In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  4, D e c e m ber   201 9,  pp.  1969~ 19 76  ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 4.pp1969-1976          1969     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Power smoothing method o f  PMSG  based grid integrated win d   en ergy conversion system usi ng BESS/DSTATCOM       J aya lak s hm i   N.  S . 1 , D .   N. G aon k a r 2 ,  Sa nc hi t   K u ma r   J a i n 3   1, 3 Dep a rtm e nt  o f  Elect rical and  El ectron i cs En g i n eerin g,  M anip a l  I n s tit u t e o f  T echn o lo gy , In dia  2 Depart m e nt  o f E l ectri cal an d  El ect ro nics Eng ine e ring ,  NITK, In d ia      Art i cl e In fo     ABSTRACT  A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Dec   1 7 ,  2 018  Re vise d Mar   1,  201 9   Ac ce p t ed  Ap r   1 0 ,  2 019      Th e  ou tp ut  o f   t h e  P M S G  based   wi nd   e nerg y  co nv e r s i o n   s ystem  (W EC S)  i s  flu c tu atin g  i n   n at ure  d u e  to   i n t erm i t t en c y   o f   wind   s p eed.  Th e  d i s t r ibuti on  st ati c   s y n ch rono us   c om p e ns ator  ( DS TA TCO M )  in corp orated   w i t h  th e   b attery  energ y   s to rage  s ys tem   (BESS )   i s  us ed  t o  s m ooth   th e  po wer  p r od uc ed  f rom   wi nd   g en erator  s y s tem.   T h e   c on tro l   s trat egy  of   B E S S / D S TATCOM   a n d  i t s  integrat ion  t o   m itigate  the  powe r  fl uc t u ations  o f  grid  c onnecte d  WE C S   i s  pres ent e d .   T hree-l e g  t h ree-p h as e  vo lt age  s o u r ce  con v ert e r  (V S C )   b ased  DS TATCO M   i s  u s ed   a nd  t h e  b a ttery   c urrent   i s   c o nt rolled  t o   s moot h  t h e  net  po wer  i n j ected   t o   t h e  u t i l ity   g rid  f r om   w in d  p o w e r  gen e rati on  s yste m .   T he   control  st rategy   i mple mented  h as  t he  capability  o f  supp l y ing   t h e  req u ired   amount  o f   power  t o  the  utili t y   w ith  h el p  o f   b a t t e ri es.   The  P Q   c on tro l   s t r a t egy  is  em p l o y e d  t o  co n t r ol   t h e   t h r ee-ph ase i n v e rt er f o r  man agi n g   po w e r ex ch ang e   with   t he  u tili t y  g r id .  Th e  real   time  w i n d   s p eed  d at a  is   c o n s i d e red   f o r   t h e  sim u l a tio n  stu dy  of   t he  s ystem .   T he  e ffect iv eness  o f   t h e   c on tro l   s t rategy  o f  th e  s y stem   i s  v a lid a ted   t h ro ugh   t he  s i m u l ati on  re su lt s  in   M A T LA B/Si mu l i nk  env i ro nm ent. K eyw ord s :   Ba tt e r y e n ergy   s tora ge   DSTA TC OM  F l uct u a t i n g w i nd sp e e d   Inver t e r   c on tro l le r   P o w e r qua lit y   Wi n d  e nerg y  sys t em     Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Jaya la k s hm i N .  S .,  D e pa rtme nt   o f  El e c t rica l   a n d   El ect ro ni c s  Eng in e e ring ,  M a n i p a l   In sti t u t e  o f   Te c hnol og y ,   MAHE,  Manipal-576104, I ndi a .  Em ail:  j a ya la k s hm i . ns@ m a n ipa l . e d u       1.   I N TR OD U C TI O N    The   re newa b l e   ene r g y   g e n era t i on  s y s t em s  ar e  attrac ti n g   g r e a t   a t t e nti on  d u e   t o   e nvir onm en ta l  pro b lem s   a nd   i ncr easi n g   e n e r gy   d e m a n d.  T he   w i n d  pow er   h as   p o t en t i al   t o  c o m p e t e  w i th  f os si l  fue l ,  a s   it  is  che a per   c o mp a r ed  t o  ot her   r e new a bl e  p o w e r  ge n e ra ti on   s y s tem s   a n d   requ ire s   l ow   m a i nte n an ce .  The   perm ane n t   m a gne t  s ync hro n ous  g e n era t or s  (P MS G)  b ase d   w ind  s y ste ms  a re   m ost  e ffic i ent.   T he   o u t pu t  of  t he  P M S G   b a s ed  w ind  e n er gy  s y ste m   ( WES )   i s  fl uc tua t i n g  due  t o  in ter mi tt e n c y   o f  w i n d   spee d.  T he  d ynam i c  mode l i ng  of  W ES   i s  discu s sed  in  [ 1]  a nd  MP P T   f or  o p t i m um  pow er  gener a t i o n   a r e   d i s cuss ed  i n  [2,  3]  f or  gri d   c o n ne c t e d   ope rat i on  o f   P MS G   based  WES .   A   c ontr o l  te ch n i q u e   u sed  for  D S T A TCOM  o f   the  grid  con n ec ted   w i n d   e ne r gy  s y s t e m   f or  pow e r   q ual i ty  i m p ro ve m e nt  i s  r e p ort e d  i n   [ 4] .  V a rious  p ow er  s m o o t hin g   tech n i q u es   u se d  for  t h e  w i n d   p ow er  p l a nts  whi c h  a r e  dir ect ly   c o n n e c t e d  t o   t he   t ran s m i ssi o n  s y ste m   a r e   revie w ed i n  [5 ]  w ith  t he  u se of  F A CTS   dev i ce s.   T he   e nerg y  stor a ge  b ase d   s m ooth i ng  te c h n i que s  a r e  fou n d   t o  b e  v e r y   e f fe ctiv e   i n  out put  p ower s mo o t h i ng o f  t h e  W ECS.  