Cooperative Control Strategy of Doubly Fed Induction Generator Based-Wind Turbine Generation for Supporting and Regulating the System Frequency

Fathollahi, Hassan and Valipour, Khalil and Samiei Sarkhanloo, Mehdi (2017) Cooperative Control Strategy of Doubly Fed Induction Generator Based-Wind Turbine Generation for Supporting and Regulating the System Frequency. Masters thesis, University of Mohaghegh Ardabili.

[img] Text (راهبرد کنترل مشارکتی تولید بادی مبتنی برژنراتورالقایی دو سوتغذیه درحمایت وتنظیم فرکانس ریز شبکه)
Hassan Fathollahi.pdf

Download (599kB)
Official URL: http://www.uma.ac.ir

Abstract

Displacement of conventional synchronous generators by non-inertial units such as wind generators will result in reduced-system inertia affecting under-frequency response. With the increasing penetration of wind power in power systems, it is desirable for wind turbines to have similar characteristics as conventional synchronous generators. Conventional generators provide frequency support to the grid through the methods of inertial response, primary and secondary frequency control, whereas variable speed wind turbine generators (WTGs) do not have those desired abilities because they are integrated into the power grid via power electronic converters. Although many different control strategies have already been published to enable WTGs to temporarily support the transient frequency, the uncertain and probabilistic nature of the wind and the operational limitations threat the assured-effective participation of WTGs in temporarily frequency support. These challenges can be mainly obviated by integrating the energy storage systems in the network. Wind generators along with energy storage systems can be used to surely provide the frequency support for a low-inertia power system. This thesis proposes the cooperative frequency control strategy for doubly fed induction generators (DFIG) and the battery energy storage system (BESS) in coordination with diesel generators to participate in wind /diesel micro-grid frequency regulation during islanded operation. In this strategy, DFIG virtual inertia injection and BESS virtual synchronous generation are implemented to improve the performance of temporarily frequency support. With these approaches, the dynamic response of micro-grid frequency during islanded mode will achieve a significant improvement because it allows more time for diesel generator governors to fully react to frequency deviation. The BESS and DFIG handle the frequency as a primary control. And then, the secondary control in micro grid management system returns the increased power output of the DFIG and BESS into zero. The simulation results show that the proposed cooperative control strategy can regulate the frequency, and the secondary control action can contribute to improve the control capability and obviate capacitive limitations. Keywords: frequency response, doubly fed induction generators, energy storage system, primary and secondary frequency control

Item Type: Thesis (Masters)
Persian Title: راهبرد کنترل مشارکتی تولید بادی مبتنی برژنراتورالقایی دو سوتغذیه درحمایت وتنظیم فرکانس ریز شبکه
Persian Abstract: با افزایش سطح نفوذ توان بادی در سیستم¬های قدرت، لازم است که توربین¬های بادی مشخصاتی شبیه به ژنراتورهای سنکرون متداول داشته باشند. ژنراتورهای متداول حمایت فرکانسی را بواسطه روش¬های پاسخ اینرسی، کنترل اولیه و ثانویه فرکانس برای شبکه فراهم می¬کنند در صورتی که منابع توربین بادی سرعت متغیر به علت اینکه بواسطه مبدل¬های الکترونیک قدرت با شبکه مجتمع می¬شوند از این قابلیت¬های مطلوب برخوردار نیستند. گرچه استراتژی¬های کنترل مختلف زیادی جهت فراهم ساختن حمایت فرکانسی موقت و گذرا از سوی منابع بادی ارائه شده¬اند اما عدم¬اطمینان و ماهیت تصادفی باد و هم¬چنین محدودیت¬های عملکردی سیستم بادی، مشارکت مؤثر و مطمئن منابع بادی را در تأمین حمایت فرکانسی به چالش¬ می¬اندازد. این چالش اساساً می¬تواند با مجتمع سازی سیستم¬های ذخیره انرژی در شبکه¬های شامل تولید بادی رفع گردد. این پایان¬نامه، یک راهبرد کنترل مشارکتی برای ژنراتورهای القایی دو سو تغذیه (DFIG) و سیستم ذخیره انرژی باتری (BESS) در هماهنگی با دیزل ژنراتورها جهت مشارکت در تنظیم فرکانس ریزشبکه دیزلی- بادی طی عملکرد جزیره¬ای ارائه می¬کند. در این راستا، تزریق اینرسی مجازی DFIG و تولید سنکرون مجازی BESS برای بهبود حمایت فرکانسی موقت و گذرا پیاده¬سازی می¬شود. با این رویکردها، پاسخ دینامیکی فرکانس ریزشبکه طی عملکرد جزیره¬ای بهبود چشمگیری را خواهد یافت به علت اینکه این رویکردها فرصت زمانی بیشتری را در اختیار دیزل ژنراتورها می¬گذارند که به طور کامل به انحرافات فرکانسی واکنش نشان دهند. مؤلفه¬های BESS و DFIG، کنترل اولیه فرکانس را بر عهده می¬گیرد. سپس کنترل ثانویه در سیستم مدیریت ریزشبکه، با تغییر نقاط تنظیم دیزل ژنراتورها،خروجی ¬توان¬های¬حمایتی DFIG و BESS را به صفر برمی¬گرداند. نتایج شبیه¬سازی نشان¬ می¬دهند که راهبردکنترل مشارکتی ارائه شده می¬تواند پایداری گذرا و آنی فرکانس شبکه را بهبود بخشیده و فرکانس را به طور مؤثر و مطمئن تنظیم نماید. همچنین، عمل کنترل ثانویه می¬تواند در بهبود قابلیت¬های کنترل و رفع محدودیت¬های ظرفیتی مؤثر واقع گردد. کلیدواژه‌ها: پاسخ فرکانسی ریزشبکه – ژنراتورالقایی دوسوتغذیه- سیستم ذخیره انرژی-کنترل اولیه¬وثانویه فرکانس
Supervisor:
SupervisorE-mail
Valipour, KhalilUNSPECIFIED
Advisor:
AdvisorE-mail
Samiei Sarkhanloo, MehdiUNSPECIFIED
Subjects: Faculty of Engineering > Department of Electrical & Computer Engineering
Divisions > Faculty of Engineering > Department of Electrical & Computer Engineering
Divisions: Subjects > Faculty of Engineering > Department of Electrical & Computer Engineering
Faculty of Engineering > Department of Electrical & Computer Engineering
Date Deposited: 15 Oct 2018 15:57
Last Modified: 15 Oct 2018 15:57
URI: http://repository.uma.ac.ir/id/eprint/755

Actions (login required)

View Item View Item