Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem s   ( IJ PEDS )   Vo l.   1 2 ,  No.   3 ,  Septem be r   202 1 , pp.  178 4 ~ 179 4   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 2 .i 3 . pp 178 4 - 179 4           1784       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Volta ge sta bility  enhanc em en t  for la rge scale  squir re l  cage   induction  genera tor base d w i nd turbi ne using  STATC OM       Ab ed algany  A th am neh 1 ,  Bi lal   Al  M ajali 2   1 El e ct ri ca l   Pow e r  Engi n ee ring   D epa rt me nt ,   Yar m ouk  Univer sity ,   I rbid,   Jordan   2 El e ct ri ca l   Eng in ee ring   Depa r tm e nt,   Al - B al q a  Ap pli ed   Univer sity ,   Al - Salt,  Jordan       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   M a r   2 7,  20 21   Re vised  Jun   2 6 , 20 21   Accepte d  J ul  17, 2 021       A  stabl e   oper at i on  of  wind  turb ine s  conn ec t ed  to  th e  grid   is  a n  essential   req uirement  to   ensure   the  r el i a bil it y   and   stabili ty  of   the  power   sys te m .   To   ac hi eve  such  op era t iona l   obj ec t i ve,  installi ng   sta t ic   synchronous   c ompe nsator   stat ic  synchron ous  com p ensa t o r  (STATCOM )  as   a   main   co mpe nsati on   devi c e  gu ara n tees  the  vol ta g e   stabilit y   enh a nce m ent  of  the  wind  f arm  conne c te d   to   distri buti on   ne t work  at  diff e ren t  op erati ng   sce n ari os.  STATCOM   ei th er  suppli es  or  a bsorbs   rea ctive   power  in  ord er  t o  ensure   the   volt ag e  pr ofile  withi n  th e  stand ard - ma rg ins  and   to  avoid  turbi n e  tri pp ing,   ac cor d ingl y.   Th i s  pape r  p rese nt   n ew  study  th at  in vesti gates  th e  m ost  suita bl e - loc a ti on  to   install  STATCOM   in   a  distr ibut ion   sys te m  conn ecte d   wind  far m   to  m ai n ta in   th e   volt ag e - le v el s  w it hin   th e  st abi l ity  m arg ins.   For  a   l arg e - sc al e   squirre l  c age   in duct ion  g ene r ator  squirre l - c age  induc t ion  gen e rat or  (SCIG - base d)  wind  turb ine   sys te m ,   the   i mpa c t  of  STAT COM   insta ll atio n  was  te sted  in  d iffe r ent  pl a ce s  and   voltag e - le v el s   in   th e   distr ibut ion   s ystem .   Th e  proposed  m et h od  eff ec t ive n ess  in  enha n ci ng   the  vo lt ag e  profil e   and   bal an ci ng   th e  r ea c ti ve   power   i s  validated,  the  resul ts  wer e   r epe a te d   for  diffe ren t  sce n arios   of  expect ed   cont ing enc i es.   The   vol ta g e  pro fil e ,   power   flow,   and   re acti ve  power  b alan ce   of   th e  distr i buti on  sys te m   a re  observe d   using MATL AB/S im uli nk   software .     Ke yw or ds:   Squirrel ca ge  i nductio n  gen e rato r    Stat ic  sy nc hro nous   com pensat or     Vo lt age  stabil it y   Win d  tu r bin e   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC BY - SA   li ce nse .     Corres pond in g  Aut h or :   Ab e dalga ny  Atham neh   Ele ct rical  Pow er E ng i neer i ng D e par tme nt   Yarmo uk  Un i ve rsity   Un i ver sit yR oa d,   Irbid , Postal   cod e  21 163, J orda n   Emai l:  athamne h@y u. e du.jo       1.   INTROD U CTION     Win d  ene r gy   a s  the  seco nd  mo st  co mm only  us e d  r ene wa ble  res ource  c on t rib utes  eff e ct ively  to  th e   reducti on  of  glo bal   en vir onm ental   poll utio n,  w her e   th e  el e ct rical   powe r  ge ner at e d  by  wi nd  tu rb i nes   do es  not   po ll ute   the   ai r   nor   the   water.   Ex pr essl y,  wind  ene rgy   do es   no t   acce le rate   pace   of   the   gl obal   warnin g  [ 1].   D ue   to  the   unpredi ct able  c hanges   in   weat her  a nd  cl imat e,   the   sta bili ty  an d  qual it y  of  powe r  pro du ce d  by   wi nd   tur bin es   are   th r eat ed,   he nce,   t he  e ff ic ie ncy  of  t he  w ho le   po wer  s ys te m   ma y  be   de grade d  [2].  T o  c onti nue  the  op e rati on  with ou t   bein g  is ol at ed  by  protec ti on  de vices,   wind   tur bin e s  sh oul d  s at isfy  the  gr i d  co des   w hile   op e rati ng  i n  tr ansient   co ndit i on s .  C onseq ue ntly,   an   e ff ic ie nt  f ault  ride   th r ough  ca pa bili ty  a nd  a   sta ble   vo lt age   prof il e a re th e   essenti al  r e qu i r ements  for hig her pe netrati on  of w i nd  gen e r at ion   [3].     SCIG  is  directl y  c onnecte d  to   the  netw ork  t hro ugh  a   co upli ng   t ran s f or m e r  as  il lust rate d  in  Fig ure  1.   The  wind  tu rb i ne  s peed   is  c on strai ned  by  the   fr e quenc y  of   t he  ne tw ork,   s ubse qu e ntly,  SC IG  operates within  a   narrow   ba nd  a rou nd  the   s yn c hro nous  spe ed .   F or  this   ty pe   of  wind  t urbin es,  t he  ge ner at or  c on s um e s  r eact ive  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Volta ge  sta bili ty  enhance men t  for  l ar ge  sc ale squirrel  c ag e  inducti on  …   ( A bedalg any At ham ne h )   1785   powe r  from  t he   gr id  t o  crea te   the  mag netic   f ie ld  in  the  sta tor  windin gs ,  for  this  reas on   S CIG  is  eq uippe d  with  a capacit or  bank  to  imp r ov e  pow e r fact or clo se to  unit y.           Figure  1. Pr im e move r  a nd conn ect io ns o f  s quirrel ca ge  in duct ion ge ne rator       Gr i d  c od e s  a r e  a  set   of  st and a r ds ,   re gu l at ed  by  certai n  a ge ncies,  t ha t  inclu de  t he   te ch nical  requireme nts  t he  wind - base d  powe r  s ys te ms  s hould  m eet   for  well   sy nc hro nized   gr i d  inter co nn ect ion .  Gen e rall y,   duri ng   fa ults  and   e xtreme  l oad i ng  cases,  syst em  inabili ty  to  balance  the  pro du ced  an d  dema nded   reacti ve  power  le ads  to  volt age  insta bili ty  pro blems  [ 4].  SCIG s   co nsu me  reacti ve  powe r  from  t he   gr i d  to   create   the  ma gn et ic   fiel d  in   the  sta tor  wi nd i ngs,  wh il e  SCIG s   ha ve  a   ste ep  to rque  sp ee d  cha racte risti c,  fluctuati ons   in   the   wi nd  po wer  are   ref le c te d  directl y  to   the   gri d  pro duci ng  t ran sie nt s.  T his   ma y  c ause   a  vo lt age  d ist urb ance  durin g  t he  turbine - gri d  connecti on  [5].   