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. 5 ,   No . 1 A p r il   201 6 ,   p p .   14 ~ 21   I SS N:  2252 - 8792          14       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J APE     Tra nsient S tabilit y   I m pro v e m en u sing  UP F C - SM E S in a  M ul ti  M a chine  Pow er   Sy ste m       K a ntila l J o s hi Vino d Cha nd ra k a r   De p a rtme n t   o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   G . H.Ra iso n Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   Na g p u r ,   I n d ia.       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   1 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Mar   2 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Mar   2 6 ,   2 0 1 6       Un if ied   P o w e F lo w   Co n tro ll e ( UP F C)  is  a   Vo lt a g e   so u rc e d   c o n v e rter  b a se d   F lex ib l A . C. T ra n s m issio n   ( F ACT S c o n tro ll e r   w h ich   h a a   c a p a b il it y   o sim u lt a n e o u sly   o se lec ti v e l y   c o n tro ll in g   a ll   th e   p a ra m e te r s   a ff e c ti n g   tran sm issio n   o f   p o w e r .     W it h   e m p h a sis  o n   h a rn e ss in g   re n e w a b le  e n e rg y   m a n y   e n e rg y   sto ra g e   te c h n o lo g ie s   a re   b e in g   u se d .   S u p e rc o n d u c ti n g   m a g n e ti c   e n e rg y   sto ra g e   (S M ES sto re e n e rg y   in   m a g n e ti c   f o r m   b y   m e a n o f   a   D.C.   c u rre n c ircu lati n g   in   a   s u p e rc o n d u c ti n g   c o il .   T o   e x c h a n g e   p o w e w it h   S M ES   a   p o w e e lec tro n ic  in terf a c e   is  re q u ired .   F e a sib il i ty   o f   in terf a c in g   S M ES   t o   D.C.   li n k   o f   UP F h a b e e n   e x p lo re d   in   th is  p a p e r.   A   m u lt i m a c h in e   s y ste m   w it h   a   lo n g   tran sm issio n   li n e   is   c o m p e n sa ted   b y   UP F C - S M ES   . A   DC - D C   c h o p p e m o d u late p o w e o f   S M ES   so   a to   i m p ro v e   th e   tran sie n sta b il it y   o f   s y ste m .   Co m p lete   si m u latio n   h a s b e e n   d o n e   u si n g   M A TL A B/S i m u li n k   w h ich   sh o w im p ro v e m e n t   o f   f irst  p e a k ,   d a m p in g   o f   o sc il latio n &   im p ro v e m e n in   c rit ica c lea rin g   ti m e .   K ey w o r d s :   E n er g y   Sto r ag e   F A C T S   SME S   T r an s ien t Stab ilit y   UP FC   Co p y rig h ©   2016   In s t it 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 :   Kan tilal J o s h i   Dep ar t m en t   o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   G. H. R aiso n i Co lle g o f   E n g i n ee r in g ,   C R P F Ga te  n o . 3 ,   Dig d o h   Hills ,   Hin g n R o ad ,    P I N - 4 4 0 0 1 6 ,     Nag p u r ,   Ma h ar a s h tr a,   I n d ia      E m ail:  k d . j o s h i@ r aiso n i.n et       1.   I NT RO D UCT I O N     T h FAC T C o n tr o ller s   h a v b ee n   ar o u n d   E lectr ical  E n g in e er in g   d o m a in   f o r   q u ite  a   f e w   y ea r s   n o w .   B o th   v ar iab le  i m p ed an ce   t y p an d   Vo ltag So u r ce d   C o n v er ter   ( VSC )   t y p d e v ices  h av b ee n   e x p lo r ed   in te n s i v el y   f o r   ad d r ess in g   m a n y   p o w er   s y s te m   is s u es  s u c h   as  i n cr ea s in g   th e   ca p ac it y   o f   t r an s m is s io n   lin e   to   its   th er m al  li m it s ,   i m p r o v i n g   p o w er   q u ali t y   a n d   tr an s ie n t   s tab ilit y .   T h is   h a s   b ee n   p o s s ib le  p r i m ar il y   d u e   s tr etch i n g   o f   s tab ili t y   m ar g i n s   b y   r ap id   co n tr o o f   p ar am eter s   s u c h   as  li n v o lta g e,   p h ase  an g le,   lin e   i m p ed a n ce   etc.   R ec e n d ev e lo p m e n t s   i n   p o w er   elec tr o n ic s   h av e x p ed ited   th g r o w t h   o f   F A C T co n tr o ller s   as  t h co s t   a n d   s ize   o f   th e   co n tr o ller s   i s   r ed u ci n g   r ap id l y .   