I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o w er   E ng ineering   ( I J AP E )   Vo l. 7 ,   No . 3 Dec em b er   201 8 ,   p p .   2 2 7 ~2 3 4   I SS N:  2 2 5 2 - 879 2   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ap e. v 7 . i3 . p p 2 2 7 - 234          227       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JA P E   A New  F requency  f o O ff s ho re Win d - far m   B a sed o n   Co m po nen Lo ss   Ca lcula tion       K o g a nti  Srila k s h m i 1 P .   Ara v ind ha ba bu 2 P .   Ra v i B a bu 3   1, 3 S NIST ,   EE De p t,   Hy d e ra b a d ,   In d ia   2 A n n a m a lai  Un iv e rsit y ,   EE De p t,   T a m il n a d u ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 1 6 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   A u g   6 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A u g   21 ,   2 0 1 8       Off sh o re   w in d   p o w e p lan ts  a re   g a in in g   im p o rtan c e   in   re c e n y e a rs,  a th e re   is  a d e q u a te  s p a c e   a v a il a b le  f o r   it in sta ll a ti o n ,   h ig h   w in d   sp e e d ,   n o   re strictio n   o n   t h e   siz e   o f   tu rb in e   b lad e (n o   tran sp o rtatio n   a n d   c o n stru c ti o n   p ro b lem )   a n d   b lad e c a n   b e   a ll o w e d   to   ro tate   a h ig h e sp e e d   w it h o u a n y   n o ise   c o n stra in t,   th e re b y   in c re a sin g   th e   ra ted   p o w e r.   Ho w e v e r,   th e   e x isti n g   o f fsh o re   w in d   f a r m f a c e   g re a t e c o st  re late d   c h a ll e n g e th a n   th o se   o f   o n sh o re   p lan ts.   T h e   in teg ra ti o n   o f   o ff sh o re   w in d   f a r m   w it h   o n sh o re   p o w e g rid   is  a   c o m p lex   is su e .   F e a sib le  so lu ti o n f o p o w e tran s m issi o n   th r o u g h   c a b les   f ro m   o ff sh o re   w in d   f a r m to   o n s h o re   a re   H V A C,   li n e   c o m m u tate d   HV DC   a n d   V S C - H V DC.  T h is   p a p e a n a ly s e th e   v a rio u sc h e m e f o r   in teg ra ti o n   o f   o f f sh o re   w in d   f a r m   w it h   o n s h o re   p o w e g rid   a n d   su g g e st th a L F A w it h   su b m a rin e   c a b le   o p e ra ti n g   a 0 . 7   Hz   is   a n   o p ti m a l   c h o ice   in   o b tai n in g   b e tt e p e rf o rm a n c e s.   K ey w o r d s :   HVDC  tr a n s m is s io n   L o w   f r eq u e n c y   AC   tr an s m is s io n   Of f s h o r w i n d   f ar m s   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .     Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ko g an ti  Srilak s h m i ,   SNI ST ,   E E E   Dep t,   Hy d er ab ad ,   I n d ia.   E m ail:  s j m u h to r i9 5 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     I n   r ec en y ea r s ,   th f o cu s   o n   el ec tr ical  p o w er   g e n er atio n   f r o m   r en e w ab le  s o u r ce s ,   s u c h   as  w i n d ,   s o lar   an d   h y d r o   en er g y   is   g r ad u all y   in cr ea s in g   as  t h tech n o lo g y   is   s i m p le  an d   ea s y   to   u s e.   As   a   co n s eq u en ce   o f   r is in g   f o s s il  f u e p r ices,  ad v a n ce d   tech n o lo g y   h as  f ac i litate d   th p o w er   co n s u m er s   to   o p t   f o r   s m all  r o o f   to p   w i n d   t u r b in es  to   g e n er ate  p o w er   f o r   th eir   u s a g e,   t h er eb y   r ed u cin g   t h eir   p o w er   tar i f f s   a n d   C O 2   e m i s s io n s .   B esid es  th e y   ar ab le  to   s ell  ex ce s s   p o w er   to   t h s er v ice  p r o v id er   b y   co n n ec tin g   t h eir   l i n es  to   t h g r id .   T h k in e tic  en er g y   o f   th w i n d   is   co n v er ted   in to   m ec h a n ical  e n er g y   b y   t h tu r b i n u s in g   t h w a y   s h af an d   g ea r   b o x ,   w h ic h   ar e   ar r an g ed   in   s u ch   w a y   th at   d if f er e n o p er atin g   s p ee d s   co n v er t h is   m ec h an ica e n er g y   i n to   elec tr ical  en er g y .   W i n d   is   u n r eliab le  n o n - co n v e n tio n a en er g y   s o u r ce   a n d   t h o u tp u o f   w i n d   t u r b in i s   n o co n s ta n t b y   w h ic h   o u tp u t p o w er   f r o m   t h w in d   f ar m   is   n o t c o n s is ten t b u f lu ct u ati n g .   Du to   th is   i n s tab ilit y   o f   g en er ato r   o u tp u t,  it’s  n o s u it ab le  f o r   th g e n er ato r   to   co n n ec d ir ec tl y   to   th g r id .   