Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive   S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 ,  Septem be r   2020 , pp.  1249 ~ 1258   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 1 .i 3 . pp 1249 - 1258        1249       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Multi - m achine tr ansient s tability  by u sing stati c synch rono us  series c om pensator       Nu r  Ash id a S alim 1 ,  N ur  Diyana Sh ah ir ah M ohd Zain 2 ,  H as m aini M ohamad 3 ,    Zuhaila  Mat   Ya sin 4 ,   Nu r F ad il ah A b  Aziz   5   1 ,2,3, 4   Facul ty   of Electrical E ng in ee ring ,   Univ ersiti  T eknol ogi   MA RA (UiT M),  Se l angor   5   Depa rtment of  El e ct ri ca l   Pow er   Engi n ee ring ,   U nive rsiti T ena g a Nasional ,   Mal ay sia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Dec   14 , 20 19   Re vised  Feb   12 , 2 0 20   Accepte d  M ar   3 , 2 0 20       Tra nsien t  st abi l i ty  in   power   sys te m   is  v it a l  to  be  addr essed  d ue  to   l arg e   disturba nc es  that   coul d   damage   t he  sys te m   such  as  loa d   ch ange s  and  vol ta ge   inc re ase s.  Thi s  pape r  pr ese nts  a   mul t i - m ac hin e  tra nsien t  stab il i t y  using  th e   Stat ic  Synchron ous  Serie s   Com p ensa tor   (SS SC ).   SS SC   is   a   d e vic e   th at  is   conne c te d  in  s eri es  wi th  th e   power  tr ansm ission  li ne   and   produc es   cont rollabl e  vo ltage   which   cont r ibut e   to   a   be tt er   per for ma nc e   in   the  power   sys te m  st abi l it y.   As   a   r esult,   thi s   rese arc h   h as  ob serve d  a   com p ar ison  of   th e   synchroniz a ti on   of  a   thr ee - ph ase   sys te m   during   single - ph ase   f a ult s  bef or e   and  aft er   i nstalli ng  the  SS SC   de vic e .   In   addi t ion ,   thi s  r ese ar ch  i nvesti gates  the   abilit y   of   th ree  different  ty pes  of  cont ro ll e rs  i.e.  Proportio nal   I nte gr al   (PI),  Proportion al   In t egr a l  Deri vat ion  (PID ),  an d  Gene ri c  con tr oll ers  to   be   adde d  to  the  SS SC   im prove   th e   tra nsi ent  stabili ty  as   it  c annot  oper ate  by   it self .   Thi s   is  b e ca use   th e  im pro vem en t  is  too   s ma ll  and   not   able  to  ac h ie ve   the   desir ed  outp ut.   Th e  ta sk  pr e sente d  is  to  im p ro ve  the   synchr oniz a ti on  of   the   sys tem  a nd  ti me  t ake n   for  t he  vol ta ge   to   st abi lize   due   to  th e  fau lt.  Th e   simul ation  r esul t  show s  that  th e  SS SC   with  a n  additional  co ntrol ler  ca n  im prove   the   st abi lity  of  a  m ult i - m ac h ine   po wer  sys te m  in   a  singl e     phase   fau lt.   Ke yw or d s :   Con tr oller   FA CTS  d e vice   Power syste m  sta bili ty   Stat ic  sy nc hro nous   series  com pensat or   Transi ent sta bili ty   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Nur Diya na Sh ahira h Moh d  Z ai n,     Faculty  of Elec tric al  Engineer ing ,     Un i ver sit i Te knol og i  MARA   (U iT M ) ,    40450 S hah A l am, S el a ngor   Emai l:   dieya na z12@ gm ai l.co m       1.   INTROD U CTION   Power  sy ste m   op e rati on  is  th e  process   of  tr ansmitt ing  el ect rical   energ y  base d  on  re qu i red   de man d.   Stabil it y  in   a  powe r  sy ste m   is   the  a bili ty  of  t he  s ys te m   to   re tur n  to   normal  conditi on  [ 1 - 3]   w hich   is  t he  st eady  sta te   conditi on  within  a  mi nimu m  possible  ti me  after  a  tra ns ie nt  fa ult  or  disturba nce  an d  it   is  dep e nd e nt  o n  the  be ha viour   of   t he  s ynch r onous  mac hin es   after  a   dist urb ance.  The refore ,  sta bili ty  in   a   powe r  s ys te m   is  one  of   t he  main  pro blem s  in   the  powe r  s ys te m  op e rati on  [ 4]  due  to   the  huge   dema nd  f or  w hi ch  the re  is  a  ne ed  to   add   t he  instal la ti on   [ 5],  c onne ct ion ,  or   ge nerat ion   of   a  la rg e   un it   of   volt ag e  et c.  W hen  th e  sy ste m  is  uns ta ble,  a  three - phase   sy ste m  will   osc il la te   asyn c hro nous l y  betw een  eac h  oth e r  a nd  af fect  the  s ys te m.   St abili ty  disturba nces   a re  ca us e d  by   l oad  c ha ng i ng,   s hort  ci r cuit  betwee n  li ne  a nd  gro und,  li ne   to   li ne   fa ult,   th ree - ph a se  fa ult,  s w it ching ,   et c  [ 6].  