W h ile  o n   o n e   h a n d   t h Var ia b le  i m p ed an ce   t y p F A C T co n tr o ller s   lik SVC   p r o v id s i m p le  co n f i g u r ati o n   an d   lo w   co s t,  o n   th o t h e r   VSC   d ev ices  ar e   s m al ler   in   s ize  a n d   h a v b etter   s p ee d   o f   r esp o n s e . [ 1]   I n   VS C   b ased   F AC T co n t r o ller s   a   s m all   ca p ac ito r   ac t s   D C   s o u r ce   a n d   v ar io u s   co n v er ter   to p o lo g ies  ca n   b u s ed   to   m o d u late  t h is   i n p u to   g et  ap p r o p r iate   o u tp u t.  B ased   o n   th to p o lo g y   a n d   ap p licatio n VSC   b ased   F A C T co n tr o ller s   ca n   b id en tif ied   as  ST A T C OM ,   SS S C ,   UP FC   an d   I P FC .   ST A T C OM   an d   SS S C   ar s h u n t a n d   s er ie s   d ev ices r esp ec ti v el y   u s ed   w h ic h   u s s i n g le  V SC ,   g e n er all y   o f   4 8   p u ls co n f i g u r atio n   to   r e d u ce   h ar m o n ics   in   t h o u tp u t.  UP FC   a n d   I P FC   u s t w o   co n v er ter s   in   S h u n t - Ser ie s   an d   Ser ies - Ser ies  C o n f i g u r ati o n s .   T h t w o   co n v er ter s   h a v co m m o n   DC   li n k .   [ 2]   T h p r esen ce   o f   t h i s   D C   lin k   p r ese n ts   an   o p p o r tu n it y   t o   in te g r ate  E n er g y   s to r ag e.   T h p r i m ar y   a i m   o f   UP FC   is   to   in cr ea s e   t h p o w er   f lo w   an d   co n tr o o f   i t   o v er   tr an s m is s io n   l in e.   T h ad d itio n   o f   e n er g y   s to r ag p r o v id es  v alu ad d itio n   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       Tr a n s ien t S ta b ilit I mp r o ve men t u s in g   UP F C - S MES   in   a   Mu lti  Ma ch in P o w er   S ystem   ( K a n tila l J o s h i )   15   ter m s   o f   o p p o r tu n it y   to   h ar n e s s   d is tr ib u ted   g e n er atio n   ( DG ) ,   g r ea ter   d eg r ee   o f   f r ee d o m   i n   co n tr o o f   p o w er   r esu lti n g   in   i m p r o v ed   tr an s ien t a n d   s tead y   s ta te  p er f o r m a n ce .         Ma n y   ca n d id ate  e n er g y   s to r ag s y s te m s   ( E SS )   ar a v ailab le   f o r   i n te g r atio n   w it h   F AC T co n tr o ller s   n a m e l y   B atter y   E n er g y   Sto r ag S y s te m   ( B E SS ) ,   S u p er co n d u cti n g   Ma g n e tic  E n e r g y   Sto r ag ( SME S),   Fl y w h ee l s   a n d   Ultr ac ap ac ito r s .   Selectio n   o f   p ar tic u lar   E S d ep en d s   m ai n l y   o n   t w o   t h i n g s o n a m o u n o f   p o w er   r eq u ir ed   an d   o th er   th ti m f o r   w h ich   t h is   p o w er   is   r eq u ir ed .   Oth er   s elec tio n   cr iter ia   m a y   i n cl u d e   s p ee d   o f   r esp o n s e,   co s t,  i n ter f ac e   s w i tch g ea r   r eq u ir ed   etc.   B E SS   is   ch ar ac ter ized   b y   g o o d   en er g y   d en s it y ;   h o w ev er   its   li f i s   li m i ted   b y   n u m b er   a n d   r ate  o f   c h ar g e/d i s ch ar g e   c y cle s .   SME h as   v er y   r ap id   r esp o n s e,   g o o d   en er g y   d en s it y   an d   g o o d   p o w er   d e n s it y .   R eq u ir e m e n o f   co o lin g   an d   s ize  o f   S ME is   t h l i m iti n g   f ac to r .   Ultr ac ap ac ito r s   h a v e   v er y   h i g h   p o w er   d e n s i t y   an d   r ap id   r esp o n s w it h   g o o d   lif e.   Ho w e v er ,   u ltra ca p cito r s   h av e   lo w   e n er g y   d en s it y   a n d   ar a v ailab le  i n   lo w   v o lta g r ati n g s .   T h i s   r eq u ir es  s er ies - p ar allel   b an k s   to   b p r ep a r ed   f o r   Mu lti - MW   ap p licatio n s .   [ 3 ]   I n   th i s   w o r k   m u lti  m ac h i n p o w er   s y s te m   is   s i m u lated   w i th   UP FC - S ME co m b i n atio n .   T h m a in   o b j ec tiv o f   th i s   w o r k   is   to   s i m u late  p er f o r m a n ce   o f   p o w er   s y s te m   u n d er   s ev er f a u lt  co n d itio n s .   T r an s ien t   s tab ilit y   i m p r o v e m en is   o n e   o f   th m ai n   o b j ec tiv es  f o r   in teg r at io n   o f   UP FC   w it h   S ME S.  T h is   p ap er   is   ar r an g ed   as   f o llo w s .   Sec tio n   2   p r o v id es  d etailed   d escr ip t io n   o f   t h s y s te m   u n d er   co n s i d er atio n .   