I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   P o w e r   E l e c t r o n i c s   a n d   D r i v e   S y s t e m   ( I J P E D S )   V o l . 2 ,   N o . 1 ,   M a r c h   2 0 1 2 ,   p p .   8 5 ~ 9 8   I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4             8 5       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s j o u r n a l . c o m / o n l i n e / i n d e x . p h p / I J P E D S   D y n a m i c   R e s p o n s e   o f   a   G r i d   C o n n e c t e d   W i n d   F a r m   w i t h   D i f f e r e n t   T y p e s   o f   G e n e r a t o r s       H .   M .   E l _   Z o g h b y ,   S . M .   S h a r a f ,   S .   E l _ m a s r y ,   M .   E l _ h a r o n y   D e p .   o f   E l e c t r i c a l   P o w e r   a n d   M a c h i n e       E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   H e l w a n   U n i v e r s i t y   E m a i l :   h e l m y _ 0 2 8 1 2 3 2 8 8 @ y a h o o . c o m       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T   A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   N o v   1 0 th ,   2 0 1 1   R e v i s e d   F e b   2 0 th ,   2 0 1 2   A c c e p t e d   M a r   2 n d ,   2 0 1 2       F o r   a   w i d e   a r e a s   w i n d   f a r m ,   w h i c h   c o m p o s e d   o f   d i f f e r e n t   z o n e s   o f   d i f f e r e n t   w i n d   t u r b i n e s   a n d   d i f f e r e n t   g e n e r a t o r s ,   t h i s   p a p e r   a i m s   t o   s i m u l a t e   a   w i n d   f a r m   m o d e l   t h a t   i n c l u d e s   a   w i n d   t u r b i n e   a n d   t h r e e   d i f f e r e n t   t y p e s   o f   g e n e r a t o r s ,   w h i c h   a r e   t h r e e   p h a s e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r ,   t h r e e   p h a s e   s q u i r r e l - c a g e   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r   a n d   t h r e e   p h a s e   d o u b l y - f e d   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r ,   t h e s e   g e n e r a t o r s   a r e   t h e   m a i n   m a c h i n e s   t h a t   g e n e r a l l y   u s e d   i n   t h e   f i e l d   o f   w i n d   e n e r g y   g e n e r a t i o n .     A l l   g e n e r a t o r s   a r e   c o n n e c t e d   i n   p a r a l l e l   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g   ( P CC )   a n d   c o n n e c t e d   t o   t h e   u t i l i t y   g r i d .     T h i s   m o d e l   i s   a   s i m p l e   r e p r e s e n t a t i o n   o f   t h e   a c t u a l     m o d e l   o f     z a f a r a n a     w i n d   f a r m ,     w h i c h   i s   t h e   b i g g e s t   w i n d   f a r m   i n   E g y p t   a n d   f u r t h e r   t o   u s e   i t   i n   d i f f e r e n t   k i n d s   o f   s i m u l a t i o n s ,   a n d   d i s p l a y   t h e   d i f f e r e n c e   i n   r e s p o n s e   a m o n g   a l l   g e n e r a t o r s ,   w h e r e   a l l   g e n e r a t o r s   a r e     5 0 0   k w   p o w e r   r a t i n g   ,   a n d   s u b j e c t e d   t o   t h e   s a m e   o p e r a t i n g   c o n d i t i o n s .   A f t e r   m o d e l i n g   t h e   s y s t e m ,   t h e   t r a n s i e n t   r e s p o n s e   o f   t h e   s y s t e m   w i l l   b e   s t u d i e d   a n d   a n a l y z e d   a t   d i f f e r e n t   o p e r a t i n g   c a s e s   a s :   c a s e . 1   c o n s t a n t   w i n d   s p e e d   o p e r a t i o n ;   s a s e . 2   v a r i a b l e   w i n d   s p e e d   o p e r a t i o n ;   s a s e . 3   s u d d e n   c h a n g e   i n   t u r b i n e   m e c h a n i c a l   p o w e r ;   a n d   c a s e . 4   s u d d e n   c h a n g e   i n   w i n d   s p e e d .   S o   t h i s   p a p e r   i n t r o d u c e s   a   s u r v e y   o n   t h e   d y n a m i c   r e s p o n s e   o f   a   l a r g e   w i n d   f a r m   o f   d i f f e r e n t   g e n e r a t o r s   a t   d i f f e r e n t   o p e r a t i n g   c o n d i t i o n s       K e y w o r d :   I n d u c t i o n   g e n e r a t o r   S y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   T r a n s i e n t   a n a l y s i s   W i n d   f a r m   Co p y r i g h t   @   2 0 1 2   I n s i t u t e   o f   A d v a n c e d   E n g i n e e e r i n g   a n d   S c i e n c e .     