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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.2014.tde-19032015-172328
Document
Author
Full name
David Joel Figueroa Cortes
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Salles, Maurício Barbosa de Camargo (President)
Almeida, Madson Cortes de
Santo, Silvio Giuseppe Di
Title in Portuguese
Análise de estabilidade de sistemas de potência em presença de altos níveis de penetração de energia eólica
Keywords in Portuguese
Altos níveis de penetração de energia eólica
Estabilidade de tensão
Geração de energia eólica
Gerador de indução com gaiola de esquilo
Gerador de indução duplamente alimentado
Normas de operação da rede
Abstract in Portuguese
Atualmente, a energia eólica é uma das fontes renováveis mais reconhecidas, e sua penetração em sistemas elétricos de potência está se incrementando consideravelmente. Por consequência, a participação de turbinas eólicas em sistemas elétricos de potência tem se incrementado e pode influenciar o comportamento geral do sistema de potência. Portanto, é importante estudar o desempenho de turbinas eólicas em sistemas elétricos e sua interação com outros equipamentos de geração e cargas. O principal objetivo nesta dissertação é determinar o desempenho dinâmico de diferentes tecnologias ligadas nos sistemas elétricos considerando diferentes níveis de penetração e diferentes perturbações elétricas mediante simulações realizadas usando um toolbox de Matlab/Simulink, SimPowerSystems. As tecnologias avaliadas são (a) o gerador de indução duplamente alimentado com fator de potência unitário, (b) o gerador de indução duplamente alimentado com controle de tensão, (c) o gerador de indução de gaiola de esquilo com compensação baseada em condensadores, e (d) gerador de indução de gaiola de esquilo sem equipamentos auxiliares. Os fatores técnicos analisados são perfil de tensão em estado estacionário, as dinâmicas durante afundamentos e elevações de tensão, correntes de curto circuito, e incremento gradual nas cargas do sistema, para verificar a estabilidade de tensão da rede para pequenas perturbações. É proposta uma estratégia para promover uma integração efetiva de turbinas eólicas em sistemas de potência com altos níveis de penetração considerando diferentes normas de operação da rede para sistemas de transmissão e de distribuição. O objetivo nesta estratégia é o cumprimento dos requisitos para conexão de rede com a combinação de tecnologias, minimizando o valor do investimento. Os efeitos na estabilidade de sistemas de potência da fazenda eólica determinada com a metodologia proposta são comparados com os efeitos de uma fazenda eólica de igual capacidade de energia eólica considerando somente geradores de indução duplamente alimentados com controle de tensão. Para as analises realizadas neste trabalho são considerados os sistemas IEEE de 9 e 30 barras.
Title in English
Analysis of power system stability in presence of high levels of wind power penetration
Keywords in English
Double-fed induction generator
Grid code requirements
High wind power penetration levels
Squirrel cage induction generator
Voltage stability
Wind Power generation
Abstract in English
Nowadays, wind power is one of the most accepted renewable energy sources, and its penetration in electrical power systems is increasing considerably. Consequently, the participation of wind turbines in electrical power systems has increased and may influence the overall power system behavior. It is therefore important to study the performance of wind turbines in electrical power systems and their interaction with other generation equipment and loads. The main objective of this dissertation is to determine the dynamic performance of different wind turbines technologies connected in electrical system considering different penetration levels and electrical perturbations by simulations performed using a Matlab/Simulink toolbox, SimPowerSystems. The assessed technologies are (a) double fed induction generator with unity power factor, (b) double fed induction generator with voltage control, (c) squirrel cage induction generator with capacitor-based compensation, and (d) squirrel cage induction generator without ancillary devices. The technical factors analyzed are steady-state voltage profile, the dynamics during voltage sags and swells, short-circuit currents, and gradual increase in the system loading, in order to check the network small-disturbance voltage stability. A strategy to promote an effective integration of wind turbines into the power systems with high levels of wind power penetration regarding different grid code requirements in transmission and distribution networks is proposed. The objective in this strategy is fulfilling the grid code requirements with a technology combination, minimizing the invested value. The effects on power system stability of the wind farm, found by the proposed methodology, are compared with the effects that have the same installed capacity of wind power but only considering double fed induction generators with voltage control. The IEEE 9 bus transmission system and the IEEE 30 bus system are regarded for the analysis performed in this work.
 
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DISS_DAVID_CORTES.pdf (5.78 Mbytes)
Publishing Date
2015-03-20
 
WARNING: The material described below relates to works resulting from this thesis or dissertation. The contents of these works are the author's responsibility.
  • CORTES, D. J. F., Avila, R. R., and SALLES, M. B. C. Analysis of Transmission Systems with High Penetration of Wind Power using DFIG based Wind Farms during Voltage Sags. In International Conference on. CLEAN ELECTRICAL POWER Renewable Energy Resources Impact (ICCEP 2013), Alghero, 2013. anais., 2013.
  • FIGUEROA CORTES, DAVID J., AVILA NARANJO, RAFAEL R., y SALLES, M. B. C. Voltage sags and short circut analysis in power systems with high wind power penetration based on doubly fed induction generator [doi:10.1109/ISGT-LA.2013.6554401]. In 2013 IEEE PES Conference on Innovative Smart Grid Technologies (ISGT Latin America), Sao Paulo, 2013. 2013 IEEE PES Conference on Innovative Smart Grid Technologies (ISGT Latin America). : IEEE, 2013.
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