The   sma ll-sc al e  w i n d   t urb i ne s  dri v en  u s i n g   P MS G   i s   g e t t i ng  mor e  a t t e n t i o n  r e c e n t l y   i n  t h e  m a r k e t .   In   w i n d   en erg y   s y s t e ms,  t h e   PM SG s   a r e   o f t e n   di re c t ly   c oupl ed   t o   t he   t urbi ne  e l i m i na t i n g   t he   n e e d   o f  ge a r bo x   tha t   h e l ps  i n  avo i di n g   g e a r   l o sses  w h ic h  on  d i f f er en t  w i n d   s pee ds  d i s tur b s  ge ne rate d  v o l ta ge  a s  w e ll  a s   fre que nc y  leve l.   W i t h   t he   h e l p  o f   pow er  e le c t r o ni c s   d e v ice s   a n d   c ont rol   t e c h niq u e s  th e   p o w e r   a nd   v olt a ge  fl uc tua t io ns  c a n   b e  re gu l a t e d.  T hese   d e v ic es  a r e   know n  as  t he   F AC TS  c ontro l l ers  tha t   m a i n l y  i n cl u d e  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e c  2 0 19   :   1 969   –  1 976  1 970 D S TA TCO M ,   sta t ic  s y n chr o nous   s e r ies   c o mpensa t o r   ( S SS C )   a nd   u n i f i e d  pow er   f low   co n t r o l l e r   ( U P F C ) .   While  t h e   c onv ention a l  DSTATCOM  a nd   SSSC  can   c o n trol  o n e   v aria b le ,  t h e  UPFC   c a n   c o n t ro l  thre e   va r i a b les  [ 4 - 6 ] .   T his  w o r k   m a i nl y  f o c u se s  on  the   p o w e r   qua li ty  an d  hence   tw o  va r i ab le  c o n t r o l  w i l l   b e  suf f i c ie n t   a nd  w h ic h  ca n  b e   a ch ieve d  b y   usin g  D S TA TCO M   o r   S S S C  with  E S S.  The   DSTATCOM  i s   pr efe r r e d  a n d  it  i s   a   s h u n t  de vice  t h a t   c an  b e  use d   i n  gene r a ti on,   t r a nsmi ssion  or   d is tr i b uti on  si de  d ep e n d i ng   on  the   pa r a m e t e r   to  b e   con t r o l l ed.     The  o p er a tio n  of  c o n v en t i ona l  D S TA TCO M   u se d  f o r   lo ad  l e v el i ng  a n d   v ol t a ge  c o n t r ol  o f   P M S G   ba se d  D G   se t   f o r   sta nda lone   s upp l y   s ys tem   is  d i s c u sse d   i n  [7] .   The  pr inc i p l e   of  D S T A T CO M   a n d  d i f f e r en t   co nt rol   st ru ctures   s u c h   as  d i r ec t   cu rre n t  c o n t ro l ,   i ndi re c t   c u r r e nt   c o n t r o l ,   dua l  l o o p   c u r r e nt  c on t r o l   a nd  P I   r e gu lat i on  ar e   di scuss e d  in  [ 8] .   A   deta ile d  r e view   o f  D S TA T C O M s   u s e d  for  t h e  e l ec tric   power   s yst e m   ar e  r e por te d  i n   [ 9] .   The  a p p l i c atio n  o f   D STA T CO M / B E S S   f or   w ind  pow e r   sm oo th eni n g  an d  h y d r o ge n   ge ner a t i o n   i s  d e ta ile d  i n   [ 1 0 ] .   T he   l oa d  leve l i n g   a n d   c o n tr o l   o f   vo l t age   w i t h   B ES S / D S TA TC O M   i s  di sc usse d  [ 9 ]   f o r   P M S G   b ase d   g e n e r at or   d r i ve n  b y   d iese l  en g i ne   w her e   s pee d  of   r ot a t i o n  i s   a p p r ox i m a t e l y  c ons tan t   un l i ke  W ES   w hose   v o lta ge  a nd  f r e q u enc y   h as  t o  be  c on d i t i one d.   T he  out p u t  o f   w i nd  fa r m   i s  co ntr o l l ed   b y   a b sor b in g  or   p r o vid i n g   r eal   pow er   a n d   t h e   t he  r ea c t i v e   pow e r   i s   c on tro lle d  wi t h   D S T ATCOM/B E SS   i s  r e por te d  in  [ 10 ] .  The  DS T A T CO M w i t h  B E S S   is a  ca p ab le   o f pr ov id i n g b o t h  r eac t i ve   p o w er  supp or t a n d a l s o   sm oo t h   p ow er   f l u c t ua t i o n s  b y   in ject i ng  ac tiv e   pow er   u si ng   t he  B ES S   [ 1 1 ,   12] .   The   load  c om pe nsa t i on  an d   c o n t r o l   o f   v ol tage  o f  P M S G   b ased  d iese l  ge ne r a t o r   set   for   stan d a l o n e   a p p lica tio ns   w it h  impr ove d  fu e l   e f f i cie n c y   u s i n g   B ES S / D S TATCO M   i s  de sc r i be d  in  [ 13] .   In   t hi s   p a p e r,   i nt eg r a ti on   o f  DSTATC OM   w i t h   a  B E S S   i s  c o nsid e r e d   fo r  P M S G   b ased   g r i d   tied  WE C S   a n d   i ts  c a p a b i l i t y   f o r   sm oo t h i n g  out  i nte r m i t t e n t  pow e r   o u t p u t   h a s   b ee n  e v al u a ted.   T he  f uz z y   l o g i c   ba se d  M P PT  c o n tro l ler   is  u se d  to  e x t ra ct  m a x i m um   p o w e r   f rom   PMS G   ba sed  WE S .   T his  w o r k   p r i m a r i l y   a i m s   a t  smoo t h i n g  the   pow er   i n j ec ted  t o   t he   u ti li ty  g r i d  u s i ng  BES S   b ased  D S T ATCOM  with  t he  h ar monic s   r e gu late d  w i t h i n   t he  s tan d a r d  lim its.   The  P Q   c on t r o l   s t r ate gy  i s  use d   t o  c o n t r o l  the  thr ee- phase  i n v e r t e r   for   m a na gin g   a c t i v e   an d  r e ac t i v e   pow e r   e xc ha nge  w it h  t h e  ut ili t y   g r id.   T h e  c o n t r o l   sc he m e   i mple me nte d   f or   D S TA TCO M   h a s   n o t   o n l y  p o w e r   qua l i t y   e nha nc em en t  a b i l i t y  b u t  i t   al s o   h a s   t h e   cap a b ili t y   t o   supp ly   r eq ui red  a m oun t  of   p o w er   t o  t h e  u t i lit y  w i t h   h e l p   of  b a t t e r i es.   The  a c t u al   w in d   sp eed   d at a   i s   c o n sid e red  f o r  t h e  sim u la ti on   s tu dy   o f  the   s y s t e m .   The   DS TATC O M   c on tro l   s che m e   for   t h e   g rid  conn ected   W ECS  fo r  p o w er   qua lit y  im p r o v e m e nt  i s  imple m e n t e d   an d  si m u late d  us in g  MA TLA B / S IM ULI NK  so ftwar e .  Th e  f i n a l  result  of   c o n t r o l  s t r a te gy  im ple m e n te d  is  a   s moot h  and  c o n t r o lle d  pow e r   ou t put  w hic h   c an  b e   i n jec t e d   t o  the  g r id.       2.   WIND  E N ERGY SYSTEM CO N FIGURATION   The  sc h e m a ti c   bloc k  dia g r a m   of  t he   20  k W ,   41 5V ,   w i nd  p o w e r   gene ra t i on   s y s t e m  co nn e c t e d   to  ut i l i t y   g r i d  is  s how n  i n   F ig ur e  1.   T he  P MS G   ba sed   gr id   c on ne c t e d  WEC S   c on si st s  o f   u n c on t r ol l e d   r e c t ifi e r ,   bo os t  c o nve r t e r   a nd   t hr e e - p h a se   i n v er t e r .   I n  or der   t o   e xtr a c t   m a x i m u m   p o w er  f ro m  WE C S ,  th e  f u zzy   l o g i c   ba se d  MP P T   c on t r ol ler   is   u se d.   T he   P Q   c o n t r o l  s t r a te gy   i s   use d   t o   c on tr ol   t he   g r i d   sid e   i nver t er .   The   w i n d   ge ner a t i n g   s y s t e m  i s   i n t e g r a t e d  t o   t he  u til it y  gr i d   u s i n g   4 15V / 3. 3kV   s t e p  u p   t r a nsf o r m er .   I n   t his  s y s t em ,  BESS /DSTATCOM  is  u se d  t o   m it iga t e   the  powe r   f luc t ua tio ns  g e n e r a te d   fr om   W ES .   The  B E S S   i s  us ed  f or   sup p l yin g   o r   absor b i n g  ac ti v e   pow er   t o  s m ooth  the   ou tpu t   p ow e r   of  W E C S .   I n  t h i s   p a p er ,   th e   m ode l  o f   D S TA TCO M  w it h  BES S  is i m pl e m e n ted  i n  MA TLA B/S i m u l i n k   p l a t f or m  t o r e d u ce  t h e   p ow er   f luc t u a ti ons  o f  gr id  i n t e g r a te d  WE CS.          F i gur e   1.   S c hem a tic  d i a gr am  of   t h e  WES   w ith  B ES S   base d  DS TA TC O M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Po w e r  sm oo t h ing m e t h o d   o f   PM SG   base d  gr id i n te gr ate d  wi nd  e n e r gy co nv e r si on …  ( J ay a l ak shm i  N .   S. )  1 971 3.   M O DELI N G   AND  C O N TR OL OF WES  3. 1.     Mod e lin g   of   W ES   w i t h  MPPT  c on t r oller   The  m echa n ic al  pow er   a va ila bl e  f r o m   a  w i n d   t ur bi ne   u se d  f o r   P M S G   based  WES   is    r e pr e s e n te d  b y   ( 1) .       ,    (1 )     whe r e  ρ  =  air  de n s i t y ,  A  =  rot o r  swept  a r ea ,  V w = w in d  sp ee d  in  m /se c ,   C p   i s  co e f fi ci e n t   o f   p erfo rman c e .   T he  ti p  spee d  r a tio  i n  ter m s  of  r ot or   s pe ed  a n d   w in d  spe e d   o f   t h e  g ener at or is repre s en ted b y   ( 2)         ( 2 )     The  wind  t u rbi n e tor que  o n t h e  shaft  can  b e  c a lcu l a t e d   f ro m   the   pow er   [ 1,   2 ]       ,  ( 3 )     The  MP P T   a l gor it hm  k e e p s   t he   p ow er   c oef f ici e nt   C p   a t  i t s   ma xi m u m,  C p =C pma x ,    co rres p ond s to   λ op t   [1 ] .   wh ere         ( 4 )     H e nc e  t h e   m a x i mum   pow er   c or r e spo n d in g  to  C pm a x   i s r e pr e s e n te d  b y         0 . 5     ( 5 )     The  r e fer e nce   spe e d   o f  w i n d   t ur bi ne  ω ref   i s  gene r a te d  b y   t he  M P P T  c ode   u s i ng  P e r t ur b  and   O b ser v e   ( P &O)  tec hni q u e.   A   f uzz y   l o g ic   c o n tro ller   i s   u se d  to   r ota t e  t h e   r o t or   o f  P M S G   w it h  t h e  spee d  c o r r e spo ndi n g   to   m axim um  pow er   p o i n t .   The  sc hem a t i c   d i a g r a m   of   f uzz y   l o g i c   b a se d  MP P T   c ontr o ller   used   f o r   w ind   sys t em   i s  show n  in  F ig ur e  2.             F i gur e 2.  F uzzy  b ase d   M PPT con tro l ler  for WE CS      3. 2.    