Hen c e,   it  is   n ec e s s ar y   to   u s co n tr o ller   to   m an a g t h e   o u tp u p r o d u ce d   b y   t h w i n d   tu r b in g en er ato r .   Of f s h o r w i n d   f ar m s   ar li k el y   to   b s o u r ce   o f   f u tu r elec tr i g en er atio n   d u to   a m p le  s p ac av ailab ilit y   an d   b etter   w i n d   s p ee d .   I n   p ar ticu lar ,   tr an s m is s io n   o f   elec tr ic  p o w er   f r o m   o f f s h o r to   o n s h o r g r id   h as  b ec o m c h allen g in g   ta s k   to     elec tr ical/p o w er   en g i n ee r s .   A t   p r esen Hig h   Vo lta g AC   ( HV A C ) ,   Hi g h   Vo lta g e   D C   ( HVDC),   L o w   Fre q u e n c y   AC   ( L F AC )   tr an s m is s io n   s y s te m   ar w el k n o w n   tec h n o lo g ies   f o r   tr an s m i s s io n   as  s h o w n   i n   Fi g u r e   1 .   HV AC   i s   ad v an ta g eo u s   b ec au s o f   its   s i m p le  d esi g n ,   av ai lab ilit y   o f   cir cu it  b r ea k er s   an d   tr a n s f o r m er s .   Ho w e v er ,   th e   ch ar g i n g   c u r r en o f   AC   s u b m ar in e   ca b le  d u e   to   lar g e   ca p ac itan ce   i s   h ig h   an d   r ed u ce s   t h ac ti v p o w er   tr an s m is s io n   ca p ac it y   an d   li m i ts   li n d i s tan ce   f r o m   o f f s h o r to   o n s h o r e.   T h HV A C   is   t h u s   r ec o m m e n d ed   f o r   r elativ el y   s h o r t u n d er w ater   tr a n s m i s s io n   o f   d is ta n ce   less   t h a n   6 0 K m   f r o m   o f f s h o r p lan t t o   o n s h o r e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   3 Dec em b er   2 0 1 8 :   2 2 7   234   228   T h er ex is ts   t w o   clas s es  o f   H VDC  d ep en d in g   o n   t h t y p o f   p o w er   elec tr o n ics  d e v ices  u s ed .   T h f o r m er   class   i n v o lv e s   lin co m m u ta ted   co n v er ter   HVD C   ( L C C - HVD C )   u s in g   t h y r i s to r s   an d   ca n   tr an s m it   p o w er   u p   to   1 GW   w it h   h i g h   r eliab ili t y   [ 1 ] ,   w h i le  t h la te r   o n e m p lo y s   v o ltag e   s o u r c co n v er ter   HVD C   ( VSC - HVD C )   u s in g   s el f   co m m u ta ted   d ev ices  li k I GB T ' [ 2 ] .   T h m aj o r   ad v an tag o f   HVD C   is   n o   li m ita tio n   o n   tr a n s m i s s io n   d is t an ce   d u e   to   ab s e n ce   o f   r ea cti v cu r r en t   i n   t h ca b le.   I n   ad d it io n   t o   H V A C   an d   HVDC,  lo w   f r eq u e n c y   A C   tr a n s m i s s io n   h as b ee n   r ec en tl y   p r o p o s ed   [ 3 - 4 ] .     T h v ar io u s   s ch e m e s   f o r   i n t eg r atio n   o f   o f f s h o r w i n d   f a r m   w it h   o n s h o r p o w er   g r id   h av e   b ee n   d is cu s s ed   an d   an al y s ed   in   t h i s   p ap er .   Fr o m   t h d is cu s s io n s ,   it  h as  b ee n   s u g g e s ted   th at  L F AC   w it h   s u b m ar i n ca b le  o p er atin g   at  0 . 7   Hz  is   an   o p tim al  c h o ice  in   o b tai n in g   b etter   p er f o r m a n ce s .           Fig u r e   1 .   Of f s h o r w i n d   en er g y   tr an s m i s s io n   tech n o lo g y   av a ilab le       2.   T E CH N I CA L   SO L UT I O F O R   O F F SH O RE   P O WE T RANSM I SS I O N   As  th tr an s m is s io n   lin k s   u s i n g   o v er h ea d   lin e s ,   to w er s   an d   air   in s u latio n   co n d u c to r s   ar i m p o s s ib le   in   o f f s h o r tr an s m is s io n   s y s te m ,   s u b m ar i n ca b les  ar s u g g ested   as  s o l u tio n .   Ho w e v er ,   th c h ar g i n g   c u r r en t   o f   s u b m ar in ca b les  at  5 0 Hz  o p er atin g   f r eq u e n c y   li m it s   th e   tr an s m is s io n   d is ta n ce   u p   to   1 0 0 - 1 2 0   k m .   L o n g e r   tr an s m is s io n   m a y   r es u lt  i n   h i g h er   r ea ctiv cu r r en i n   th ca b le  w h ich   i n - tu r n   li m its   t h av a ilab le  ac tiv p o w er   tr an s m is s io n   ca p ac it y .   T h o n l y   al ter n ati v s o lu tio n   f o r   H V AC   h as   b ee n   HVD C   tr a n s m i s s io n ,   w h ic h   is   v er y   co s tl y   d u to   ex p en s i v co n v e r ter s   at  b o th   s id es  DC   lin k .   M o r eo v er ,   lar g er   n u m b er   o f   d ev ices  an d   lo w er   lif e   ti m o f   th eq u ip m e n ts   o n   s ea   in cr ea s t h o p er atio n al  ex p en d it u r e.   