(2010) IMPACT OF WIND GENERATOR INFEED ON DYNAMIC PERFORMANCE OF A POWER SYSTEM. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Revised_Thesis_Final.pdf Download (1MB) | Preview

Arabic Abstract

ستكون طاقة الرياح من أبرز مصادر الطاقة الكهربائية في السنوات المقبلة ؛ إذ يظهر اتجاه عدد من الدول لزيادة كمية الكهرباء المولدة من الطواحين الهوائية ، لكن ارتفاع نسبة طاقة الرياح في شبكة الكهرباء الحالية قد يؤثر في أداء نظام الطاقة الكهربائية . يستقصى في هذه الرسالة تأثير نظام توليد الكهرباء باستخدام الرياح في أداء نظام الطاقة الكهربائية ، وذلك من خلال نماذج تحاكي نظام توليد الكهرباء باستخدام الرياح ، وتأخذ جميع عناصره في الحسبان . وقد أوجدت النماذج الخطية وغير الخطية لكل من النظام أحادي الجهاز ، والنظام متعدد الأجهزة الذي تشكل الرياح أحد مصادر طاقته الكهربائية . واستخدمت مصفوفة تحويل عامة لنموذج النظام الأخير بغرض توحيد الإطار المرجعي لجميع مكونات الشبكة . ثم أجريت التحليلات في النطاق الزمني والنطاق الترددي للنظام أحادي الجهاز ، ولنظامين متعددي الأجهزة هما : النظام ذو الأربعة أجهزة والاثني عشر رابطا ، ونظام إنجلترا الجديد ذو العشرة أجهزة والتسعة والثلاثين رابطا . وحدد مدى تأثير نظام الرياح غير المتزامن في توهين التذبذبات في الشبكة باستخدام تحليل القيم الذاتية ، وكذلك حددت الأنساق المسؤولة عن انعدام الاستقرار . وقد لوحظ بعد دراسة عدد من هذه الأنظمة المحاكاة أن المكثف الموجود على طرف المولد الحثي في نظام توليد الكهرباء باستخدام الرياح غير قادر عادة على تلبية طلب الطاقة الارتكاسية عند حدوث اضطرابات عابرة : كعاصفة ، أو خلل في النظام . وقد يفقد النظام استقراره في مناطق ضعيفة الاتصال بالشبكة بسبب انهيار الجهد في طرف المولد الحثي في ظل ظروف اضطراب معينة . ولقد ظهر جليا أن تعويض الطاقة الارتكاسية باستخدام معوض متزامن (STATCOM) أو متغير المهاودة يحسن الأداء ، وازداد التحسن في الوضع العابر عند دعم المعوض المتزامن بأجهزة لتخزين الطاقة ، حيث استعين بنظامين لتخزين الطاقة : يستخدم أحدهما بطارية ، بينما يستخدم الآخر مكثفا ممتازا . ونفذت في هذه الحالة خطة تحكم مستقلة بكل من الطاقتين الحقيقية والارتكاسية ، ولوحظ في هذه الحالة كذلك أن مولدات الطاقة باستخدام الرياح قادرة على الصمود مع وجود خلل في الشبكة لمدة معقولة ؛ فسرعة دوار المولد لا تتغير إلا بشكل طفيف ، والجهد في طرف المولد ثابت ، وتوصيل الطاقة السوية – الخالية تقريبا من الوضع العابر – إلى الشبكة يستأنف بعد إصلاح الخلل مباشرة . كلمات البحث : طاقة الرياح ، المولد الحثي ، أداء مولدات الطاقة باستخدام الرياح ، نظام تخزين الطاقة ، التحكم المستقل بكل من الطاقتين الحقيقية والارتكاسية ، النظام متعدد الأجهزة .

English Abstract

Wind energy is one of the most prominent sources of electrical energy in the years to come. A tendency to increase the amount of electricity generation from wind turbine can be observed in many countries. One of the major concerns related to the high penetration level of the wind energy into the existing power grid is its influence on power system dynamic performance. In this thesis, the impact of wind generation system on power system dynamic performance is investigated through detailed dynamic modeling of the entire wind generator system considering all the relevant components. Nonlinear and linear models of a single machine as well as multimachine wind-AC system have been derived. For the dynamic model of integrated wind-AC system, a general transformation matrix is determined for the transformation of machine and network quantities to a common reference frame. Both time-domain and frequency domain analyses on single machine and multimachine systems have been carried out. The considered multimachine systems are – A 4 machine 12 bus system, and 10 machine 39 bus New England system. Through eigenvalue analysis, impact of asynchronous wind system on overall network damping has been quantified and modes responsible for the instability have been identified. Over with a number of simulation studies it is observed that for a induction generator based wind generation system, the fixed capacitor located at the generator terminal cannot normally cater for the reactive power demand during the transient disturbances like wind gust and fault on the system. For weak network connection, system instability may be initiated because of induction generator terminal voltage collapse under certain disturbance conditions. Incorporation of dynamic reactive power compensation scheme through either variable susceptance control or static compensator (STATCOM) is found to improve the dynamic performance significantly. Further improvement in transient profile has been brought in by supporting STATCOM with bulk energy storage devices. Two types of energy storage system (ESS) have been considered – battery energy storage system, and supercapacitor based energy storage system. A decoupled P – Q control strategy has been implemented on STATCOM/ESS. It is observed that wind generators when supported by STATCOM/ESS can achieve significant withstand capability in the presence of grid fault of reasonable duration. It experiences almost negligible rotor speed variation, maintains constant terminal voltage, and resumes delivery of smoothed (almost transient free) power to the grid immediately after the fault is cleared.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Rahim, A.H.M.A.
Committee Co-Advisor:	Abido, M. A.
Committee Members:	El-Amin, I.M. and Al-Baiyat, S.A. and Habiballah, I.O.
Depositing User:	Mr. Md. Ahsanul Alam
Date Deposited:	14 Jun 2010 08:44
Last Modified:	01 Nov 2019 14:12
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/136289