The voltage variation problem at the point of common coupling (PCC) in a grid-connected wind turbine is investigated. The voltage variation problem is one of the most frequent power quality issues for the grid connection of large amounts of input power in a weak grid. Through the simplified modeling of the wind turbine and power network, the magnitude of PCC voltage variation is calculated by using the equivalent circuit parameters and output power of the wind turbine. The required amount of reactive power that can compensate the voltage variation is also presented analytically by using the vector diagram method. The proposed calculation and compensation method of the PCC voltage variation is verified by computer simulations and experiments.
Kim, Seul-Ki;Jeon, Jin-Hong;Cho, Chang-Hee;Ahn, Jong-Bo
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.2
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pp.317-324
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2007
Most conventional hybrid systems using renewable energy sources have been applied for stand-alone operation, but Utility-interface may be an useful and viable option for hybrid systems. Grid-connected operation may have benefits such as reduced losses in power system distribution, utility support in demand side management, and peak load shaving. This paper addresses power control and dynamic performance of a grid-connected PV/wind/BESS hybrid system. At all times the PV way and the wind turbine are individually controlled to generate the maximum energy from given weather conditions. The battery energy storage system (BESS) charges or discharges the battery depending on energy gap between grid invertger generation and production from the PV and wind system. The BESS should be also controlled without too frequently repeated shifts in operation mode, charging or discharging. The grid inverter regulates the generated power injection into the grid. Different control schemes of the grid inverter are presented for different operation modes, which include normal operation, power dispatching, and power smoothing. Simulation results demonstrate that the effectiveness of the proposed power control schemes for the grid-interactive hybrid system.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.27
no.3
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pp.65-78
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2013
To analyze influences under open fault conditions in switching devices, an integrated simulation and condition monitoring scheme for a permanent magnet synchronous generator (PMSG) based variable speed grid-connected wind turbine system are presented. Among various faults in power electronics components, the open fault in switching devices may arise when the switches are destructed by an accidental over current, or a fuse for short protection is blown out. Under such a faulty condition, the grid-side inverter as well as the generator-side converter does not operate normally, producing an increase of current harmonics, and a reduction in output and efficiency. As an effective way for a condition monitoring of generation system by online basis without requiring any diagnostic apparatus, the estimation schemes for generated voltage, flux linkage, and stator resistance are proposed and the validity of the proposed scheme is proved through comparative simulations.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.54
no.12
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pp.609-615
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2005
A 30kW electrical power conversion system is developed for a variable speed wind turbine. In the wind energy conversion system(WECS) a synchronous generator with field current excitation converts the mechanical energy into electrical energy. As the voltage and the frequency of the generator output vary according to the wind speed, a 6-bridge diode rectifier and a PWM boost chopper is utilized as an ac-dc converter maintaining the constant dc-link voltage with only single switch control. An input current control algorithm for maximum power generation during the variable speed operation is proposed without any usage of speed sensor. Grid connection type PWM inverter converts dc input power to ac output currents into the grid. The active power to the grid is controlled by q-axis current and the reactive power is controlled by d-axis current with appropriate decoupling. The phase angle of utility voltage is detected using software PLL(Phased Locked Loop) in d-q synchronous reference frame. Experimental results from the test of 30kW prototype wind turbine system show that the generator power can be controlled effectively during the variable speed operation without any speed sensor.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.52
no.8
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pp.413-419
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2003
The paper presents a simulation model and analysis of a grid-connected variable speed wind energy conversion scheme (VSWECS) using the PSCAD/EMTDC software. The modeled system uses a variable speed drive, a fixed pitch angle, a synchronous generator as a wind generator and an AC-DC-AC conversion scheme, which facilitates the wind generation to efficiently operate under varying wind speed while connected to the distribution network. The power output of the WECS is controlled by the AC-DC-AC conversion scheme, the objective of which is to capture the maximum active power under varying wind conditions and to keep the voltage magnitude of the terminal bus at a specific level. Aerodynamic models are applied for a wind turbine model. An simulation analysis of the scheme in terms of its responding to wind variations is also presented.
Grid connection essentially requires a wind energy conversion system (WECS) to not only supply adequate power responding to constantly varying wind speed but also provide a specified level of voltage magnitude and frequency that is acceptable in the electric power network. To satisfy such requirements, appropriate control schemes of a wind turbine to be connected to the power grid should be employed. This paper presents an output control strategy of a grid-connected wind power generation, which consists of a fixed-pitch wind turbine, a synchronous generator and a AC-DC-AC component with a voltage source inverter built in, and performs modelling and analysis of the strategy using PSCAD/EMTDC, an electromagnetic transient analysis software. Real power output control of the voltage source inverter is implemented to extract the maximum energy from wind speed inputted through wind blades and reactive power control, to keep the terminal voltage of WECS at a specific level. SPWM switching method is used to reduce the harmonics and maintain 60 ㎐ of the output frequency. The wind turbine performance and output corresponding to wind variation and the terminal load change is simulated and analysed.
This paper presents a modeling and simulation of a utility-connected wind energy conversion system with a link of a rectifier and an inverter. It discusses the maximum power control algorithm for the wind turbine and presents the relationship of wind turbine output, rotor speed, power coefficient, tip-speed ratio and wind speed when the wind turbine is operated under the maximum power control algorithm. The control objective is to extract maximum power from wind and transfer the power to the utility. This is achieved by controlling the pitch angle of the wind turbine blades. Pitch control method is mechanically complicated, but the control performance is better than that of the stall regulation method. The simulation results performed on MATLAB will show the variation of generator's rotor speed, pitch angle, and generator output.
This paper analyzes the dynamic characteristics for doubly-fed induction generator(DFIG) in wind turbine system. This paper presents a modeling and simulation of a grid-connected wind turbine generation system for dynamics analysis on MATLAB/Simulink, and analyzes the responses DFIG wind turbine system for stiffness of linked system. Simulation results show the variations of generator's active/reactive output, terminal voltage, fault current, etc.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.7
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pp.4494-4499
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2014
The margin of transient stability of a weak grid system is very low because of the small short-circuit ratio and large impedance. If the fault of the weak grid is cleared by the protection system, one of the major lines is disconnected after the fault is cleared. This further reduces the system strength. Therefore, it is necessary that a new generation system be added to the weak grid to enhance the transient stability margin. A conventional synchronous generator and wind turbine generator were added to a base grid system. The results of transient stability analysis with additional generators using PSSE were compared. The simulations showed that wind turbine generators provide good damping performance and enhance the transient stability margin based on CCT up to 5 times.
This study suggests a modeling of grid-connected wind turbine generation system that has induction generator, and aims to perform simulations for outputs by the variation of actual wind speed and for fault current of wind generation system by the transformer winding connection. This study is implemented by matlab&simulink. The simulation shall be performed by assuming single line to ground fault generated in the system. Generator power, generator rotor speed, generator terminal current and fault current shall be observed following the performance of simulation. The fault current change will be dealt through the simulation results for fault current of wind generation system following the grid-connected transformer winding connection and the simulation result by the transformer neutral ground method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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