T h p r o p o s ed   s ch e m th u s   tr a n s m it s   p o w er   th r o u g h   s u b m ar in ca b le  at  lo w er   f r eq u e n c y   o f   0 . 7 Hz,   w h ich   r eq u ir e s   o n b ac k   to   b ac k   f r eq u en c y   co n v er ter   at   o n s h o r e,   d e m a n d in g   les s   m ai n ten a n ce .   Ho wev er ,   th e   lo w er   o p er atin g   f r eq u en c y   m a k es   th e   tr an s f o r m er s   a n d   s h u n r ea ct o r s   lar g er   an d   h ea v ier   d u to   th lar g er   co r ar ea   at  th s a m allo w ab le  f lu x   d en s it y .   T h p r o p o s ed   s ch e m en ab les   lin k i n g   o f   d if f er en t   o f f s h o r an d   o n s h o r g r id   v o ltag es  a n d   r ed u ce s   en v ir o n m e n tal  e f f ec ts   d u to   th u s o f   co n v er ter   co m p o n en t s   o n l y   at  o n s h o r e.   T h p r o p o s ed   s ch e m is   d ev elo p ed   f o r   s in g le  p h ase   s u p p ly .       3.   CO M P O NE NT S A VAL I AB L E   F O L O F RE Q U E NC T RAN SM I SS I O N.   3 . 1 .   Su b m a ri ne  ca bl e     T h s tan d ar d   A C   s u b m ar in ca b les,  av aila b le  w it h   v o lta g r atin g   u p   to   4 0 0   k an d   o p er atin g   f r eq u en c y   o f   5 0 /6 0   Hz,   ca n   b u s ed   in   th p r o p o s ed   s ch e m f o r   o p er atio n   at  0 . 7   Hz.   T h u s o f   th s tan d ar d   s u b m ar in ca b le  at  lo w er   o p er atin g   f r eq u en c y   in cr ea s es   th th er m al  r atin g   o f   t h ca b le  u n d er   n o r m a l   en v ir o n m e n tal   co n d itio n s   d u to   less er   s h ea th   an d   d ielec tr ic   lo s s es,  a n d   s m al ler   ca b le  r esi s tan ce   d u e   to   lo w er   s k i n   e f f ec t [ 1 2 ] .     3 . 2 .   P o w er   t ra ns f o r m er   a nd   s h u nt  re a ct o r   T h 5 0   Hz,   s in g le   p h ase   tr an s f o r m er s   w it h   r ati n g s   u p   to   1 8 7 . 5   MV A   a n d   p r i m ar y   v o ltag e s   u p   to   1 45  k w ei g h   ar o u n d   2 0 0   to n n es.  T h tr an s f o r m er ,   d esig n ed   w i th   an   o b j ec tiv o f   w e ig h r ed u ctio n   f o r   o p er atio n   at  f r eq u en c y   o f   0 . 7   Hz,   w il w ei g h   at  lea s f o u r   to   f i v t i m es  o f   t h o s o f   5 0   Hz  tr an s f o r m er .   T h s h u n t   r ea cto r s   f o r   o p er atio n   at  0 . 7   H z   w ill al s o   b to o   b u lk y   w it h   l ar g er   w ei g h t.     3 . 3 .   F re qu ency   co nv er t e r   T h o f f s h o r w in d   f ar m   co n n ec ted   w it h   L F AC   s y s te m   r eq u ir es  f r eq u en c y   co n v er ter   o r   v ar iab le  f r eq u en c y   tr a n s f o r m er   [ 5 - 7 ]   at  o n s h o r s id e.   T h p r o p o s ed   s ch e m co n s id er s   li n e   co m m u tated   c y clo - co n v er te r   in v o lv i n g   lin co m m u tated   th y r is to r s   o r   I GB T s   a s   f r eq u en c y   co n v er ter   f o r   o p er atio n   at  0 . 7 /5 0 Hz   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     A   N ew F r eq u en cy   fo r   Offs h o r W in d - F a r B a s ed   o n   C o mp o n en t Lo s s   C a lcu la tio n   ( K o g a n ti S r ila ksh mi )   229   b ec au s o f   its   lo w er   co s t.  T h s ch e m d o es  n o r eq u ir a n y   co n v er ter   at  o f f s h o r s id e,   t h er eb y   r es u lti n g   i n   lo w er   in v e s t m e n t,  r u n n i n g   a n d   m ain ten a n ce   co s ts .       4.   CO M P O NE NT   L O SS   CA L CULA T I O N   P o w er   tr an s m is s io n   t h r o u g h   AC   u n d er g r o u n d   ca b les  is   li m i t ed   b y   th ca p ac iti v ch ar g in g   cu r r en c I   w h ic h   is   al m o s t 1 5 - 2 0   ti m e s   g r ea ter   th an   t h at  o f   o v er h ea d   lin es a n d   is   g i v e n   b y       a m p s l C f I n c 3 2                                          ( 1 )     w h er n f   d en o tes  t h e   tr a n s m i s s i o n   f r eq u en c y ,   C   in d icate s   ca p ac itan ce   p er   k m   a n d   l   r ep r esen ts   th e   len g th   o f   th ca b le.   Du to   th is   c h ar g in g   cu r r en t,   d ielec tr ic  lo s s   p la y s   v ita r o le  in   lo n g   d is ta n ce   o f f s h o r w i n d   f ar m   p o w er   tr an s m i s s io n   a n d   is   g iv en   b y     w a t t s t a n 2 2 l C V f P n n l o s s D                              ( 2 )     w h er e,   n V     is   th n o m i n al  v o ltag e.   