PQ Con trol  S ch eme   f o r In vert er  Th e   re l a ti on s of  a ct iv e   a n d   re a c t i v e  p o w ers i n  s yn ch rono us  ref e r e nce   fr am e are   re prese n t e d u s i n g t h e   fo llow i n g  re l at i o ns  a s       P  gd   V gq  ( 6 )       Q  gq - V gd  ( 7 )     The  a c t i v e  a n d   rea c tive   p o we r   con t rol   ca n  b e   r ealise d   by  c o n t r o lli n g   t he  d - a x i s  an d  q- a x is  c ur r e nts   r e s p e c t i v e l y   w i t h  P I   c o n t r o l l e r s .  T h e  r e q u i r e m e n t  o f   u n i t y  p o w e r  fa ct or  i s  ac hi ev ed   r e g ul a tin g   t h e  q - ax i s   cu rren t   a t   ze ro  v a l u e .  Th e   ph ase   l o ck ed   l oo p  (PL L )   b l o c k   t h a t   m ea sur e s  t h e  gr id   v o lta ge  phase   a n g l e   θ g ,  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e c  2 0 19   :   1 969   –  1 976  1 972 w h ic h  i s   u se d   t o   i m p lem e n t   P ar k  tr a n s f or ma tio n  an d  t o   s y n c hr o n i z e   t he   i n v er t e r   w i t h   t he  u t i lit y  gr id.   A   low e r   bo u nd  o n   t h e   d c   bus  v ol ta ge  c a n   b e  deter m i n ed  f r o m   the  fo l l o w i n g  eq uat i o n  at  a   uni t y   p o w e r   f actor   [ 14,   15] ,     0 . 61 24 m DC  3     ( 8 )     wh ere  I AC =m aximum   p ossib l e  RMS  val u e  o f   t he  A C  lo a d   c urre nt,  V L =li n e- l i ne  R MS   v o l t a ge  o n  the   in ve r t er  si de,   and  m a = m odu la ti o n   i n d e x  of   t he   i nve r t er .   I n   o r d er   t o   get  si n u so i d a l   o u t p u t  ou t p ut   f or   t he   i nve r t er ,   LC L  filter  [ 16 ]  is  u s e d .   I f   P   i s  rat e d   po wer,   f   i s   lo ad   f re qu en cy ,  f s   i s  in ve r t er   s w itc hi n g   f r e q u e ncy,   f r   i s  resonance  f r e que n c y  the n   t he   f il ter   desi g n   e qua tio ns  a r e   a s  follow s   [ 1 7 ,   18] .    0 . 0 1   ( 9 )     wh er e  L 1   a nd  L 2   are   i n v e rt er   s i d e  an d   loa d   s i d e  i ndu c t a n ce s  re sp ec ti v e l y ,    i s  filte r  c a pa cit a nce .   F rom  equa tio n   ( 11)   f or   2 0K W  o f   pow er ,   5 0 H z   a n d   415V   l i n e   vo l t age,   t h e  r e s ona nc e  f r e que nc y  is   s e l e c t e d     as  2 .       ( 10)     Fo r  mi n i mi z i ng   ( L 1  +  L 2 ),   L 1  =   L 2  = 3 . 1 66   m H  i s   c h o s e n .  To   r e d u c e  unn e c e s sa r y   o scil l a ti on s  an d  in sta b ili ty,  a  d a m p in g  resis t or  ‘ r’   s ho uld  be  a dde d  in  s er ies  w ith  t he  c ap ac itor   an d  i s   e xpr e s se d  as         ( 11)     The  des i g n   v a l ue s  a r e  L 1   =  3. 16  mH ,   L 2   =   3. 167  m H ,   C f   =   3 . 8   μ F   and  the   da mpi n g  r e sis t or   r =6. 9 8  Ω.   The   co ntr o l  str u c t ur e  o f   t he  g r i d  s i de  c o n v er t e r   is  d e p i c t e d  i n  F ig u r e  3 .           F i gur e  3.   S c h em atic  d iagr am  of  P Q   c ontr o l  str a t e gy  f o r   in v e r t er       4.   CONTROL   STRATE G Y OF  B ESS   BAS E D  DSTATCO M   The  o u t p u t   o f   P M S G   b a s ed  W ECS   w i ll  b e   h i ghl y  i n ter m it te nt  i n  na t u r e   due   t o  t h e  va r i a t i o n s   i n  ve loc i ty of  w i nd.   The   DS TATC OM i nc or p o r a t e d   w i t h  BES S   [ 1 9]   i s   u sed  to   s moot h  th e  p o w e r   p rod u ced   f r o m   win d   g e n er at o r .  The  VSC,  i nterfac i ng  i n d u ct ors  ( L f )   an d  r i p p l e  f i l t e r s   a r e  th e   m a in   c om po ne nt s  f o r   t h e   de ve l opme n t  o f   D S T A T CO M.   T he   c o n t r o l  s t r a t e gy   i mpl e m e n t e d   f or   B ES S   based  D S TA TCO M   i n  or de r   t o   m i t i ga t e   t he   p ow er   f l u c t ua t i ons  o f  gr i d   c o nne c t e d   W E C S .   T he  pow e r   i nj ect ed   t o   t h e   ut il i t y   sy st e m   m a y   b e  c o n s ta nt  o r   va r i a b le  d epe n d i n g   o n  the   gr id  p ow er   r equir e me nt .   I f  re fer n ce   powe r   i s  less  tha n   o u t p u t  o f   W ES ,  the n   i t  w i l l   b e  abs o rbed   b y  BE SS/DS TATCOM.  If  t he  w i n d  power  g e ner a t e d   i s   l ess  th a n   t he   r e f er ence   v a l ue   the n   t he n  t h e   d e fi c it  p o we r  is   s up p lie d  b y   B ES S/DS TATC O M .   The  B ES S   e i t h e r   a bsor bs  o r   s u p p l i es  pow e r   de pe n d i ng  o n   t he   p ow e r   c omm a n d   s i g nal  f r o m  the  c o n t r o l l e r   a s  pe r   ( 12)   a nd  ( 1 3)   s o  t h a t   t he   s m o o t he d   pow e r   is  i nje c te d  t o   t h e   u til ity  g r i d.   