Vo lt age   sta bili ty  is   a  c r ucial   issue  f or  wi nd  fa rms  c onnect ed  t o  po wer  s yst ems  du e   t o  t he  fact  t hat  mo st  of   wind  f arms  a re   locat e d  fa r  a way   fro m  loa d  cente rs   wh e re  weak  gri d  c har act erist ic s  can  be   obs erv e d.  Ther e f or e,   the  dange r  of  vo lt a ge  insta bili ty  in  wea k  gr i d  be comes  si gn i ficant  an d  wind  tur bin e  is  s ubje ct ed  t o  be  disc onnect ed  duri ng   fa ults  and   disturb ances  [ 6].  Lar ge  co mp e ns at i on   ca pacit or  banks  c ou l d  he lp  to   impro ve  the  volt age  prof il e  of   SCI G  wi nd  farm  at   ste ad y  sta te   co ndit ion s .  Howe ver ,   if  the  reacti ve   powe r   su pp or te d  by  capaci tors  dro ps   s ha rp l y  in   cases  of  c onti ng e ncies  a nd  l ow  volt age   co nd it io ns ,   wi nd  tur bin e   gen e r at ors  disc onnecti on  from  the  gr i d  ma y o ccur.   Vo lt age   sta bili ty  is   de fine d  a s  the   a bili ty  of  the   s ys te m   to   s us ta in   co ns ta nt  vo lt a ge  at   a ll   buses   at   normal  co ndit ion s   a nd  afte r  bein g  s ubje ct ed  t o  a   dist urba nce  from   a  gi ven  init ia l  ope rati ng  poi nt  [ 7].  The   ov e r vo lt age  i n  al te rn at ing   c urre nt  (A C )  po wer   s ys te m  ca n  be  c on t ro ll e d  by  adj us ti ng   the  amo un t  of  the   abs orbed  reacti ve  power,  wh il e  adjusti ng   t he   injec te d  reacti ve  power  will   con t ro l  t he  unde r  volt age   at   c ertai n   po i nt  in  the  s ys te m.  T he  m ai n  reas ons  f or  volt age  sta bi li ty  prob le ms  in  powe r  s ys te m  are:  Hi gh   r eact ive   powe r  co nsum ption   at   hea vy  loads ,  ge ner at ion   plants  ar e  too   far   from  l oad   ce nters ,  a nd   la rg e  distu r ban ce s  betwee n gen e r at ion  a nd loa d ce nters.    It  is  essenti al   to  mainta i n  the  powe r  syst em  vo lt age   sta bili ty  by  a  pro per   volt age  c on tr ol  mecha ni sm,   in  order  to   av oid  imp rope r  op e rati on  c onditi on s   f or  the   sy ste m  e qu i pme nt  t hat  ma y  inclu de  over he at ing,   increase   of  l osse s,  a nd  vo lt ag e  colla pse .  W he n  t he  s ys te m   s ta rts  sup ply in g  a  loa d  w hich   e xceeds  it s  ca pa bili ty  to  preser ve  t he   volt age  with in  the  rat ed  li mit ,  the  loa d  current  i ncr eas es  at   the  sa me   pace  as   the  volt age  decr ease s.   Co nse quently ,  reac ti ve  po wer  co nsum ptio n  is   in creased ,  a nd  m or e   volt age   dr op  unti l  reac hing  t o  a  sta te  o f v oltage  co ll apse  [8].    Win d  fa rms  m us t  be   qual ifie d  to  operate  c onti nu ously  within  t he  vo lt age   an d  f reque nc y  boun dar ie s   that  may  be  e xp e rience d  in   typ ic al   opera ti ng   co ndit ions.  More over ,  wind  fa rms  s hould   sta y  in   serv ic e   pro du ci ng  reduced   powe r  f or  a   ce rtai n  pe riod  wh e n  the   frequ e nc y  excee ds  the   li mit s  [ 9].  T w o  main   con t rol   modes  c ollab orat e  on  c ontr olli ng   the   vo lt ag e  of  wind  tu r bin e:   1)  Tu rb i ne  base d  c on tr ol,   by  w hich ,  th e  t urbine   sh oul d  be  e qu ipp e d  by  s pec ific   con tr ol  s yst em  su c h  as  tho se  c ontrolli ng   t he  reacti ve   powe r  or  powe r  factor a nd;  2)  s ub sta ti on   ba se d  c ontr ol:  w he re  flexi ble  AC  tra ns missi on   sy ste ms   fle xib l e  al te rn at in g  c urren t   transmissi on s ys te m  (FACTS ) or  s witc he d  c apacit or s  are  in sta ll ed  to c omp ensate t he  r eac ti ve  powe r.    T o  e nsure   the   s ys te m stabil it y  accor ding  t o  gri d  c od es   re quir ements,   f or  cer ta in  durati on,  w in d  farms   mu st   be   a ble  t o  withsta nd  volt age  dip s   to   s pe ci fic  pe rce ntage  of  t he  nomi nal  vo lt a ge.  T he se  re quireme nt s  are   known   as  lo w  vo lt age   ri de  th r ough  ( LVRT ),   wh ic h  gu a ran t ee  a  quic k  act i ve  a nd   reacti ve   powe r  re storat ion   t o  the  nor mal  val ues  as  the y  we re  b e fore  dist urban ce s.  M oreo ver,  an oth e r  gr id  co de  re qu i re ment  is  the  abi li ty  of  wind  power  pl ant  ( WPP)  t o  s upply  reacti ve  powe r  at   the  point  of   t he  c ommo n  c ouplin g  ( PCC ).   Be ca us e  of   losses  in  co nn ect ion   ca bles  a nd   li ne  losse s  betwee n  WPP   and  PCC ,  inst al li ng   reacti ve   powe r  ca pab il it y  in  every t urbine ma y be  not e nough  t o  sat isf y  t he req uirem ent s of  gr i d  c od es   [10].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  12 , N o.   3 ,  Se ptembe r   202 1   :    178 4   –   179 4   1786   On e   c om m on  so luti on   is  to   us e  a n  exte rn a l  reacti ve   po w er  c ompe ns at or.  The   instal la ti on  of  la rg e   com pensat ion  capaci tor   banks  help s  im prov e   vo lt age   pro file   of  t he  sy ste m   at   ste a dy  sta te   c ondi ti on s.   Nev e rtheless ,  capaci tor   ba nk s  do  no t  pro vi de  the  best  dyna mic  res ponse   at   co nting e ncy  sit uatio ns  an d  disturba nces  w hen  the  volt ag e  dro ps   dr a mat ic al ly.  More ov er,  wh il e  t he  r eact ive  powe r  gen e rated   by  a   shun t   capaci tor   is propo rtion al   t o  t he  s quare of  th e  ap plied volt age,  volt age  i ns ta bili ty  ma y  ca us e  t he  re act iv e  powe r   su pp or te d  by  t he  ca pacit ors  dro ps   s harpl y.  As   a  res ult,  t he  wind  t urbin e  ma y  be  is olate d  f r om   t he  gri d,  to   avo i d  s uch   ev ent  duri ng  co nt ing enc y   a nd  disturba nce  sit uations,  la r ge  amo un ts  of  re act ive  powe r  can  be   injec te d or  a bsor be d  to  imp rove th e  elec tric al  tran sie nt  res ponse   of  t he win d  tu r bin e  [11 ].     Ov e r  the  past  year s ,  resea rc h  pap e rs  in vesti gated  the  iss ue s  relat ed  to  vo lt age  instabil it y  pr o blems  and  s ys te m  rea ct ive  powe r  ba la nce,  th at   offe red  dif fer e nt  m et hods   a nd  a ppro ac hes  t o  im pro ve  t he  qu al it y  of  the  gen e rated   powe r.   