I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   2 A p r il   201 9 ,   p p .   8 4 0 ~8 5 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v9 i 2 . pp 840 - 8 5 0          840       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 JE C E   E m ula te reac tance a nd resis tance  by  a ss sc inco rpo r a ting  energy  stora g e de v ice     H.   V.   G urura j a   Ra o 1 Na g es h P ra bh u 2 R.   C.   M a l a 3     1, 3 De p a rt m e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,   M a n i p a I n stit u te  o f   T e c h n o lo g y ,   M AH E,   In d ia   2 De p a rt m e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g i n e e rin g ,   NMA M   In s ti tu te  o f   T e c h n o l o g y ,   Nitt e ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   9 201 8   R ev i s ed   Sep   25 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Oct  1 9 ,   2 0 1 8       S tatic  S y n c h ro n o u se ries   c o m p e n sa to w it h o u e n e rg y   sto ra g e   d e v ice   c a n   e x c h a n g e   o n ly   re a c ti v e   p o w e with   t h e   n e tw o rk   a n d   c a n   o p e ra te  in   li m it e d   o p e ra ti n g   ra n g e   in   tw o   q u a d ra n ts  o n ly .   W h e n   e n e rg y   sto ra g e   d e v ice   is   c o n n e c ted   a t h e   DC  b u o f   S S S (S S S   ES ),   it   c a n   a lso   e x c h a n g e   re a l   p o w e w it h   th e   n e tw o rk .   Op e ra ti n g   ra n g e   o f   S S S w il b e   m u c h   b ro a d e a n d   it   c o v e rs  a ll   th e   f o u r   q u a d ra n ts.   Ho w e v e r,   e m u late d   re a c tan c e   a n d   re sista n c e   b y   S S S   ES   is  li k e ly   to   a ff e c th e   p e rf o rm a n c e   o f   a   d istan c e   p ro tec ti o n   s y ste m .   T h is  p a p e p re se n ts  a   d e tailed   m o d e o f   a n   S M IB  s y ste m   w it h     S S S   ES .   I n jec ted   v o lt a g e   b y   S S S   ES   in   a ll   t h e   f o u q u a d ra n ts  o o p e ra ti o n   is  p re se n te d .   Im p a c o f   o p e ra ti o n   o f   S S S C     ES   i n   d if f e r e n q u a d ra n ts  a n d   v a rio u c o n tro l   stra teg ies   f o S S S   ES   o n   im p e d a n c e   e m u late d   b y   S S S   ES   d u ri n g   ste a d y   sta te  c o n d it i o n   a n d   tran si e n sy ste m   d istu r b a n c e   is d isc u ss e d .     K ey w o r d s :   C o n tr o l stra te g y   E m u lated   r ea ctan ce ,   r esis ta n c e   Fo u r   q u ad r an t o p er atio n   I n j ec ted   v o ltag e   SS S C   w it h   en er g y   s to r ag   Co p y rig h ©   2 0 1 9   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 :   H.   V.   Gu r u r aj R ao ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,   Ma n ip al  I n s tit u te  o f   T ec h n o lo g y ,   M A HE ,   Ud u p i d is tr ict,   Kar n ata k s tate ,   I n d ia,   P in : 5 7 6 1 0 4 .   E m ail:  g u r u r aj . r ao @ m an ip al. e d u       1.   I NT RO D UCT I O N     1 . 1 .     B a ck g ro un d   Du to   s tab ilit y   co n s tr ai n ts ,   t r an s m is s io n   li n es  ar o f te n   u n d er - u tili ze d   an d   o p er ated   m u ch   b elo th eir   r ated   ca p ac ity .   