T o  sup p l y   a   s m oot he ned  po w e r   t o  the   ut il ity  g r i d,   a   B ES S   ba sed  D S TA TCO M   c o n t r o l l e r   i s  i m p l e m e n t e d .   F i g u r e  4  s h o w s   t h e  s c h e m a t i c  b l o c k  d ia gr am   o f  pow e r   s moo t h i ng  c o n t r o lle r   used  fo r b a ttery  b ased  DS T ATC O M .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Po w e r  sm oo t h ing m e t h o d   o f   PM SG   base d  gr id i n te gr ate d  wi nd  e n e r gy co nv e r si on …  ( J ay a l ak shm i  N .   S. )  1 973         ( 12)             ( 13)           F i gur e   4.   C o n t r ol   s t r ateg y  o f   B ES S   base d  D S TA TC O M       The  c o n t r o l  sc hem e   h as  a n  ou ter   l o op   f or   g e n e r at in g  c u r r ent  r e f e r enc e s   b a s e d   o n   t h e  me asured   p o w er  a va il ab le   f ro m  t h e  wi nd   s y s t e m  a n d   po wer  re q u i r emen t   of   t he   u t i lit y gr id.   T h e  i n n e r   lo o p   c om pr ise s   o f  c u r r e nt   r e g ul a t or   t o  gen e r a te  t he  c o n t r o l  si gn als  f o r   th e  inve r ter   depe nd ing  on  t h e   p o w e r   or   c ur r e nt  c omm a n d   f r o m  the   o u t e r   l o op  o f   t he   c on tr o l l e r .   T he  p ow er   r e f er e n ce   f or   B E S S   i s  gene r a ted   b y   s ub tr a c tin g  in sta n tane o u s  pow e r   w i t h  a v er a g e  p o w e r   com pute d .   Thi s   h e l ps  i n  mi ni miz i n g   t he   f l u ctua t i o n s  of  p ow er  ge nera t e d  from   WE C S .  The  a c ti ve  power  r e f er ence   i s  ass u m e d  con s ta n t   o r   va r i ed  i n  s t e p s  depe nd in g  o n   gr i d   pow e r   r equ i r e me nt s.   T he   B ES S   a b sor b s  or   s up plie s  th e   pow e r   b ase d  o n   t he  p ow er   c om m a nd  f r o m   the   c o n t r o ller   a nd  he lps  in  s up p l y i n g   s mo ot he ne d  p o w e r   t o   t he  u ti li ty  g r i d.   T h e   r e active  pow er   r e f e r enc e   i s  take n  a s   z er o  t o   m ai nta i n  the   un i t y   p o w e r   fac t or .   The   va l u e  of   I dr e f   i s  com p ut e d   b a s e d   o n   t h e  err o r  betwee n  the   m e a s ured  a n d   r equ i re d  a c t i v e   p o wer  to   b e   in jec t e d   t o  the   u til it y  g r i d   ( P me s -P req ).  S i m ilarly,  t h e   r eactiv e  po wer  erro r (Q mes -Q re q )   is  u sed  t o   m a i n t a i n  the  r e q u ir e d   r ea cti v e  pow e r   e xcha ng e   in  t he   s yst e m .       5.   RESU L T S  A ND DIS C U S S I ON    The  m a in  o b j e c ti ve  o f  t h is  s e c ti o n   i s  to  a sse ss  t he  p erform ance  o f   t h e   g r i d  c o n n e c t e d  W E C S   a n d   t o   de mon s tr ate   p o w e r   smoot h i ng  w i t h   a nd  w i t h o u t  co ns i d e r i ng  B E S S /D S T A C O M .   To  t e s t  t h e  per f or ma nce   o f   the   sy st e m   w i t h   B ES S/DSTATC OM,   two  d i ffer en t  case s   a r e   c o n s i der ed .  Th e   W E S  i s   c on n e c t e d   t o  th e  u t ili ty  gr id  t hr o u g h   a   0 . 4 1 5 / 3. 3 k V   step- up  tr a n sf or m e r .   T he  r eal  t ime   w in d   spe e d  da t a   i s  c ons ide r ed  f or   t he   sim u la ti on  s t u dy  of  t he  w i n d   e n er gy  c o n v e r si on   s yst e m .   T he  p ar a m e ter s   o f  DS TATCOM  a n d   b a tte ry  s t o ra g e   a r e  r e por ted  i n   T able   1 .   The  pow e r   r a ting  o f   W ES   i s  2 0   k W,   415V .  A  BESS  with  D STATCOM  o f   c apac it y  15  k W   i s  use d   i n  t h is  w or k.   T he  v o lta ge  a t  th e  poi n t   o f   com m on  cou p l i n g  i s   415V .     The  pat t er n  of  w in d  spe e d   i n p u t  t o   t he   W ES  is s how n  in  F i gur e   5 (a). Th e   p o w er g en erated  by   P M SG  ba se d  WES   w itho u t  c o n s i d er ing  BES S /D S T A C O M   i s  s h o w n  in  F i gur e   5 ( b ) .  T h e  p o w e r  o u t p u t   o f   W E C S  i s   c o n t r o lled  b y   M P P T  c ont r o ll er .        Ta b l e 1.  DS T ATCOM P a ra met e rs  P a ra m e te rs   V a l u e s   Inve rte r   3   A rm  I GB T   Inve r t e r   Sw itc hing  Fre que n c y  10  kH z  DC   link  V o l t a g e   800V   D C   link  Ca p a c i tor  2µF  Ba tt e r y  800V ,   4 . 2 Ah    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I n t  J Po w El ec &  D ri S y s t   Vo l. 1 0 ,  No . 4 ,   D e c  2 0 19   :   1 969   –  1 976  1 974 Th e   c u rr e n t   corres p o ndi ng   t o  t h e   o u tpu t   o f  WES  wi t h out   B ES S/ DST A T C O M  i s   s how n  i n   F ig ur e   6( a)   a nd  it  is  o bse r ve d  tha t   t h e  c ur r e nt   i s h i g h ly  f l u c t ua t i ng  in  n a t ur e .   