A uthor s  A hm a d  et   al .   in  [ 12],  in vest igate d  t he  pe rformance   of  SC IG  ba sed   wi nd  fa rm,  durin g  th ree - phase  gr id  fa ult,  the  SCI G  is   equ i pp e d  with  sta ti c  synch r onous  se ries  com pensat or   (SSSC ).   M ore ov e r,   [ 13]   pr e sents  t he  impact   of   c onne ct ing   SC IG - ba sed  wind  fa r ms  to  powe r  s yst em  thr ough  a   unifie d  inter - ph a se  power  co ntr oller   ( UI PC ),   t he  powe r  s ys te m  sta bili ty,  as  w el l  as  the  e nh anc eme nt  of   t he  lo w - vo lt age  ride - th rou gh   L VRT  c apab il it y  is  pre sented .  Ka roui   et   al .  [14 ]  sta r ts  by   m odel ing  a  SCIG   base d  wind  far m   wh il e   co nnect ed   to   a   net work,   thr ough   simulat ion,  t he   impa ct   of  c onnecti ng  STAT COM  on  vo lt a ge  dips  mit igati on   is  di scusse d.   A  f uz zy  lo gic - base d  ap proac h  to  enh a nce  the  st eady   sta te   volt age  sta bili ty  f or  a  gr i d  connecte d  wi nd  far m   incl ud i ng  m ulti   typ e   wind  gen e rato r s,  by   re du ci ng  the  dev ia ti on  in  the  volt age  of  the   load  bu s  [15 ].   A  f uzzy   base d  con tr oller  s upportin g  the  co ntr oller  o f  the  SV C  co ntr oller  is  impleme nted  t o  enh a nce  the  l ow  volt age  ri de  thr ough  LVRT   capab il it y  as  well   as  the  vo l ta ge  sta bili ty  of  the  fa rm  [ 16] .  SV C  con t ro ll er   ba se d  on  a da ptive n eu r o - fu zz y  i nt erf ace   syst em (AN FI S )  is  d esi gn e d  to   imp rov e  the   volt age   pro file   of  the  wind   c onnected   pow er  s ys te m  [ 17] .  T he  e ff ect   of  im plementi ng  s uperc onduc ti ng   mag netic   energ y   stora ge  ( SMES )  with  t he  wi nd  ene r gy   ge nerat ion   s ys te m  is   stud ie d  to  im pro ve  the  volt ag e  sta bili ty  of   r adial  distrib ution  s yst em  [ 18].   A  model - f ree  a da ptive  c on t ro l   ( M F AC)  is  de velo ped  in  orde r  to   en ha nc e  the  respo ns e   of   a  unifie d  powe r  fl ow  c on t ro ll er   unifie d  powe r  fl ow  c on t ro ll er   ( UP FC ),  that   m it igate s  the   ef f ect   of   wind  gusts  a nd  some   c on ti ngenc y  c onditi ons  ma y  dist urb  the  op e rati on  of  the  opera ti on   of  wi nd   e nerg y  conve rsion  s yst em  [19 ].   T he  op e rati on  of  th e  on - loa d  ta p  change rs  ( OL TCs)  is  co ordi nated  us in g  Ta gu s hi   method t o  im pro ve  t he  volt ag e stabil it y  of a  sy ste m i nclu din g wi nd g e nerat ion   by su c h  a n  inte racti on bet we e n  OLTCs   an d  th e  wi nd  tu r bin e s  [ 20] .  Th e   im pact  of  in sta ll i ng  UP FC   on  t he  powe r   qual it y  iss ues,  im prov i ng   transmissi on  c apacit y,  an d  the  gr i d  dyna m ic   res pons e   is  stud ie d  wh e n  connecte d  at   t he  point  of  c ommo n  couplin g  PCC   [21].     This  w ork  st udie s  the  im pact  of  instal li ng  S TATC OM  at   di ff ere nt  l oc at io ns   a nd  volt age  le vel  points   on   t he  vo lt age  sta bili ty  of   a  di stribu ti on  s ys t em,  a  la r ge  sca le   SCIG   base d  wind  tu rb i ne  i s  ad op te d,   wh i le   the  vo lt age s  at   di fferent   syst em  buses   are   ob se r ved  at   some   propose d  co ntin ge ncy  cases .  Th is  pa per  is   org anize d  is  be in g  as:   In  par t  2,  pro pos ed  met hod  a nd   eq uip me nt  a r e  pr e sente d  in   detai l.  I n  pa rt  3,   resear ch  me thod,  par a mete r  ide ntific at ion   a nd  modeli ng   of  the  case  stu dy   s ys te m  a nd  pro pose d  con ti nge ncy   ca ses  ar e   discusse d.  I n  par t  4,  sim ulati on   res ults  f or  dif fer e nt  o perat ion   sce na rios  are  desc ribe d  an d  discu ssed ,  an d  finall y, co nclu sion s  are  draw n  in  p a rt  4.         2.   PROP OSE D   METHO D   To   achie ve  t he   pre viously   me ntion e d  s ys te m   re quireme nts,   flexible   AC   tra ns missi on  s ys t em  dev ic es   FA CTS   su c h  a s  ST ATCO M   a nd  U PFC  a re  be ing   us e d  wide ly  in  c ontr ol  of   powe r  s ys te m s  due  to   their   a bili ty  to  prov i de  rea ct ive  po wer  ba la nce  a nd  flexible  powe r  fl ow  c on tr ol  [ 22] .  S TATC O M   has   the   a bili ty  to   ov e rr i de  vo lt ag e  sta bili ty  thr e at s,  this  pap e r  exp l or es   the  i mp act   of  instal li ng   S TATC O M   at   dif fer e nt   vo lt age   po i nts  to  mit ig at e  the  adv e rse   eff ect   of  some   commo n  co nting e ncies  on   th e  op e rati on  an d  the  sta bili ty  of   the   distrib ution  s yst em  c onnecte d  t o  SCI G  wi nd  tu r bin es,   w her e   s ys te m   volt age  pro file   and  reacti ve  powe r  balance  are c ompa red f or bot h healt hy   an d c on ti nge ncy sce nar i os .     2.1.   St ati c sync hronous  com pens ator  (S TAT C OM )    FA CTS   de vice s  are  i ns ta ll ed   in  wind  far m   co nn ect e d  net works  to   en ha nce  the   dy na mic  an d  t he  transient sta bili ty of th e  power system.  The y are cla ssifie d  a ccordin g  to t he  w ay  t hey  a re c on nected t o  gri d; 1)  sh unt - c onnecte d  dev ic es  li ke  STA TC O M   a nd  sta ti c  Va r  c ompe ns at or  (SV C),  a nd  2)  se ries - co nnect ed  de vices  li ke  sta ti c  sync hro nous  series   com pensat or  ( SSSC)   [ 23] .  S hunt - c onnecte d  FA CT S  de vices  hav e   a   vita l  ta sk  in  enh a ncin g  t he   volt age  sta bi li ty  of  the  net work  by  re duci ng   reacti ve  losses,  da mp i ng  of  powe r  sy ste m   os ci ll at ion s,  and c on t ro ll in g p ow e r flo w  a nd  transmissi on li ne vo lt age  [2 4].    STA TC O M   is   a  co ntr olled  re act ive  po wer  s ource  ai ms  t o  i mpro ve  t he  t ra ns ie nt  sta bili ty  of  s ys te ms   by  regul at ing  the  bus   injec te d  cu rr e nt  [ 25].  I ns ta ll ing  S TATC OM  c ontrib utes   to   th e  c ompensati on   f or   sag/swell   ef fe ct s,  suppressi ng  of  li ne  c urr ents  ha rm onic s,  co rr ect io n  of   powe r  fact or,  mit igati on  of   bus   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Volta ge  sta bili ty  enhance men t  for  l ar ge  sc ale squirrel  c ag e  inducti on  …   ( A bedalg any At ham ne h )   1787   vo lt age   fl uctua ti on s,   an d  tran s missi on  li ne  re act ive  po wer  c ompen sat ion  [ 26].  