Análisis de armónicos variando en el tiempo en sistemas eléctricos de potencia con parques eólicos, a través de la teoría de la posibilidad

This paper focuses on the analysis of the connection of wind farms to the electric power system and their impact on the harmonic load-flow. A possibilistic harmonic load-flow methodology, previously developed by the authors, allows for modeling uncertainties related to linear and nonlinear load variations. On the other hand, it is well known that some types of wind turbines also produce harmonics, in fact, time-varying harmonics. The purpose of this paper is to present an improvement of the former method, in order to include the uncertainties due to the wind speed variations as an input related with power generated by the turbines. Simulations to test the proposal are performed in the IEEE 14-bus standard test system for harmonic analysis, but replacing the generator, at bus two, by a wind farm composed by ten FPC type wind turbines.En este trabajo se analiza el impacto de la conexión de parques eólicos, en el flujo de cargas armónicas en un sistema de potencia. Algunos generadores eólicos producen armónicos debido a la electrónica de potencia que utilizan para su vinculación con la red. Estos armónicos son variables en el tiempo ya que se relacionan con las variaciones en la velocidad del viento. El propósito de este trabajo es presentar una mejora a la metodología para el cálculo de incertidumbre en el flujo de cargas armónicas, a través de la teoría de la posibilidad, la cual fue previamente desarrollada por los autores. La mejora consiste en incluir la incertidumbre debida a las variaciones de la velocidad del viento. Para probar la metodología, se realizan simulaciones en el sistema de prueba de 14 barras de la IEEE, conectando en una de las barras un parque eólico compuesto por diez turbinas del tipo FPC. Los resultados obtenidos muestran que la incertidumbre en la velocidad del viento tiene un efecto considerable en las incertidumbres asociadas a las magnitudes de las tensiones armónicas calculadas.Fil: Romero Quete, Andrés Arturo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Suvire, Gaston Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Zini, Humberto Cassiano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Ratta, Giuseppe. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

Compensation of Wind Generator Power Fluctuations in Microgrid Applications by Superconducting Magnetic Energy Storage

Grid connection of wind power generation (WPG) is becoming today an important form of distributed generation (DG). The penetration of these DG units into AC microgrids (MGs) is growing rapidly, enabling reaching high percentage of the installed generating capacity. However, the fluctuating and intermittent nature of this renewable generation causes variations of power flow that can bring both power quality and reliability issues to the electrical grid. To overcome these problems, superconducting magnetic energy storage (SMES) arises as a potential alternative to compensate these power flow fluctuations and thus to significantly enhance the MG dynamic security. To this aim, the management of the energy stored in the SMES device is crucial for optimizing the storage capacity as well as for preventing the device from becoming overcharged or uncharged. This paper proposes the use of an improved SMES controller for the stabilization of the fluctuating active power injected into the microgrid by wind generators. In this sense, the design and implementation of a high performance active power controller of the SMES is described. The control is based on fuzzy logic techniques and uses an enhanced fuzzy inference system (FIS) combined with a unique filter block. Moreover, a detailed model of the SMES unit and its power conditioning system (PCS) for connecting to the electric grid is derived. The dynamic performance of the proposed system and its impact on the MG operation is validated by computer simulation.Fil: Molina, Marcelo Gustavo. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Suvire, Gaston Orlando. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Mercado, Pedro Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

Mitigación de problemas producidos por generación eólica en sistemas eléctricos débiles