Hen ce   it   is   n ec es s ar y   to   s w itc h   o n   s h u n r ea cto r s   o n   b o th   e n d s   o f   th e   s u b m ar i n ca b le.   T h ca p ac it y   o f   r ea cto r s   is   ca lcu lated   u s u all y   w it h   th n o m i n al  v o ltag a n d   f r eq u en c y   ac co r d in g   to   th f o llo w i n g   eq u a tio n .     v a r s 2 l C V f Q n n C                                           ( 3 )     T h co p p er   lo s s   d ep en d s   o n   th len g t h   an d   r e s is ta n ce   o f   t h ca b le  w h ic h   i n   t u r n   d ep en d s   o n   t h ar e a   o f   cr o s s   s ec tio n   o f   ca b le  an d   s k in   e f f ec t.     w a t t s ) ( 2 l R I P c C u l o s s                                           ( 4 )     A l R c                                                                     ( 5 )      n f d e p t h S k i n 1                                          ( 6 )     W h er e,   I   is   t h tr an s m i s s io n   c u r r en t,  c R   is   t h r esi s ta n ce   o f   th e   ca b le  p er   k m ,     is   t h r esi s ti v i t y ,   A   is   t h e   cr o s s   s ec tio n   ar ea   o f   t h ca b le,     is   th p er m itt iv i t y   a n d     is   th co n d u cti v it y .   I n   s in g le  co r p o w er   tr an s m i s s io n   ca b le,   n o r m all y   m etal l ic  s h ea t h   is   co ated   o u ts id th in s u latio n   la y er   to   p r ev e n t h i n g r ess   o f   th m o is tu r e,   p r o tect  f r o m   m ec h an ica ch a n g e,   s er v as   an   elec tr o s tatic  s h ield   an d   ac a s   r et u r n   p ath   f o r   f au lt  c u r r en a n d   ca p ac iti v ch ar g i n g   c u r r en [ 8 - 9 ] .   W h e n   an   i s o lated   s i n g le   co n d u cto r   ca b le  ca r r ies  alter n atin g   cu r r en t,  a n   alter n at in g   m ag n etic  f ield   is   g e n er ated   ar o u n d   it.  W h en   t h e   s h ea t h s   o f   s in g le - co n d u c to r   ca b les  ar b o u n d ed   to   ea ch   o th er ,   th in d u ce d   v o lta g ca u s es   cu r r en to   f lo w   i n   th co m p leted   cir cu it.  T h is   cu r r en ca u s es  lo s s e s   in   t h s h ea th s   an d   r ed u ce s   t h ca b le  ca p ac it y .   T h s h ea th   lo s s   o f   t h ca b le  is   g i v e n   b y :     I R I M f I P sh sh n sh 2 2 2 ) ( ) 2 (                                           ( 7 )     W h er sh R   is   th s h ea th   r esi s ta n c e,   sh M   m u t u al  i n d u cta n ce   b et w ee n   co r e   o f   o n ca b le   an d   th s h ea th   o f   a n   ad j ac en t c ab le  g iv en   b y     r d u M sh ln 2                                                         ( 8 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   3 Dec em b er   2 0 1 8 :   2 2 7   234   230   W h er e,   d   is   t h d is tan ce   b et w e en   co r o f   t h ca b le,   r   is   t h r a d iu s   o f   t h e   ca b le.   Hen ce ,   to tal   lo s s   o f   th e   AC   s u b m ar in ca b le  is   g i v en   b y   t h s u m   o f   Dielec tr ic  lo s s ,   C u   lo s s   an d   s h ea t h   lo s s .       T h Stein m etz  eq u atio n   i s   t h class ical  m et h o d   to   ca lcu late  t r an s f o r m er   co r lo s s   w h ic h   is   g iv e n   b y     m n n c NB f V A 2                                                         ( 9 )     pk w c ct B f k A A P                                                        ( 1 0 )     W h er e,   c A   is   tr an s f o r m er   co r ar ea ,   ct P   is   th tr a n s f o r m er   c o r lo s s ,   N   is   th n u m b er   o f   tu r n s   o f   tr an s f o r m er ,   m B is   f l u x   d en s it y   an d   α   a n d   β  ar co n s ta n w h o s v al u d ep en d s   o n   th co r m ater ial     o f   th tr an s f o r m er .       5.   P RINCI P L E   O F   L F A T R ANSM I SS I O SY ST E M   5 . 1 .   P o w er   t ra ns m i s s io n t hro ug h   s ub m a ri ne  ca ble   A cti v p o w er   tr a n s m itti n g   ( p )   o v er   th tr an s m i s s io n   li n es   i.e   ca b les  f o r   co n n ec ti n g   o f f s h o r w in d   f ar m s   ca n   b g i v e n   b y       X V V P R S s i n                                                   ( 1 1 )     W h er e,   S V   a n d   R V   ar th e   s e n d in g   an d   r ec eiv in g   e n d   v o ltag e   r es p ec tiv el y   X   is   lin e   r ea ctan ce ,   a n d     is   t h e   tr an s m is s io n   a n g le.     