Ser ie s   co n n ec ted   F AC T co n tr o ller s   h e lp   in   i m p r o v i n g   s tab ilit y   m ar g in   an d   h e n ce   p o w er   tr an s f er   ca p ac it y   o f   t h li n e   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Hy b r id   s er ie s   co m p e n s a tio n   i.e .   a   p ass i v e   s er ies   ca p ac ito r   an d   SS S C   i s   p r ef er r ed   f o r   ec o n o m ic  r ea s o n s   [ 3 ] .   I n   ca s o f   VS C   b ase d   FAC T co n tr o ller s ,   th er is   p r o v is io n   f o r   co n n ec ti n g   e n er g y   s to r ag d ev ice  lik e   b atter y ,   f u el  ce ll   SME S a t t h D C   b u s .   T h is   w ill  f u r t h er   i m p r o v e   p o w er   tr an s f er   th r o u g h   th li n [ 4 ] .       1 . 2 .     P r o ble m   a nd   pro po s ed  s o lutio n   Op er atio n   an d   co n tr o ac tio n   o f   F AC T co n tr o ller s   ca n   i m p ac th p er f o r m a n ce   o f   p o w er   s y s te m .   Fe w   a u t h o r s   h a v d is c u s s e d   ab o u th i m p ac o f   F AC T co n tr o ller s   o n   th o v er all  p o w er   s y s te m   p er f o r m a n ce .   P er f o r m a n ce   co m p ar i s io n   o f   SS SC   a n d   T C P in   au to m atic  g e n er atio n   co n tr o o f   h y d r o th er m al   s y s te m   is   d is c u s s ed   in   [ 5 ] .   I n   [ 6 ] ,   it  is   s h o w n   t h at  r esp o n s ac cu r ac y   u n d er   s y s te m   d is t u r b an ce   w ill  i m p r o v e   w h e n   P MU s   ar i n tr o d u ce d   w ith   F AC T S.  Mo d if icatio n s   i n   s tead y   s tate   ch ar ac ter is tics   o f   s y s te m   in   ca s e   o f   SS S C   w it h   e n er g y   s to r ag d ev ice  is   d is c u s s ed   in   [ 7 ]   an d   ST A T C OM   w i th   e n er g y   s to r ag d ev ice  is   d i s cu s s ed   in   [ 8 ] .   I n   [ 9 ] ,   S T A T C OM   in c o r p o r atin g   f u el  ce l is   s h o wn   to   en h an ce   t h tr an s ie n s ta b ilit y   o f   t h s y s te m .   P o w er   o s cil latio n   d a m p in g   c o n tr o ller   is   d esi g n ed   w it h   ST A T C OM   eq u ip p ed   w it h   en er g y   s to r ag i n   [ 1 0 ] .   I m p ac o f   SS S C   a n d   UP F C   w it h   SME S   o n   d is tan ce   r ela y   o p er atio n   is   d i s cu s s ed   i n   [ 1 1 ] [ 1 2 ] .   Sm all   s i g n al   s tab ilit y   a n al y s i s   o f   s y s te m   w it h   S SS C     E is   h i g h lig h te d   in   [ 1 3 ] .   I m p r o v e m en in   tr a n s ie n s tab il it y   o f   an   SMI B   s y s te m   w i th   SS SC   is   s h o w n   i n   [ 1 4 ] .   B if u r ca t io n   a n al y s is   o f   SS R   w i th   SS S C     E a n d     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E mu la ted   r ea cta n ce   a n d   r esis t a n ce   b a   S S S C   in co r p o r a tin g   en erg s to r a g d ev ice   ( H.   V .   Gu r u r a ja   R a o )   841   ST A T C OM     E is   d is cu s s ed   in   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .   R ea ctan ce   an d   r esis ta n ce   e m u late d   b y   SS SC   is   lik el y   to   af f ec th e   o p er atio n   o f   d is ta n ce   r ela y   a n d   s y s te m   s tab ilit y .   He n ce ,   a   d etailed   m o d el  an d   a n al y s i s   o f   s y s te m   w it h     SS S C     E is   ess e n tial  to   d eter m in t h e m u lated   i m p ed a n ce   u n d er   d if f er en o p er atin g   co n d itio n s   &   v ar io u s   co n tr o s tr ateg ie s   f o r   SS S C     E an d   s t u d y   its   i m p ac o n   th s y s te m   p er f o r m a n ce .   T h is   p ap er   aim s   to   m o d el   an d   s t u d y   t h o p er atio n   o f   SS SC   i n   all  f o u r   q u ad r an t s   an d   d eter m i n an d   an al y ze   t h e m u lated   i m p ed an ce   b y   SS S C     E in   d if f er e n q u ad r an ts   o f   o p er atio n .   T h p ap e r   w il b o r g an ized   as  f o llo ws.  Deta iled   s y s te m   m o d el   an d   g o v er n in g   eq u a tio n s   ca n   b f o u n d   i n   Sect io n   2 .   Me th o d o lo g y   f o llo w ed   i s   co v er ed   in   Sectio n   3 .   Sectio n   4   p r esen ts   a n d   an al y s e s   th r es u lts   o b tain ed .   I n f er en ce   d r a w n   f r o m   th s tu d ies  ca r r ied   o u is   h ig h li g h ted   in   Sec tio n   5 .       2.   SYST E M   M O DE L   Fig u r 1   s h o w s   th h y b r id   s er ies  co m p en s ated   SMI B   s y s te m .   Her Xt   is   th r ea ctan ce   o f   tr an s f o r m er ,   ( R L   j   XL )   is   th n et  i m p ed an ce   o f   th li n Xc’   is   th ca p ac iti v r ea ctan c o f   s er ies  ca p ac ito r   an d   X s y s   i s   th s y s te m   r ea ct an ce   o n   th i n f i n ite  b u s   s id e.   E b   is   th i n f i n ite  b u s   v o lta g e.       GE N E R A T OR V g X t RL l XL l E b T h r e e   l e v e l ,   1 2 p u l s e   V S C I g 0     E n e r g y   S t o r a g e V i X C X sy s SSSC R L 2 X L 2     Fig u r 1 .   H y b r id   s er ies co m p en s ated   S y s te m       2 . 1 .     Sy s t em   e q ua t io ns   S y s te m   i s   m o d eled   in   D f r a m o f   r ef er e n ce .   I n j ec ted   v o ltag b y   SS SC   -   E S is   g i v en   b y       2 + 2                   ( 1 )     w h er e,       =      ( + )                 ( 2 )     =         ( + )                 ( 3 )     W h er K m   K *   ρ se  co s   ; K   2 6   f o r   1 2   p u ls co n v er ter ,   ρ s e’  is   th t u r n s   r atio   o f   th tr an s f o r m er   an d     Φ   tan - 1 ( )                   ( 4 )     Fo r   b etter   an al y s i s ,   r ea ( i n   p h ase)   a n d   r ea ctiv e   ( q u ad r atu r e)   co m p o n e n ts   o f   SS SC     E ca n   b u s ed ,   d escr ib ed   b y :     =       +                      ( 5 )     =                          ( 6 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   8 4 0   -   8 5 0   842   I s h o u ld   b n o ted   t h at  a   p o s iti v v alu e   o f   V P   s ig n i f ies   SS SC -   E S   d r a w i n g   ac ti v p o w er   an d   n eg at iv e   v alu e   i n d icate s   SS S C   -   E S   s u p p ly i n g   p o w er .   Si m ilar l y ,   n e g ativ v al u o f   V R   in d icate s   ca p ac itiv m o d an d   p o s itiv V R   i m p lies   i n d u ct iv m o d o f   o p er atio n   o f   S SS C     E S.   E q u atio n s   ( 7 )   an d   ( 8 )   ar u s ed   to   ca lcu late  γ   an d   β .     γ   tan - 1   ( ( ) ( ) )                   ( 7 )     β =  C o s - 1   ( ( ) 2 + ( ) 2   )               ( 8 )     E q u atio n s   ( 9 )   to   ( 1 5 )   ar th g o v er n i n g   eq u a ti o n s   f o r   th s y s te m   s h o w n   i n   Fi g u r 1 .     L i n cu r r en t I   2 + 2                 ( 9 )       =   [         +        ]             ( 1 0 )       =   [                ]             ( 11)     Vo ltag at  th g e n er ato r   b u s   an d   th p o w er   g en er ated   b y   t h e   g en er ato r   ar d escr ib ed   b y   ( 1 2 )   an d   ( 1 3 ) .      =    2 +  2                     ( 1 2 )     =      +                      ( 1 3 )     E q u atio n s   ( 1 4 )   an d   ( 1 5 )   r ep r es en t e x p r es s io n s   f o r   V R   an d   ac t iv p o w er   co m p o n e n t o f   SS S C   E S r esp ec tiv el y .     (        )                       ( 1 4 )     =     +                     ( 1 5 )     2 . 2   Co ntr o l s t ra t eg y   I n   ca s o f   SS S C -   E S,  t y p 1   co n tr o is   g e n er all y   u s ed   in   o r d er   to   co n tr o b o th   th m a g n itu d an d   p h ase  a n g le   o f   t h co n v er ter   o u tp u v o lta g e.   R ea l   an d   r ea cti v v o ltag e s ,   V P(ord)   an d   V R( ord)  ar u s ed   to   ca lc u late   p h ase  an g l γ   a n d   d ea d   an g l β   u s in g   E q u at io n s   ( 7 )   an d   ( 8 ) .   Var io u s   co n tr o l stra teg ies  p r o p o s ed   ar e:   a.   R ea l p o w er   co n tr o ller ,   e m u lat ed   r esis tan ce   co n tr o ller   an d   co n s ta n t r ea l v o lta g co n tr o l.   b.   E m u lated   r ea ctan ce   co n tr o ller   an d   co n s ta n t r ea ctiv v o lta g co n tr o l.    Fig u r 2   ex p lain s   th co n tr o l stra teg y   u s ed .   E ig en   v al u a n al y s is   i s   d o n to   an al y ze   t h s tab ilit y   o f   th e   s y s te m   u n d er   d i f f er e n o p er atin g   co n d itio n s   o f   SS S C -   E S.  P I   co n tr o ller   v alu e s   ar s elec ted   b ased   o n   r o o t lo cu s   d esi g n   an d   tr an s ien t a n al y s is   [ 1 3 ] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E mu la ted   r ea cta n ce   a n d   r esis t a n ce   b a   S S S C   in co r p o r a tin g   en erg s to r a g d ev ice   ( H.   V .   Gu r u r a ja   R a o )   843   R s s s c ( re f ) V R r e f V P r e f K p K i S X s s s c( re f ) X ss sc ( m e a s) C a l c u l a t o r V P ( o rd ) V R ( o rd )  & K p K i S R ss sc ( m e a s) K p K i S P ref P m e a s Fig u r 2 .   C o n tr o l stra teg y   f o r   SS S C -   ES       3.   M E T H O DO L O G Y   S y s te m   s h o w n   i n   F ig u r 1   is   m o d eled   i n   Ma tlab /S i m u li n k .   Ne w to n   R ap h s o n   iter ati v m et h o d   is   u s ed   to   o b tain   th in itial  co n d itio n s .   Gen er ato r   o u tp u p o w er   ( P g )   is   tak en   as  0 . 