ST ATCO M   as   s hunt  c on nected   FA CTS   co ntr ol le r  is  a  powe r   el ect ronic - bas ed  s ynch r onou s  Va r  c ompe nsa tor   that  ge ne rates  a  t hr ee - phase   reacti ve  powe r   in   s yn c hro nis m  with   the   tra ns missi on  li ne   vo lt age .   ST AT COM  is   co nne ct ed  t hroug h  c ouplin g  tran s forme r  a nd  act s  a s  a  source   of  reacti ve   powe r  (ca pa ci tor)  or  a   sin k  of  reacti ve   powe r  (i nduct or).   For  weak  gr i ds  ope rati on  c onditi ons,   ST ATC O M  tra ns ie nt   res pons e   is   m or e   eff ic ie nt   tha n  that  of  S VC,   ba sed   on   it s low er  ove rs hoots a nd f a ste r  re spo ns e c ompare d wit h  t hose for  the  SV C  [27].     2.2.   STATC OM  c on s truct i on   STA TC O M  c onsist s of t he fol lowing  pa rts:   a.   Vo lt age - s ource   in ver te r   ( VSI) ,  se rv es   to   tra nsfo rms  the   in put  vo lt age   as   a   dire ct   cu rrent  (D C)   to   a n  AC   vo lt age  at the  outp ut, base d on one  of the  fo ll ow i ng VSI t yp es:   -   In s ulate d  gate   bipolar   tran sist or s   ( I GBT)   bas ed  PWM   in vert ers,   c reate  a   si nu s oi dal  wav e f orm  from   a   DC v oltage   s ource   acc ordin g  to pulse - widt h  m odulati on  ( P W M ).  Pas sive f il te rs  at   th e AC   side of  t he  VS I  are  instal le d  in  or der  t o mi ti gate  harmo nic.   -   Gate  tu rn - off  Th yr ist ors  bas ed  s quare - wa ve   in ver te r s,  i nc lud e   f our  set s  of  th ree - le vel  inv e rters   tha t   com pose a  48 - ste p vo lt age  wavef orm.  The y are a ble to c ontrol  reacti ve p ower  f lo w b y  a dj us ti ng the   -   DC in put v oltage.   b.   DC - li nk ca paci tor  t o  s upply  th e inv e rter  with   the D C  volt age .   c.   Ind uctive  reacta nce  (X)  w hic h  represe nts  t he  le a kag e   in duct ance   of  a   c ouplin g  tr ans f ormer   bet ween  inv e rter a nd po wer syste m.   d.   Harmo nic f il te rs  a re in sta ll ed   to miti gate the   high  fr e qu e nc y com pone nts  pro duced  by t he  inv e rter s  [28].     2.3.   STATC OM  opera tion    A  distrib utio n  sy ste m   sup ply i ng  a  l oad  wit h  instal le d  s hunt   com pe ns at or  (S T ATCO M)  i s  sho wn  in   Figure  2, the c urren t  draw n from  ST ATCO M  is  de fine d  as   I c   a nd is  giv e n b y [29] :     = −   (1)           Figure  2. ST A TCOM g ene ral sy ste m  d ia gr a m       T h e   d e s i r e d   c o m p e n s a t i o n   c u r r e n t   I c   e q u a l s   t o   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   l o a d   ( I L )   a n d   t h e   s o u r c e   ( r e f e r e n c e )   c u r r e n t s   ( I s ) .   T h e   b a s i c   o p e r a t i o n   o f   a   S T A T C O M   d e p e n d s   o n   t w o   i m p o r t a n t   f a c t s :   1 )   a c t i v e   p o w e r   f l o w s   f r o m   t h e   l e a di n g   p o i n t   t o w a r d   t h e   l a g g i n g   p o i n t   a n d   2 )   r e a c t i v e   p o w e r   f l o w s   f r o m   t h e   h i g h e r   t o   t h e   l o w e r   v o l t a g e   m a g n i t u d e   p o i n t .   A c c o r d i n g   t o   t h a t ,   S T A T C O M   s e r v e s   t o   r e g u l a t e   t h e   r e a c t i v e   p o w e r   f l o w   b y   a d j u s t i n g   t h e   v o l t a g e   p r od u c e d   b y   t h e   V S I   w i t h   r e s p e c t   t o   t h e   s y s t e m   v o l t a g e .   S T A T C O M   h a s   t w o   m o d e s   o f   o p e r a t i o n :     2.3.1.    V olt age  regu l at i on  m od e   In   t his  mode,  vo lt age  re gu la t ion   is  ac hieve d  by   c ontr olli ng  a  value  of   rea ct ive  powe r  th at   absorb e d  from   or d el iver ed  t o  the  p owe r  s ys te m   thr ou gh  a V S I .   T o  e ns ure   that  act iv e  po wer  flo w   is  zer o,  the   volt age    gen e rated  by t he VSI t hro ug h  the  D C - li nk  capaci tor  sho ul d be in  phase   with the  s ys te m volt age  ( = 0 ).     2.3.2.    V ar  c ontr ol mode   Wh e re  t he  reac ti ve  po wer  out pu t   is  pr ese r ve d  c onsta nt  i nd e pende ntly   fro m  oth e r  s ys te m  par a mete rs.  As  s how n  i n  Fi gure  3, the  d - q com pone nts  of r efe re nce c urr ents ca n be  ob t ai ned   by  [29] :       ∗ = ̄  +    (2)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  12 , N o.   3 ,  Se ptembe r   202 1   :    178 4   –   179 4   1788    ∗ = ̄  +    (3)             Figure  3. Com pu ta ti on  of r e f eren ce  sou rce  currents  (d a nd q  c omp on e nts )          and     are  the   lo ad  c urren t   ave r age  values   of  t he  d - a nd  q - a xi s  co mpo nen ts.      is  the  outp ut  of  the  AC  volt age   co ntr oller   an d     is  the   outp ut  of  the   DC  volt age  c ontr oller.   ( u )  is   a   lo gical   var ia ble  e qu al   to  ei ther  zer o  i n  Var - co ntr ol   m od e   or  on e   in  vo lt age - re gula ti on   mode.     is  on e   in  volt age   regulat io n  m ode   wh e re i n Var  c on t ro l  mode is  def i ned by  (4). Fo r un it y pow er f act or  ∗   is zer o  a nd    is 0  as   well  [29].      = ∗ ̄   (4)     Wh e re   ( ∗ )  is   th e  s ource  refe re nce  reacti ve   powe r   an d  ( ̄ )  t he   ave ra ge  react ive  powe r  t hat  can   be   ob ta ine d b y:     ̄ = | | ̄    (5)     The  ave ra ge  va lue  of   ̄  an d  ̄  is   the  ou t puts  of  two  i den ti cal   low  pa ss  filt ers  ( G  (s )  is  transfe r   functi on) [ 29].     [ ̄  ̄  ] = ( )   [  ]   (6)     The d - q  c omp onents  are o btained  as:     [   ] = [    −      ]   [   ]   (7)     [  ∗  ∗ ] = [       −     ]   [  ∗  ∗ ]   (8)       3.   RESEA R CH MET HO D   Using  M AT L AB/Si mu li nk,  a  distrib ution   s ys te m  s upply i ng  a  wi nd   farm  is  the  subje ct   of  this  pa per.  Figure   4  s hows   a  132  kV  gr i d  su ppli es  a   33  kV  distrib utio n  sy ste m   co nnec te d  to   a   wind  f arm   an d  ot her  l oads.  Sy ste m  p a rame te rs  are  li ste d  i n  Ta ble  1.