A l l   r i g h t s   r e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   H .   M .   E l _   Z o g h b y ,     D e p .   o f   E l e c t r i c a l   P o w e r   a n d   M a c h i n e   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,     H e l w a n   U n i v e r s i t y   H e l w a n ,   E g y p t   E m a i l :   h e l m y _ 0 2 8 1 2 3 2 8 8 @ y a h o o . c o m       1 .   I N T R O D U C T I O N   W i n d   i s   a   f o r m   o f   s o l a r   e n e r g y .   W i n d s   a r e   c a u s e d   b y   t h e   u n e v e n   h e a t i n g   o f   t h e   a t m o s p h e r e   b y   t h e   s u n ,   t h e   i r r e g u l a r i t i e s   o f   t h e   e a r t h ' s   s u r f a c e ,   a n d   r o t a t i o n   o f   t h e   e a r t h .   W i n d   f l o w   p a t t e r n s   a r e   m o d i f i e d   b y   t h e   e a r t h ' s   t e r r a i n ,   b o d i e s   o f   w a t e r ,   a n d   v e g e t a t i v e   c o v e r .   T h i s   w i n d   f l o w ,   o r   m o t i o n   e n e r g y ,   w h e n   " h a r v e s t e d "   b y   m o d e r n   w i n d   t u r b i n e s ,   c a n   b e   u s e d   t o   g e n e r a t e   e l e c t r i c i t y .   I n   m a n y   c o u n t r i e s   o f   t h e   w o r l d   w i n d   p o w e r   e x p a n d s ,   a n d   c o v e r s   a   s t e a d i l y   i n c r e a s i n g   p a r t   o f   t h e s e   c o u n t r i e s   p o w e r   d e m a n d .   F r o m   a n   e n v i r o n m e n t a l   p o i n t   o f   v i e w   t h i s   i s   a   f a v o r a b l e   d e v e l o p m e n t ,   b u t   t h e r e   a r e   s o m e   t e c h n i c a l   p r o b l e m s   t h a t   n e e d   t o   b e   a d d r e s s e d .   G r o w i n g   w i n d   p o w e r   h a s   i m p a c t s   o n   t h e   p o w e r   s y s t e m s   i n t o   w h i c h   t h e   w i n d   t u r b i n e s   f e e d   t h e i r   p o w e r .   I n c r e a s i n g   w i n d   p o w e r   p e n e t r a t i o n   i n   a   p o w e r   s y s t e m   m e a n s ,   t h a t   w i n d   t u r b i n e s   s u b s t i t u t e   t h e   c o n v e n t i o n a l   p o w e r   p l a n t s   t h a t   t r a d i t i o n a l l y   c o n t r o l   a n d   s t a b i l i z e   t h e   p o w e r   s y s t e m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     8 5     9 8   8 6 T h e   i n s t a l l a t i o n   o f   a   w i n d   p o w e r   p l a n t   h a s   s i g n i f i c a n t l y   i n c r e a s e d   s i n c e   s e v e r a l   y e a r s   d u e   t o   t h e   r e c e n t     n e c e s s i t y   o f   c r e a t i n g   r e n e w a b l e ,   s u s t a i n a b l e   a n d   c l e a n   e n e r g y   s o u r c e s .   B e f o r e   t h e   a c c o m p l i s h m e n t   o f   a   w i n d   p o w e r   p r o j e c t   m a n y   p r e - s t u d i e s   a r e   r e q u i r e d   i n   o r d e r   t o   v e r i f y   t h e   p o s s i b i l i t y   o f   i n t e g r a t i n g   a   w i n d   p o w e r   p l a n t   i n   t h e   e l e c t r i c a l   n e t w o r k .   T h e   c r e a t i o n   o f   m o d e l s   i n   d i f f e r e n t   s o f t w a r e   a n d   t h e i r   s i m u l a t i o n   c a n   b r i n g   t h e   i n s u r a n c e   o f   a   s e c u r e   o p e r a t i o n   t h a t   m e e t s   t h e   n u m e r o u s   r e q u i r e m e n t s   i m p o s e d   b y   t h e   e l e c t r i c a l   s y s t e m .                 2 .   W I N D   F A R M   M O D E L     A s   s h o w n   i n   F i g u r e . 1   t h e   w i n d   f a r m   m o d e l   r e p r e s e n t s     t h e     w i n d   t u r b i n e     ,   a n d     t h r e e   t y p e s   o f   g e n e r a t o r s   (   t h r e e   p h a s e   s y n c h r o n o u s     g e n e r a t o r   ,   t h r e e   p h a s e   s q u i r r e l - c a g e   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r   a n d   d o u b l y - f e d   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r )   ,   a l l   g e n e r a t o r s   a r e   c o n n e c t e d   i n   p a r a l l e l     a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g   ( p c c ) ,   a n d   c o n n e c t e d   t o   t h e     u t i l i t y   g r i d .   A l l   g e n e r a t o r s   a r e   5 0 0   k W   i n   p o w e r   r a t i n g .       T h e   m o d e l   i s   c r e a t e d   i n   M A T L A B   s o f t w a r e   t h a t   e n a b l e s   t h e   d y n a m i c   a n d   s t a t i c   s i m u l a t i o n s   o f   e l e c t r o m a g n e t i c   a n d   e l e c t r o m e c h a n i c a l   s y s t e m s   w h e r e   a l l   g e n e r a t o r s   a r e   s t a n a r d   m o d e l s   i n   M A T L A B   l i b r a r y .   A d e t a i l e d   d e s c r i p t i o n   o f   t h e   s y s t e m   d y n a m i c s ,   p a r a m e t e r s   a n d   a n a l y s i s   c a n   b e   f o u n d   i n   [ 5 ] .   S i n c e   t h e   w i n d   s p e e d   i s   v a r i e d ,   p i t h   c o n t r o l   i s   u s e d     t o   c o n t r o l   t h e   t u r b i n e     m e c h a n i c a l   p o w e r   a n d   d i s c o n n e c t   t h e   t u r b i n e   a t   h i g h   w i n d   s p e e d s   t o   p r o t e c t   i t   f r o m   d a m a g e .   M a n y   b r e a k e r s   a r e   a d d e d   i n   t h e   s y s t e m   t o   d i s c o n n e c t   a n y   u n i t   a t   a n y   t i m e ,   a n d   a t   a n y   a b n o r m a l   o p e r a t i o n   o r   f a u l t s .           F i g . 1   t h e   w i n d   f a r m   s i m u l a t i o n   d i a g r a m       3 .   N O R M A L   O P E R A T I O N   A T   C O N S T A N T   W I N D   S P E E D     I n   c a s e . 1   t h e   d y n a m i c   r e s p o n s e   o f   t h e   w i n d   f a r m   w i l l   b e   s i m u l a t e d   a t   a   c o n s t a n t   w i n d   s p e e d ,   t h i s   i d e a l   c a s e   w i l l   a i d   i n   s t u d y i n g   t h e   r e s p o n s e   o f   t h e   w i n d   t u r b i n e   a n d   t h e   d i f f e r e n t   g e n e r a t o r s   w i t h o u t   a n y   d i s t u r b a n c e   o r   a b n o r m a l i t y .   F i g u r e . 2   s h o w s   t h e   w i n d   s p e e d ,   w h i c h   i s   a s s u m e d   t o   b e     c o n s t a n t   a t   1 3   m / s     t h i s   v a l u e   i s   s e l e c t e d   f r o m   t h e   w i n d   t u r b i n e   c h a r a c t e r i s t i c s   [ 5 ]   t o   c o v e r   t h e   g e n e r a t o r s   r a t e d   p o w e r .   F i g u r e s   3 ,   f i g u r e   4 ,   a n d   f i g u r e   5   s h o w   t h e   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   i n   p u   o f   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r ,   s q u i r r e l - c a g e   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r ,   a n d   d o u b l y - f e d   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r   r e s p e c t i v e l y .   T h e   w i n d   t u r b i n e   p i t c h   a n g l e   i s   c o n t r o l l e d   b y   a   P I   c o n t r o l l e r   f o r   e a c h   g e n e r a t o r   t o   a c h i e v e   r a t e d   p o w e r   o f   t h e   w i n d   t u r b i n e   f o r   e a c h   g e n e r a t o r .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S     I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       D y n a m i c   R e s p o n s e   o f   a   G r i d   C o n n e c t e d   W i n d   F a r m   w i t h   D i f f e r e n t   T y p e s   .   ( H .   M .   E l _   Z o g h b y )   8 7   F i g . 2   W i n d   s p e e d   ( m / s )         F i g . 3   A c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r         F i g . 4   A c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s q u i r r e l - c a g e   g e n e r a t o r         F i g . 5   A c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   d o u b l y - f e d   g e n e r a t o r       F i g u r e   6 . a   a n d   f i g u r e   6 . b   s h o w   t h e   t o t a l   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   o v e r a l l   w i n d   f a r m ;   t h e s e   p o w e r s   a r e   s i m p l y   t h e   s u m   o f   t h e   p o w e r s   o f   a l l   g e n e r a t o r s .                 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 2 1 2 . 5 1 3 1 3 . 5 1 4 t i m e   ( s e c ) w i n d   s p e e d   ( m / s e c ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 t i m e ( s e c ) a c t i v e   p o w e r 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 - 2 - 1 . 5 - 1 - 0 . 5 0 0 . 5 t i m e   ( s e c ) r e a c t i v e   p o w e r 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 t i m e   ( s e c ) a c t i v e   p o w e r 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 - 3 - 2 . 5 - 2 - 1 . 5 - 1 - 0 . 5 0 0 . 5 t im e   ( s e c ) r e a c t i v e   p o w e r 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 t i m e   ( s e c ) a c t i v e   p o w e r 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 - 4 - 3 . 5 - 3 - 2 . 5 - 2 - 1 . 5 - 1 - 0 . 5 0 t im e   ( s e c ) r e a c t i v e   p o w e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     8 5     9 8   8 8   ( a )   F i g . 6 . a   t o t a l   a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   w i n d   f a r m     ( b )   F i g . 6 . b   t o t a l   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   w i n d   f a r m       F i g u r e . 7   a n d   f i g u r e . 8   s h o w   t h e   g r i d   f r e q u e n c y   a n d   r o o t   m e a n   s q u a r e   v o l t a g e   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g ,   t h e   f r e q u e n c y   a n d   v o l t a g e   v a l u e s   a r e   s a t i s f y i n g   t h e   g r i d   c o d e   r e q u i r e m e n t   [ 1 ] .         F i g . 7   g r i d   f r e q u e n c y   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g     F i g . 8 g r i d   r m s _ v o l t a g e   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g       4 .   N O R M A L   O P E R A T I O N   A T   T H E   N A T U R A L   W I N D   S P E E D   V A R I A T I O N S   I n   c a s e . 2     t h e   d y n a m i c   r e s p o n s e   o f   t h e   w i n d   f a r m   w i l l   b e   s t u d i e d     a t   t h e   n a t u r a l   w i n d   s p e e d     v a r i a t i o n s   ,     f i g u r e   9 . a     s h o w s   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r   a n d   t h e   a c t u a l   w i n d   t u r b i n e   p o w e r   ,   w h e r e   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r   i s   t a k e n   0 . 7   p u .   F i g u r e   9 . b   a n d   f i g u r e   9 . c   s h o w   t h e   w i n d   s p e e d   a n d   t h e   p i t c h   a n g l e .       F i g u r e s   1 0   ,   f i g u r e   1 1 ,   a n d   f i g u r e   1 2     s h o w   t h e   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s y n c h r o n o u s   ,   s q u i r r e l - c a g e   ,   a n d   d o u b l y - f e d   g e n e r a t o r s   r e s p e c t i v e l y .   T h e   w i n d   t u r b i n e   p i t c h   a n g l e   i s   c o n t r o l l e d   b y   a   P I   c o n t r o l l e r   t o   a c h i e v e   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r   o f   t h e   w i n d   t u r b i n e   a n d   g e n e r a t o r s .   F i g u r e   1 3   s h o w s   t h e   t o t a l   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   w i n d   f a r m ,   t h e s e     p o w e r s   a r e   s i m p l y   t h e   s u m   o f   t h e   p o w e r s   o f   a l l   g e n e r a t o r s   .   F i g u r e   1 4   a n d   f i g u r e   1 5 s h o w   t h e   g r i d   f r e q u e n c y   a n d   t h e   g r i d   r o o t   m e a n   s q u a r e   v o l t a g e   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g .     T h e   f r e q u e n c y   a n d   v o l t a g e   v a l u e s   a r e   s a t i s f y i n g   t h e   g r i d   c o d e   r e q u i r e m e n t   [ 1 ] .         0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 t i m e ( s e c ) t o t a l   a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 - 8 - 7 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 t i m e ( s e c ) t o t a l   r e a c t i v e   p o w e r ( p u ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 4 9 . 5 4 9 . 6 4 9 . 7 4 9 . 8 4 9 . 9 5 0 5 0 . 1 t i m e ( s ) f r e q u e n c y   ( H z ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 t i m e   ( s e c ) r m s   v o l t a g e   ( p u ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S     I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       D y n a m i c   R e s p o n s e   o f   a   G r i d   C o n n e c t e d   W i n d   F a r m   w i t h   D i f f e r e n t   T y p e s   .   ( H .   M .   E l _   Z o g h b y )   8 9   F i g . 9   ( a )   r e f e r e n c e   a n d   a c t u a l   p o w e r   ( p u ) ,   ( b )   w i n d   s p e e d   ( m / s ) ,   ( c )   p i t c h   a n g l e   ( d e g )         F i g . 1 0   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r       F i g . 1 1   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s q u i r r e l - c a g e   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r       F i g . 1 2   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   d o u b l y - f e d   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r       0 5 1 0 1 5 0 5 1 0 1 5 ( b )                                                       t i m e ( s ) w i n d   s p e e d ( m / s ) 0 5 1 0 1 5 0 5 1 0 1 5 2 0 ( c )                                                       t i m e ( s ) p i t c h   a n g l e ( d e g ) 0 5 1 0 1 5 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 ( a )                                                     t i m e ( s ) a c t   a n d   r e f   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 t i m e   ( s e c ) a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 1 - 0 . 5 0 0 . 5 t i m e   ( s e c ) r e a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 t i m e   ( s e c ) a c t v e   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 2 - 1 . 5 - 1 - 0 . 5 0 t i m e   ( s e c ) r e a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 0 0 . 5 1 t i m e   ( s e c ) a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 2 - 1 . 5 - 1 - 0 . 5 0 t i m e   ( s e c ) r e a c t i v e   p o w e r   ( p u ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     8 5     9 8   9 0   F i g . 1 3   t o t a l   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   w i n d   f a r m       F i g . 1 4 g r i d   f r e q u e n c y   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g       F i g . 1 5   g r i d   r m s _ v o l t a g e   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g       5 .   S T E P   C H A N G E   I N   T U R B I N E   M E C H A N I C A L   P O W E R   I n   c a s e . 3       t h e   d y n a m i c   r e s p o n s e   o f   t h e   w i n d   f a r m   w i l l   b e   s t u d i e d     a t   a   s t e p   c h a n g e   i n   r e f e r e n c e   p o w e r   a n d   a t   t h e   n a t u r a l     w i n d   s p e e d     v a r i a t i o n s   ,     f i g u r e   1 6 . a     s h o w s   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r   w i n d   t u r b i n e   p o w e r   ,   w h e r e   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r   c h a n g e s   f r o m   0 . 5   p u   t o   1 p u   a n d   c o m e   b a c k   t o   0 . 5   p u   a g a i n .   F i g u r e   1 6 . b   a n d   f i g u r e   1 6 . c   s h o w   t h e   w i n d   s p e e d   a n d   t h e   p i t c h   a n g l e .           F i g . 1 6   ( a )   r e f e r e n c e   p o w e r   ,   ( b )   w i n d   s p e e d   ,   ( c )   p i t c h   a n g l e       F i g u r e   1 7   s h o w s   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d ,   a n d   t h e   s t a t o r   c u r r e n t   d u r i n g   t h e   t r a c k i n g   p r o c e s s ,   t h e   s p e e d   i s   a l m o s t   c o n s t a n t ,   b u t   t h e   s t a t o r   c u r r e n t   i n c r e a s e s   w i t h   i n c r e a s i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .     0 5 1 0 1 5 0 1 2 3 t i m e   ( s e c ) t o t a l   a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 8 - 6 - 4 - 2 0 t i m e   ( s e c ) t o t a l   r e a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 4 9 . 5 4 9 . 6 4 9 . 7 4 9 . 