N ormal ly,  t he   three - phase  fa ult  is  the  m os t  commo n  fa ult  to  occ u r   as  it   causes  maxim um   acce le rati on   of the   connecte d mac hin es .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :   1249   –   1258   1250   Transi ent  sta bi li ty  is  ta ken  i nt o  c onside rati on  i n  this   pa pe r   since   it   has   t he   abili ty  t o  m ai ntain  a nd   sy nc hro nise   th e  acce le rati on   of  a   mac hin e   wh e n  it   is   subj ect ed  t o  t ran sie nt  distu rb a nce.   T he  t ran sie nt  sta bili ty  of  a  mu lt i - mac hin e   syst em  [7]  ca n  be   maint ai ned  an d  imp rove d  by  in sta ll ing   a   Flexi ble  AC   Tra nsmi ssi on   Sy ste ms   (FAC TS)  de vice  [ 8,  9].  F ACTS   is   a  de vice  that  is  eff ect ive   in  con t ro ll in g  power   flo w,  da m ping   powe r  s ys te m   osc il la ti on s  a n d  im pro ving   the  c ontrolla bili ty  an d  tra ns f er  ca pa bili ty  of  a   powe r  net work.   FA CTS  ca n  al so   co ntr ol  the  par a mete rs  a nd  var ia bles  of   a  transmissi on   li ne  su c h  as  li ne   impeda nce,  te rmin al   vo lt age ,   an d  volt age   an gle  i n  ef fecti ve   wa ys  since   it   is   be ing  inc reasin gl y  us e d  in   po w er  s ys te ms   c urren tl y  [10].  T her e  a re   man y  F ACTS   dev ic es  a vaila ble.  SS SC  (S ta ti c  Sy nc hro nous   Se ries  Co m pensat or)  is  a  series  FA CTS  de vice   and  one  of   t he   com pone nts  that  is  pro pose d  in  t his  pa per   as  a  wa y  to  im pro ve  m ulti - m achine   transient  sta bili ty  [ 11].   A n  S SSC  de vice  wi ll   gen e rate  AC   volt age  a nd  w hen  co nnect ed   in  se ries  to  a   powe r   transmissi on  li ne,  it   is  a ble  to  c ontrol   th ree   pa rameter s  si mu lt ane ously   s uch  as   li ne  im ped a nce,   vo lt a ge,  an d  ph a se  an gle.  T his  pa per   only   fo c us es  on   t he   eff ect   of   vo l ta ge  if  the  disturba nce  occ urs  and   t he  di ff e ren ce   betwee n  th ree t yp e s  of   SSSC  con t ro ll ers  whi ch  a re PI, PI D, an d Gen e ric c on t ro ll ers  [12].   A  sim ulati on   of  sta bili ty  in  a  powe r  syst em  has  been  car ried  out  by   us i ng   M A TLAB  Sim ulink  [ 13].   Simuli nk  is   a   so f t war e   package  t hat  e na bles  us  t o  mode l,  sim ulate ,  a nd  a naly se  s ys t ems  w ho se   outpu ts   change over   ti me  [ 14].  A   Si mu li nk  s ys te m is  config ur e d  i n  te rm s  of  a b l ock  dia gr am   w hich  is  eas y  t o  bu il d  as  it   pro vid es   a  drag - dr op  met hod  to   bu il d  a   model  in   blo c k  diag ra m   a nd  the   sim ulati on   res ults  are   di sp la ye d  perfect ly  [ 8].  I n  this  pap e r,   a   Simuli nk  m od el   is  dev el op e d  to  imp rove  t he   mu lt i - mac hine   sy ste m  by  us ing   a n   SSSC  dev ic e  a s it  is w idel y u sed for  researc h work a nd in  t he fie ld  of   pow er syste ms  [ 9] .       2.   CONCEPT  O F STATI C SY NCHR ONOU S S ER IES  COMPE N SA T O R   In   order   t o  te st  a  power   s yst em’s  sta bili ty,  a  tw o - mac hin e  s ys te m  i s  connecte d  with  a  Stat ic   Synchr onous  Series   Com pe ns at or   (SSSC ) .   T he   SSSC   c onsist s  of  a   vo l ta ge  s ource   c onve rter   a nd  c ouplin g  trans forme r  t h a t  will   co nnect   t o  a   tra ns missi on  li ne   in   series   [15], [ 16 ] . Th e   SS SC  is use d  t o  c ontrol   the   a ct ive   and   reacti ve  powe r  in  t he  tra ns missi on   li ne .   Ba sed  on  Fi gure  1,   t he  tra nsmi ssion   li ne  is   connecte d  t o  an  AC  sy ste m  a nd   t he   oth e r  side  is  a   capaci tor  a nd  batte ry.  Th e  ba tt ery   is  assu m ed  as  a  DC  source  t o  al low  a ct ive  powe r  as   well   as  reacti ve   power  exc h a nges   with   the   AC  s ys te m.   T he  e xc hanges   of  rea l  an d  reacti ve   powe r  can  be  determi ned   from  vo lt a ge,   Vq   with  re sp ect   to  the  tra ns missi on   li ne  [17] .  I n  Fig ur e   1,   V dc  a nd   V ou t  are   the  DC  volt age   sourc e  a nd  ou t pu t  volt age  of   t he  c onver te r,   r especti vely ,  Ili ne  is  the  li ne  c urren t  w hile  Ia c  an d   Id c  are  t he AC  current a nd  D C curre nt,  re spe ct ively.   Be cause  of   t he   operati ng  c harac te risti c,  it   has  the  a bili ty  to  con t ro l  the   ste ady  sta te   perf orma nce  an d  play  a   m or e   imp or ta nt  r ole  i n  reacti ve  pow er  a nd  volt age   [ 18] .  I n  SS SC ,  w he n  VS C  is   co nn ect e d  i n   series  with  the  c oupling   tra nsfo rme r ,  it   will   pr oduc e  con tr ollable   vo lt age  ( Vq)  in  qua dr at ur e  w it h  the  li ne  current  to   perform   the   f unct ion  as   a  var i able  rea ct ance  com pensat or,  e it her   in   ca pacit ive  or  in du ct iv e  m od e .  M ea nwhile ,   VS C  us es  a  for ced  c om m utate d  po wer   el ect ro nic  de vice  to  pro du ce  a n  AC   vo lt a ge  f rom  a  DC  volt age  s ource   [12 ,  16 ,  18 ,  19] .  S SSC  us es   ad diti on al   co ntr ollers  s uc h  as  Pro portio na l  In te gr al   (PI) ,   Pro portio nal  I nteg ral  Der i vative ( PID), a nd G e ner i c co ntr oll ers  to  mod ulate  the i nject ed vo lt a ge  of Vq  [ 20] .      Vq = ∆ Vq + V qref   (1)   •   PI  c ontrolle r:  pro portio nal gai n (Kps)  and  int egr al   gain  (Ki/ s)   •   PI D  contr oller:  prop or ti onal  gai n  ( K pd),  i ntegr al   gain  (Ki/ s)  and  der i vative  g ai n ( K ds )   •   Gen e ric c on tr ol le r: g ai n (Ks)  and ti me c on st ants (T1 ,T2,T 3,T4 )   Bl ock   diag ram  of PI,  PID a nd G e ner ic  c ontr ollers as  in Fi gure  2 to  Fig ur e  4   [ 21] .   In   Fi gure  2  to  Figure  4,  V qre f  re pr ese nts  the   ref e ren ce  i nject ed  volt age  as   desire d  by  the   ste ady   sta te   powe r  flo w  c ontr ol  loop.  The   ste ady   sta te   powe r  fl ow   l oo p  act s  quit e  slo wly,   he nce  by   injec ti ng   the  V qr e f  it   will   be   c on sta nt  durin g  the   di sturb a nce   per i od  [22] .  The   outp ut  of  the   bl ock  diag ram   w il l  be  s upplie d  to  th e  SSSC  an d  the   desire d  val ue   of   Vqref   is  r ecorde d  to  dif fer e ntiat e  the  sta bili ty  ti me  of   th e   three  t ypes  of  con t ro ll ers .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Multi - m ach i ne t ra ns ie nt sta bili ty  b y usi ng sta ti c   synch r onou s series c ompe ns at or   ( Nur  As hida  Sa li m )   1251   E n e r g y   S t o r a g e A C   S y s t e m C o u p l i n g T r a n s f o r m e r V o l t a g e - S o u r c e d   c o n v e r t e r V d c I d c I l i n e I a c V o u t + - -     V q     +     Figure  1. Stat ic  sync hrono us  s eries co mp e ns a tor         Figure  2. SSS C PI  c ontr oller b loc k diag ram       K p d K i / S K d * S     +               + I n p u t P r o p o r t i o n a l I n t e g r a l D e r i v a t i v e V q r e f V q r e f   +   Δ V q Δ V q V q m a x V q m i n O u t p u t     Figure  3. SSS C PI D  c on t ro ll er  blo c k diagra m           Figure  4. SSS C  Ge ner ic  c on t ro ll er  blo c k dia gr a m       3.   RESEA R CH MET HO D   3.1 Multi - mac hine m od el   The  mu lt i - ma chine   m od el   consi sts  of  t w o  powe r  gen e rati on  substat ion s   a nd  one  load  centr e   (dy namic  l oad)   at   bus  4  as  show n  in   Fig ure  5.  T he  powe r  gen e rati on  G 1  and  G2  wer e   s et   as  210 0  MV A  a n d  1400  M V A,   re sp ect ively  w hile  the  dy namic  load  as  a  majo r  loa d  wa s  set   as  2200 M W .  G1   is  c onnecte d  with   L1  with 280  km  an d  L2  is   di vid e d  by  tw o  s ides o f  150  km   to  cr eat e  a  sin gle - ph ase   fa ult  at   the  mi dpoint   of   t he   li ne.   T he   ge ne r at ion   G 2  is   c onnect e d  with   L 3  of  50  km.  Aft er  that,   to   im pro ve   the   sta bili ty,  t he  SSSC   de vice  will   be  lo cat ed   at   bus  B 2  in   s eries  with   L 1  with  th ree  t yp e s  of  c on t ro ll ers   i.e.  P I,  PID  a nd  Gen e ric  c on t ro ll ers   [21]   as s how n  i n  Fi gure  6.     3.2 Multi - mac hi ne t r an sie n t  stabil ity   Firstl y,   desi gn   the  ci rc uit  diag ram  by  usi ng  M A TLAB   Sim ulink  ba sed  on   a  sin gle  li ne  di agr am   [ 16]   wh ic h  c onsist s  of  powe r  ge ne rati on  as   a  power  s ource,   tra ns missi on  li ne,  loa d  a nd  bus.  Af te r   that,   set   al l  th e   par a mete rs  of   the  com pone nt s  that  ha ve  be en  use d  t o  av oi d  erro rs.   Ch oosin g  s uitable   par a mete r  set ti ng s  is   importa nt  as  th e  SSSC   de vice   is  a  phaso r  t ype.   The n,  r un  t he  sim ulati on  befor e   a nd  du r ing  the  fa ult.  I f   there   is  a  f ault,  t he   syst em  will   become  unsta ble  betwee n  e ach  phase.   T he refor e ,  t he  S SSC  dev ic e   w il l  be   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :   1249   –   1258   1252   impleme nted  t o  imp r ov e  t he  sy ste m  by  us i ng  th ree  ty pes  of  co ntr ollers.  F inall y,   rec ord  t he  ti me  ta ke n  f or   t he  sy ste m  t o  sta bi li se  and  co mpa re  betwee n  t he   three   ty pes  of  co ntr ollers.   The  overall   procedu re  is  s ho wn  in   Figure   7.       G 1 G 2 T 1 T 2 L o a d L o a d L o a d L 1 L 2 - 1 L 2 - 2 L 3 B 1 B 2 B 4 B 3 D y n a m i c   L o a d     Figure  5. Sin gl e li ne  dia gr a m  of m ulti - machi ne powe r  s ys te m w it ho ut SSS C de vice       S S S C G 1 T 1 L 2 - 1 L 2 - 2 B 1 B 3 B 4 D y n a m i c   L o a d L o a d L o a d L o a d L 3 T 2 G 2 B 2 L 1     Figure  6. Sin gl e li ne  dia gr a m  of m ulti - machi ne powe r  s ys te m w it h SS SC  de vice       S t a r t D e s i g n   t h e   c o m p l e t e   S i m u l i n k   m o d e l   i n   t h e   M A T L A B   s o f t w a r e S p e c i f y   a l l   t h e   p a r a m e t e r   f o r   t h e   s y s t e m I m p r o v e   t h e   s y s t e m   b y   a d d i n g   t h e   S S S C   d e v i c e   w i t h   c o n t r o l l e r R e c o r d   t h e   t i m e   t a k e n   f o r   s y s t e m   t o   b e   s t a b l e T e s t   t h e   s y s t e m   s t a b i l i t y E n d R u n   t h e   s y s t e m   b e f o r e   a n d   a f t e r   f a u l t Y e s N o     Figure  7. Flo w char t  of a c omplet e mu lt i - ma chine  t ran sie nt  sta bili ty sy ste m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Multi - m ach i ne t ra ns ie nt sta bili ty  b y usi ng sta ti c   synch r onou s series c ompe ns at or   ( Nur  As hida  Sa li m )   1253   3.3 Multi - mac hine system  wi th out  SSS C    Figure  8  il lustr at es  the  Sim ulink  m od el   with ou t  a ny  dist urb ance  occurri ng  in  the  sy ste m .   The  powe r   gen e rati on  bloc k  that a ct s as t he powe r  s ourc e w as  take n  f r om  M at hwo rk  [ 23] .            Figure  8. Sim ul ink  m odel   of   mu lt i - mac hin e  powe r  s ys te m  without S SSC  dev ic e       The  wa veform   sho wn  in   Fi gure  9  s how s  t hat  the   sy ste m  vo l ta ge  is  sta ble  s ince  eac h  of  th e  phases   i s   sy nc hro nous w it h  each  ot her .   Ther e f or e,  the   FA CTS  d e vice  is not re quire d d ur i ng this c onditi on.           Figure  9. V oltage  wav e f or m  of m ulti - mac hine  pow e r  s ys te m w it ho ut f a ul t       4.   RESU LT S  AND A N ALYSIS   Sy ste m  sta bili ty  was  te ste d  w hen  a  sin gle  phase  fa ult  occ urred   i n  th e  mi ddle   of   t he  tra nsmi ssion  li ne   betwee n  L 2 - 1 and L 2 - 2  a nd s et ti ng  ti me to  fa ult occ urre nce  is at t he  ea rly   sta ge of  i niti al  sy ste m  sta bili sat ion .     4.1 Case  1:  Fa ult  at   th e  Begi nning o f  Sys te m   Figure  10 sho ws  the   m od el   of a m ulti - mac hi ne  syst em use d  in t his r ese ar ch.  T he  si ng le   ph a se f a ult i s  init ia te d  at  L2 - 2.   The  an al ys is  of the  stabil it y wil l be e xpla ined  in  t he follo wing s ub - sect i on.            Figure  10. M odel  of a  m ulti - machine  s ys te m  use d i n  t his  researc h     Sin g le  p h ase  f au lt   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :   1249   –   1258   1254   4.1.1 Sin gle p ha se  f au lt  of  multi - m achin e mo del wit hout SSS C  de vic e   Durin g  the   occ urren ce   of  a  si ng le - phase  fa ul t,  the  fa ult  affe ct ed  the  s ys te m  at   0.2  s  a nd  the  ci rc uit   br ea ker  ope ne d  at   0.3   s  at   a n  earl y  sta ge   of  fa ult  as  s hown   i n  Fi gure  11.  Af te r  cl ea r ing   t he  fa ult,  Ph ase  A   reache d 1 p. u  a t 0.708  s.         