Dentro del portafolio de energías renovables se considera a la generación eólica como la alternativa viable más económica. Entre sus ventajas se pueden mencionar el gran número de posibles lugares para ser instaladas y la rápida evolución de la tecnología con muchos proveedores ofreciendo desde turbinas individuales hasta aun proyectos de llave en mano. Las desventajas de la generación eólica incluyen altos costos de instalación y falta de controlabilidad sobre el recurso discontinuo o intermitente. Sin embargo, la evolución de la energía eólica se está produciendo a un ritmo con una tasa de crecimiento muy alta a nivel mundial (aproximadamente 30%). Este crecimiento, unido a la previsible instalación de numerosos parques en un futuro próximo, obliga a las compañías eléctricas a evaluar la influencia de la generación eólica sobre diversos aspectos del sistema eléctrico. Entre los principales aspectos se pueden mencionar la calidad del suministro, como por ejemplo los problemas introducidos en la calidad de la tensión y en el control de la potencia reactiva principalmente en sistemas débiles, y en la seguridad de operación, como por ejemplo los problemas asociados con la reserva de generación debido a la imposibilidad de controlar la fuente de energía primaria. Por otro lado, la necesidad del manejo más eficiente de los sistemas eléctricos de potencia ha dado origen a tecnologías innovadoras en la generación y transmisión de la energía. El avance de nuevas tecnologías en materia de almacenamiento de energía eléctrica, impulsado principalmente por el interés de la industria automotriz en el desarrollo de vehículos eléctricos, hace posible la incorporación de estos nuevos almacenadores en los sistemas de potencia. Las características de estos modernos sistemas de almacenamiento de energía ofrecen un gran potencial en la mejora de la seguridad de operación y de la calidad de la potencia en los sistemas eléctricos. El uso de los almacenadores para amortiguar las fluctuaciones de potencia eólica requiere de dispositivos rápidos y flexibles que permitan un intercambio efectivo de la potencia almacenada con la red eléctrica. En este sentido, dispositivos FACTS (Flexible AC Transmission Systems) o Custom Power ofrecen una solución muy efectiva debido a sus muy buenas características de operación y control. Estos controladores son una generación nueva de equipos basados en electrónica de potencia que permiten mejorar la confiabilidad y calidad de los flujos de potencia en sistemas de transmisión (FACTS) y en redes de distribución (Custom Power). En virtud de lo expresado, para mitigar problemas introducidos por la generación eólica, en este trabajo se propone la utilización de controladores Custom Power de tipo compensador sincrónico estático (DSTATCOM) y dispositivos de almacenamiento inercial (FLYWHEEL). Se presentan dos propuestas diferentes de modelado de los dispositivos DSTATCOM/FLYWHEEL. En primer lugar se realiza un modelado detallado de todos los componentes del DSTATCOM/FLYWHEEL y en segundo lugar se lleva a cabo un modelado simplificado o promedio del dispositivo propuesto. Para ambos modelos propuestos, se desarrolla un esquema de control multinivel para realizar la mitigación de los problemas introducidos por la generación eólica en el sistema eléctrico. El esquema de control se diseña a partir de conceptos de la teoría de potencia activa y reactiva instantánea en el marco de referencia giratorio dq0. Finalmente, en el trabajo se propone una solución al problema del manejo de energía del dispositivo DSTATCOM/FLYWHEEL utilizando un sistema de inferencia fuzzy. Los modelos y algoritmos de control desarrollados se validan por medio de simulaciones digitales en sistemas eléctricos de prueba, demostrando además la efectividad de la metodología propuesta para la mitigación de problemas introducidos por la generación eólica.Fil: Suvire, Gaston Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

DSTATCOM with Flywheel Energy Storage System for wind energy applications: Control design and simulation

In this work, the use of a Distribution Static Synchronous Compensator (DSTATCOM) coupled with a Flywheel Energy Storage System (FESS) is proposed to mitigate problems introduced by wind generation in the electric system. A dynamic model of the DSTATCOM/FESS device is introduced and a multi-level control technique is proposed. This control technique presents one control mode for active power and two control modes for reactive power, power factor correction, and voltage control. Tests of dynamic response of the device are conducted, and performance characteristics are studied taking into consideration variations of power references. Moreover, the behaviour of the device is analyzed when combined with wind generation in the electric system. The results obtained demonstrate a good performance of the model developed and of the control technique proposed as well as a high effectiveness of the device to mitigate problems introduced by wind generation.Fil: Suvire, Gaston Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Mercado, Pedro Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

Active power control of a flywheel energy storage system for wind energy applications

The integration of wind power generation in power systems is steadily increasing around the world. This incorporation can bring problems onto the dynamics of power systems owing to the lack of controllability over the wind and the type of generation used. In this work, a distribution static synchronous compensator (DSTATCOM) coupled with a flywheel energy storage system (FESS) is used to mitigate problems introduced by wind generation in the electric system. A dynamic model of the DSTATCOM/FESS device is briefly presented and a technique to control the active power exchanged between the device and the power system is proposed. The control technique is based on fuzzy logic and a special filter. Tests of the behaviour of the device are analysed when combined with wind generation in the electric system. Results show an overall satisfactory performance of the proposed control technique along with the high effectiveness of the device used to smooth the active power fluctuations of a wind generator.Fil: Suvire, Gaston Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Mercado, Pedro Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

Combined control of a distribution static synchronous compensator/flywheel energy storage system for wind energy applications

