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