This paper proposes a new robust decentralized power oscillation dampers (POD) design of doubly-fed induction generator (DFIG) wind turbine for damping of low frequency electromechanical oscillations in an interconnected power system. The POD structure is based on the practical $2^{nd}$-order lead/lag compensator with single input. Without exact mathematical model, the inverse output multiplicative perturbation is applied to represent system uncertainties such as system parameters variation, various loading conditions etc. The parameters optimization of decentralized PODs is carried out so that the stabilizing performance and robust stability margin against system uncertainties are guaranteed. The improved firefly algorithm is applied to tune the optimal POD parameters automatically. Simulation study in two-area four-machine interconnected system shows that the proposed robust POD is much superior to the conventional POD in terms of stabilizing effect and robustness.
This paper investigates control algorithms for a doubly fed induction generator (DFIG) with back-to-back converter in medium-voltage wind power system under unbalanced grid conditions. Operation of DFIG under unbalanced grid conditions causes several problems such as overcurrent, unbalanced currents, active power pulsation and torque pulsation. Three different control algorithms to compensate for the unbalanced conditions have been investigated with respect to four performance factors; fault ride-through capability, efficiency, harmonic distortions and torque pulsation. The control algorithm having zero amplitude of negative sequence current shows the most cost-effective performance concerning fault ride-through capability and efficiency. The control algorithm for nullifying the oscillating component of the instantaneous active power generates least harmonic distortions. Combination of these two control algorithms depending on the operating requirements presents most optimized performance factors under the generalized unbalanced operating conditions.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.52
no.7
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pp.299-306
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2003
Doubly-Fed Induction Generator(DFIG) is adequate to maximize the energy capture from wind energy, whereby the turbine speed can be adjusted to a speed, at which a rated tip speed ratio be kept. In this paper, a power analysis for DFIG and its characteristics of power flow in grid-connected operation, are dealt with in speed range of super- and sub-synchronous region. In a test of the machine, whereby a doubly excited circuit configuration in stator as well as rotor with back to back PWM inverter have been equipped, a constant input torque is given and in that condition, power new in stator and rotor circuit have been measured and compared with theoretical value. Furthermore, the power factor in stator and rotor circuit have been examined.
The short circuit ratio (SCR) of a given grid is able to show the stability of the system in the case of unwanted elements, such as wind turbulence. This paper presents the simulation of a model of the doubly fed induction generator in the simulation software PSCAD/EMTDC. This model has been used to study flicker during continuous operation and the effect of SCR and grid impedance angle on flicker emission. Simulation results show that compensation of the stator reactive power is an effective method to considerably reduce the flicker levels, irrespective of the grid conditions.
This paper presents an effective rotor current controller for variable-speed stand-alone doubly fed induction generator (DFIG) systems feeding an unbalanced three-phase load. The proposed current controller is developed based on proportional plus two resonant regulators, which are tuned at the positive and negative slip frequencies and implemented in the rotor reference frame without decomposing the positive and negative sequence components of the measured rotor current. In addition, the behavior of the proposed controller is examined in terms of control performance and stability with respect to rotor speed variations, i.e., slip frequency variations. Simulations and experimental results are shown to validate the robustness and effectiveness of the proposed control method.
In a power system with a high wind power penetration level, the output power of a wind power plant (WPP) might give negative impacts on the frequency control of a power system. This paper proposes a power smoothing scheme of a wind turbine generator (WTG) to reduce the frequency deviation. To do this, an additional control loop is used, the output of which depends on the frequency deviation. The gain of the additional loop is determined depending on the kinetic energy (KE) of a WTG; in the under frequency condition, the gain is set to be proportional to the releasable KE of a WTG; otherwise, it is set to the maximum value. The performance of the proposed scheme is investigated for 100-MW doubly-fed induction generator based WPP using an EMTP-RV simulator under various wind conditions. The results show that the proposed scheme successfully reduces the frequency deviation.
Most modern wind turbines employ a doubly-fed induction generator (DFIG) system due to its many advantages, such as variable speed operation, relatively high efficiency, and small converter size. The DFIG system uses a wound rotor induction machine so that the magnetizing current of the generator can be fed from both the stator and the rotor. We propose a protection algorithm for a DFIG based on a d-q equivalent circuit in the time domain. In the DFIG, the voltages and currents of the rotor side and the stator side are available. The proposed algorithm estimates the instantaneous induced voltages of magnetizing inductance using those voltages and currents from both the stator and the rotor sides. If the difference between the two estimated induced voltages exceeds the threshold, the proposed algorithm detects an internal fault. The performance of the proposed algorithm is verified under various operating and fault conditions using a PSCAD/EMTDC simulator.
In the variable speed Wind Turbine based on ElectroMagnetic Coupler (WT-EMC), a synchronous generator is coupled directly to the grid. Therefore, like conventional power plants, WT-EMC is able to inherently support grid frequency. However, due to the reduced inertia of the synchronous generator, WT-EMC is expected to be controlled to increase its output power in response to a grid frequency drop to support grid frequency. Similar to the grid frequency support control of Type 3 or Type 4 wind turbine, inertial control and droop control can be used to calculate the WT-EMC additional output power reference according to the synchronous generator speed. In this paper, an experimental platform is built to study the grid frequency support from WT-EMC with inertial control and droop control. Two synchronous generators, driven by two induction motors controlled by two converters, are used to emulate the synchronous generators in conventional power plants and in WT-EMCs respectively. The effectiveness of the grid frequency support from WT-EMC with inertial control and droop control responding to a grid frequency drop is validated by experimental results. The selection of the grid frequency support controller and its gain for WT-EMC is analyzed briefly.
Load flow and short circuit fault transients of a power distribution system with wind turbines as dispersed generation units is presented. Usage of renewable energies such as wind is already a small part of total installed power system in medium and low voltage networks. In this paper, a radial power distribution system with wind turbines is simulated using DIgSILENT PowerFactory software for their influence on load flow and short circuit fault transients. Short fault occurring in dispersed generation systems causes some problems for the system and costumers such as fault level increase or the problems of sudden fluctuations in the current, voltage, power and torque of the double fed induction machine utilized in the wind turbines which have been studied and investigated.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.4
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pp.686-692
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2010
This paper analyzes the effect of the STATCOM on the improvement of the Fault Ride Through (FRT) capability of the fixed speed wind turbines(FSWTs). The steady-state models of the wind farm components, such as induction generator, capacitor bank, and the STATCOM, are developed based on the simplified equivalent circuit. Especially, the STATCOM is modeled as a controllable current source and a method that analytically determines the magnitude of the injection current is developed. For the quasi-steady-state(QSS) analysis, the steady-state model of the generator and STATCOM are merged with the dynamic model of drive train. The QSS simulation with the STATCOM shows that the STATCOM can enhance the FRT performance by improving the $W_r-T_e$ characteristics of the FSWTs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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