Figure  11. V oltage  wav e f or m   of sin gle phase  f a ult of m ulti - machine  po wer system  w it ho ut  SS SC       4.1.2 Sin gle p ha se  f au lt  of  multi - m achin e mo del wit h  SSS C  de vice   An  SS SC  dev i ce  is  pro pose d  in  t his  resear ch,  there f or e   the  s ys te m   is  i mpro ve d  by  in sta ll ing   the   SSSC  de vice  that  is  c onnecte d  in   se ries  wit h  the   tra ns miss ion   li ne.   T he   S SSC  blo c k  diagr a m  ca n  be  obta ined   from  t he  Sim ulink   li brar y  a nd  set   as  a  phas or  ty pe  wit h  a  f r equ e nc y  of   60  Hz.   T he  model   is  show n  in   Fi gure  12. A t t he  be gi nn i ng   of the te st, the SSSC  device  is test ed wit hout usi ng  any  a ddit ion al   con t ro ll er.  A s  a resu lt ,   Ph ase  A   t ook  0.6 962  s   to   reac h  1p. u  w hich   is   0.0 12 s  faster  than  with out u sing  S SSC.   T hi s  is  s how n  in  Figure  13.       Figure  12. Si m ulink m od el  of  sing le   phase  fa ult o f  m ulti - ma chine p ow e r  s yst em w it h SS S C           Figure  13. V oltage  wav e f or m   of sin gle phase  f a ult of m ulti - machine  po wer system  w it h S SSC       S S S C  de vice   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Multi - m ach i ne t ra ns ie nt sta bili ty  b y usi ng sta ti c   synch r onou s series c ompe ns at or   ( Nur  As hida  Sa li m )   1255   4.1.3 Sin gle p ha se  f au lt  of  multi - m achin e mo del wit h  SSS C  PI  cont rolle r   A  Pro portion al   I nteg ral  (PI)   con t ro ll er   is  s how n  i n  Fig ure  14   w hich   c onsist s  of  pro portio nal  a nd  integrati on  gai n  blo c ks   [24] .   The  i nput  of  the  c on t ro ll e r  use s  a ngular   sp ee d  dev ia ti on,  dw  f rom  bo t h  machine s.           Figure  14. SSS C wit h PI  c ontr oller       Af te r  i ns ta ll ing   the  S SSC  with  a  PI   c ontrol le r,   the  s ys te m   became  sta ble  at   0. 81 4  s  a nd  each  p has e   os ci ll at ed  at   th e  same  value   of   volt age  at   1  p.u  as   s how n  in  Fig ure  15.  Since  the   P I  c on t ro ll er  us e d  angular   sp ee d  de viati on  dw  as  a n  in pu t  to  t he  V qr ef,  the refor e  t he   dam ping  of  Vqref   sta bili sed  at   8  s  as  sho wn   i n  Figure  16.       Figure  15.  V oltage  wav e f or m   of sin gle phase   fau lt   of   mu lt i - machine  po wer system  w it h S SSC  PI  c ontrolle r       Figure  16. V qref   wav e form  of single   ph a se fa ult  of m ulti - machi ne powe r  s ys te m w it h SS SC  PI   con t ro ll er       4.1.4 Sin gle p ha se  f au lt  of  multi - m achin e mo del wit h  SSS C  PI D  c ontrolle r   The  Propo rtio nal  I nteg ral  De rivati on  (P I D )  con t ro ll er   co nt ai ns   propo rtio nal,  i ntegr al   an d  der i vative  gain bloc ks   [25]. Th e  PID c ontr oller also  use s angu la r  sp ee d  de viati on, d w  as a n  in pu t t o  the s ys te m as  shown   in Figu re  17.       X:8 s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :   1249   –   1258   1256       Figure  17. SSS C wit h PI D  c ontr oller       Af te r  t he  si ng l e - phase  fau lt   was  cl eare d,   t he   sy ste m  beca me  sta ble  a nd   sy nc hro nous  w it h  each  oth e r   at   0. 77 6  s  as  s how n  in  Fig ur e  18   a nd   t he  da mp in g  of   Vqr ef  sta bili sed  at   6  s  w hich  is  mu c h  faste r  th an  the  P I  con t ro ll er  an d  i s sho wn in Fi gure  19.           Figur e  18. V oltage  wav e f or m   of sin gle phase   fau lt   of   mu lt i - machine  po wer system  w it h S SSC  PI D  contr oller.       Figure  19. V qref   wav e form  of single   ph a se fa ult  of m ulti - machi ne powe r  s ys te m w it h SS SC  PI D   con t ro ll er       4.1.5 Sin gle p ha se  f au lt  of  multi - m achin e mo del wit h  SSS C  Ge neri c contr oller   Figure  20  sho ws  the   bl ock  di agr am   of  the  gen e ric  c on tr ol le r.   Ba sed   on  t he  blo c k  diagram,  the   in put   is  the   same   as   the  P I   an d  P ID  co ntr ollers   w hi ch  us e   an gula r  s pee d  de viati on,  dw   as  a n  i nput  pa rameter .  T he   blo c k  diag ram   co ns ist s  of  a  washo ut  that  ha s  a  c onsta nt  va lue  ( 1 - 20  s )  i n  order  to   pa ss   the  high  os ci l la ti on   sign al   to  t he  ne xt  bl ock   a nd  a   two  sta ge  le a d - la g  bl ock   is  us e d  to  a dju st  the  phase  la g  betwee n  the  outg oing  and  in goin g  sign al s   [ 13] . H er e  the   val ue  of p ara mete rs,  T w  =  1 0,  T 2  = T 4  =  0 . 