In this paper, we simulate the power system transient stability of Kwang Yang steel works using object-oriented programming (OOP). OOP is a more flexible method than procedural programming. There are several advantages in dynamic system simulation using OOP, The maintenance and repair of program are easy because it is sufficient to modify necessary parts which correspond to the change of system without overall change of program. We have implemented a graphical man-machine interface (MMI) that can be used draw one-line system diagram and analyze power flow and dynamic stability. The implemented MMI also provide a graphical viewer that display dynamic stability analysis results by mouse event handling. The proposed method have been applied to Kwang Yang steel works network for on-line dynamic stability analysis. The dynamic behaviour of 17 synchronous generators and 25 synchronous motors has been studied in the Kwang Yang network.
Nguyen, Thanh Hai;Lee, Dong-Choon;Van, Tan Luong;Kang, Jong-Ho
Journal of Power Electronics
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v.13
no.5
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pp.909-918
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2013
This paper proposes a coordinated control of the reactive power between the STATCOMs (static synchronous compensators) and the grid-side converters (GSC) of wind farms equipped with PMSGs (permanent-magnet synchronous generators), by which the voltage fluctuations at the PCC (point of common coupling) are mitigated in the steady state. In addition, the level of voltage sags is reduced during grid faults. To do this, the GSC and the STATCOM supply reactive power to the grid coordinately, where the GSCs are fully utilized to provide the reactive power for the grid prior to the STATCOM operation. For this, the GSC capability of delivering active and reactive power under variable wind speed conditions is analyzed in detail. In addition, the PCC voltage regulation of the power systems integrated with large wind farms are analyzed for short-term and long-term operations. With this coordinated control scheme, the low power capacity of STATCOMs can be used to achieve the low-voltage ride-through (LVRT) capability of the wind farms during grid faults. The effectiveness of the proposed strategy has been verified by PSCAD/EMTDC simulation results.
Zhao, Hongyan;Zheng, Trillion Q.;Li, Yan;Du, Jifei;Shi, Pu
Journal of Power Electronics
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v.17
no.1
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pp.212-221
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2017
Permanent-Magnet Synchronous Generators (PMSGs) are used widely in Wind Power Generation Systems (WPGSs), and the Vienna rectifier was recently proposed to be used as the generator-side converter to rectify the AC output voltage in PMSG-based WPGS. Compared to conventional six-switch two-level PWM (2L-PWM) converters, the Vienna rectifier has several advantages, such as higher efficiency, improved total harmonic distortion, etc. The motivation behind this paper is to verify the performance of direct-driven PMSG wind turbine system based-Vienna rectifier by using a simulated direct-driven PMSG WPGS. In addition, for the purpose of reducing the reactive power loss of PMSGs, this paper proposes an induced voltage sensing scheme which can make the stator current maintain accurate synchronization with the induced voltage. Meanwhile, considering the Neutral-Point Voltage (NPV) variation in the DC-side of the Vienna rectifier, a NPV balancing control strategy is added to the control system. In addition, both the effectiveness of the proposed method and the performance of the direct-driven PMSG based-Vienna rectifier are verified by simulation and experimental results.
Advanced control algorithms must be used to make wind power generation truly cost effective and reliable. In this study, we develop a new and simple control scheme that employs model predictive control (MPC), which is used in permanent magnet synchronous generators and grid-connected inverters. The proposed control law is based on two points, namely, MPC-based torque-current control loop is used for the generator-side converter to reach the maximum power point of the wind turbine, and MPC-based direct power control loop is used for the grid-side converter to satisfy the grid code and help improve system stability. Moreover, a simple prediction scheme is developed for the direct-drive wind energy conversion system (WECS) to reduce the computation burden for real-time applications. A small-scale WECS laboratory prototype is built and evaluated to verify the validity of the developed control methods. Acceptable results are obtained from the real-time implementation of the proposed MPC methods for WECS.
This paper proposes an analysis method based on the magnitude-phase dynamic theory for isolated power systems with static synchronous compensators (STATCOMs). The stability margin of an isolated power system is greatly reduced when a load is connected, due to the disadvantageous features of the self-excited induction generators (SEIGs). To analyze the control process for system stability and to grasp the dynamic characteristics in different timescales, the relationships between the active/reactive components and the phase/magnitude of the STATCOM output voltage are derived in the natural reference frame based on the magnitude/phase dynamic theory. Then STATCOM equivalent mechanical models in both the voltage time scale and the current time scale are built. The proportional coefficients and the integral coefficients of the control process are converted into damping coefficients, inertia coefficients and stiffness coefficients so that analyzing its controls, dynamic response characteristics as well as impacts on the system operations are easier. The effectiveness of the proposed analysis method is verified by simulation and experimental results.
Cogging Torque is induced by the magnetic attraction between the rotor mounted permanent magnet(PM) and the stator teeth. This torque is an unwanted effect causing shaft vibration, noises, metal fatigues and increased stator length. A variety of techniques exist to reduce the cogging torque of PM generator. Even though the cogging torque can be vanished by skewing the stator slots by one slot pitch or rotor magnets, manufacturing cost becomes high due to the complicated structure and increased material costs. This paper introduces a new cogging torque reduction technique for PM generators that adjusts the azimuthal positions of the magnets along the circumference. A 900 kW class PMSG model is simulated using a three dimensional finite element method and the resulting cogging torques is analyzed using the Maxwell tensor stress tensor. Using the 3D simulation, the end contribution of the cogging torque is accurately calculated.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.2
no.2
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pp.216-224
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2013
This paper describes dual inverter drive for a fractional-slot concentrated winding permanent magnet synchronous machine (PMSM). PMSMs are widely used in many applications from small servo motors to few megawatts generators thanks to its high efficiency and torque density. Especially, fractional-slot concentrated winding PMSM is very popular in the applications where wide operation range is required because it shows very wide constant power speed ratios. High speed operation, however, requires lots of negative daxis current for reducing back-EMF regardless of output torque. Field weakening current does not contribute to the torque generation in surface mounted PMSM case and causes inverter and copper loss. To reduce the losses from field weakening current, this paper proposes PMSM with split stator and parallel dual inverter drive. Proposed parallel dual inverter drive reduces back-EMF and enables efficient drive at high speed and light load situation. Control strategy of proposed dual inverter system is established through loss analysis and simulation. Proposed concept is verified with practical experiment.
This paper investigated application of fractional-slot concentrated-winding axial flux permanent magnet machines for wind turbines. Design criteria of cogging torque and voltage regulation was firstly proposed for this kind of application. Fractional winding has small cogging torque which is highlight for wind turbines, but slot leakage inductance would increase voltage regulation, which is an important performance index of generators. By varying slot opening, cogging torque and slot leakage inductance could be adjusted. In this paper, cogging torque and inductances were calculated by both analytical and finite element methods. Voltage regulation was studied by two-axis model under unity-power-factor load and verified by transient finite element analysis.
Due to the high efficiency and compact mechanical structure, direct drive variable speed generators are used for power conversion in wind turbines. The wind energy conversion system (WECS) considered in this paper consists of a permanent magnet synchronous generator (PMSG), uncontrolled rectifier, dc-dc boost converter controlled with maximum power point tracking (MPPT) and adaptive hysteresis controlled voltage source inverter (VSI). For high utilization of the converter's power capability and stabilizing voltage and power flow, constant DC-link voltage is essential. Step and search MPPT algorithm which senses the rectified voltage ($V_{DC}$) alone and controls the same is used to effectively maximize the output power. The adaptive hysteresis band current control is characterized by fast dynamic response and constant switching frequency. With MPPT and adaptive hysteresis band current control in VSI, the DC link voltage is maintained constant under variable wind speeds and transient grid currents respectively.
A superconducting synchronous generator (SCSG) can be expected to decrease the size and weight compared to conventional tidal current generators. This paper proposes an optimal design of a 2 MW class SCSG for a tidal current power generation system. The proposed optimal design of the SCSG will reduce the length of the high-temperature superconducting wire as well as the weight and volume of the SCSG. The 3D finite element method is used to analyze the magnetic field distribution. The optimized 2 MW SCSG is compared with a 2 MW conventional generator. As the optimized SCSG is more compact and lighter than a conventional generator, it will be efficiently applied to practical tidal power systems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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