The integration of wind power generation in power systems is steadily increasing around the world. This incorporation can bring problems onto the dynamics of power systems owing to the lack of controllability over the wind and the type of generation used. In this work, a distribution static synchronous compensator (DSTATCOM) coupled with a flywheel energy storage system (FESS) is used to mitigate problems introduced by wind generation in the electrical systems. A dynamic model of the DSTATCOM/FESS device is briefly presented and a technique to control the active power exchanged between the device and the power system is proposed. The control technique has two control modes. One control mode mitigates the power fluctuations of wind generators, and it is based on fuzzy logic and a special filter. The other control mode contributes to recover the frequency when significant faults arise in the system. Simulation tests on the behaviour of the device are analysed when it works in combination with wind generation in the electrical system. Results show a satisfactory performance of the proposed control techniques along with a high effectiveness to smooth the active power fluctuations of wind generation and to contribute to the recovery of the frequency.Fil: Suvire, Gaston Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Mercado, Pedro Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; Argentina. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

Combined control of a flywheel energy storage system and a vanadium redox flow battery for wind energy applications in microgrids

The incorporation of wind generation in microgrids is growing progressively. This integration can introduce problems in the dynamics and power quality of the electrical system due to the wind fluctuations. This work proposes a controller composed by a power conditioning system (PCS), a Flywheel Energy Storage System (FESS) and a Vanadium Redox Flow Battery (VRFB) to palliate problems introduced by wind generation in microgrids. A model of the PCS/FESS-VRFB controller is presented and a method to control the power exchanged between the controller and the power system is suggested. The control method has two modes, namely: power levelling and frequency control. The performance of the PCS/FESS-VRFB controller is studied when it works with wind power generation in the microgrid through simulation tests. Results demonstrate suitable performance of the control methods and high effectiveness to level the wind power fluctuations and to provide support to the frequency control of the microgrid

Improving the integration of wind power generation into AC microgrids using flywheel energy storage

The connection of wind power generation into ac microgrids (MGs) is steadily increasing. This incorporation can bring problems onto the power quality and dynamics of the electrical grid due to the lack of controllability over the wind. In this work, a flywheel energy storage (FES) is used to mitigate problems introduced by wind generation into MGs. A dynamic model of the FES device is briefly presented and a technique to control the power exchanged between the device and the power system is proposed. The control technique has three modes, namely: voltage control (VC), frequency control (FC), and active power stabilization (APS). Simulation tests on the behavior of the FES device are analyzed when it works in combination with wind generation in the electrical microgrid. Results show an acceptable performance of the proposed control techniques along with a high effectiveness to smooth the active power fluctuations of wind generation. © 2010-2012 IEEE.Fil: Suvire, Gaston Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Molina, Marcelo Gustavo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Mercado, Pedro Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

Power conditioning system coupled with a flow battery for wind energy applications: Modelling and control design

Wind generation (WG) is the most widespread renewable energy resource in the world. However, this implementation inevitably leads to an increase in the problems caused by WG, e.g. frequency oscillations, power fluctuations or voltage variations. To overcome these problems, the use of a power conditioning system (PCS) coupled with a vanadium redox flow battery (VRFB) is proposed in this study. The PCS is composed of a distribution static synchronous compensator connected to a dc/dc chopper. The PCS/VRFB detailed model is presented and a three-level control system is developed. This control system allows the PCS/VRFB to perform a decoupled reactive and active power flow control. The dynamic response of the PCS/VRFB is evaluated through simulation tests, and performance characteristics of the device are obtained by means of the variation of the power references. The results obtained demonstrate that the PCS/VRFB offers a good transient response and the control system proposed allows mitigating the problems caused by wind power generation.Fil: Ontiveros, Leonardo Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Suvire, Gaston Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Mercado, Pedro Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin

System Frequency Response Model Considering the Influence of Power System Stabilizers

Frequency stability analysis of large power systems are extremely time consuming, laborious and may even exceed the computational capacity of modern computers. Hence, simplified power system models have being developed in the literature. These models are usually called System Frequency Response (SFR). In SFR models, generators are represented by transfer functions, nonlinearities are generally neglected and the grid is not taken into account. Conventional SFR models only contemplate the mechanical behavior of speed governors, turbines and synchronous machines of generators. This is because, a common simplification is to consider that frequency and voltage can be controlled independently. However, it is demonstrated that there is an interaction between them, so frequency can be affected by the effect of power system stabilizers (PSSs) over excitation system controllers. In this work, a modified SFR model is proposed, considering the influence of generators excitation control on frequency. Simulation results show an improvement of the accuracy in the estimation of frequency response of the power system.Fil: Leiva Roca, Daniel Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Mercado, Pedro Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; ArgentinaFil: Suvire, Gaston Orlando. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan. Instituto de Energía Eléctrica. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentin