تحلیل اثر تولید توان بادی روی پایداری گذرای سیستم‌های قدرت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده فنی و حرفه‌ای استان کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

2 گروه مهندسی برق، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

به‌دلیل افزایش نفوذ تولید تجدیدپذیر در سیستم‌های قدرت و پیچیده شدن موضوع کنترل و حفاظت این سیستم‌ها، ارزیابی پایداری گذرای آن‌ها به چالش مهمی‌ تبدیل شده است. هدف این مقاله، تحلیل اثر نفوذ تولید توان بادی روی پایداری گذرای سیستم‌های قدرت است. در ابتدا، مبدل‌های ژنراتور القایی دوسو تغذیه (DFIG) در مد کنترل حلقه‌بسته بررسی می‌شوند. برای مبدل سمت روتور کنترل‌های با جزئیات بیشتری استفاده شده و کنترل‌های مبدل لینک dc سمت شبکۀ ایدئال فرض می‌گردد. سپس براساس تئوری گرشگورین، یک رویکرد جدید برای تنظیم پارامترهای کنترل مبدل ارائه می‌شود. نتایج شبیه‌سازی در حالت‌های مختلف عملکرد مؤید قابلیت این روش در تنظیم پارامترهای کنترل مبدل است. همچنین به کمک شبیه‌سازی‌های انجام‌شده، اثر افزایش نفوذ تولید توان بادی و تغییر جبران‌سازی توان راکتیو به کمک DFIG روی پایداری گذرای سیستم قدرت بررسی می‌گردد. درنهایت، اثر استحکام سیستم قدرت و تغییر پارامترهای DFIG در حضور تولید توان بادی مبتنی بر DFIG روی پایداری گذرا تحلیل شده است. براساس نتایج شبیه‌سازی، افزایش نفوذ تولید توان بادی در ابتدا منجر به بهبود و درنهایت، تضعیف پایداری گذرای سیستم‌های قدرت می‌شود. درواقع، این مقاله دیدگاه تخصصی و ارزشمندی را به سرمایه‌گذاران و بهره‌برداران سیستم‌های قدرت در حضور تولید توان بادی از منظر پایداری گذرا ارائه می‌نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Mahvash, H., Taher, S.A., "A look-up table based approach for fault ride-through capability enhancement of a grid connected DFIG wind turbine", Sustainable Energy, Grids and Networks, Vol. 10, pp. 128-140, 2017. https://doi.org/10.1016/j.segan.2016.12.001
[2] Abbasi, S., Abdi, H., "Multiobjective transmission expansion planning problem based on ACOPF considering load and wind power generation uncertainties", International Transactions on Electrical Energy Systems, Vol. 27, No. 6, p. e2312, 2017. https://doi.org/10.1002/etep.2312
[3] Falehi, A.D., Rafiee, M., "LVRT/HVRT Capability enhancement of DFIG wind turbine using optimal design and control of novel PIλDμ-AMLI based DVR", Sustainable Energy, Grids and Networks, Vol. 16, pp. 111-125, 2018. https://doi.org/10.1016/j.segan.2018.06.001
[4] Edrah, M., Lo, K.L., Anaya-Lara, O., "Impacts of high penetration of DFIG wind turbines on rotor angle stability of power systems", IEEE Transactions on Sustainable Energy, Vol. 6, pp. 759-766, 2015. https://doi.org/10.1109/TSTE.2015.2412176
[5] Rashid, G., Hasan, A.M., "Transient stability enhancement of Doubly Fed Induction Machine-based wind generator by bridge-type fault current limiter”, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 30, pp. 939-947, 2015. https://doi:10.1109/TEC.2015.2400220
[6] Kumar, V., Pandey, A.S., Sinha, S.K., "Stability improvement of DFIG-based wind farm integrated power system using ANFIS controlled STATCOM", Energies, Vol. 13, No. 18, p. 4707, 2020. https://doi.org/10.3390/en13184707
[7] Safaeinejad, A., Rahimi, M., "wind energy conversion system based on dual stator winding induction generator for supplying autonomous AC load" Energy Engineering and Management Vol. 12, No. 1, pp. 56-63, 2022. https://doi.org/10.22052/12.1.56
[8] Konstantinopoulos, S., Chow, J.H., "Active power control of DFIG wind turbines for transient stability enhancement", IEEE Open Access Journal of Power and Energy, Vol. 10, pp. 208-221, 2022. https://doi.org/10.1109/OAJPE.2022.3194865
[9] Ebrahim, A., Rahimi, M., Faraji, A.,"Control and stability improvement of combined wind-battery system with a permanent magnet synchronous generator supplying active load" Energy Engineering and Management, Vol. 13, No. 1, pp. 12-29, 2023. https://doi.org/10.22052/jeem.2023.113603
[10] Muljadi, E., Butterfield, C.P., Parsons, B., Ellis, A., "Effect of variable speed wind turbine generator on stability of a weak grid", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 22, pp. 29-36, 2007. https://doi.org/10.1109/TEC.2006.889602