T he  h ar m o n i c   spe c t r u m  of  t he  c ur r e n t   i s  de p i c t e d   i n  F i gur e  6( b) .   The  t o ta l  har m on ic  d i s t o r t io n  ( T H D )   o f   c ur r e nt   b efor e  P C C  is  1 0. 68 %  a n d  w h ic h  is  m o re  than  IEEE standa rds [20] .        F i gur e   5( a ) .   W i n d   v e l oc it y  da ta   F igur e   5( b) .   P o w e r   outp u t   o f  WE CS        F i gur e   6( a ) .   O ut p u t   cur r en t  o f   i n v er te r F i gur e   6( b) . H a r m oni c   spec tr um  o f  t h e   l i n e  c u r r e nt       I n   o r d er   t o  ass e ss  the  e f f e c t i v ene s s  o f   t he  c on tr o l   s tr a t e gy  w i th  B ES S/DS TATC O M ,   two  differe n t  c a se  s tu d i e s   a r e   c ons ide r ed  d e p en d i ng  on  th e  nat u r e   o f  r e f e r e nc e   p o w er.  T h e  re fe ren c e   p o w er  w h i ch   i s  t o   b e  in jec t e d   t o  the   u t i lit y  gr id  c a n   b e   e i the r   f ix ed  o r   va ria b le  a c cor d in g  t o   g r i d  de ma n d .   A t   a ny  i n s t a n t ,   i f   t h e   r e f e ren c e  po wer i s  less th an   o u t pu t of  W ES , th e n   it  w i ll b e  ab s or be d  b y  S TA TCO M  as  p e r   equa ti o n s ( 1 2)  an d   ( 1 3 ) .  If  t h e   r e fere n c e   po we r   i s   m o r e   th an   w in d  po we r  outpu t ,   e x tra  p o we r  wi ll  be   s up p lie d  to  t he   l i n e  s o   t ha t   ne t   p o w e r   bec o me s  equa l   t o   t h e   r efe r enc e   pow er .       C a se 1:  G e n e rat i o n   of   f i xe d r e f e ren ce po w e r ou t p u t   f r om W E C S   I n   t h i s  c a se,   th e  pow er   s up pli e d  b y   t he  W E C S   to  t he   u t ili ty  g r i d  i s   c o n s t a n t  an d  l e t  t h is  r efere n ce  pow e r  P ref  i s c hos en as  1 0  k W.   T he  va r ia tion  i n   t he  pow e r  ou t pu t o f   W E S ,   ref e ren c e  p o w e r  an d   th e  n e t  po wer  in jec t e d   t o  the   uti l i t y  gr i d   a r e   s h o w n   i n  F i g u r e   7 ( a ) .   T he  a cti ve  a nd  r e a c t i ve   p ow er   s u p pl ie d  or   a bs or b e d  by  BES S /D S T A T CO M  is  s h o w n   i n  F i gur e  7( b) .   The  BES S   a bs or bs  o r   pr o v i d es  p ow e r   b ase d   on  t h e  r e f e r e nce   pow e r   c h o o s e n   a n d   s m o oth e ns  t he  w i n d  pow er   o ut p u t   a s  per   t h e  co n t ro l  sc he me   i m p lem e n t e d .  The   w a vef o r m s  of  t he  c ur r e nt  s u p p lie d  t o   t he  i s  show n  i n   F ig u r e   8( a )   a nd  it  i s   s e e n  t h a t   t he   c ur r e nt   i s  sin u s o i da l.  The   TH D   o f   t he  c ur r e n t   i s  de pic t e d   i n  F i gur e  8( b)   a n d   i s  obser v e d   t h a t   the   THD  is   w ithi n   5   p er cent  as  de sc ribed  by IEEE  st a n dards.        F i gur e   7( a ) .   W i n d   p ow e r ,   r e fer e nce   pow e r   a nd  net  pow er     F i gur e  7( b) .   Ac t i ve   a n d   r ea cti v e  pow e r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Po w e r  sm oo t h ing m e t h o d   o f   PM SG   base d  gr id i n te gr ate d  wi nd  e n e r gy co nv e r si on …  ( J ay a l ak shm i  N .   S. )  1 975   F i g u r e   8 ( a ) .   T h e   c ur r e nt  i n j ec t e d  to  t he   g r i d    F igur e  8( b) .   Ha r m oni c   spec t r um  o f the   cur r ent       Ca se 2 :  Gener a tio n  o f  p o wer   o u tp ut o f  WECS   in accord a n c e  w ith the gri d  re quiremen t   In   t h i s  c a s e ,  th e  W E S  i s   s uppl yi n g   po we r   t o   t h e   u til i t y   g r i d   i n   acc or da nc e  w i t h   t he  g r i d  r e qu i r em ent.  F i g u r e   9 ( a )   sh ow s  r e spo n ses  of  r e f er e n ce   p ow e r ,   pow e r   out p u t   of   W ES   a nd  ne t   p o w e r   sup p l i ed  t o  the   uti l i t y  g r id .   It  i s   ob ser v ed   fro m  Figu re   9 (a)  th at   t h e   f lu ct u a ti on s  in   the   o u t p u t   o f  WES   ar e   m i nim i ze d  a n d  s m ooth   pow e r   i s  su pp lie d  t o   t he   g r i d  acc or di n g   t o   the  var i a b le   g r i d  r e qu irem ent s .  The  re al  a nd   r e a c t i v e  p o wer  sup p l i e d  or   a bsor be d  by  BES S /D S T A T C O M  is  s how n  i n   F i gur e  9( b) .   I t   c an  b e  see n   t h a t  the   i n term i tte ncy   in   w i n d   p ow er   o utp u t  has  be en   s ucce sf u lly  c ompe n s a t e d   b y  i n c o r por a t i ng  B ESS   based  DS TATCOM   i n  the   sys t em .  The  sinus o i dal  wave f o rm   o f  t h e  cur r ent  injec t e d   t o  the  gr i d   o n  3. 3   kV   s i d e  o f   t r a nsf o r m e r   i s  de pic t e d   i n  F i g u r e   1 0 ( a ) .  