A Hybrid Approach to PMSMs and Wind Turbine Optimization: Combining (FOC) with Model Predictive Control

Abstract

This work presents a study of the control of the permanent magnet synchronous machine (PMSMs) in the context of energy conversion associated with the techniques of Field Oriented Control (FOC) and model predictive control (MPC). In the firstly part of our thesis, modeling a wind power conversion chain using a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) is presented. The use of the permanent magnet synchronous wind generator makes variable speed wind energy conversion systems more attractive than fixed speed ones because of the possibility of optimal energy extraction under different operating conditions, with the use of the voltage MLI rectifier modeling. The secondly part of this work, is concerned with the application of Field Oriented Control (FOC) and predictive control (MPC) in our energy conversion system as the control strategy applied. On the other hand, the switching frequency is uncontrollable as MLI rectifier at the voltage level 𝑽𝒅𝒄 are important. In order to improve this structure and provide good dynamics of the 𝑽𝒅𝒄 voltage, we have associated (PMSGs) predictive control (MPC), where the system is subjected to parameter variations. To validate the performance of this type of control, simulation tests are carried out. The simulation results found are analyzed to show the performance of this type of control. يقدم هذا العمل دراسةً للتحكم في مولدات المغناطيس الدائم المتزامنة (PMSMs) في سياق تحويل الطاقة المرتبط بتقنيات التحكم الميداني (FOC) والتحكم التنبؤي بالنموذج (MPC). في الجزء الأول من أطروحتنا، نُقدم نمذجة سلسلة تحويل طاقة الرياح باستخدام مولد مغناطيس دائم متزامن (PMSM). إن استخدام مولد الرياح المتزامن ذي المغناطيس الدائم يجعل أنظمة تحويل طاقة الرياح متغيرة السرعة أكثر جاذبية من الأنظمة ثابتة السرعة نظرًا لإمكانية استخراج الطاقة الأمثل في ظل ظروف تشغيل مختلفة، وذلك باستخدام نمذجة مقوم الجهد MLI. أما الجزء الثاني من هذا العمل، فيتناول تطبيق التحكم الميداني الموجه (FOC) والتحكم التنبؤي (MPC) في نظام تحويل الطاقة لدينا، وذلك من خلال استراتيجية التحكم المطبقة. من ناحية أخرى، يُعد تردد التبديل غير قابل للتحكم، حيث أن مقوم الجهد MLI عند مستوى الجهد 𝑽𝒅𝒄 مهم. لتحسين هذه البنية وتوفير ديناميكيات جيدة لجهد 𝑽𝒅𝒄، استخدمنا نظام تحكم تنبؤي (MPC) مرتبطًا بـ (PMSGs)، حيث يخضع النظام لتغيرات في المعاملات. للتحقق من أداء هذا النوع من التحكم، تُجرى اختبارات محاكاة. تُحلل نتائج المحاكاة التي تم التوصل إليها لإظهار أداء هذا النوع من التحكم.