8 4 9 . 9 5 0 5 0 . 1 t i m e ( s ) f r e q u e n c y   ( H z ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 t i m e   ( s e c ) r m s   v o l t a g e   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 0 0 . 5 1 t i m e ( s )                                                       ( a ) r e f e r e n c e   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 0 5 1 0 1 5 t i m e ( s )                                                         ( b ) w i n d   s p e e d   ( m / s ) 0 5 1 0 1 5 0 1 0 2 0 t i m e ( s )                                                           ( c ) p i t c h   a n g l e   ( d e g ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S     I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       D y n a m i c   R e s p o n s e   o f   a   G r i d   C o n n e c t e d   W i n d   F a r m   w i t h   D i f f e r e n t   T y p e s   .   ( H .   M .   E l _   Z o g h b y )   9 1 F i g u r e   1 8   s h o w s   t h e   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   d u r i n g   t r a c k i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .       F i g . 1 7   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d ,   s t a t o r   c u r r e n t     d u r i n g     t h e   t r a c k i n g   p r o c e s s                               F i g . 1 8   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   d u r i n g   t r a c k i n g   p r o c e s s       F i g u r e   1 9   s h o w s   t h e   s q u i r r e l - c a g e   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d     ,   a n d   t h e   s t a t o r   c u r r e n t     d u r i n g     t h e   t r a c k i n g   p r o c e s s ,   t h e   s p e e d   h a s   a   s m a l l   v a r i a t i o n   w i t h     l o a d   ,   b u t   t h e   s t a t o r   c u r r e n t   i n c r e a s e s   w i t h   i n c r e a s i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .   F i g u r e   2 0   s h o w s   t h e   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   d u r i n g   t r a c k i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .   F i g u r e   2 1   s h o w s   t h e   d o u b l y - f e d   i n d u c t i o n     g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d     ,     t h e   s t a t o r   ,   a n d   r o t o r     c u r r e n t s     d u r i n g     t h e   t r a c k i n g   p r o c e s s ,   t h e   s p e e d   h a s   a   s m a l l   v a r i a t i o n   d u r i n g   t h e   t r a c k i n g   p r o c e s s   ,   b u t   t h e   s t a t o r   a n d   r o t o r   c u r r e n t s   i n c r e a s e   w i t h   i n c r e a s i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .     F i g u r e   2 2   s h o w s   t h e   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e     d o u b l y - f e d   i n d u c t i o n     g e n e r a t o r   d u r i n g   t r a c k i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .         F i g . 1 9   s q u i r r e l - c a g e   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d ,   s t a t o r   c u r r e n t     d u r i n g       t r a c k i n g   p r o c e s s   0 5 1 0 1 5 0 . 9 6 0 . 9 8 1 1 . 0 2 1 . 0 4 t i m e ( s ) g e n e r a t o r   s p e e d ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 4 - 2 0 2 t i m e ( s ) s t a t o r   c u r r e n t ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 1 0 1 2 3 t i m e a c t i v e   p o w e r 0 5 1 0 1 5 - 2 - 1 0 1 t i m e r a c t i v e   p o w e r 0 5 1 0 1 5 1 1 . 0 1 1 . 0 2 1 . 0 3 1 . 0 4 1 . 0 5 t i m e ( s ) g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 4 - 2 0 2 4 6 t i m e ( s ) s t a t o r   c u r r e n t   ( p u ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     8 5     9 8   9 2   F i g . 2 0   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s q u i r r e l - c a g e   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r   d u r i n g   t r a c k i n g   p r o c e s s                     F i g . 2 1       d o u b l y - f e d   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d ,       s t a t o r   c u r r e n t   ,   a n d   r o t o r     c u r r e n t   d u r i n g       t r a c k i n g   p r o c e s s       F i g . 