T h ab o v eq u atio n   i s   v al id   w h e n   t h c ab le  is   s h o r in   le n g th   t h at  n e g lects  th e f f ec o f   th li n an g le  [ 1 0 - 1 4 ] .   Fro m   E q u atio n   ( 1 1 ) ,   it  is   clea r   th at  th p o w er   d ep en d s   o n   v o ltag e s   an d   r ea ctan ce   o f   tr an s m i s s io n   lin e.   P o w er   tr an s m i s s io n   i n cr ea s es  eit h er   b y   in cr ea s in g   v o ltag o r   b y   d ec r ea s i n g   r ea cta n ce   o f   tr an s m i s s io n   ca b le.   W ith   f i x ed   s en d i n g   an d   r ec eiv i n g   e n d   v o ltag e s ,   th o n l y   w a y   to   i m p r o v tr an s m is s io n   ca p ab ilit y   i s   b y   r ed u cin g   th r ea cta n ce ,   w h ich   d o m i n ates  t h li n i m p ed an ce ,   o f   th ca b le  th r o u g h   r ed u ci n g   th e     o p er atin g   f r eq u e n c y .       L f X n 2                                                         ( 1 2 )     W h er e,   L   is   t h to tal   in d u ct an ce   o v er   th e   ca b le,   d ec r ea s in g   t h elec tr ic it y   f r eq u en c y   ca n   p r o p o r tio n ally   in cr ea s tr an s m i s s io n   ca p ab ili t y .   T h L F AC   s y s te m   b a s ed   o n   t h is   co n ce p i s   n o o n l y   a b le  to   in cr ea s e   t h tr an s m itti n g   p o w er   b u t a l s o   i m p r o v th v o lta g s tab ilit y   g iv en   b y       2 100 % V QX V                                                       ( 1 3 )     W h er e   V is   th v o lta g d r o p   o v er   th ca b le,   is   th n o m in a v o ltag an d   is   th r ea cti v p o w er   f lo th r o u g h   th e   ca b le.   A s   t h r ec atan ce /i m p ed an ce   i s   r ed u ce d   in   L F AC   s y s te m   d u e   to   r ed u ce d   f r eq u en c y   t h e   v o ltag d r o p   o v er   th ca b le  is   p r o p o r tio n all y   r ed u ce d   [ 1 5 - 16 ].     5 . 2 .   F re qu ency   ra ng e   T h Op er atin g   f r eq u e n c y   o f   L F A C   s y s te m   d ep en d s   m ai n l y   o n   t w o   f ac to r s th e   f ir s o n i s   th e   s p ac ch ar g ac c u m u latio n   i n   t h c ab le  an d   t h s ec o n d   o n e   is   th h ar m o n ic s   g en er ated   b y   t h e   lin e   co m m u tated   3   p h ase  c y c lo - co n v er ter .   T h f r eq u en c y   o f   t h L F AC   s y s te m   s h o u ld   b s et  lo w er   t h a n   1 /3   o f   th co n v e n tio n a l   n o m i n al  f r eq u en c y   to   r ed u ce   h ar m o n ic s   [ 1 3 ] .   Feasib le  O p er atio n   f r eq u en c y   r a n g f o r   5 0   Hz  s y s te m   i s     g iv e n   b y     Hz 3 / 50 1 . 0 n f                                                       ( 1 2 )     I n   th i s   p ap er ,   0 . 7   Hz  f r eq u en c y   is   u s ed   f o r   tr an s m is s io n   to   s t u d y   t h L F AC   s y s te m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     A   N ew F r eq u en cy   fo r   Offs h o r W in d - F a r B a s ed   o n   C o mp o n en t Lo s s   C a lcu la tio n   ( K o g a n ti S r ila ksh mi )   231   5 . 3 .   Co s t   co m pa ri s o n   T h to tal  co s co m p r is e s   t h i n v e s t m en co s a n d   t h r u n n i n g   co s t.  T h i n v e s t m en co s is   t h co s t   ass o ciate d   w it h   t h ter m i n al  eq u ip m e n ts   a n d   ca b les   [ 1 1 ] .   As  s h o w n   in   Fig u r e   1 th c o n v e n tio n al   HV AC   s y s te m   h as  o f f s h o r an d   o n s h o r tr a n s f o r m er s ,   w h er ea s   L F A C   tr an s m is s io n   co n tai n s   ad d itio n al   c y clo - co n v er ter .   T h VSC - H VDC  t r an s m is s io n   s y s te m   n ee d s   t wo   m o r co n v er ter   s tatio n s ,   o n at  o f f s h o r an d   an o th er   at   o n s h o r e.   E v e n   t h o u g h   L F AC   s y s te m   n ee d s   f r eq u e n c y   co n v er ter   w it h   m i n i m u m   o f   3 6   th y r is to r s ,   th e   to tal  ter m i n al  co s o f   L F AC   i s   co m p ar ativ e l y   lo w er   w i th   VSC - HVD C   a s   co n v er ter   co s in   H VDC  is   q u it e   co s tl y .   Mo r eo v er ,   th m a in te n an ce   co s t f o r   eq u ip m en t s   at  o f f s h o r is   m o r co m p ar ed   to   th at  o f   o n s h o r e.           Fig u r e   2 .   C o s co m p ar is o n   o f   t r an s m is s io n   s y s te m s       T h co s co m p ar is o n   o f   d if f e r en tr a n s m is s io n   s y s te m s   ar e   s h o w n   in   Fi g u r e   2 .   