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Volta ge  sta bili ty  enhance men t  for  l ar ge  sc ale squirrel  c ag e  inducti on  …   ( A bedalg any At ham ne h )   1789       Figure  4. Ci rcui t  diagr a m  of the case  stu dy       The  vo lt age  re sp onse  a nd  th e  reacti ve  po w er  bala nce  of  the  distri bu ti on   sy ste m  will   be  ob s er ved   unde r  eac h  of  the  f ollo wing  normal  a nd  c onti ng e nc y  case s  [ 30]:  1)  at   t he  i ns ta nt  of  c onnecti ng  t he  wind   tur bin es  t o  the   gr i d  (normal   conditi ons);  2)  sudd e n  l oad  c hanges;  3)  sud den  inter ruptio n  of   some   el ec tric al   loads   f or  s peci fic  ti me;  4)  c onnecti ng   fl uctu at ing   l oa ds   su c h  a s  a rc   f urnac es;   an d  5)   sin gle  li ne   to   gro un d  fa ult  at   medium  vo lt age  le vel.  E ach  co ntin ge nc y  case  in  a ddit ion   to   nor mal  case  will   be  ap plied  unde r  the   fo ll owin g  t hr ee  operati on sce na rios:   a.   Sy ste m  w it ho ut  co m pensat ion de vices.   b.   Sy ste m  w it h S TATC OM inst al le d  at  lo w vol ta ge  le vel clos e to  wind tu r bin e  (point  X 2 ).   c.   Sy ste m  w it h S TATC OM inst al le d  at  me dium v oltage le ve l (33  K V  bus ba r - po i nt X 1 ).   The  sim ulati on  par a mete rs  of   the  ST ATC O M   c on t ro ll ers   are  li ste d  in   T able  2.  T he  re su lt s  inclu de  the  po wer   ge ne rated  by  the   wind  tu r bin es,   act ive  po wer  flo w,   balance   of   reacti ve  po wer,  volt age   pro file   at  low v oltage le vel 40 0 V a nd  at  me dium  volt age  busb a r 33  KV.       Table  1.   Distri bu ti on li ne   paramet ers   Para m eter   + Ve Sequ en ce   Zer o  Sequ en ce   Res istan ce   0 .11 5 3  Ω/km   0 .41 3  Ω  /k m   Ind u ctan ce   1 .05  m H/k m   3 .32  m H/k m   Cap acitance   1 1 .33  nF/k m   5 .01  nF/k m         Table  2.   Para m et ers  f or ST AT COM  co ntr ollers   Para m eter     Sy m b o l   Valu e   AC Vo ltag e Co n tr o ller  (P I  Co n troller )   K P   5   K I   1000   DC Vo ltag e Co n tr o ller  (P I  Co n troller )   K P   0 .1 e - 3   K I   2 0  e - 3   Cu rr en t Co n troller  (PI  Co n troller – d  a n d  q ch an n els)   K P   0 .3   K I   10   Co n v erter  im p ed a n ce   R (pu )   0 .00 7   L  (pu )   0 .22   Refere n ce  Voltag e  ( pu )   1 .0   STAT C OM  Co n v e rter  Rat in g   18   DC - lin k  total eq u iv alen t capacito r   3 7 5  µF         4.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   This  pa per   ex pl or es  t he  e ff ect   of  S TATC O M   on  vo lt ag e  sta bili ty  an d  re act ive  po wer  ba la nce  f or  a   la rg e - scal e  wi nd  tu rb i ne  c on nected   distri buti on   s ys te m .  T he  res ults  an d  the  rec om me nd at io ns  will   i nclu de   sy ste m   volt age   res ponse   a nd  a   co mp a rison   of  the   im pact  of  instal li ng  S TATC OM   at   l ow  vo lt age   le ve l  an d  medium  volt ag e  le vel  for   di fferent  disturba nc e  sit uations   a nd   l oad   c onditi on s  i n  ad diti on   to  nor mal  ope rati on  case.     4.1.   Ca se  (1)   In   t his  case,  t he  s ys te m  op e rates  at   nor ma l  conditi on s ,  s ys te m  par a mete rs  ( volt age,  a ct ive  powe r   flo w,  an d  react ive  powe r  bala nce)  are   ob ta i ne d  with ou t   an d  with   in sta ll ing   ST ATCO M  at   low  a nd  me diu m  vo lt age   le vels,   Ta ble  3  a nd  T able  4  sho w  both   volt age   valu es   an d  reacti ve  powe r   bala nce  at   eac h  op erati ng   scenari o.   M ai nt ai nin g  t he  vol ta ge  withi n  the   normal  li mit s,   le ads  the  wind  tu rb i ne  to  ge ner at e  the   rate d  real   powe r  ( 3  MW )  an d  t o  c on s ume   a  reacti ve  powe r  of  1.4  M V AR.   As   show n  i n  Ta ble  4,   t he  reacti ve   powe r  flo w  from   gri d  to d ist rib utio n  has  b een   re du ced f r om  3.2 0 MVAR  t o  2.6 5  MV AR b y  ins ta ll ing   ST ATC OM  at   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  12 , N o.   3 ,  Se ptembe r   202 1   :    178 4   –   179 4   1790   po i nt  ( X 2 )   a nd  re du ce d  f ur t he r  to   1.3  MV Ar  w he n  t he  S TATC OM  is  i ns ta ll ed  at   point  ( X 1 ) .  W hich   mea ns  that  instal li ng   STA TC O M   at   medium  volt ag e  le vel  gen e rat es  more  reacti ve  po wer   th an  that  gen e rated  wh e n  it  is instal le d  at  low volt age le vel.       Table  3.   A  s ummar y for s ys t em volt age  r es ults at  normal   and tu rbulat ed c ases   Op eration  Scenari o     W ith o u t ST ATCO M   STAT C OM  at low  Voltag e   STAT C OM  at 33   k V   Bu s 1   Vo ltag e   Bu s 2   Vo ltag e   Bu s 1   Vo ltag e   Bu s 2   Vo ltag e   Bu s 1   Vo ltag e   Bu s 2   Vo ltag e   Cas e 1   0 .96 8   0 .98 7   0 .97 5   0 .99 8   0 .99 3   1 .01 4   Cas e 2   0 .91   0 .92   0 .95   0 .99 2   0 .98   1 .01   Cas e 3   1 .08 5   1 .14   1 .00 5   1 .01   1 .01   1 .03   Cas e 4   0 .95   0 .96 8   0 .96 8   0 .99 5   0 .98 8   1 .01   Cas e 5   0 .76   0 .8   0 .84   0 .96   0 .92   0 .95       Table  4.  Reac ti ve powe r  ( Mva r)   from  grid  to dist rib ution are a   at  normal  and tu r bu la te d ca ses   Op eration  Scenari o   W ith o u t ST ATCO M   STAT C OM  at L o w Voltag e   STAT C OM  at 33   k V   Cas e 1   3 .2   2 .65   1 .3   Cas e 2   7   4 .45   2 .3   Cas e 3   - 7 .34   1 .2   0 .8   Cas e 4   4 .26   4 .08   3 .87 5   Cas e 5   3 .2   - 4 .05   - 1 1 .2       4.2.   Ca se  (2)   Fo r  t his  case,  t he  syst em  will   exp e rience  a  s udde n  incr ease   in  the  reacti ve   power   dema nd  ( Mvar )  at   bu s   4  f or  1.0  s econd.   Fi gure   5  s how s  t he  vo lt age  at   33  kV  bu s ba r  ( bu s   1).   Bot h  volt ages   at   33  kV  a nd  400  V  bu s es  will   af fe ct   the  operati on  of  wind  tu rbi ne,   the  reacti ve   powe r  ( Mvar )  imp or te d  f r om  gri d  for  the  three   op e rati ng sce na rios  is  il lustra te d  i n Table   3.           