9 p u .   DC   b u s   v o ltag o f   SS S C   -   E S   is   ass u m ed   to   b m ai n tai n ed   c o n s ta n t b y   t h en er g y   s to r ag d ev ice  at  0 . 7   p u .     3 . 1 .     O pera t ing   r a ng o f   SS SC  -   ES   A   1 5 0   MV A   S SS C     E i s   u s ed   in   t h p r ese n w o r k .   W it h   b ase  MV A   o f   8 9 2 . 4 MV A   an d   w it h   a   lin cu r r e n o f   1 p u ,   SS SC   ca n   in j ec v o lta g ( m a g n i tu d e)   o f   0 . 1 6 8 0 9 p u .   C o n s id er in g   r ea ctan c e   co m p e n s at io n   o f   4 5 f r o m   p ass i v s er ies  ca p ac ito r   an d   n et  r ea ctan ce   c o m p e n s atio n   r an g o f   3 0 to   6 0 %,  SS S C   r ea cta n ce   ca n   b v ar ied   b et w ee n   -   0 . 1 5 p u   ( ca p ac itiv e)   an d   0 . 1 5 p u   ( in d u cti v e) .   R ea an d   r ea ctiv e   v alu e s   o f   in j ec ted   v o lta g es  w er d e ter m i n ed   th r o u g h   s i m u latio n   f o r   v ar io u s   v a lu e s   o f   r ea p o w er   ex c h an g b y     SS S C     E S   a n d   f r o m   t h v al u es  o b tain ed ,   r ea p o w er   e x ch a n g e   b y   SS SC -   E i s   li m ited   b et w ee n   -   0 . 0 8 p u   an d   0 . 0 8 p u   w h e n   X s s s c   v al u i s   ±   0 . 1 5 p u .   W h er ea s   w it h   S SS C   in j ec tin g   r ea v o ltag e   a lo n ( Xss s 0 ) ,     r ea l p o w er   ex c h a n g ca n   b u p   to   0 . 1 5 p u .     3 . 2 .     Co m p uta t io n o f   i m pe da nce   E q u atio n s   1 6   to   1 8   ar e   u s ed   to   d eter m in t h i m p ed an ce   v alu es  a n al y ticall y   a n d   ar v alid ated   th r o u g h   s i m u lat io n .   I m p ed an ce   e m u lated   b y   S SS C ,        =    +    =                       ( 1 6 )     W h er e,    =        =                 ( 1 7 )     I m p ed an ce   b et w ee n   g en er ato r   an d   in f i n ite  b u s ,          =   +    +   +                 ( 1 8 )         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   8 4 0   -   8 5 0   844   4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   4 . 1 .     I nje ct ed  v o lt a g e   W ith   o u t   e n er g y   s to r ag d ev ic at  t h D C   b u s ,   i n j ec ted   v o lta g b y   SS SC   w it h   r esp ec t   to   li n c u r r en t   w il b clo s to   ±   9 0 °.  W h e n   an   e n er g y   s to r ag d ev ice   is   c o n n ec ted   at  th e   DC   b u s ,   a n g le   o f   i n j ec ted   v o ltag e   ca n   b a n a y   an g le  b et w ee n   0 °an d   3 6 0 °  o r   - 1 8 0 °  an d   +1 8 0 °.Vo ltag in j ec ted   b y   SS S C     E in   d if f er en t   q u ad r an ts   o f   o p er ati o n   w it h   r esp ec t to   lin cu r r en t o b tain ed   th r o u g h   s i m u latio n   is   d is c u s s e d   in   th i s   s ec tio n .     4 . 1 . 1 .     Rea ct iv e   v o lt a g i nje c t io n   W h en   S SS C     E S i n j ec ts   o n l y   r ea ctiv v o lta g ( R ea cti v p o w er   ex c h a n g e) ,   i n j ec ted   v o ltag s h o u ld   b in   q u ad r atu r w ith   t h li n cu r r en t ( lag g i n g   b y   9 0 ° in   ca s o f   ca p ac itiv m o d an d   lead i n g   b y   9 0 ° i n   ca s o f   in d u c tiv m o d e.   