Sectio n   3   d ea ls   w ith   d etai led   co n tr o s ch e m e   &   m o d eli n g .   Sectio n   4   d escr ib es  s y s te m   s i m u la tio n   u n d er   v ar io u s   o p er atin g   co n d itio n s .   Sectio n   5   co n clu d es th f i n d in g s   f o llo w ed   b y   r ef er e n ce s   i n   s ec tio n   6 .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D     2 . 1 .     Sy s t e m   Descri ptio n   T h s y s te m   u n d er   co n s id er atio n   f o r   s t u d y   o f   i m p ac o f   UP FC   an d   SME i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   b elo w .     G1 T1 3 5 0   K m 3 5 0   K m T2 G2 5 0 0 0   M W B1 B2 B3   Fig u r 1 .   Tw o   Ma ch i n S y s te m   u n d er   s t u d y         Ma ch i n G1   is   co n n ec ted   to   a   lo ad   ce n ter   th r o u g h   5 0 0 k V,   7 0 0 k m   tr a n s m is s io n   li n e.   L o ad   ce n ter   i s   m o d eled   b y   5 0 0 0   MW  r esis tiv lo ad   w h ic h   is   also   f ed   b y   a   n ea r b y   g e n er atio n   o f   5 0 0 0   M W   b y   m ac h i n M2   [ 4 ] .   A   P h aso r   m o d el  o f   t h ab o v s y s te m   in   M A T L A B   s i m u li n k   h as  b ee n   u s ed   f o r   th s t u d y   p u r p o s e.   T h p h aso r   s o lu tio n   m et h o d   is   m a in l y   u s e d   to   s t u d y   elec tr o m ec h an ical  o s cillatio n s   o f   p o w er   s y s te m s   co n s is tin g   o f   lar g e   g en er ato r s   a n d   m o t o r s .   T h s y s te m   h as  b ee n   i n itialized   f o r   th tr a n s m is s io n   li n to   ca r r y   9 5 0   MW   w h ic h   i s   clo s to   its   s u r g i m p ed a n ce   l o ad in g .     I h a s   b ee n   w e ll  estab lis h ed   t h at  i n   o r d er   to   g et  p r o p er   s eg m en tatio n   o f   tr an s m is s io n   lin e   th e   b est  lo c atio n   o f   a   F AC T co n tr o ller   is   t h m id   p o in o f   tr an s m is s i o n   s y s te m .   I n   th is   s tu d y   UP FC   is   co n n ec ted   at  b u s   B 2 .     I n   ab s e n ce   o f   e n er g y   s to r ag i n ter f ac e   t h D C   L in k   ca p ac ito r   o f   UP F C   h as  v er y   litt le   s to r ag ca p ab ilit y .   E v e n   th o u g h   UP FC   ca n   i n j ec r ea p o w er   co m p o n e n o f   p o w er   th r o u g h   it s   s er ies  co n v er ter ,   b u th e n er g y   i s   ess e n tial l y   d r a w n   f r o m   th s h u n co n v er ter .   I n teg r atio n   w it h   E SS   n o o n l y   h elp s   i n   s to r a g o f   a n y   a v aila b le  r en e w ab le  b u also   i m p r o v ed   tr an s ie n p er f o r m a n ce .     Ma n y   p r ev io u s   s t u d ies   h av b ee n   ca r r ied   o u w h ich   h av e x p lo r ed   co m b in atio n   o f   FAC T co n tr o ller s   w it h   E SS .     A   UP FC - SME co m b i n atio n   h as  b ee n   e x p lo r ed   in   [ 5 ] ;   h o w e v er   th er is   n o   clea r   m e n tio n   o f   s y s te m   s ize  an d   p ar am eter s   an d   s y s te m   co n d it io n s   C o m p r e h en s i v m o d eli n g   o f   UP FC - S ME h as  b ee n   d is c u s s ed   i n   [ 6 ] ;   h o w e v er   th f o c u s   is   o n   p o w er   f lo w   co n tr o l   a n d   lo ad   f lo w   s tu d ie s P o w er   S w i n g s   Da m p i n g   I m p r o v e m e n b y   C o n tr o o f   UP F C   an d   h as   b ee n   ca r r ied   o u in   [ 7 ] b u im p ac o f   UP FC   w it h o u SME is   n o co m p ar ed   w it h   UP FC - SME S.   Ma n y   o th er   s tu d ie s   h av e   ex p lo r ed   UP FC - SME &   F AC T S - SME co m b i n atio n   b u t   m o s tl y   w i th   s i n g le  m ac h in i n f i n ite  b u s   s y s te m   [8 - 1 1 ]   I n   th is   p ap er   m u lt i   m ac h in s y s te m   h a s   b ee n   m o d eled   in   to talit y   a n d   i m p ac t o f   UP FC ,   UP FC - SME S h as b ee n   i n v esti g ated   u n d er   s ev er f a u lt c o n d itio n s .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l 5 ,   No .   1 ,   A p r il   2 0 1 6:    14     21   16   2 . 2 .   UP F C - SM E s y s t e m       T h s ch e m atic  o f   UP FC - SME u s ed   in   t h is   s tu d y   i s   ill u s tr at ed   in   f ig u r e   2   b elo w .   T h UP FC - SME S   co m b i n atio n   is   p lace d   at  b u s   B 2 .   I is   w el estab lis h ed   f ac t h at  th b es lo ca tio n   o f   s h u n F A C T co n tr o ller   is   m id   p o in o f   th e   tr an s m is s io n   s y s te m .    Sh u n p ar o f   t h UP FC   i.e .   ST A T C OM   o p er atio n   is   ac h ie v ed   b y   co m b i n atio n   o f   VS C   1   a n d   s h u n tr an s f o r m er   T 1 .   SS S C   o p er atio n   i s   ac h ie v ed   b y   VS C 2   an d   s er ies   tr an s f o r m er   T 2 .   A   co m m o n   D C   li n k   i s   p r o v id ed   b y   ca p ac ito r   C   w h ic h   g i v es r e f er en ce   v o lt ag f o r   co n tr o llab le   r ea ctiv e   p o w er   to   b ex ch a n g e d   w it h   th tr a n s m i s s io n \   s y s te m .   W h ile  ST A T C OM   i n d ep en d en tl y   e x ch a n g es        B2 T2 V S C 1 V S C 2 V i n j C S M E S D C / D C   C o n v e r t e r T1 V d c   Fig u r e   2 .   Sch e m atic  o f   UP FC - SME S       R ea cti v e   p o w er   at  b u s   B 2 ,   SS SC   in j ec ts   v o lta g i n   s er ies   with   tr an s m i s s io n   l in e.   I n   ca s o f   UP FC   t h s er ies   in j ec ted   v o ltag ca n   b at   a n y   an g le  w i th   r esp ec to   li n cu r r en b y   v ir tu e   o f   r ea p o w er   s u p p lied   b y   ST A T C OM   v ia  D. C .   li n k .   D C   li n k   o f   t h UP FC   is   co n n e cte d   to   SME S   v ia  a   DC / DC   co n v er ter .   D C /D C   co n v er ter   h elp s   n o t o n l y   in   co n tr o llin g   t h p o w er   ex c h a n g b u t a ls o   h elp s   i n   o p ti m iz in g   t h s ize  o f   SME S.       3.   SYST E M   M O DE L I N G   I n   th i s   w o r k   m o d elin g   an d   s i m u latio n   h as  b ee n   d o n u s in g   MA T L A B   Si m u l in k .   A s   t h o b j ec tiv o f   th is   w o r k   is   e v alu a tin g   i m p a ct  o f   UP FC - SME o n   tr a n s i en s tab ili t y ,   it  i s   n o n ec ess ar y   to   co n s id er   f as t   o s cillatio n s   d u to   in ter ac tio n   o f   R L C   ele m e n ts   a n d   d is tr ib u t ed   p ar am eter   lin e s .   T h is   is   b es p o s s ib le  b y   u s in g   P h aso r   m o d elin g   m e t h o d .   I n   t h p h a s o r   m eth o d ,   t h n et w o r k ' s   d if f er en t ial  eq u atio n s   ar r ep lace d   b y   s et  o f   alg eb r aic  eq u atio n s .   T h s tate - s p ac m o d el  o f   t h n et w o r k   i s   r ep lace d   b y   tr an s f er   f u n cti o n   ev al u ated   at  th e   f u n d a m en ta f r eq u e n c y   . T h p h aso r   s i m u la tio n   m e th o d   r ed u c es  th s i m u latio n   ti m d r asti ca ll y .   A s   th is   s t u d y   in v o l v es  co m p lete  n o n - li n ea r   m o d elin g   o f   t w o   g e n er ato r s ,   tr an s m i s s io n   li n es,  UP FC ,   SME an d   o t h er   co m p o n e n t s   li k p o w er   s y s te m   s tab il izer ,   lo ad s   e tc.   it  is   p er tin en to   u s t h p h aso r   m o d el  f o r   r ap id   an d   ac cu r ate  ass e s s m e n t o f   s tab il it y .     3 . 1 .     UP F M o delin g   a nd   co ntr o l sy s t e m   Fig u r e   3   s h o w s   th co n tr o l s y s te m   o f   Ser ies p ar t o f   th UP F C .   T h s h u n t c o n v er ter   co n tr o l   s ch e m is   n o r ep r o d u ce d   h er as   it  is   s a m e   as  th e   co n tr o s ch e m o f   ST A T C OM .   T h v o lta g at  s h u n t   co n v er ter   ter m i n als  a n d   co m m o n   D C   l in k   v o lta g e   is   co n tr o lled   b y   th is   s ch e m e.   T h s er ies  p ar t   co n tr o is   s li g h tl y   d if f er e n th a n   SS S C .   Her e   th t w o   d eg r ee s   o f   f r ee d o m   ar u s ed   to   co n tr o ac tiv e   a n d   r ea ctiv p o w er .   P m ea s u r e m e n b lo ck   ca lc u late s   ac tiv e   an d   r ea cti v p o w er   v al u es  b ased   o n   t h cu r r en i n   t h e   lin an d   v o ltag at   t w o   en d s   o f   UP FC .   UP FC   co n tr o ls   ac tiv an d   r ea ctiv p o w e r   b ased   o n   th r ef er en ce s   P r ef   an d   Qr ef .   P r ef   an d   Qr ef   ca n   b d er iv ed   f o r   d if f e r en o b j ec tiv es   s u c h   as  p o w e r   f lo w   co n tr o l,  o s cillat io n s   d a m p in g   etc .   I n   th is   w o r k   UP FC   i s   b ei n g   u t ilized   n o o n l y   f o r   p o w er   f lo w   co n tr o b u a ls o   i m p r o v e m e n t   i n   tr a n s ie n s tab ilit y .   P o w er   s u p p lied   o r   ab s o r b e d   b y   SME is   ad d ed   to   th p o w er   ca lc u lated   b y   P Q   m ea s u r e m en b lo ck .   T h e   m o d eli n g   an d   co n tr o l o f   SME S is   d is c u s s ed   i n   n e x t sect io n .      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       Tr a n s ien t S ta b ilit I mp r o ve men t u s in g   UP F C - S MES   in   a   Mu lti  Ma ch in P o w er   S ystem   ( K a n tila l J o s h i )   17       V o lt a g e   M e a s u r e m e n t C u r r e n t   M e a s u r e m e n t V d   V o lt a g e R e g u la t o r P Q   M e a s u r e m e n t P W M   M o d u la t o r V q   V o lt a g e   R e g u l a t o r P L L V2 V1 I P P r e f Q Qr e f V d r e f V q r e f θ   V S C   P u ls e s θ   V 2 d ,   V 2 q I d ,   I q P s m e s   Fig u r 3 .   C o n tr o l Sch e m o f   S er ies p ar t o f   UP FC       3 . 2 .     M o delin g   o f   S M E S   & DC - DC  inte rf a ce   Ma n y   m o d el s   o f   SME h av e   b ee n   r ep o r ted   in   li ter atu r e   [ 12 - 13 ] .   Ho w e v er   co m p r eh e n s i v s tu d y   o f   m o d eli n g   o f   SME h as  b ee n   ca r r ied   o u b y   E P R I   [ 14 ].   A   SME d ev ice  s to r es  en er g y   i n   th m a g n etic  f ield .   Ma g n e tic  f ield   is   cr ea ted   b y   d cu r r en t   f lo w in g   i n   s u p er co n d u cti n g   w ir i n   lar g m a g n et.   E n er g y   s to r ed   i n   th in d u cto r   is   r elate d   to   cu r r en t th r o u g h   co i b y   f o llo w i n g   e x p r ess io n                                                                      ( 1 )     w h er ein                                                                                                                                                            As  th p h a s o r   m o d el  o f   UP FC   is   b ein g   u s ed   in   t h i s   p ap er ,   it  w a s   n ec es s ar y   to   cr ea te  an   ap p r o p r iate  m o d el  o f   SME w h ic h   co u ld   d e m o n s tr ate  th ef f ec o f   SME i n   an   e f f icien m a n n er .   A ls o   as  d ep icted   in   Fig .   2   DC - DC   ch o p p er   in ter f ac i s   r eq u i r ed   b etw ee n   D C   lin k   o f   UP F C   an d   th SME S.  B o th   th e s o b j ec tiv es  h a v b ee n   ac h ie v ed   b y   cr ea ti n g   s u b s y s te m   u s i n g   b asic  Si m u lin k   m ath e m atica m o d eli n g .   Fig .   4   b elo w   s h o w s   t h s ch e m atic  o f   D C - D C   ch o p p er   u s ed   f o r   s i m u latio n   i n   t h is   p ap er .         V s m e s Vdc L s m e s B y p a s s   & O v e r v o lt a g e P r o t e c t io n C d c S1 D1 S2 D2     Fig u r e   4 .   DC - D C   C h o p p er   in t er f ac w ith   SME S     As  p er   f i g u r 4   SME i n d u ct o r   co il  is   in ter f ac ed   to   D C   li n k   o f   UP FC   t h r o u g h   p r o tect io n   cir cu it  a n d   D C - D C   co n v er ter .   S w i tch e s   S1   &   S2   ar tu r n ed   o n   a n d   o f f   i n   ac co r d an ce   to   d u t y   c y cle   d   w h ic h   co n tr o ls   th e   w a v e f o r m   o f   V s m es   ac r o s s   t h e   SME co il.  DC   co m p o n e n o f   V s m es  is   r elate d   to   v o lta g V dc  o f   UP FC   d li n k   ca p ac ito r   b y   f o llo w i n g   e x p r es s io n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l 5 ,   No .   1 ,   A p r il   2 0 1 6:    14     21   18   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 35 40 45 50 55 60 65 70 d _ t h e t a 1 _ 2   ( d e g ) V sm e s   ( 1 - 2 d )   V dc                                                               ( 2 )     Av er ag v al u o f   th co il c u r r en t I s m es  is   ex p r es s ed   in   ter m s   V sm e s   an d   co il in d u cta n ce   L s m es   as f o llo w s                                                                          ( 3 )     A cc o r d in g   to   ( 3 )   f o llo w i n g   t h r ee   m o d es o f   o p er atio n s   ca n   b e   d ef in ed   f o r   SME S     w h e n   d =0 . 5    th en                              t h er is   n o   n et  en er g y   tr an s f er   a n d     SM E S is   in   s tan d b y   m o d e.     w h e n   d >0 . 5   th en                         en er g y   is   tr an s f er r ed   o u t o f   co il a n d   SME S is   in   d i s ch ar g m o d e .     w h e n   d <0 . 5   th en                          en er g y   is   tr an s f er r ed   in to   co il a n d   SME is   in   c h ar g m o d e .   I n   th UP FC   p h aso r   m o d el  o f   MA T L A B   D. C .   li n k   v o lta g s i g n al  i s   av ailab le.   Utilizi n g   t h is   s ig n al  an d   r ef er r in g   ( 1 )   th r o u g h   ( 3 )   w ca n   w r ite                                                                       ( 4 )   A nd                                                                    ( 5 )       No w   co n s id er in g   eq u atio n s   ( 1 )   th r o u g h   ( 5 )   a n d   u s in g   Si m u l in k   t h m o d el  o f   SME i n ter f ac ed   w it h   D C - D C   co n v er ter   is   p r ep ar ed .                as c alcu lated   in   ( 5 )   is   f ed   as a n   ad d itio n al  s i g n al  a s   s h o w n   i n   f ig .   3 .   Du t y   c y cle  r atio   d   o f   t h D C - D C   c h o p p er   ca n   b co n tr o lle d   in   ac co r d an ce   to   v ar io u s   r e q u ir e m e n ts .   I n   t h i s   w o r k   t h m ai n   o b j ec tiv i s   d a m p in g   o f   p o w er   s y s te m   o s ci ll atio n s .   W h ile   d o in g   t h s i m u l atio n   it   i s   as s u m ed   th at  SME is   i n it iall y   c h ar g e d   w i th   s o m e   en er g y .   A s   an d   w h e n   t h er is   tr a n s ie n e v e n lik e   s ev er f a u lt,   en er g y   s to r ed   in   th SME is   eith er   p u m p ed   in to   p o w er   s y s te m   o r   ab s o r b e d   f r o m   p o w er   s y s te m   in   a n tip ath y   to   p o w er   s y s te m   o s ci llatio n s .         4 .     SYST E M   SI M UL AT I O A ND  RE S UL T S   I n   o r d er   to   o b s er v th ef f ica c y   o f   t h UP FC - SME co m b in atio n   o n   tr an s ien p er f o r m a n ce   o f   t h e   s y s te m   s e v er f a u lt  ( 3 P h as to   g r o u n d )   is   ca r r ied   o u at  b u s   B 1   an d   r esp o n s o f   r o t o r   an g le  d if f er en ce   b et w ee n   m ac h i n es  1   &   2   is   o b s er v ed   .   T h g iv e n   s y s te m   i s   s tab le  u n d er   s tead y   s tate  co n d itio n s .   Un d er   lig h t   f au lts   li k L - f a u lt  t h s y s te m   r etu r n s   to   s tab ilit y   w it h o u t   n ee d   o f   UP FC   o r   SME S   Fi g u r 5 .   C o n v en tio n a l   p o w er   s y s te m   s tab il izer   is   e f f e ctiv e n o u g h   to   h a n d le  th i s   s i t u atio n .   W h en   t h er is   s e v er f au lt  t h s y s te m   i s   u n s tab le  w ith o u UP FC - SME S   Fig .   6 .   W ith   ad d itio n   o f   UPFC   alo n e,   th r o to r   an g le  o s ci llatio n s   d ie  o u an d   th s y s te m   r etu r n s   to   s tab ilit y   Fig . 7 .   W ith   in te g r atio n   o f   S ME to   UP FC   th o s cillatio n s   d ie  o u f aster   an d   tr an s ie n t r esp o n s i s   i m p r o v ed   Fig .     A ls o   t h cr itical  clea r in g   an g le  i s   i m p r o v ed   w it h   ad d iti o n   o f   SME S   f i g u r e   8                               Fig u r e   5 .   P lo t o f   r o t o r   an g le  d if f er en ce   f o r   L - f a u lt a t B u s   B 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       Tr a n s ien t S ta b ilit I mp r o ve men t u s in g   UP F C - S MES   in   a   Mu lti  Ma ch in P o w er   S ystem   ( K a n tila l J o s h i )   19   0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 - 2 0 0 0 200 400 600 800 1000 1200 T i m e d _ t h e t a 1 _ 2   ( d e g ) W i t h U P F C + P S S W i t h U P F C + P S S + S M E S Fa u l t   d u r a t i o n : 0 . 1 3 7   s   Fig u r e   6 .   P lo t o f   r o t o r   an g le  d if f er en ce   f o r   3 p h ase - Gr o u n d   f au lt a t B u s   B 1   w i th o u t U P FC         Fig u r e   7 .   P lo t o f   r o t o r   an g le  d if f er en ce   f o r   3 p h ase - Gr o u n d   f au lt a t B u s   B 1   w i th   UP F C - S ME S                                 Fig u r e   8 .   I m p r o v e m e n t o f   C r it ical  C lear in g   T i m e   w it h   UP FC - SME S                                                                                        0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 0 200 400 600 800 1000 1200 d _ t h e t a 1 _ 2   ( d e g ) 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 5 . 5 6 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 T i m e d _ t h e t a 1 _ 2   ( d e g ) O n l y   U P FC U P FC + S M E S Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8792   IJ A P E   Vo l 5 ,   No .   1 ,   A p r il   2 0 1 6:    14     21   20   0 1 2 3 4 5 6 -2 - 1 . 5 -1 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 2 x   1 0 9 T i m e                                 Fig u r 9 .   R esp o n s o f   SME S   P o w er   i n   an tip at h y   to   p o w er   o s cillatio n s       Fo r   f i g u r es   5   th r o u g h   7   ab o v t h f au lt  d u r atio n   is   o f   0 . 1   s ec o n d s   o n   a   6 0   Hz  f r eq u en c y .   Fo r   s ee in g   i m p r o v e m en i n   cr itical  clea r i n g   ti m f a u lt  d u r atio n   i s   ex te n d ed   to   0 . 1 3 7   s ec o n d s   as  s h o wn   in   f i g u r e   8 .   Fig u r e   9   d em o n s tr ates t h m o d u latio n   o f   SME S p o w er   i n   a n tip at h y   to   th p o w er   s y s te m   o s cillatio n s .       5 CO NCLUS I O N   UP FC   i n teg r ated   w it h   SME in   a   m u lti m ac h i n s y s te m   h as   b ee n   e x p lo r ed .   B y   co n tr o llin g   t h d u t y   c y cle  r atio   o f   t h D C - D C   ch o p p er   SME p o w er   is   m o d u lat ed   in   an tip ath y   o f   p o w er   s y s te m   o s cilla tio n s .   It   is   f o u n d   th at  t h UP FC   i m p r o v es  p o w er   s y s te m   tr an s ien p er f o r m a n ce .   I n te g r atio n   o f   SME w it h   UP F C   i m p r o v es   th e   o s cillat io n   d a m p in g ,   r ed u ce s   f ir s p ea k   s i g n i f ic an tl y   a n d   also   i m p r o v es   t h cr itical  clea r i n g   ti m e   in   ca s o f   s e v er f a u lt.        RE F E R E NC E S     [1 ]   H in g o ra n NG ,   Gy u g y L .   Un d e rsta n d in g   F A CT S   c o n c e p ts  a n d   t e c h n o l o g y   o f   f le x ib le  A tr a n s m issio n   sy ste m s .   IEE E   P re ss 2 0 0 0 .   [2 ]     Gy u g y L ,   S c h a u d e CD,  T o rg e r so n   S L ,   Ed ris  A .   T h e   u n if ied   p o w e f lo w   c o n tro ll e r:  a   n e w   a p p ro a c h   to   p o w e tran sm issio n   c o n tro l”    IE EE   T ra n s.  Po we r De li v e ry ,   1 9 9 5 ; 1 0 ( 2 ):1 0 8 5 9 7 .   [3 ]   P .   F .   Ri b e iro   e t   a l. ,   En e rg y   sto ra g e   s y ste m f o a d v a n c e d   p o w e a p p li c a ti o n s,”  Pr o c .   IE EE ,   v o l.   8 9 ,   n o .   1 2 ,   2 0 0 1 .   p p .   1 7 4 4 1 7 5 6 ,     [4 ]   D.Jo v c ic,  G . N.P il lai  " A n a l y ti c a M o d e ll i n g   o f   T CS D y n a m i c s "   IEE T ra n sa c ti o n o n   Po we De li v e ry ,   v o 2 0 ,   Iss u e   2 ,   2 0 0 5 ,   p p .   1 0 9 7 - 1 1 0 4   [5 ]   S a ra v a n a n   Ka n d a sa m y   a n d   A n it a   Ra jap a lan ,   "   D y n a m i c   c o n tro l   m o d e li n g   a n d   sim u latio n   o f   a   UP F C S M ES   c o m p e n sa to in   p o w e s y ste m s,"   A in   S h a m s E n g in e e rin g   Jo u rn a l ,     v o l.   6 ,   2 0 1 5 . p p .   1 1 7 9 - 1 1 8 6 ,       [6 ]     Esm a i e li   e a l,   Un if ied   M o d e l in g   o UPFC - S M ES   in   Po we S y ste Ap p li c a ti o n ,   3 rd   I EE E   Co n f e re n c e   o n   In d u strial  El e c tro n ics   a n d   A p p li c a ti o n s ,   2 0 0 8   , p p   2 0 5 1     2 0 5 6   [7 ]   Bid a d f a r,   A .   e t. a l,   P o w e s w in g s   d a m p in g   im p ro v e m e n b y   c o n tro o f   UP F a n d   S M ES   b a se d   o n   d i re c Ly a p u n o v   m e th o d   a p p li c a ti o n     IE EE   P o w e r   a n d   E n e rg y   S o c iet y   G e n e ra M e e ti n g    , 2 0 0 8 ,    p p 1     7   [8 ]   A ih o n g   T a n g   e t. a l,   Per fo rm a n c e   o UPFC  i n teg ra ted   wit h   S M ES   f o p o we sy ste ms   c o n tro ll i n g   IEE E   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   El e c t rica M a c h in e s an d   S y ste m s ,   2 0 0 8 .   