[11] Pal, B. C., Mei, F., "Modelling adequacy of the doubly fed induction generator for small-signal stability studies in power systems", IET Renewable Power Generation, Vol. 2, pp. 181-190, 2008. https://doi.org/10.1049/iet-rpg:20070128
[12] Mei, F., Pal, B.C., "Modelling of doubly-fed induction generator for power system stability study", IEEE Power and Energy Society General Meeting - Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century 2008. https://doi.org/10.1109/PES.2008.4596214
[13] Ledesma, P., Usaola, J., "Effect of neglecting stator transients in doubly fed induction Generators models", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 19, pp. 459-461, 2004. https://doi.org/10.1109/TEC.2004.827045
[14] Vittal, E., O'Malley, M., Keane, A., "Rotor angle stability with high penetrations of wind generation", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 27, pp. 353-362, 2012. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2011.2161097
[15] Tang, Y., Ju, P., He, H., Qin, C., Wu, F., "Optimized control of DFIG-based wind generation using sensitivity analysis and particle swarm optimization", IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 4, pp. 509-520, 2013. https://doi.org/10.1109/TSG.2013.2237795
[16] Chowdhurya, M.A., Shenb, W.X., Hosseinzadehc, N., Potad, H.R., "Comparative study on fault responses of synchronous generators and wind turbine generators using transient stability index based on transient energy function", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 51, pp. 145-152, 2013. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2013.02.025
[17] Chowdhurya, M.A., Shenb, W.X., Hosseinzadehc, N., Potad, H.R., "A review on transient stability of DFIG integrated power system", International Journal of Sustainable Engineering, Vol. 8, pp. 405-416, 2015. https://doi.org/10.1080/19397038.2015.1050480
[18] Xu, P., Zhao, W., Li, F., "Transient stability analysis method of grid-connected DFIG based on direct method", In 2022 4th International Conference on Electrical Engineering and Control Technologies (CEECT)  IEEE, pp. 675-679 2022. https://doi.org/10.1109/CEECT55960.2022.10030669
[19] Zheng, R., Liu, Q., Jiang, Y., Chen, S., Hu, W., "Transient stable region of power systems incorporating stochasticity of variable renewable energies and system contingencies", International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 144, p. 108523, 2023. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2022.108523
[20] Mei, F., "Small signal modeling and analysis of doubly fed induction generators in wind power applications", Ph.D. dissertation, Imperial College London, Univ. London, London, U.K., 2007. https://doi.org/10.1080/19397038.2015.1050480
[21] Ville, L.D., "Optimizing gershgorin for symmetric matrices", Linear Algebra and its Applications, 2019. https://doi.org/10.1016/j.laa.2019.04.034
[22] Sauer, P.W., Pai, M.A., "Power system dynamics and stability", Upper Saddle River, NJ: Prentice-Hall, 1998. https://doi.org/10.1080/19397038.1998.1050910
[23] Mitra, A., Chatterjee, D., "Active power control of DFIG-based wind farm for improvement of transient stability of power systems", IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 31, pp. 82-93, 2016. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2015.2397974
[24] Sorensen, P., Hansen, A.D., Lund, T., Bindner, H., "Reduced models of doubly fed induction generator system for wind turbine simulations", Wind Energy, Vol. 9, pp. 299-311, 2005. https://doi.org/10.1002/we.172
[25] Shabani, H.R., Hajizadeh, A., Kalantar, M., Lashgari, M., Nozarian, M., "Transient stability analysis of DFIG-based wind farm-integrated power system considering gearbox ratio and reactive power control", Electrical Engineering, pp. 1-17, 2023. https://doi.org/10.1007/s00202-023-01906-3.