Si m u latio n   r esu lts   o b tai n ed   ( Fig u r 3   an d   Fig u r 4 )   clea r ly   v alid ate  th is .             Fig u r 3 .   C ap ac itiv r ea ctan ce   co m p e n s atio n ,     γ   -   90 °     Fig u r 4 .   I n d u ctiv r ea cta n ce   co m p e n s at io n ,     γ   9 0 °       4 . 1 . 2 .     Rea v o lt a g e   inje ct io n   W h en   S SS C     E ex c h an g es   r ea p o w er   alo n ( in j ec ts   r ea v o ltag e) ,   i n j ec ted   v o ltag s h o u ld   b i n   p h ase  w it h   cu r r en w h ile  ab s o r b in g   p o w er   an d   an ti - p h a s wh ile  s u p p l y i n g   p o w er .   Fi g u r 5   an d   Fig u r 6   s h o w   th in j ec ted   v o lta g u n d er   th es o p er atin g   co n d itio n s .             Fig u r 5 .   SS SC   ab s o r b in g   R ea l p o w er ,   γ   0 °     Fig u r 6 .   SS SC   s u p p l y in g   r ea l   p o w er ,   γ   1 8 0 °     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E mu la ted   r ea cta n ce   a n d   r esis t a n ce   b a   S S S C   in co r p o r a tin g   en erg s to r a g d ev ice   ( H.   V .   Gu r u r a ja   R a o )   845   4 . 1 . 3 .     Si m u lt a neo us   re a l a nd   re a ct iv v o l t a g inje ct i o n   W h en   SS S C     E S   in j ec ts   b o t h   r ea a n d   r ea ctiv e   p o w er ,   a n g le  o f   SS SC   in j ec ted   v o lta g d ep en d s   o n   th o p er atin g   co n d itio n   i.e .   q u ad r an o f   o p er atio n .   A s   s h o w n   i n   F ig u r 7 ,   o p er atio n   w il b in   4 th   q u ad r an t   w h e n   SS SC   is   in   ca p ac itiv m o d an d   i s   d r a w i n g   r ea p o w er   ( V P   i s   p o s iti v a n d   V R   is   n e g ati v e) .     Si m i lar l y   w it h   SS S C   in   ca p ac itiv e   m o d a n d   i s   s u p p l y in g   r e al  p o w er ,   o p er atio n   w ill   b i n   3 rd   q u ad r an ( V P   i s   n eg at iv a n d   V R   is   n eg ati v e)   a s   ev id en t f r o m   Fig u r 8 .               Fig u r 7 .   Op er atio n   in   f o u r th   q u ad r an t,    Ga m m -   5 6 . 7 2 °     F ig u r 8 .   Op er atio n   in   th ir d   q u ad r an t,    Ga m m -   1 1 9 . 8 °       W h en   SS S C   i s   i n   i n d u c tiv e   m o d e,   o p er atio n   w i ll  b i n   f i r s (   SS SC   ab s o r b in g   p o w er )   o r   s ec o n d   (   SS SC   s u p p l y i n g   p o w er )   q u ad r an t.  T h r esu l t o b tain ed   th r o u g h   s i m u latio n   ar s h o w n   i n   Fi g u r 9   an d   Fig u r 1 0 .             Fig u r 9 .   Op er atio n   in   f ir s t q u ad r an t,    Ga m m 5 8 . 9 8 °     Fig u r 1 0 .   Op er atio n   in   s ec o n d   q u ad r an t,    Ga m m 1 1 6 . 2 °       4 . 2 .     E m ula t ed  i m p eda nce  b y   SS SC    ES   Dis ta n ce   p r o tectio n   i s   t h p r ef er r ed   p r o tectio n   f o r   lo n g   tr an s m i s s io n   li n es.  Op er atio n   o f   d is ta n ce   r ela y   is   b ased   o n   th ap p ar en i m p ed an ce   m ea s u r ed   b y   t h e   r ela y .   