Figure  5. V oltage  (pu) at  bus 1       The  high   react ive  power  de m and  at   bu s   4  (dur i ng  the   ti me  per i od  f rom  15   sec  to   16  sec)   le ads  t o  a   vo lt age   dr op   at   bus  1  ( 0.9 1  pu)  a nd  at   bu s   2  (0.92  pu) ,  w hi le   these  volt ag es  are  im pro ve d  to   reac h  (0.95  pu)   and  ( 0.9 92  pu)   res pecti vely   by  i ns ta ll ing   ST ATCO M   at   lo w  volt age  si de   ( po i nt  X 2 ),  a nd  t o  (0.98  pu)   an d  (1.01  pu)   w he n  it   is  i ns ta ll ed  at   medi um  volt age  si de  (po int  X 1 )  as   li ste d  in   Ta ble  3.    Vo lt age   var ia ti on  on   wind  tu rb i ne  bu s ba r  af fects   the  tu rb i ne  outp ut  po wer   wh ic h  var ie s  from  2.8 5  MW  to  3.1 5  MW.  T he   STA TC O M   na rrow s  t he  ga p  of   ou t put  pow er  to  be  2.9 3  MW  unti l  3.0 4  MW .  This  va riat ion   incl udes  the   reacti ve  pow er   c on s um e d  by  wind  t urbine   a s  well .  T he   rea ct ive  power  va ries  from   1.1   M V AR   to   1.9  M V AR,   bu t   by   usi ng  S TATC OM  the   value   re mains   cl os e  t o  1.4   MVAR .   Ta ble  4  sh ows   the   im pa ct   of  STATC OM  on   reducin g  the   reacti ve  po we r  imp ort ed  from  t he  gri d  at   diff e ren t  i nst al la ti on   scen arios.  Mo reov er,  by  increasin g  t he  reacti ve  po wer  dema nd  at   bu s  4,   t he  inc re ment  in  t he  ac ti ve  powe r  fl ows  f r om   distribu ti on   sy ste m   to   gri d  is  obvi ously  a f fected  by  i ns ta ll ing   STATC O M ,   w hich   reac hes  t o  600,  300,  an d  100  kW  f or  t he   scenari os  of op erati on w it hout   ST ATC OM, w it h  ST ATCO M  at  lo w   volt age,   an d  with   S TATC OM  at  med iu m   vo lt age , respe c ti vely.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Volta ge  sta bili ty  enhance men t  for  l ar ge  sc ale squirrel  c ag e  inducti on  …   ( A bedalg any At ham ne h )   1791   4.3.   Ca se  (3)    A  s udde n  i nter ruptio n  of  som e  el ect rical   loa ds   at   bus  2  is   app li ed   on  the  sy ste m  f or  sho rt  pe rio d  of  ti me  (1.0  sec ond).   As   co nclu ded  in  c ase  2,  the  vo lt a ge  va riat ion   at   bus   1  a nd  bus  2  cou l d  be  redu ced  by  instal li ng   ST A TCOM  at   low  or   medi um   volt age  side ,  in   more  ef fici ent   man ner   w hen   it   is  instal le d  at   the  medium  vo lt ag e  side,  res ults  are  li ste d  in  Ta ble  3.  T he  vo lt age  var ia ti ons  will   aff ect   the   op e rati on  of  t he   wind  tur bin e  as   sho wn  in  Fi gure  6,  an d  th us   t he  resu lt ant  t urbi ne  gen e rated  powe r  will   aff e ct   the  po wer   flow  an d  reacti ve po we r  b al ance  in  the  distrib ution s yst em.            Figure  6. Acti ve  pow e r ge ner a te d  by  wind t urbine ( M W )       Du e  t o  loa ding   disturba nce,  a   con si der a ble  vo lt age  i ncr eas e  ta kes  place  a t  main  bus1   ( 1.0 9  pu)  a nd  bu s  2  (1.15  pu).   S uc h  volt ag e  increase  c ou l d  cau se  trip ping  of  the  wind  t urbines  by  the  op e rati on  of  tu rb i ne   ov e r vo lt age  protect ion   s ys te m;  this  tripp i ng  f or ces  t he  di stribu ti on  s ys t em  to  imp ort   6.0  MW  from   gr id  t o  su ppl y  the  de man d  at   bus  3.  M ore ov e r,   a  r eflect ion   of   re act ive  powe r  fl ow   t ow a r ds   th e  gr i d  is  obser ved   due  to  the  sig nific ant  co ntri bu ti on  of  wi nd  fa r m  capa ci tor  ba nks  in   ge ne r at ing   reacti ve  powe r,   w hich  are  no  longer  sup ply i ng the is olate d win d  tu r bin es.   On the  oth e r h and,  by instal li ng ST ATCO M, the  volt age inc rease   pro du ce d  by  l oa d  i nterru ption  is  li mit ed  t o  a ccepta ble  valu es  at   lo w  volt age  bus  a nd  no  no  ov e r  volt ag e  will   be  ex pe rience d,  w hich  kee p s  t he  wi nd  tur bine   in  ser vice  in  normal  op e rati on   mode,   w here  3  M W  outp ut   will   be gene rated  a ccordin gly.      4.4.   Ca se  (4)   The  s ys te m   wil l  be  e xpos e d  t o  a  va riable  i nductive  l oad  at   bu s   5  f or  10  se conds .  Vo lt age   va riat ion   at   bu s   2  is  il lustr at ed  i n  Fig ur e   7.   The   c onti nuous   var ia ti on s  on  vo lt ag e  va lues  a ff ect   th e  ope rati on  of  wi nd   tur bin e  a nd  re act ive  powe r  balance  i n  the   distrib utio n  s ys te m.  I ns ta ll i ng   ST ATCO M   c on tri bute s  to  th e   reducti on  of  th ese  changes  in   vo lt age  si gn i ficantl y,   wh ic h  in  tur n  mit igate s  the  var ia ti on s  in  the  in  the  wind   tur bin e   outp ut   act ive  a nd  reac ti ve  power,   an d  th us  m od if y  the  powe r   flo w  sta tus   an d  re act ive  power  ba la nce   in the dist ri bu ti on syst em as  il lustrate d  i n  Ta ble 4.           Figure  7. V oltage  (pu) at  w i nd turbine  bus ( bus2)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  12 , N o.   3 ,  Se ptembe r   202 1   :    178 4   –   179 4   1792   4.5.   Ca se  (5)   The  s ys te m  wi ll   exp erie nce  a   sing le   li ne  t o  gro und  f ault  at   a  point  locat e d  be twee n  bus  1  a nd   bus  5  for  a  pe rio d  of  ti me  (f r om   14   sec  to  14. 4  sec ).   T he  V oltage  dip s  at   bus 1  an d  bus  2  duri ng   that  ti me  per io d  are   li ste d  in  Ta ble  3.   The   volt age   respo ns e  duri n g  th e  fa ult  a ff e ct s  the  operati on  of  t he  wind   tur bin e   as  sho wn  in   Figure  8,   a nd  thu s   wi nd   t urbi ne  outp ut  af fec ts  the  powe r  flow   a nd  reacti ve   powe r  bala nc e  in  the  distribu ti on   sy ste m a s li ste d  in  Ta ble 4.   A  c onside ra ble  volt age   dro p  t akes   place   at   bus   1  tha t   reach es  ( 0.7 7  pu) ,   wh il e   the   volt a ge   at   bus  2  sh ows   a   val ue   of   ( 0.82  pu),  su c h  a   vo lt age   dr op  le ads   t o  disco nnect   the   wi nd  tu r bin e   from   the   gri d  by  the   unde r  vo lt age   protect ion  syst em.  T rip ping  of   wind  t urbin e  f or ces   the  di stribu ti on  sy st em  to  im port  6  M W  from   gri d  to   c ov e r   the   de ma nd  at   bus  3.  Also   due  t o  t he   s ign ific a nt  c on t rib ution  of  the   capaci tor   of  th e  wi nd  tur bin e  i n  reac ti ve  po wer  pro du ci ng,  reacti ve   pow er  flo w  r eflect ion   will   be  e xperienc ed   that  le ad s  to   e xport   the  re act ive  po wer  to   the   gri d.  