2 2   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   d o u b l y - f e d   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r   d u r i n g   t r a c k i n g   p r o c e s s .     F i g u r e   2 3   s h o w s   t h e   t o t a l   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   w i n d   f a r m ,   t h e s e     p o w e r s   a r e   s i m p l y   t h e   s u m   o f   t h e   p o w e r s   o f   a l l   g e n e r a t o r s         F i g u r e   2 3   ( a )   t o t a l   a c t i v e     p o w e r       ( b )   t o t a l     r e a c t i v e   p o w e r       0 5 1 0 1 5 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 t i m e   ( s ) a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 3 - 2 - 1 0 1 t i m e ( s ) r e a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 1 1 . 0 0 5 1 . 0 1 1 . 0 1 5 t i m e ( s ) g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 2 - 1 0 1 2 t i m e ( s ) s t a t o r   c u r r e n t   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 2 - 1 0 1 2 t i m e ( s ) r o t o r   c u r r e n t ( p u ) 0 5 1 0 1 5 0 0 . 5 1 t i m e a c t i v e   p o w e r 0 5 1 0 1 5 - 2 - 1 . 5 - 1 - 0 . 5 0 t i m e r e a c t i v e   p o w e r 0 5 1 0 1 5 - 2 0 2 4 ( a )                                                       t i m e   ( s ) t o t a l   a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 5 1 0 1 5 - 1 0 - 5 0 5 ( b )                                                           t i m e ( s ) t o t a l   r e a c t i v e   p o w e r   ( p u ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S     I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       D y n a m i c   R e s p o n s e   o f   a   G r i d   C o n n e c t e d   W i n d   F a r m   w i t h   D i f f e r e n t   T y p e s   .   ( H .   M .   E l _   Z o g h b y )   9 3             F i g u r e   2 4   a n d   f i g u r e   2 5   s h o w   t h e   g r i d   f r e q u e n c y   a n d   r o o t   m e a n   s q u a r e   v o l t a g e   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g .     T h e   f r e q u e n c y   a n d   v o l t a g e   v a l u e s   a r e   s a t i s f y i n g   t h e   g r i d   c o d e   r e q u i r e m e n t   [ 1 ] ,   a n d     t h e y   h a v e   a   u n   n o t i c e a b l e   o s c i l l a t i o n s   d u r i n g   t h e   t r a c k i n g   o p e r a t i o n .                             F i g u r e   2 4   t h e   g r i d   f r e q u e n c y       F i g .   2 5   t h e   g r i d   r o o t   m e a n   s q u a r e   v o l t a g e   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g .       6 .     S E P   C H A N G E   I N   W I N D   S P E E D                 I n   c a s e . 4       t h e   d y n a m i c   r e s p o n s e   o f   t h e   w i n d   f a r m   w i l l   b e   s t u d i e d   a t   a   s t e p   c h a n g e   i n   w i n d   s p e e d   w i t h   t h e   n a t u r a l   v a r i a t i o n s   i n   s p e e d .   N o   p i t c h   c o n t r o l   i s   a s s u m e d   i n   t h i s   c a s e ,   a n d   t h e   t u r b i n e   m e c h a n i c a l   p o w e r   d e p e n d s   o n   t h e   w i n d   s p e e d   a n d   t h e   t i p   s p e e d   r a t i o .     F i g u r e   2 6   s h o w s   t h e   w i n d   s p e e d   w h i c h   i s   v a r i e d   s t e e p l y   a f t e r   1 0   s e c o n d s .           F i g . 2 6   v a r i a b l e   w i n d   s p e e d   ( m / s )         F i g u r e   2 7     a n d   f i g u r e   2 8   s h o w   t h e   g r i d   f r e q u e n c y ,   a n d   v o l t a g e   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g   d u r i n g   a   s t e p   c h a n g e   i n   t h e   w i n d   s p e e d ,   t h e   f r e q u e n c y   i s   n o t   a f f e c t e d   b y   t h i s   c h a n g e   i n   w i n d   s p e e d   ,   b u t   t h e   g r i d   v o l t a g e   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g   h a s   a l i g h t   i n c r e a s e   w i t h   d e c r e a s i n g   t h e   w i n d   s p e e d .           