I i s   clea r   f r o m   th e   f i g u r t h at  th b r ea k a w a y   p o in i n cr ea s es  i n   L F A C   tr a n s m is s io n   s y s te m   co m p ar ed     to   co n v en tio n al  AC   s y s te m .   T h in v es t m e n t   co s is   lo w er   f o r   th e   HV AC   s y s t e m   t h a n   t h HV DC ,   i f   tr an s m is s io n   d is ta n ce   i s   s h o r ter   th a n   5 0   km .   I f   t h f r eq u en c y   is   r ed u ce d ,   th s lo p o f   L F AC   cu r v r ed u ce s ,   t h er eb y   m ak in g   t h L F A C   m u c h   co m p eti tiv w h e n   th d i s tan ce   b et w ee n   th o f f s h o r a n d   o n s h o r is   in   t h r an g o f     3 0   k m   to   1 5 0   k m .     T h to tal  lo s s es  o f   ca b le,   co r lo s s   o f   tr an s f o r m er ,   ch ar g in g   cu r r en t,  tr an s f o r m er   co r s ize  an d   p o w er   tr an s m is s io n   h a v b ee n   ca lc u l at ed   at  d if f er en f r eq u en c ies o f   5 0   Hz,   1 6   Hz  a n d   0 . 7   Hz  a n d   at  v o ltag e   o f   1 3 2   k an d   p r esen ted   in   T ab le  1 .   T h an al y s i s   o f   t h tab le  clea r ly   in d icate s   th a t 0 . 7   Hz  is   th o p ti m al  f r eq u en c y .         T ab le  1 .   C o m p o n e n L o s s es  C alcu lated   Val u es   f o r   Dif f er en T r an s m is s io n   Di s ta n ce s   D i st a n c e   F r e q u e n c y   C h a r g i n g   c u r r e n t   T o t a l   l o ss o f   c a b l e   ( K W )   T r a n sf o r me r   c o r e   l o ss ( W )   T r a n sf o r me r   c o r e   si z e   A c t i v e   p o w e r   t r a n s mi ss i o n   5 0 K m   0 . 7 H z   4 . 1 8 7 8 7 5   5 9 9 . 3 3 3   4 2 . 6 1 3 6 5   3 0 . 3 3 6 7 3   2 . 2 6 4 9 2 E+ 1 1     1 6 . 7 H z   9 9 . 9 1 0 7 4   6 0 8 . 0 8 6 8   2 0 8 . 1 4 1 2   1 . 2 7 1 6   9 4 9 3 6 6 0 5 4 1     5 0 H z   2 9 9 . 1 3 3 9   6 2 6 . 7 9 8 1   3 6 3 . 3 7 8   0 . 4 1 7 2 0 5   3 1 7 0 8 8 2 6 2 1   1 6 0 K m   0 . 7 H z   1 3 . 4 0 1 2   1 9 1 7 . 8 6 6   4 2 . 6 1 3 6 5   3 0 . 3 3 6 7 3   7 0 7 7 8 6 2 9 9 2 3     1 6 . 7 H z   3 1 9 . 7 1 4 4   1 9 4 5 . 8 7 8   2 0 8 . 1 4 1 2   1 . 2 7 1 6   2 9 6 6 7 6 8 9 1 9     5 0 H z   9 5 7 . 2 2 8 6   2 0 0 4 . 1 7 8   3 6 0 . 1 5 1 1   0 . 4 2 4 7 1 4   9 9 0 9 0 0 8 1 8 . 9   3 0 0 K m   0 . 7 H z   2 5 . 1 2 7 2 5   3 5 9 5 . 9 9 8   4 2 . 6 1 3 6 5   3 0 . 3 3 6 7 3   3 7 7 4 8 6 0 2 6 2 6     1 6 . 7 H z   5 9 9 . 4 6 4 4   3 6 4 8 . 5 2 1   2 0 8 . 1 4 1 2   1 . 2 7 1 6   1 5 8 2 2 7 6 7 5 7     5 0 H z   1 7 9 4 . 8 3 4   3 7 5 7 . 8 3 4   3 6 0 . 1 5 1 1   0 . 4 2 4 7 1 4   5 2 8 4 8 1 4 3 6 . 8       T h g r ap h s   i n   Fi g u r es   3 ,   4   an d   5   in d icate   t h m ax i m u m   p o s s ib le  p o w er   tr an s m is s io n   at  0 . 7 Hz,   1 6 . 7 Hz,   5 0 Hz  f r eq u en cie s   f o r   5 0 Km ,   1 6 0 K m ,   3 0 0 K m   tr a n s m is s io n   lin r e s p ec tiv el y .   I i s   also   s h o w n   t h at  t h e   p o w er   tr an s m is s io n   g r ad u al l y   d ec r ea s es  w i th   i n cr ea s i n   tr an s m i s s io n   d is ta n ce   f r o m   5 0   to   1 6 0   k m   b u t   f al ls   s u d d en l y   w i th   lar g d is tan ce   o f   3 0 0   k m .   Fro m   th g r ap h s ,   it  is   clea r   t h at  p o w er   tr an s m i s s io n   is   m a x i m u m   f o r   0 . 7   Hz  f r eq u en c y   co m p ar ed   to   1 6 . 7   Hz   an d   5 0   Hz.   Fig u r es   6 ,   7   an d   8   s h o w   co m p ar i s o n   o f   lo s s es  at  0 . 7   Hz,   1 6 . 7   Hz,   5 0   Hz  f o r   5 0   k m ,   1 6 0   k m ,   3 0 0   k m   tr an s m i s s io n   li n r esp ec ti v el y ,   w h er ei n   s er ies - 1 ,   2   an d   3   in d icate   f r eq u e n c y ,   tr a n s f o r m er   co r lo s s   an d   tr an s m is s io n   lo s s   r e s p ec tiv el y .   I is   clea r   t h at  co r lo s s   o f   tr a n s f o r m er   a n d   to tal  lo s s es  o f   tr an s m i s s io n   ar les s   f o r   0 . 7   Hz  co m p ar ed     to   o th er   t w o   tr an s m is s io n   s y s te m s .       Fig u r es   9 ,   1 0   an d   1 1   s h o w   t h p o in w h er c h ar g i n g   cu r r e n a n d   ar ea   o f   th tr an s f o r m e r   in ter s ec t   ab o v w h ich   ch ar g i n g   cu r r e n in cr ea s e s   an d   p o w er   tr an s f er   ca p ab ilit y   d ec r ea s es.  Fro m   t h ab o v th r ee   g r ap h s ,   t h lo w   f r eq u e n c y   0 . 