3  a re   set  as  a   co ns ta nt   a nd g ai n,   T1   an d  T3   a re s el ect ed  by  the   tria l  a nd  e rror met hod.  F or  t hi s  pa per,  t he  sui ta ble  val ues  w ere g ai n  =   65. 49,   T 1  = 0 . 5527 a nd T 3  =  0.2 563  [ 20] .            Figure  20. SSS C ge ner ic  c on t ro ll er   X:6 s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Multi - m ach i ne t ra ns ie nt sta bili ty  b y usi ng sta ti c   synch r onou s series c ompe ns at or   ( Nur  As hida  Sa li m )   1257   As  a   res ult,  Fi gure  21  s hows   the  s ys te m   be coming   sta ble  at   0.773 7  s   an d  eac h  phase  osc il la ti ng   i n  the  sa me  value   of   volt age   w hi ch  is   1  p.u.  Si nce  t he  an gula r  s pee d  de viati on  dw  was   al so   us e d  as  a n  in pu t   t o  the Vq ref ,  the  dam ping  of Vq ref   was  stable  at  2  s   as s how n i n  Fi g 22.   The   pe rfo rma nc e  re su lt   of  t he   s ys te m   sta bili ty  te st   ha s  bee n  rec orde d  an d  su m marise d  a s   in   Ta ble  1.   Firstl y,  the   sta bili ty  s ys te m   was  te ste d  f or  with  a nd  with out  the   S SSC   de vice.  As   a   F A CTS  dev ic e   is  capab le   of  im prov i ng  volt age  sta bili ty  an d  tran sie nt  sta bili ty,  on e   F ACTS   mem be r ,  the   S SSC  de vi ce  was   instal le d  i n  order  to   im pro ve  t he  sta bili ty  an d  preve nt  unsta ble  co ndit ion.  T he refor e ,  SSSC  is   co nne ct ed  in   se ries  with  t he  transmissi on  li ne   an d  set   a s  a  ph as or  t yp e .   Sin ce  t he   pur po s e  of  a n  SS SC  dev ic e   is   to  i mpro ve   tra ns ie nt   sta bili ty,  the  va lue  of  P hase  A  inc rease d  to   0.83  p.u   but  di d  no t  reach   1  p.u  li ke   the  oth e r  phases .  As  a  resu lt ,   the s ys te m is s ai d  to  be u ns ta ble w it ho ut usi ng any a ddit io nal SS SC c on tr oller.   Since  the   s ys te m  wa s  sti ll   no t st able  eve n  t hough  SSSC w as   instal le d,   t hr e e  typ e s o f  c ontrolle rs   we r e   add e d  to  t he  sy ste m  i.e.  propo rtion al   inte gr al   ( PI),  pro portio nal  integ ral  der i vative  (P I D)   a nd  Ge ner ic   con t ro ll ers .  All   three  c on t ro ll ers  use d  a ngul ar  sp ee d  de viati on ,  DW   as  a n  in pu t  a nd  w ere  injec te d  t o  Vqref.  Fr om  Ta ble  1,  al l  con tr ollers   ha ve  im prov e d  the  sy ste m  by  os ci ll at ing   al l  the  phases  at   the  same   val ue   afte r   cl earing  the  fa ult.  T he  diff e r ence  betwee n  vo lt age   sta bili ty  do e sn’t  ma ke   an y  differe nc e  but  f or  V qr ef,  t he  Gen e r ic   c on t rol le r  only  t ook  2s   t o  sta bili se  and  wa s  the   fa ste st  amo ng  th e  three   co ntr ol le rs.   As  a   res ul t,  the   SSSC  dev ic e  nee ds  a n  a ddit ion al  contr oller t o  im pro ve  the   powe r  s ys te m  sta bili ty.           Figure  21. V oltage  wav e f or m   of sin gle phase   fau lt   of   mu lt i - mach ine  po wer system  w it h S SSC  Gen e ric c on tr ol le r.       Figure  22. V qref  wav e form  of single   ph a se fa ult  of m ulti - machi ne powe r  s ys te m w it h SS SC  Gen e ric c on tr ol le r.       Table  1.  C omp ariso n of SSSC  w it h  a nd  with ou t c ontr oller   Typ e Co n troller   Vo ltag e   Stab ility  T im e ( s )   Pha se A   Volta g e   Vqr ef   W ith o u t SSSC   0 .8 p .u   -   -   W ith o u t Co n troller   0 .83  p.u   -   -   PI   1  p.u   0 .81 s   8s   PID   1  p.u   0 .77 s   6s   Gen eric   1  p.u   0 .77 s   2s       5.   CONCL US I O N   The  st udy  of  the  m ulti   mach ine  tra ns ie nt  st abili ty  has  bee n  prov e n  by  usi ng   M at la b  Si mu li nk.  The   op e rati on  of  th e  mu lt i  mac hine   transie nt  sta bi li ty  req ui red  two  powe r  generati on   with  a  huge  powe r  va lue  t o  su ppl y  to  t he  dyna mic  loa d  as   a  majo r  loa d.  The  s ys te m  op erati on  will   r un  sm oothly   if  no  disturba nce  oc cur s .   This  res earc h  was  a ble  to  observ e  t he  m ulti   machine  sta bi li ty  wh e n  sub je ct ed  to  a  sin gle  phase  fau lt .  