T h e   T H D   o f  t h e   c u r r e n t  s u p p l i e d   t o  t h e   u t i l i t y   s ys tem   is   r e por te d  i n   F i gur e  10( b)   a n d   i t   is  fo und  t h a t  THD  is  4 .81%  w hich m ee ts t he I EEE stan da rds.           F i gur e  9( a) .   Wi n d   p ow er   oup ut,   r efe r enc e   p ow er   a nd  ne t   p o w e r   ou pt ut   w i t h  B E S S   b ase d   D S T A T C O M         F i g u r e   9 (b).  A cti v e  an d r eac tive   powe r  sup p l i e d b y   B E SS  b a s e d  D S T A T C O M      F i gur e  1 0 ( a ) .   T he   c ur r e nt  i n j e c t ed  t o  the   gr i d      F i gur e   1 0 ( b ) .   H ar m onic  spe c t r u m   of  t he  c ur r e nt         I t   i s  evi d e n t  fr om   t he   s im u l a t ed  r esul ts  o b t ai ned  f o r   bo t h   case s  cons i d er ed  t ha t  t h e  p o wer   in jec t e d   t o   the  u t i l i t y   g r i d   is  a lm ost  sm o o the d   t o  a   f i xe d  va lue .   T he   o utp u t   po we r   v a ri a t i o n s   o f   wind   e n e r g y   co nve r s ion  sys t em   c an  b e  sign ifica n tl y  mit i g at ed  by  inc o r p o r ati n g  t h e  bat t er y  base d   D S TA TCO M   s ys tem .   Th i s   c o n firms   the  e f fec tive n e s s  of  t he   c on t r o l   s t r ateg y  i m p l em en te d  to  s up p o r t  pow er - s moot hi n g   c o n tr o l   u si n g   BES S /D S T A T CO M  a n d  is  p o ssible   t o   p e n e t r a te  h ig he r   w i n d   pow er   t o  th e  u tility   s y s t em.      6.   CONCLUSION  The  co n t r o l  s c hem e   o f  D S TA TCO M   w it h  a  B E S S   f or   pow er   qua li t y   i m p r ov e m e n t   of   t h e   g r i d  in te gr a t e d   W E S   i s  pr esente d.   T he  d yna m i c  m odel  of  W ES   w i t h  fuz z y  lo gic  base d  M P P T   c on t r o lle r   co up l e d   wit h   B ESS / DSTATCOM   i s  r e a l iz e d   i n  M A T L AB/Sim ul in k  e n v i r o nme n t.   The   de ve lo pe d  c o n t r o l l er   h e l ps  i n   sta b i l i z i ng  t h e   pow e r   r e duc i ng  the   low e r   f r eque nc y  c o mpo n e n t   o f   h ar m oni c   spec tr u m   t hu s  sm oo thi n g  t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st V ol.  10,  N o.  4 , Dec  201 9 :   1 9 6 9  – 1 976  1 976 p o w e r   i nj e c t e d  t o   t h e   u t i l it y   gri d .  Th e   re gul at i o n   of  D C   bu s  v o l t a g e  is  m ai nt a i ne d  us ing  P Q   c ontro l  s t rateg y   use d   f or  t hree -phase   i n v ert e r .   T he   s imul ate d   r es u lts  w ith  p r o p o sed  scheme  i mplem e n t ed  f or  B ES S   i n co rpo r at e d   D STATC O M   h a s  n o t   on ly   power  q u a l i ty   e nh an c e m e n t   ab ili t y   b ut  it  a l so   h a s   t h e   c a p ab il ity  t o   sup p l y   r equ i re d  am ou nt  o f  pow er   t o  the  ut i lit y  w i t h   h e l p  o f   b a t tery  b an k.  H ence ,  l a rger   i n t e g rat i on  a n d   pene tr at ion  o f  i nterm i tt e n t   ene r gy re source s  t o   t he u t i l i t y  gr i d  is  p ossib l e.       REFE RENCES  [1]   Jayal a ks hm i  N .   S .   a n d  D .   N .   Ga o n k a r,   " M a xi m u m   P o w e r  P o int  Track ing  f o r  Grid  I nt egrated  Variable  S peed  W ind  based   Di st ribute d   G en era t io n  S y stem   w it h  D ynam i c  Lo ad, "   In te rna t io na l J o urn a l of  Re n e wa ble  En e r gy  Re se a r c h ,  vol .  4 ,   n o.  2 ,  2 014.   [2]   Jayal a ks hm i,   N .   S .   a nd  Gao n k a r,   D .   N . ,   "A  N ew   C on tro l   M e t ho d  to   M i tiga t e  Pow e r  Fl uct u ations  f or  G rid  Integrat ed  PV/W ind  Hybrid  P ow er  S ystem   Us ing  Ult r ac apa c it ors,"   Int e rna t ion a l  Jou r n a l  of   E m er g i n g   El ectr i c P o wer  Sys t ems ,  vol .  1 7 ,  no .  4,   pp.   4 51-4 6 1 ,   2 01 6.    [3]   Abdul   Moti n  Howlader,  N a omi t su  U rasaki,  A t sus h i  Yona,  Tomon o bu  Se njy u   a nd   A hme d   Y o u su f  Sa be r,  " A  re view  o f   o utpu t  p o w e r   s mo oth i ng   m e t ho ds  f or   w ind   e n e r gy   c on ve rsion   sy st ems,"  Re ne wa ble  a n d  Susta in ab le   En e r g y   Reviews ,   vol.   26,  p p.   1 35 -14 6 ,   2 0 1 3.   [4]   S h arad  W .  Mo h o d  and  M o h a n   V .   A ware,  "A   S TA TCO M -Co n trol  S chem e  f o r   G rid  Co nn ected   W ind   En ergy   S ystem  for  Pow e r Qua lit y Im provem en t , "  IEE E  Systems J o ur nal ,   vo l .   4 ,  no.   3 ,  p p .   3 5 6 -352,   2 0 10.   [5]   A.  A dam czy k,  R .   Teo d o r escu,   R.N.   M uk erjee  an d  P .   