I m p ed an ce   e m u lated   b y   SS S C     E w i ll   ch an g th m ea s u r ed   i m p ed an ce   b y   th r ela y   a n d   h en ce   t h e   r ela y   m a y   m al  o p er ate.   W h en   SS SC     E i s   in j ec tin g   r ea ctiv v o ltag alo n e,   it  w ill  e m u late  a n d   ch an g r ea ctan ce   co m p o n en o f   i m p ed a n ce .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   8 4 0   -   8 5 0   846   Si m i lar l y   w h ile  in j ec tin g   r ea v o ltag alo n e,   it  s h o u ld   e m u la te  an d   ch an g r esis ta n ce   co m p o n en o f   i m p ed a n ce .   Ob v io u s l y ,   w h e n   SS SC     E ex ch a n g es  b o th   r ea a n d   r ea ctiv p o w er ,   it  w ill  e m u late  a n d   ch an g b o th   r ea an d   i m a g in ar y   p ar o f   i m p ed an ce .   T a b le  1   g iv es  t h r esu l ts   o b tain ed   th r o u g h   s i m u lat io n .   Fro m   tab le  1   it  is   clea r   th at  i m p ed a n ce   e m u lated   b y   S SS C     E d ep en d s   o n   th Op er atin g   co n d it io n   i.e .   q u ad r an t   o f   o p er atio n .   I ca n   b n o ted   th at   in   ca p ac iti v m o d o f   o p er atio n ,   SS S C   e m u l ates  n eg ati v r ea cta n ce   a n d   h en ce   n et  r ea cta n ce   r ed u ce s ,   w h ile  n et  r ea ctan ce   in cr ea s es  i n   ca s o f   i n d u ct iv m o d d u to   p o s itiv r ea ctan ce   e m u latio n .   Si m i lar l y ,   n et   r esis ta n ce   in cr ea s es  d u to   p o s iti v r es is ta n ce   e m u latio n   w h e n   SS SC   ab s o r b s   p o w er   an d   d ec r ea s es  w h en   SS SC   s u p p lie s   p o w er   d u e   to   n eg ati v e   r esis t an ce   e m u latio n .   I m p ed an ce   v alu es   ar e   d eter m i n ed   an al y ticall y   u s i n g   E q u a tio n s   1 6   to   1 8 .   S y s te m   d ata   f o r   i m p ed an ce   co m p u ta tio n   ar e   Z L   0 . 0 4   j 1 X S Y S   j 0 . 0 6 ,   XC   -   j 0 . 4 5 ,   Xt  j 0 . 1 4 all  v al u es  i n   p u .   Fo r   g i v en   o p er ati n g   co n d itio n ,   Vp ,   VR   a n d   lin e   cu r r en t   v alu e s   ar o b tain ed   th r o u g h   s i m u latio n .   Fro m   T ab le  1 ,   it  ca n   also   b n o ted   th at  i m p ed an ce   v al u es  d eter m in ed   th r o u g h   s i m u latio n   m atc h es   w it h   t h co r r esp o n d in g   v al u es  o b tain ed   an al y t icall y .       T ab le  1 .   Stead y   State  I m p ed a n ce   u n d er   Var io u s   Op er ati n g   C o n d itio n s   o f   SS S C   -   ES   O p e r a t i n g   c o n d i t i o n   Z G IB ( A n a l y t i c a l )   Z G IB   ( m e a s u r e d )   Z SSSC   N o   S S S C   0 . 0 4 + j 0 . 7 5   0 . 0 3 9 9 +   j   0 . 7 5   0   +   j   0   X sssc  =   -   0 . 1 5 ,   P r e f   =   0   0 . 0 4 + j 0 . 6   0 . 0 3 9 9   +   j   0 . 6   -    j       0 . 1 5   X sssc  =   -     0 . 1 5 ,   P r e f   =   0 . 0 8   0 . 1 3 8 4 + j 0 . 6   0 . 1 3 8 4 7   +   j   0 . 6   0 . 0 9 8 4 7 5   -   j     0 . 1 5   X sssc  =   -   0 . 1 5 ,   P r e f   =   -   0 . 0 8   - 0 . 0 4 5 + j 0 . 6   -   0 . 0 4 5 7   + j     0 . 6   - 0 . 