I ns ta ll ing  ST ATCO M  at   po i nt  x2  li mit s  the   volt age   dro ps  at   bus  1  an d  bu s  2  to   values   of  ( 0.85)  a nd  (0.96)  re sp ect ively ,  w hile  instal li ng  S TATC OM  at   x1  e nhance   the   vo lt age   prof il e   to   the   values   of  (0.92   pu)   an d  (0.95 )   res pecti vely .  The  acce ptable   volt age  value s   at   bus  2  le a ds   the  wi nd  tu rb i ne  for   a nor mal o pera ti on  c onditi on  at  r at ed o utput  powe r of   ( 3 M W).           Figure  8. Acti ve  pow e r ( M W ) , from  wind tu r bin e       A c c e p t a b l e   v o l t a g e   l e v e l   a t   bu s   2   e n s u r e s   t he   n o r m a l   o p e r a t i o n   o f   w i n d   t ur b i n e   t o   g e n e r a t e   t h e   r a t e d   o u t p u t   p o w e r .   S e v e r e   v o l t a g e   d r o p   d u e   t o   f a u l t   o c c u r r e n c e   l e a d s   t o   t h e   o p e r a t i o n   o f   t h e   u nd e r - v o l t a g e   p r o t e c t i o n   w h i c h   i s o l a t e s   t h e   w i n d   t u r b i n e s   f r o m   t h e   g r i d .   A c c o r d i n g l y ,   6 . 0  M W   s h o u l d   b e   i m p o r t e d   f r o m   t h e   g r i d   t o  c o v e r   t h e   d e m a n d   a t   b u s   3 .   M o r e o v e r ,   a   r e a c t i v e   p o w e r   f l o w   r e f l e c t i o n   t a k e s   p l a c e   t o w a r d s   t h e   g r i d ,   t o   dr a i n   t he   s i g n i f i c a n t   c o nt r i b u t i o n   o f   t h e   r e a c t i v e   p o w e r   p r o d u c e d   b y   t h e   c a p a c i t o r   b a n k s   i n   t h e   w i n d   f a r m .   W h i l e   I n s t a l l i n g   S T A T C O M   h e l p s   t o   k e e p   t h e   t u r b i n e   c o n n e c t e d ,   a n d   s o   n o   p o w e r   i n v e r s i o n   w i l l   b e   e x p e r i e n c e d .     Fo r   m or e   cl arit y,   t he  numeric al   data  li ste d  i n  Ta bles  3  a nd   4  summariz e   the  sim ulati on  r esults  of  t he   mentio ned  fiv e  scena rios  for   the  nor mal  a nd   t urb ulate d  sy ste m  be hav i or s ,  the  res ults  show  a  c onsi der a ble  impro veme nt  i n  bus  vo lt a ge  by  instal li ng  S TATC OM  at   medium  volt ag e  side   especial ly  f or  a   fa ulty  sy ste m   conditi on   at   case  5.   A  small   e rror   i n  the  ma gnit ud e  of  the  r esults  menti oned  ab ove  is  du e  to  the  ig nora nce  of   the  co nnect io n  cables  im pe da nce  betwee n  the  wi nd  tu rb i nes  at   t he  wind  powe r  plant.   This  er ro r  does  not   aff ect   t he  li ste d  c ompa rison  resu lt s   bet wee n  t he  dif fer e nt   sce nar io s  of  sy ste m   ope rati on  as   lo ng  as   the   per ce ntage   rati o  of   t he  di ff e r ent  scena rios  volt ages  is  fig ured.   T he  res ults  li ste d  ta ke  int o  c on si der at io n  not   on l y  the   im pac t  of  ST ATCO M   i n sta ll at ion   bu t  al s o  t he  lo cat ion   of  instal la ti on   in   the  w ind   t urbine   co nnect ed   distrib ution  syst em.  Like  t he   mo st  s urve ye d  simi la r  wor ks ,  a uthor s  in  Karo ui  et   al .  [ 14]  car es  ab out  the   sta bili ty impro veme nt by  onl y  ST ATCO M  i ns ta ll at ion  pr oc ess, a  co ns trai n  of r e view fo r  many simil ar  stud ie s  sh ow a  lack  of  com par at ive  ana lysis res ults t o  that  fig ur e d i n  this  stu dy.        5.   CONCL US I O N   This  pa per  ex pl or es   the  feasib il it y  of  instal li ng  a  STATC O M   t o  a   la r ge - sc al e  squirrel   ca ge  i nductio n  gen e rato r - base d  wind   tur bin e ,  distrib ution  s ys te m  sup ply i ng  a   wi nd  fa r m  is  simulat ed   acco r ding  to   diff e re nt   pro po se d  dist urba nce   scena ri os ,   w hile  t he  busba r   volt age   and  wind  farm   ge ne rated   real   an d  reacti ve   powe r   are  obse rv e d.   The  instal la ti on  of  S TATC O M   prov i des  a  s ta ble  volt age  pro file   to  meet   gr i d  co des  by  injec ti ng   or   a bsor bing  t he  reacti ve  po wer   a s  a  re spo ns e  to   seve ral  con ti nge ncies  and  distu r ban c es  at   dif fer e nt  vo lt age   le vel  locat ion s .  Simulat io n  r esults    show  t ha t  STA TCO M  prov i des  bette r  netw ork  vo lt age  char act e r ist ic s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Volta ge  sta bili ty  enhance men t  for  l ar ge  sc ale squirrel  c ag e  inducti on  …   ( A bedalg any At ham ne h )   1793   wh il e  the   s ys te m  ex pe riencin g  fau lt s  a nd  un sta ble  loa d  c onditi on s .  Accor dingly,   the  i ns t al la ti on   imp roves  t he   dynamic  pe rfo rma nce  of   wi nd  fa rms.  T he  r esults  co nclu de   that  the  l ocati on   at   w hich  S TATC OM  is  instal le d,  aff ect s  opti mist ic al ly  the  pe rformance   an d  the  vo lt a ge  prof il e  in   the   distrib utio n  netw ork.  ST A TCOM   instal la ti on   at   medium   volt ag e  le vel   has   bet te r  im pact  on  vo lt age   sta bili t y  f or  al l  sect io ns  in   the   distri bu ti on   sy ste m  tha n  t hat  at   low  vol ta ge  le vel.  Co nv e rsely ,  insta ll ing   STATC OM   cl os e  to  t he  wi nd   farm   at   low   vo lt age  level i s  more s uitable   for vo lt age  pr ofi le  impro veme nt on  t he win d t urbine b us   bar.        REFERE NCE S    [1]   N.  Cherka ou i ,   A .   Bel f qih,  F.  E l  Maria m i,   J.   Bou kher ouaa,  and  A.  Berd ai ,   “Ac ti v e  power  outpu t  opti mization  for   wind  far ms  and  the rm al   uni ts  by  mi nimizi ng   the   oper ating  cost  a nd  em issions , ”  I nte rnational   Jou rnal  of  Elec tri ca l   and  Computer  E ngine ering ,   vol .   10,   no .   4 ,   pp .   34 12 - 3422,   Augus t   2020,   doi: 10. 11 591/i jece . v10i4 . pp3412 - 3422.   [2]   A.  C.   Cep eda,  a nd  M.  A.  Rios,   “Bul k  power  sy stem   av ai l abilit y   assess me nt  wit h  mul t ipl e  wind   power  pla n ts,”   Inte rnational   Jo urnal  of   E le c trical  and   Compute r  Engi n ee ring   (I JE CE) ,   vol.  11 ,   no.   1 ,   pp.   27 - 36 ,   Februa ry   2021 ,   doi:   10 . 