F i g .   2 7   t h e   g r i d   f r e q u e n c y   d u r i n g   s t e p   c h a n g e   i n   w i n d   s p e e d   0 5 1 0 1 5 4 9 . 5 4 9 . 6 4 9 . 7 4 9 . 8 4 9 . 9 5 0 5 0 . 1 t i m e ( s ) f r e q u e n c y   ( H z ) 0 5 1 0 1 5 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 t i m e   ( s ) r m s   v o l t a g e ( p u ) 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 t i m e   ( s ) w i n d   s p e e d   ( m / s ) 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 4 9 . 5 4 9 . 6 4 9 . 7 4 9 . 8 4 9 . 9 5 0 5 0 . 1 t i m e   ( s ) f r e q u e n c y   ( H z ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S     V o l .   2 ,   N o .   1 ,     M a r c h   2 0 1 2   :     8 5     9 8   9 4   F i g .   2 8   t h e   g r i d   r o o t   m e a n   s q u a r e   v o l t a g e   a t   t h e   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g .   d u r i n g   s t e p   c h a n g e   i n   w i n d   s p e e d         F i g u r e   2 9   s h o w s   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d     ,   a n d   t h e   s t a t o r   c u r r e n t     d u r i n g     t h e   t r a c k i n g   p r o c e s s ,   t h e   s p e e d   i s   a l m o s t   c o n s t a n t   ,   b u t   t h e   s t a t o r   c u r r e n t   i n c r e a s e s   w i t h   i n c r e a s i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .   F i g u r e   3 0   s h o w s   t h e   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   d u r i n g   t r a c k i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .         F i g . 2 9   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d   a n d     s t a t o r   c u r r e n t     d u r i n g   s t e p   c h a n g e   i n   w i n d   s p e e d       F i g .   3 0   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   d u r i n g   s t e p   c h a n g e   i n   w i n d   s p e e d       F i g u r e   3 1   s h o w s   t h e   s q u i r r e l - c a g e   i n d u c t i o n   g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d     ,   a n d   t h e   s t a t o r   c u r r e n t     d u r i n g     t h e   t r a c k i n g   p r o c e s s ,   t h e   s p e e d   h a s   a   s m a l l   v a r i a t i o n   w i t h     l o a d   ,   b u t   t h e   s t a t o r   c u r r e n t   i n c r e a s e s   w i t h   i n c r e a s i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .   F i g u r e   3 2   s h o w s   t h e   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e   s y n c h r o n o u s   g e n e r a t o r   d u r i n g   t r a c k i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .   F i g u r e   3 3   s h o w s   t h e   d o u b l y - f e d   i n d u c t i o n     g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d     ,     t h e   s t a t o r   ,   a n d   r o t o r     c u r r e n t s     d u r i n g     t h e   t r a c k i n g   p r o c e s s ,   t h e   s p e e d   h a s   a   s m a l l   v a r i a t i o n   d u r i n g   t h e   t r a c k i n g   p r o c e s s   ,   b u t   t h e   s t a t o r   a n d   r o t o r   c u r r e n t s   i n c r e a s e   w i t h   i n c r e a s i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .   F i g u r e   3 4   s h o w s   t h e   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   o f   t h e     d o u b l y - f e d   i n d u c t i o n     g e n e r a t o r   d u r i n g   t r a c k i n g   t h e   r e f e r e n c e   p o w e r .     0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 t i m e   ( s ) r m s   v o l t a g e   ( p u ) 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 0 . 9 8 0 . 9 9 1 1 . 0 1 1 . 0 2 t i m e   ( s ) g e n e r a t o r   r o t o r   s p e e d   ( p u ) 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 - 2 0 2 t i m e ( s ) s t a t o r   c u r r e n t   ( p u ) 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 2 t i m e   ( s ) a c t i v e   p o w e r   ( p u ) 0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 - 1 - 0 . 5 0 0 . 5 1 t i m e   ( s ) r e a c t i v e   p o w e r   ( p u ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.