R od rigu e z ,  "Ov ervi ew  o f   F A CTS   Dev i ces  f or  W in d  P o w e r   P l ants  D i r ectly   C o n n ected  t o   the  Trans m is s i on  Net w ork , "  2 0 1 0  IEEE ,   Interna t i onal Sym posiu m on  In dus tria l  Elect ro n i cs  ( I S I E) ,  IEEE ,   pp.   3 7 4 2-37 48 ,   2 010 .  [6]   Heier,   " G r id  I nt e g rati on   o f  Win d   E nerg y  Co nv ersio n   S y s t e m, "  Chi ce s t er,  UK ,   Joh n   W i l ey  &  So ns  Ltd ., 19 9 8 .   [7]   B.   S i ngh ,  Ram  Ni was,   a n d   S . K .  Du be,   " L oad   Leveli ng   a n d   V oltag e   Co ntro l  o f   P erman e nt   M ag n e t  S y n c hron ou s  Generat o r-Based   D G   Set   f o r  Stand a l o n e   S up ply   S y s t em,"  IEEE Trans a c t ions on i n dustri a l   informati cs ,   v o l . 1 0 ,   n o .  4 , p p.  2 03 4- 2 0 4 3 , 2 01 4.   [8]   Yin g  ZHA O ,  Bo - w e n  S U N,  " Research   o n   S T A T CO M P r inc i pl e  an d  Co ntr ol  T e c h no lo gy ,"   In ternat io nal Co nfer en c e   on  Cons um er Elect ro nics , Co mmu n i c ation s   and Netwo r ks  ( C ECNet) ,   IEEE,   p p .  15 9 3 - 159 6,   2 0 1 1.   [9]   Bhim  S i n g h ,  Ram   Ni was,   a nd   S unil  K u m a r  Du be,   "Lo a d  L e veli ng   a nd  V o l t a g e  C o n t r o l   o f  P e r m a n e n t  M a g n e t   S ynch r on ous   G enerato r-Based  DG  Se t   f o r  Stan dalo ne  S u pply   S y s t e m ,"  IEE E  T r ansa c tio n s  on  Ind u strial  Informa tics ,   v o l . 1 0, n o . 4 , pp . 20 3 4 - 20 43 , 20 1 4 .   [10]   S .  M .   M u y e e n ,   R .  T a k a h a s h i ,   T .  M u r a t a ,   J .   T a m u r a  a n d  M .   H .  A l i ,   " Application  of  S TATCOM / B ES S  for  wi nd  pow er  s m o o t hening   a nd   h y d ro ge n   gen e ratio n, "   Elect ric Po wer  System s  R e sea r ch ,   v o l .  79 ,  no .  2 ,   p p.  365 -37 3 .   [11]   C.   B ano s ,  M .   A t e n,   P .  Cartw r ight ,  T. C.  G reen ,  "Ben ef it s   an d  co n t r ol  o f   S T ATCOM   with   e nerg y  s t o r age  i n   w in d  pow er gen erati on, "   IEE E  In te rna t io na l Co nfe r e n c e  on  AC   a n d   DC  Powe r  Tra n sm ission , pp .  2 30  –  2 35 ,   2 0 0 6 .   [12]   G.  E scobar,  A.M.  S tankovic,  P .   Mattavelli,  " Reacti v e  power,  i m b alan ce  and   harm on ics  c o m p en sation   usin g   DST A TC OM  w ith  a   d i s sipati v i t y -based  c ontrol l e r,"  IE EE Con f er ence on D e ci si on  a n d   Co ntr o l ,   pp.   3 0 5 1 - 305 5,  20 0 0 .   [13]   Bhim  S in gh ,   Ra m  Niwas,   a nd   S . K .   Du be,  "Lo a d  Level i n g   a nd   V ol tag e  Co ntrol  of  P erm a nen t   M a g n e t  S y n c hron ou s  Generat o r-Based   DG  S e t   f o r  Stan dalo ne  S up ply  S y stem, "   IEEE T r an sa c tio ns   on  in dus t r i a l  i n formatics ,  vol   1 0 ,    n o .  4 , p p.  2 03 4- 2 0 4 3 , 2 01 4.   [14]   N.   M o h an,   " T .M .   Un del a nd  an d  W . P.   R ob bins ,   P o w e r  Electron i cs-Co nverters, "   A pplica t i o n s  a nd D e si gn .  J o h n   Wil ey an d S ons ,   Th ird   Editi on,   201 0.   [15]   Dani el W . H a rt, "P o w er El ectro n i cs ,"  Ta t a  M c gra w   Hill E ducat i o n  l t d . ,   pp.   3 61  – 3 6 6 ,   2 011 .  [16]   S oumi k   S en,  K a ly an  Y end u ri  a n d   P arth asarath i   S e n sarm a,  " S t ep -b y -st e p  D e si gn  and   Co ntrol  o f   L CL  f i l t e r  bas e d   Three  P h ase  Grid-con nect ed  I n v e rter, "   2014 IEEE  Inter national  Conf erence on Indus tria l Technology  ( I CIT) ,  I E E E ,  pp.   5 0 3 -5 08,   2014 .   [17]   A.U.  L awan,   Ha i d er  A b b as,   J . G  Kho r   S en ior  M . ,  and  A .   A b d u l   K ari m,   " Dynam i c  Perf o r m a n ce  Im p r ov e m en t  of  M M C  Inverter  w ith  S T A T C O M   C apab ility  i nterf acing  P MSG   Wi nd  T urb ines   w i t h  Grid,"  IE EE  Co n f erence  o n   Ener gy Co nver sio n  ( C E N CON) ,  IE EE ,  pp .  4 9 2 - 497,   2 01 5.  [18]   Lim   S ,   C h o i  J .,  "LCL   f i l t e r  desi gn   f o r   g ri d  co n n ect ed  N P C   t ype  three-level  i n verter, "   In te rna t io na l J o urn a l   of   Renewa bl e En er gy  Resea r ch   ( I JRER) ,   vo l. 5 , n o .  1, pp . 45 - 53 ,  2 0 15 .   [19]   Bhim   S i n g h ,  Am brish  Ch and r a  and   Kam a l  Al-H addad ,   " P o w e r  Qual it y :   Prob l e ms  a nd  M itigat ion  Techniques,"   A.   John  Wi ley a n d   am p; S o n s  ltd . ,   201 5.   [20]   IS C  Committ ee,   " I E EE   s tandard  f o r  interconnect ing  di s t r i buted  r e s ou rces  w i t h   electri c  pow er  s y s tem s ,"  New York,   NY :  Instit u t e  o f  El ectrica l  a n d  El ectro n i cs E n g i neers ,   20 03 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.