pp 4 2 1 0     4 2 1 4   [9 ]   A n ju ,   M . Ra jas e k a ra n ,   Co - o rd i n a ti o n   o f   S M ES   w it h   S TA T COM  f o m it ig a ti n g   S S a n d   d a m p in g   p o w e s y ste m   o sc il latio n in   a   se ries   c o m p e n sa ted   w in d   p o w e s y ste m .   IEE E   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   Co m p u ter   Co m m u n ica ti o n   a n d   In f o rm a ti c s    2 0 1 3 ,   p p 1     6   [1 0 ]   Ay se n   A rso y   e a S i m u latio n   o f   th e   Eff e c ts  o S M ES   o n   F A CT S   P e rf o rm a n c e IEE P o w e En g i n e e rin g   S o c iety   W in ter M e e ti n g ,   2 0 0 2 .   v o l. 1 ,   p p : 5 0 2   -   5 0 5     [1 1 ]   Jia n   Xu n   Jin ,   X iao   Y u a n   C h e n ,   S tu d y   o n   th e   S M ES   A p p li c a ti o n   S o lu t io n f o S m a rt  G rid ”    P h y sic P ro c e d ia ,   V o l . 3 6     2 0 1 2 ,   p p :   9 0 2     9 0 7   [1 2 ]   S . M .   M o h i u d d in ,   M . R. I.   S h e ik h     S tab il iza ti o n   o f   S o lar - W in d   Hy b rid   P o w e S y ste m   b y   Us in g   S M ES ”,   In tern a ti o n a Jo u rn a o f   El e c tri c a a n d   C o m p u ter E n g in e e rin g   (IJE CE)   Vo l.   4 ,   N o .   3 ,   2 0 1 4 ,   p p .   3 5 1 - 358   [1 3 ]   A sh w in   Ku m a S a h o o   e a l.   M o d e li n g   a n d   S im u latio n   o f   S u p e rc o n d u c ti n g   M a g n e ti c   En e rg y S to ra g e   S y ste m s   In tern a ti o n a Jo u rn a o f   P o w e El e c tro n ics   a n d   Driv e   S y ste m   (IJP E DS) ,   Vo l.   6 ,   No .   3 ,   2 0 1 5 ,   p p .   5 2 4 - 5 3 7   [1 4 ]   P r o g ra m   o n   T e c h n o lo g y   In n o v a ti o n M o d e li n g   o f   S M ES   a n d   Its  In teg ra ti o n   to   t h e   P o w e G rid .   EP RI,   P a lo   A lt o ,   CA 2 0 0 5 .   1 0 1 2 1 5 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ A P E     I SS N:  2252 - 8792       Tr a n s ien t S ta b ilit I mp r o ve men t u s in g   UP F C - S MES   in   a   Mu lti  Ma ch in P o w er   S ystem   ( K a n tila l J o s h i )   21   B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS        Er.   Ka n ti lal  Jo sh se c u re d   h is  B. E.   d e g re e   in   El e c tri c a En g in e e rin g   a n d   M . T e c h   d e g re e   in   In teg ra ted   P o w e S y ste m s   in   th e   y e a r   1 9 9 9   &   2 0 0 6   re sp e c ti v e ly   f ro m   R a sh tras a n ta  T u k a d o ji   M a h a ra Na g p u Un iv e rsity   a n d   is  c u rre n tl y   p u rsu i n g   h is  P h H e   h a b e e n   a w a rd e d   tw o   g o ld   m e d a ls  f o h is  p e rf o r m a n c e   in   M . T e c h   e x a m in a ti o n   b y   th e   u n iv e rsit y .   His   re s e a rc h   in tere sts   in c lu d e   F A CT S ,   En e rg y   sto ra g e   a n d   P o w e s y ste m s.  H e   h a 1 4   y e a rs  o f   T e a c h in g   &   Re se a r c h   e x p e rien c e   a n d   h a p u b li s h e d   m o re   th a n   2 0   p a p e rs .   He   is  a   S e n i o M e m b e o f   IEE a n d   L if e   m e m b e o f   IS T a n d   CS I.   He   h a s   to   h is  c re d it   tw o   tex tb o o k s an d   g ra n ts  w o rth   Rs.  1 0   L a k h s.         Dr.  Vin o d   Ch a n d ra k a r   is  w e ll   k n o w n   Re se a rc h e a n d   a c a d e m i c ian   in   th e   f ield   o f   El e c tri c a En g in e e rin g .   He   d i d   h is  P h in   t h e   a re a   o f   p o w e s y ste m f ro m   R a sh tras a n ta  T u k a d o ji   M a h a ra j   Na g p u Un iv e rsit y .   H e   h a to   h is   c re d it   m a n y   p u b li c a ti o n w h ich   a re   h ig h l y   c it e d .   He   h a m o re   t h a n   2 5   y e a rs  o f   e x p e rien c e .   Hi re se a rc h   in tere st  in c lu d e s   F A CT S ,   P o w e S y ste m a n d   S o f t   c o m p u ti n g .   He   h a to   c re d it   Re se a rc h   g ra n ts  w o rth   Rs.  2 0   lak h s.  H e   is  li f e   m e m b e o f   IS T a n d   CS I.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.