11591/ij ec e . v11i1 . pp27 - 36.     [3]   A.  J.  Al i,  M.  Y .   Suli ma n ,   L .   A .   Khal af,  and   N .   S.   Sulta n ,   “Pe rform ance  inve s ti gation  of   stand - al one   indu ct ion   gene ra tor  base d   on  STATCOM   for  wind  powe r  appl i cation,”  I nte rnational   Jou rnal  of   Elec trical  and  Compute r  Engi ne ering  (I J ECE ) ,   vol .   10 ,   n o  6,   pp.   5570 - 55 78,   De ce mb er  2 020,   doi :  10 . 115 91/i jece . v10i6 . p p5570 - 5578.   [4]   X.  Li u ,   G .   Wu,  and  X.   Li,  “Stud y  on  vol ta g e  st a bil it y   and   con tro l  stra te gy   of  gr id - conne c te d   wind   far m , ”   in   IE EE   Ac c ess ,   vol .   7 ,   p p.   148843 - 1488 52,   2019 ,   doi :  10 . 1109/ACCESS . 2019. 2945195.   [5]   R.   Basak ,   G.  Bh uvane sw ari ,   and   R.   R.   Pil la i ,   “L o w - volt age  rid e - t hrough  of  a  sync hronous  gene r ator - base d  v ari ab l e   spee d  grid - int erf ac ed   wind  en erg y  conve rsion   sys te m , ”  in  I EE E   Tr ansacti ons  on  I nd ustry  Appl i cations ,   vol .   56 ,   no.   1,   pp .   752 - 762 ,   J an. - Feb.   2020 ,   d oi:   10 . 1109/T IA . 2019. 2946125.   [6]   S.  Ranjan,   D.   C.   Das,   A.  Latif,  N.  Sinha ,   S.   M.   S.  Hus sain,  and   T.  S.  Us tun,  “Ma ide n   vol ta ge   co ntrol   analysis  of   hybrid  power  sys te m  with  dyn am i c  voltage  r e stor er, ”  in  IE E E  Acce ss ,   vol .   9,   pp.   60531 - 6 0542,   2021,   do i :  10. 1109/ACCESS . 2021. 3071815.   [7]   Ms .   D.   Chopra ,   and  Y .   D.   Shaha kar ,   “A   rev ie w   o n  aug me nt ation   of  vol ta g e  st abili ty  using   op ti m izati on   t ec hn ique , ”  Inte rnational   Jo urnal  for  R ese a rch  in  Appl i ed  S ci en ce  &  E ngin ee ring  Te chnol o gy  (IJ RA S ET) ,   v ol.   7 ,   no .     1,   pp.   786 - 791,   Janu aary 2019.   [8]   I.   O .   Akw ukwae gbu,   and   O.   G.   Ibe ,   “Con ce pts   of  re active  pow er  cont rol   and   v olt ag e  st abi l it y   me thods   in   power  sys te m  net work , ”  IOSR  Journal   of  Computer  En gine ering  (IOS R - JCE ) ,   vol.   11,   no.   2,   pp .   15 - 25 ,   May - June  2013 ,   doi:   10 . 9790/06 61 - 1121525.   [9]   C.   Sourkounis, a nd  P.  Tourou ,   “ Grid  code re quir em en ts f or  wind  power  integra t io n  in  Europ e,”  Hi ndawi  Publishin g  Corpor ati on ,   vol .   2013 ,   pp .   1 - 9 ,   Marc h  2013 ,   doi :  10. 1155 /2013/437674.   [10]   C.   Sanja y ,   and  I .   Nayna ,   “Ope rati on  and  cont ro l  o f  wind  power  sta ti on  using f a ct s  devi c es  cont rol ler,”   Int ernati onal  Re f ere ed   Journa l  of   Engi n ee ring   and  Scienc e  (I RJES) ,   vo l. 1, no. 2 ,   pp .   17 - 38 ,   Oc to ber   2012.     [11]   B.   B.   Ade tokun,  C.   M.  Murii thi ,   and  J.  O.  Ojo ,   “ Volta ge  st abi l it y   ana lysis  and   improveme n t  of  po wer  sys te m  with   inc re ase d  SC IG - base d  wind   sy stem   int eg ration , ”   in   2020  I EEE  P ES/ I AS  Po werAf rica ,   202 0,   pp .   1 - 5 ,   doi :   10. 1109/PowerAfric a49420 . 2020 . 9219803.   [12]   A.  Rasyad,   S.   Kame l ,   and  F.   Juardo,   “Sta bi li ty   im prove me n t   o f  power  sys te m   conne c te d  wi th   deve lop ed  win d   far ms  using   SS SC   cont rol le r , ”   Ai n   Shams   E ngine ering   Jour nal ,   vo l.  9,   no .   4 ,   pp .   2767 - 2779,   2018 ,   do i:  10. 1016/j.a sej . 2 017. 03. 015 .     [13]   M.  Firounzi,  G.  B.   Ghare hp et i an ,   and  S.   B.   Moz a far i,  “Applica t io n  of  UIP C  to  improve  power  sys te m  st abi l it y  and  LVRT  Capa  bili ty  of  SC IG - base d  wind  far ms, ”  I ET  Gene ration,  Tr ansm i ss ion  &  Distributi on ,   vo l.   11 ,   no.   9 ,   pp .     2314 - 2322,   201 7,   doi :  10 . 1049/iet - gtd . 2016. 175 8.   [14]   R.   Karou i,  A.   A ouit i,  Z.  Maha ,   a nd  B.   Faou zi ,   “I mpa c t  of   st at i c  s ynchr onous  co m pensa tor   on  the  s ta bility   of   a   win d   far m:  Case   stu dy  of  wind   f ar m  in   Tun isia,”   Wind   Eng ine e ring ,   vo l.  40,   no.   6 ,   pp .   555 - 568,   2016 ,   doi :    10. 1177/030952 4X16671193.   [15]   T.  Moger   and   T .   Dhadba n ja n ,   “F uzz y   logic   appr o ac h   for   re ac t ive  power  coo rdi na t ion  in  gr id   conn ec t ed  wind   f arms  to  i mprove  ste ad y  state  vo ltage   st abi lity, ”  I ET  R en ewabl e   Pow er  G ene ration ,   vo l.  1 1,   no .   2 ,   pp .   351 - 361,   2016 ,   do i :  10. 1049/iet - rpg . 2016. 0119.   [16]   H.  Re zaie ,   and   M.  H.   Ka ze m i - Rahba r,  “E nh an ci ng   voltage   st a bil it y   and   LVR T  ca p abi l it y   of   a  wind - integra t ed   power  sys te m   using  a   fuz zy - base d  SV C, ”  Engi ne ering  Sc ie n ce  an d  Technol og y,  a n  Inte rnat ional  Journal ,   vol.  22,   no.   3 ,   pp .   827 - 8 39,   2019 ,   doi :  10 . 1016/j.je st ch. 20 18. 12. 018 .   [17]   V.  Bui,   T.   Hoan g,   T .   Duong,  an d  D.  Truong,  “ Dynami c  vo lt ag e  stabilit y  enha n ce m ent   of  a  gri d - conne c te d  win d   power  sys te m   b y  AN FIS   cont ro ll ed   static   var   co mpe nsator , ”   in   2 019  Inte rnat iona l  Conf ere nc e  on   Syste m   Scienc e  and  Engi n ee ring   (ICSSE) ,   2019 ,   pp.   174 - 177 ,   doi :  10. 1109 /ICSS E. 2019. 8823522 .   [18]   S.  M.  Said,  A.  Seli m ,   and   B.   Ha rtm ann ,   “ Enha n ce m ent   of  vo lt a ge  profile  for  un bal an ce d  d istri b uti on  sys te m  wi t h   wind  ene rgy   an d  superc ondu ct i ng  ma gn et i c  en erg y  storag e,”  i n  2018  Int ernat ional   Con fe renc e  on   Innov at ive   Tr ends  in  Computer  Eng ine ering   (ITCE) ,  2018,   p p.   289 - 295 ,   doi : 10.1109/ ITC E. 2 018. 8316640.   [19]   M.  I.  Mos aa d ,   A.  Alen any,  and   A.  Abu - Siad a,  ‘‘E nhancing  the  per for ma nc e  of   wind  ene rgy   co nver sion  sys te m s   using uni fie d  po wer  flow  cont ro l le r,”   IET  Gen erati on,   Tr ansm ission &   Distributi o n ,   vol. 14,   no .   10 ,   pp.   1922 - 1929 ,   2020,   doi :10. 104 9/i et - g td. 2019 . 1 112.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.