fault Detection, Fault Tolerant Control, Back to Back Converter, Non-Redundant Topology -
کنترل برداری درایوهای موتور القایی اتصال ستاره از کارهای مهم مورد تقاضاست. علاوه بر این، موتور القایی اتصال ستاره تحت خطای مدار باز در سیم پیچ های استاتور منجر به خرابی کنترل برداری می شود. در نتیجه، موتورهای القایی اتصال ستاره تحت خطای مدار باز نیاز به طراحی مناسب دارد. این تحقیق بر روی یک استراتژی کنترل جهتدار میدان اصلاح شده و دقیق برای درایوهای موتور القایی اتصال ستاره سه فاز تحت خطای مدار باز در سیم پیچ های استاتور متمرکز شده است. بسیاری از مقالات اخیر مطالعه شده بر روی کنترل برداری موتورهای القایی اتصال ستاره تحت خطای مدار باز در سیم پیچ های استاتور، اندوکتانس نشتی در معادلات کنترل برداری را نادیده می گیرند. در این مقاله، با در نظر گرفتن اندوکتانس نشتی در معادلات کنترل برداری موتورهای القایی اتصال ستاره تحت خطای مدار باز در سیم پیچ های استاتور، یک روش کنترل برداری جایگزین ارایه می شود. در سیستم کنترل برداری ارایه شده، دو تبدیل چرخشی نامتقارن برای کمیت های جریان و ولتاژ استاتور پیشنهاد و استفاده می شود. در طرح پیشنهادی، از الگوریتم ژنتیک برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده های تناسبی-انتگرالی استفاده می شود. سیستم کنترل برداری توسعه یافته کنترل دقیق در برابر خطای مدار باز در سیم پیچ های استاتور را فراهم می کند و می تواند برای صنایع مختلفی که به سیستم های کنترل تحمل پذیر خطا نیاز دارند استفاده شود. اثربخشی روش پیشنهادی از طریق آزمایش در آزمایشگاه تایید می شود. طرح کنترلی پیشنهادی در حالت پایدار و حالت گذرا پاسخ های خوبی می دهد. علاوه بر این، سیستم کنترل برداری پیشنهادی در مقایسه با کارهای قبلی از نظر نوسانات سرعت و گشتاور عملکرد بهتری پس از خطا ارایه می دهد.
کلید واژگان: کنترل تحمل پذیر خطا، الگوریتم ژنتیک، استراتژی کنترل جهتدار میدان بهبود یافته، خطای مدار باز در سیم پیچ های استاتور، کنترل سرعت درایوهای موتور القاییJournal of Operation and Automation in Power Engineering, Volume:10 Issue: 1, Spring 2022, PP 80 -89The Vector Control (VC) of Y-Connected Induction Motor (YCIM) drives is entirely demanding task. Furthermore, YCIM under an Open-Circuit Fault in the Stator Coils (OCFSC) leads to deterioration of the VC. Consequently, the VC of YCIMs under an OCFSC requires a suitable design. This research focuses on an accurate and modified Field-Oriented Control (FOC) strategy for 3-phase YCIM drives under an OCFSC. Most of the recent papers studying VC of YCIMs under an OCFSC ignore the leakage inductance in the VC equations. This paper presents an alternative VC technique, considering the leakage inductance in the VC equations of YCIMs under an OCFSC. In the presented VC system, two asymmetrical Rotating Transformations (RTs) for the stator current and voltage quantities are proposed and employed. In the proposed scheme, the genetic algorithm is used to regulate the parameters of the Proportional-Integral (PI) controllers. The developed VC system provides an accurate control against an OCFSC and can be employed for different industries that need Fault-Tolerant Control (FTC) systems. The effectiveness of the proposed approach is validated through experimentation in the laboratory. The proposed control scheme gives good responses during both steady state and transient sate. In addition, the proposed VC system gives better performances during the post-fault operation compared to previous works in terms of speed and torque ripples.
Keywords: Fault-Tolerant Control, genetic algorithm, Improved Field-Oriented Control Strategy, Open-Circuit Fault in the Stator Coils, Speed Control of Induction Motor Drives
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.