The   SSSC  de vice  has  pro ve n  it s   abili ty  t o  im pro ve  t he   pow e r  s ys te m   sta bil it y  in   the   s ys te m.  H ow e ve r,  SS SC  cannot  op e rate   by  it sel f  without  us in g  a ny  a dd it io nal  c on t ro ll er.   T hr e e  typ es   of  c ontr ollers  hav e   bee n  modell ed  t o  c on t ro l   the   SS SC  de vice.   T hey  a re  t he  Pr op or ti onal   I nteg ral  ( PI),   Pr op or ti onal   I nteg ral  Der i vative  ( PID),  an d  Gen e r ic   con tr ollers.   As  a  c on cl us io n,   S SSC  with  Gen e ric  co ntr ol le r  is  very  s uitable   because   of   it s  sh ort er  sta bili ty  ti me  a nd  le ss  dam ping  a s  t he  Gen e ric  co ntr oller  is  s uitable   to  us e  wi th  an y  FA CTS  d e vice .       ACKN OWLE DGE MENT   The  aut hors  w ou l d  li ke  to  th ank   t he  Re sea rch   M a nag e m e nt  Insti tute  (RM I ),   Un i ver sit i  Teknolo gi  M AR A,   M al a ys ia   an d  the  M inist r y  of  Hi gh e r  E du cat io n  ( M O HE ),   Ma la ys ia   thr ough  resea rch   gr a nt  600 - IRMI/D ANA 5 /3/B ESTAR I  ( 121/20 18) for t he fina ncial  suppo rt to wards t his r e searc h.     X:2s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :   1249   –   1258   1258   REFERE NCE S   [1]   P.  Kundur,   J.   P ase rba ,   and   S.   Vite t ,   “Ove rvi e w  on   def in it ion   and   cl assifi cati on  of   power   sy stem  stabilit y , ”   in  CIGRE/ IE EE  P ES  Int ernati ona l   Symposium  Qu ali ty  and   Se curity  of   El e ct ric   Po wer  Delive ry   S y stems,  CIGR E /PES   2003 ,   pp .   1 - 4 ,   2 003 .   [2]   M.  A.  A.  T.  Aaron  Don  M.   Afric a ,   Patr ick  Berna rd   T.  Areva lo,  Ars enic  S.  Publi co,  “L in ea r  Sys te m  Inte rco nn ec t ions,  Ste ady - State  A nal ysis  and  St ab il it y   The o ry, ”   In t.   J.   Adv.  Tr ends  Comput.   S ci .   E ng. ,   vo l.  8,   no .   4 ,   pp.   1395 - 1398 ,   2 019.   [3]   N.  A.   Salim,   M.  M.   Othm an,  I.  Mus iri n,   M.  S .   Serwan,  and   S.  Busan ,   “Ri sk  assess me nt  of   d ynam i c  sys te m   ca sca d ing  collap se  for  det e rmi n i ng  the   sensit ive   t ran smiss ion  li n e s  and  seve rit y  o f   tot al  loa d ing  co ndit ions, ”  Reliab .   Eng.   S yst. Saf.,   v ol.   157 ,   pp .   113 - 128,   2017 .   [4]   D.  Casagr ande,   A.   As tol fi,  R .   Orteg a,  and  D.   La ngar ic a ,   “A  s olut ion   to   th e  p roble m   of   tra ns ie nt   stab il it y   of   mul timac h ine  p ower  sys te ms, ”   in   2012  I EEE  51st   Annual  Confe ren ce  o n  Dec ision  an d  Control   (CDC) ,    pp.   1703 - 1708 ,   2012 .   [5]   P.  Kundur  et  a l . ,   “De f ini t ion  a nd  Cla ss ifica ti o n  of   Pow er  Sys te m   Stab il i ty  I E EE /CIGRE   Join t  T ask  Forc e   o n   Stabi lity  Te rms  and  Defi n it ions , ”  IE EE Tr ans.  P ower  Syst. ,   vo l.  19,   no .   3 ,   pp .   13 87 - 1401,   2004 .   [6]   Z.   W ang  and  M .   Lemmon ,   “Vol ta ge  and  Freque ncy  Stabi l it y  of  We ak  Pow er  Di stribut ion  Ne tworks  with  Droop - Control le d   Rot ational a nd   Elec tr onic   Distr ibut ed   Gene rat ors , ”  Th esis ,  pp .   1 - 32 .   [7]   L.  V.   Abha  Tri p at hi ,   K.   Um a  R a o,   “Mult i - Ma chine  Stab il i ty   Us ing  Dynamic   Inv ersion  Te chn iqu e, ”   Int .   J .   El e ct r .   Comput.   Eng .   (I JE C) ,   vol .   7 ,   no .   6,   pp.   3176 - 318 9,   2017 .   [8]   E.   Ghahr emani  and  I.  Kamwa ,   “Opti m al   pl ace me nt  of   multipl e - type  FA CTS  devi c es  to  m aximize   power  sys t em  loa dab il it y   using   a  g ene r ic gra phi ca l   user inte rf ace, ”   IE EE Tr ans.  Powe r Sy st . ,   vol .   28,   No.  2 ,   pp .   7 64 - 778 ,  2013 .   [9]   B.   Sehgal,  S.   P.  Biha ri ,   Y.  Kum a ri,   R . N.Cha ub ey ,   and  Anmo l  Gu pta ,   “Per form an ce   of  FA CTS  D evi c es  for  Pow er   Sys te m  Stabilit y , ”  In don es.   J. El ec tr.   Eng .   In formatic s ,   vo l. 3, n o.   3 ,   p .   135 - 140 ,   2015.   [10]   S.  Do  Nasci me n to  and   M.  M.   G ouvêa ,   “Vol ta ge   Stabi l it y   Enha n ce m ent   in  Pow e r  Sys te ms  with   Automa tic  Fa ct s   Devic e   Allo ca t io n, ”  in Ene rgy   Pr oce dia ,   vo l. 107, pp. 60 - 67,   2017 .   [11]   M.  