7   Hz  is   ch o s e n   as t h o p ti m al  f r eq u en c y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   3 Dec em b er   2 0 1 8 :   2 2 7   234   232           Fig u r 3 .   P o w er   tr an s m is s io n   at  0 . 7   Hz ,   1 6 . 7   Hz,   5 0   Hz  f r eq u e n cies  f o r   5 0   k m   len g th   ca b le   Fig u r 4 .   P o w er   tr an s m is s io n   at  0 . 7   Hz ,   1 6 . 7   Hz,   50   Hz  f r eq u en cies   f o r   1 6 0   km     len g th   ca b le                     Fig u r e   5 .   P o w er   tr an s m is s io n   at  0 . 7   Hz ,   1 6 . 7   Hz,   50   Hz  f r eq u e n cies   f o r   3 0 0   k m   le n g th   ca b le   Fig u r 6 .   C o m p ar is o n   o f   tr a n s m is s io n   lo s s   an d   tr an s f o r m er   co r lo s s   at  0 . 7   Hz, 1 6 . 7   Hz  an d   5 0   Hz  f o r   5 0   k m   ca b l e                   Fig u r 7 .   C o m p ar is o n   o f   tr a n s m is s io n   lo s s   an d   tr an s f o r m er   co r lo s s   at  0 . 7   Hz, 1 6 . 7   Hz  an d   5 0   Hz  f o r   160   k m   cab le   Fig u r e   8 .   C o m p ar is o n   o f   tr a n s m is s io n   lo s s   an d   tr an s f o r m er   co r lo s s   at  0 . 7   Hz, 1 6 . 7   Hz  an d   5 0   Hz  f o r   3 0 0   k m   cab le         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     A   N ew F r eq u en cy   fo r   Offs h o r W in d - F a r B a s ed   o n   C o mp o n en t Lo s s   C a lcu la tio n   ( K o g a n ti S r ila ksh mi )   233           Fig u r e   9 .   Op ti m al  f r eq u en c y   p o in f o r   5 0   k m   s u b m ar in ca b le   Fig u r e   10 .   Op tim a f r eq u e n c y   p o in f o r   160   k m   s u b m ar in ca b le                 Fig u r e   11 .   Op tim a f r eq u e n c y   p o in f o r   3 0 0   k m   s u b m ar i n ca b le       6.   CO NCLU SI O N   L F AC   tr an s m is s io n   s y s te m   w it h   tr an s m is s io n   f r eq u e n c y   o f   0 . 7   Hz  as   an   alter n at iv e   s o lu tio n   f o r   co n v e n tio n al  HV AC ,   HVD C   an d   f r ac tio n   f r eq u e n c y   s y s te m s .   C y c lo - co n v er ter   co n v er ts   th 5 0   Hz  to   th e   lo w er   f r eq u e n c y .   A   s u itab le  p r o g r a m   is   d esi g n ed   f o r   lo s s   ca l cu latio n   o f   v ar io u s   co m p o n e n t s   at  all  f r eq u e n cies   f r o m   0   to   5 0   Hz.   Gr ap h s   h a v b ee n   d r a w n   to   s h o w   th e   c o m p ar is o n   w i th   co n v en t io n al   HV A C   5 0   Hz  a n d   f r ac tio n al  f r eq u en c y   1 6 . 7   Hz  an d   p r o p o s ed   f r eq u en c y   0 . 7   Hz.   A   r o u g h   ec o n o m ic   co m p ar is o n   w it h   co n v e n tio n al  HV A C   a n d   HV DC   in d icate d   t h at  L F AC   is   c o m p eti tiv f o r   s h o r a n d   in te r m ed iate  d is tan ce s   r an g f r o m   5 0   k m   to   1 7 0   k m .   I t is s h o w n   t h at  p o w er   tr an s f er   ca p ab ilit y   lar g el y   f alls   f o r   lo n g   d is ta n ce s   s u c h   as   3 0 0   k m .   T h g r ap h s   a n d   r esu l ts   s h o w   t h at  L F A C   s y s te m   w i th   0 . 7 Hz  h a s   tr a n s m is s io n   ca p ab ilit y   o f   ca b le  is   m u c h   g r ea ter   th a n   th co n v e n t io n al  A C .       ACK NO WL E D G M E NT   T h au th o r s   g r ate f u ll y   ac k n o w led g th a u t h o r ities   o f   SNI ST ,   Hy d er ab ad   an d   An n a m ala i   Un i v er s it y ,   T am i ln ad u   f o r   th f ac ilit ies p r o v id ed   to   p er f o r m   t h is   r esear c h .         RE F E R E NC E S   [1 ]   S .   Bo z h k o ,   G .   A sh e r,   R.   L i,   J.  Clare   a n d   L .   Ya o ,   " L a rg e   O ff sh o re   DFIG - Ba se d   W in d   F a rm   W it h   L i n e - Co m m u tate d   HV DC  Co n n e c ti o n   t o   th e   M a in   G rid En g in e e rin g   S tu d ies , "   in   IE EE   T ra n sa c ti o n o n   En e rg y   Co n v e rs io n ,   v o l.   2 3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 1 9 - 1 2 7 ,   M a rc h   2 0 0 8 .   [2 ]   O.  G o m is - B e ll m u n t,   J.   L ian g ,   J.  Ek a n a y a k e ,   R.   Kin g ,   N.  Je n k i n s.  " T o p o l o g ies   o f   m u lt it e rm in a H V DC - V S C   tran sm issio n   f o larg e   o ff sh o re   w in d   f a r m s, "   El e c tric  Po we S y s tem Res e a rc h ,   v o l.   8 1 ,   n o .   2 ,   p p .   2 7 1 2 8 1 ,   F e b .   2 0 1 1 .     [3 ]   W a n g   X if a n ,   Ca o   Ch e n g ju n   a n d   Zh o u   Zh ich a o ,   " Ex p e ri m e n o n   f r a c ti o n a f re q u e n c y   tran s m is sio n   sy ste m , "   in   IEE E   T ra n sa c ti o n o n   Po we S y ste ms ,   v o l.   2 1 ,   n o .   1 ,   p p .   3 7 2 - 3 7 7 ,   F e b .   2 0 0 6 .   [4 ]   N.  Qin ,   S .   Yo u ,   Z.   X u   a n d   V .   A k h m a to v ,   " O ff sh o re   w in d   f a r m   c o n n e c ti o n   w it h   lo w   f re q u e n c y   AC  tran sm issio n   tec h n o l o g y , "   2 0 0 9   IEE E   Po we &   En e rg y   S o c iety   Ge n e ra M e e ti n g ,   Ca lg a ry ,   A B,   2 0 0 9 ,   p p .   1 - 8.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   3 Dec em b er   2 0 1 8 :   2 2 7   234   234   [5 ]   F u n a k i.   T ,   M a tsu u ra ,   " Ba sic   c o n c e p ts  o f   lo w   f re q u e n c y   A tran sm is sio n , "   In ter n a ti o n a c o n fer e n c e   o El e c trica l   En g i n e e rin g   ( ICEE 9 9 ) H o n g   k o n g v o l.   1 1 ,   p p .   17 - 2 0 ,   A u g   1 9 8 0.   [6 ]   T .   F u n a k a n d   K.  M a tsu u ra ,   " F e a sib il it y   o f   th e   lo w   f re q u e n c y   AC  tran s m issio n , "   2 0 0 0   IEE P o we En g in e e rin g   S o c iety   W in ter   M e e ti n g .   Co n fer e n c e   Pro c e e d in g s ( Ca t.   N o . 0 0 CH3 7 0 7 7 ) ,   S i n g a p o re ,   2 0 0 0 ,   p p .   2 6 9 3 - 2 6 9 8   v o l . 4 .   [7 ]   W a n g   X if a n ,   Ca o   Ch e n g ju n   a n d   Zh o u   Zh ich a o ,   " Ex p e ri m e n o n   f r a c ti o n a f re q u e n c y   tran s m is sio n   sy ste m , "   in   IEE E   T ra n sa c ti o n o n   Po we S y ste ms ,   v o l.   2 1 ,   n o .   1 ,   p p .   3 7 2 - 3 7 7 ,   F e b .   2 0 0 6 .   [8 ]   J.   A rril lag a ,   Hig h   V o lt a g e   D irec Cu rre n T ra n sm issio n   2 n d   e d . ,   L o n d o n ,   UK :I n stit u ti o n   o f   e lec tri c a l     e n g in e e rs (1 9 9 8 ).   [9 ]   N.  F lo u re n tzo u ,   V.  G .   A g e li d is  a n d   G .   D.  De m e tri a d e s,  " V S C - Ba se d   HV DC  P o w e T ra n s m issi o n   S y ste m s:  A n   Ov e rv i e w , "   in   IEE T ra n sa c ti o n s   o n   Po we r E lec tro n ics ,   v o l.   2 4 ,   n o .   3 ,   p p .   5 9 2 - 6 0 2 ,   M a rc h   2 0 0 9 .   [1 0 ]   P ra b h a   k u n d u r ,   P o w e sy ste m   st a b il it y   a n d   c o n tr o l”c h a p ter - 1 1 ,   p a g e   6 5 4   t o   p a g e   6 6 3 .   [1 1 ]   HV DC t ra n sm issio n   f o lo w e in v e st m e n c o st” .   h tt p :/ /ww w . a b b . c o m .   [1 2 ]   W .   F isc h e r,   R.   Br a u n   a n d   I.   Erl ich ,   " L o w   f r e q u e n c y   h ig h   v o lt a g e   o ff sh o re   g rid   f o tran s m issio n   o f   re n e w a b le   p o w e r, "   2 0 1 2   3 rd   IEE E   PE S   In n o v a ti v e   S ma rt Gri d   T e c h n o l o g ies   E u ro p e   ( IS GT  E u ro p e ) ,   Be rli n ,   2 0 1 2 ,   p p .   1 - 6.   [1 3 ]   N.  Qin ,   S .   Yo u ,   Z.   X u   a n d   V .   A k h m a to v ,   " O ff sh o re   w in d   f a r m   c o n n e c ti o n   w it h   lo w   f re q u e n c y   AC  tran sm issio n   tec h n o l o g y , "   2 0 0 9   IEE E   Po we &   En e rg y   S o c iety   Ge n e ra M e e ti n g ,   Ca lg a ry ,   A B,   2 0 0 9 ,   p p .   1 - 8.   [1 4 ]   M . M a n o h a ra ,   S . S o n ia,  " e sig n   o f   lo w   f re q u e n c y   A tran s m is sio n   s y ste m   f o o ff sh o re   w in d   f a r m s, "   In ter n a ti o n a l   jo u rn a o e me rg in g   tec h n o l o g y   a n d   a d v a n c e d   e n g in e e rin g ,   v o l   4 ,   n o .   8 ,   A u g   2 0 1 4 .   [1 5 ]   Ch a it a n y a   Krish n a   Ja m b o tk a r,   Uttam   S   S a tp u te " S im u latio n   o f   DC  li n k   p o w e c o n v e rter  f o in terg a tain g   o f f sh o re   w in d tu rb n e   g e n e ra to to   g rid , "   In ter n a ti o n a J o u rn a o S c ien c e ,   En g in e e rin g   a n d   T e c h n o lo g y   Res e a rc h ,   v o l.   3 ,   n o .   7 ,   Ju ly   2 0 1 4 .   [1 6 ]   Os a m a   El sa y e d   g o u d a ,   A d e A   b d - e lt w a b   f a ra g ,   " F a c to rs  a ff e c ti n g   th e   sh e a th   l o ss e in   sin g le  c o re   u n d e rg ro u n d   p o w e c a b les   w it h   tw o - p o in ts  b o n d i n g   m e th o d ), "   In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica a n d   Co mp u te En g i n e e rin g v ol .   2 ,   no 1 ,   p p . 7 - 16 ,   F e b   2 0 1 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.