Hasan,  “App li c at ion   of  pow e r  elec troni cs   in   power  sys te ms, ”   in   Handbook  o f   Re sear ch  on   Po wer  and  Ene rgy  Syste m Opti miza ti on ,   2018.   [12]   M.  Alizade h ,   S.   Ganje far ,   and  M .   Fara h ani,  “In telli gen t  PID   con t roll er   design  of   SS SC   for  power  sys te m  st abi l it y  enha nc em en t,”  Proc.   -   201 1   2nd   Int. Conf.  Contr ol.   Instrum .   Aut o m.  ICCIA   2011 ,   pp.   7 - 12 ,   2011 .   [13]   A.  Pat el ,   P.   R ava l ,   and  D.   P at e l,  “Applica tion  of  SS SC - Dampi ng   Controller  for   Pow er  Sys te m  Stab il i t y   Enha nc em en t,”  in  2017   Inte rn ati onal   Confe re nce   on   R ese arc h  and  Inno vat i ons  in  S ci en ce ,   Engi n ee ring   &   Technol ogy ,   pp .   123 – 133 ,   2017 .   [14]   A.  P.   Vaidy a  an d  R.   V  Pa ti l ,   “C ompa rison   of  d if fer ent  typ es  of   tr ansie nt   stab il i ty  assess me nts  duri ng  cong esti on, ”   in  2012   Int ernati onal   Confe r enc e   on   Ad va nce s  in  Engi n ee ring,   S ci en ce  and   Manage ment  (IC AE SM ) ,    pp.   232 – 237 ,   20 12 .   [15]   D.  A.  Ingol e and   P.  V.  N.   Gohok ar,   “Voltage   St a bil it y   Improv ement  In   Multi - bus  Sys te m  Us ing  St at i c  Synchronous   Serie s Comp ensa tor,”  Ene rgy   Pr oce dia ,   vo l. 117, pp. 999 - 1006,   2 017.   [16]   N.  Voraphonpi p ut  and   T.  Bunya gul,   “Power  Flo w  Control   with   Stat ic  Synchron ous  Serie s  Com pensa tor  ( SS SC ) , ”   Inte rnational   En ergy   Journal ,   vo l.   9 ,   pp .   117 - 128 ,   2008 .   [17]   Bhal ani  K am a l   Kumar ,   As si  Pr of.  Piyus h  Dodi ya,  “I mprove m e nt  of   Pow er   sys t em  tr ansie nt   st a bil it y   using   st at i c   synchronous  serie s  com p ensa tor   (SS SC ), ”  Inte r nati onal  Journal   of  Sc ie nc e  Tec hnology   and  En gine ering ,   vol .   3,   no.   1 ,   pp .   170 - 1 76,   2016 .   [18]   P.  Dhoble   and   A.   Bhand akkar,  “Ac ti v e   React iv e  Pow er   Fl ow  Control  Us ing  Sta tic  Syn chr onous  Seri es   Compe nsator   (SS SC ), ”  IOSR  J ournal  of  El e ctr ic al  and   El ec t ronics  Engi n ee r ing  (IOSR - J EEE) ,   vo l.  7,   no.   6 ,     pp.   59 – 71 ,   2013 .   [19]   Jall a   Pavan   Sa i   Kumar   R eddy,  Prasad   Janga ,   “Power  Flow  I mprove m ent  in   Tra nsmiss ion   Line  Us ing   Upfc,”  I nte rnational   Jo urnal  of El e ct ro nic s &   Comm unic ati on   Technol o gy ,   vo l. 7, no. 4,  pp.   9 - 1 2 ,   2016 .   [20]   Habibur ,   Md.  Fa yzur   Rahman,   H aru n,   “Mode ll in g  &  Perform an c e  Compa r ison  Of  Diffe ren t  Types   Of  SSSC - Based  Control le rs , ” ,   Int ernati onal   Journ al  Of  Engi ne erin g  Re search   &   Te chnol ogy ,  vo l. 1, no. 7, pp. 1 - 6,   2 012.   [21]   A.  D.  Fa le hi ,   M.  Rostami,  A .   Doroudi,   and   A.  As hra fi an,  “Optimizati on   and  coor din at i on  of  SV C - base d   supplem entary   c ontrol lers   and  P SS s  to  i mprove  power   sys te m   stabi lity   using   a   gen et i c   a lgori t hm, ”   Tur ki sh   J .   El e ct r.   Eng. Co mput.   Sc i. ,   vo l. 2 0,   no .   5 ,   pp .   639 - 654,   2012 .   [22]   S.  Panda ,   S.   C.   Sw ai n,   P .   K.   R a utra y,   R .   K .   M a li k,   and   G.   Pan da,  “Sim u lation   Modell ing   Prac t ic e   and   The ory  Design  and  anal ysis  of  SSSC - b ase d  supplement ary   dam p ing  co ntrol ler,”   S imul.  Mode l.   Pract.  Theory ,   vol.   18 ,     no.   9 ,   pp .   1199 - 1213,   2010 .   [23]   J.  Jeffe rs  and  J.   Rei nder s,   “Ma th   Li b r ary , ”  In te l   Xe on  Phi Coproce ss or High  P erf orm .   Program ,   p p.   325 - 342 ,   201 3.   [24]   K.  L .   &   M.   K.   Rihe m   Farkh,  “ Stabi lizing   Sets   of  PI/P ID  Contr oll ers   for   Uns table   Second   Ord er  De la y   Sys te m , ”     Int.   J. A u tom.   C omput. ,   vol. 11,  pp.   210 - 222 ,   20 14.   [25]   Aliz ad eh, Mojt a ba  Ganj efa r ,   Soh ei l   Fara han i, Mohsen,   "Int el l ige n t  PID   cont ro ller d esign  of  SS SC   for  power  sys tem   stabi lity   enha n c em en t, "   P roce e dings  -   2011   2 nd  Int ernati ona l  Con fe renc e   o n  Control ,   Inst rum ent ati on   an d   Aut omation ,   IC CIA  2011 ,   pp.   7 - 12,   2011 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.