0 8 5 7 8 6   -   j   0 . 1 5   X sssc  =   -   -   0 . 1 5 ,   P r e f   =   0   0 . 0 4 + 0 j . 9   0 . 0 3 9 9   +   j   0 . 9   0   +   j   0 . 1 5   X sssc  =     0 . 1 5 ,   P r e f   =   0 . 0 8   0 . 1 3 + j 0 . 9   0 . 1 3 0 2   +       j   0 . 9   0 . 0 9 0 2 0 5   +   j     0 . 1 5   X sssc  =   0 . 1 5 ,   P r e f   =     -   0 . 0 8   - 0 . 0 3 4 + j 0 . 9   -   0 . 0 3 3 9 4 3   + j     0 . 9   - 0 . 0 7 3 9 3 9   +   j   0 . 1 5   X sssc  =   0 ,   P r e f   =   0 . 1 5   0 . 2 2 4 + j 0 . 7 5   0 . 2 2 4 2 6   +   j 0 . 7 5   0 . 1 8 4 2 7   +   j 0   X sssc  =   0 ,   P r e f   =   -   0 . 1 5   - 0 . 0 9 7 + j 0 . 7 5   -   0 . 0 9 6 9 8 5   + j   0 . 7 5   - 0 . 1 3 6 9 8   +   j 0       Valu es   in   T ab le  1   w er o b tain ed   th r o u g h   s i m u lat io n   w i th   co n s ta n P   co n tr o f o r   r ea v o ltag an d   co n s ta n r ea cti v v o ltag e   co n t r o l.  Ho w   e v er   s i m u latio n   r es u l ts   w it h   d i f f er en t   co m b i n atio n s   o f   co n tr o s tr ate g y   f o r   r ea an d   r ea ctiv v o lta g o f   S SS C     E s h o w ed   th at   f o r   g i v en   o p er atin g   co n d it io n ,   w it h o u an y   s y s te m   d is tu r b an ce ,   i m p ed a n ce   e m u la ted   b y   SS S C     E is   in d ep en d en o f   co n tr o s tr ateg y   u s ed .   T ab le   2   s h o w s   t h s i m u lat io n   r esu l f o r   o n o f   th o p er atin g   co n d it io n   (   Xss s -   0 . 1 5 ,   P r ef   0 . 0 8 ,   o p e r atio n   in     f o u r t h   q u ad r an t) .     T ab le  2 .   Stead y   State  I m p ed a n ce   w it h   Var io u s   C o n tr o l Str ateg ies o f   SS S C   -   ES   O p e r a t i n g   c o n d i t i o n   C o n t r o l   st r a t e g y   Z SSSC   (   a n a l y t i c a l )   Z SSSC ( m e a su r e d )   X sssc  =   -   0 . 1 5 ,   P r e f   =   0 . 0 8   C o n st a n t   P ,   V r   0 . 0 9 8 4 7 - j 0 . 1 5   0 . 0 9 8 4 7 4   -         j       0 . 1 5   X sssc  =   -   0 . 1 5 ,   P r e f   =   0 . 0 8   C o n st a n t   P ,   X sssc   0 . 0 9 8 4 7 - j 0 . 1 5   0 . 0 9 8 4 7 4   -    j           0 . 1 5   X sssc  =   -   0 . 1 5 ,   P r e f   =   0 . 0 8   C o n st a n t   V p ,   V r       0 . 0 9 8 4 7 - j 0 . 1 5   0 . 0 9 8 4 7 4   -    j           0 . 1 5   X sssc  =   -   0 . 1 5 ,   P r e f   =   0 . 0 8   C o n st a n t   V p ,   X sss c   0 . 0 9 8 4 7 - j 0 . 1 5   0 . 0 9 8 4 7 4   -       j         0 . 1 5   X ss sc  =   -   0 . 1 5 ,   P r e f   =   0 . 0 8   C o n st a n t   R sssc ,   V r       0 . 0 9 8 4 7 - j 0 . 1 5   0 . 0 9 8 4 7 4   -         j       0 . 1 5   X sssc  =   -   0 . 1 5 ,   P r e f   =   0 . 0 8   C o n st a n t   R sssc ,   X sssc   0 . 0 9 8 4 7 - j 0 . 1 5   0 . 0 9 8 4 7 4   -   j               0 . 1 5       4 . 3 .     E f f ec t   o f   c o ntr o l st ra t e g y   o n e m ula t ed  i m p eda nce,   d uring   s y s t e m   di s t urba nce   Du r in g   a n y   tr an s ie n s y s te m   d is tu r b an ce   li n cu r r e n i s   ex p ec ted   to   ch a n g e.   He n ce   e m u lated   i m p ed an ce   b y   SS SC     E d u r in g   d is t u r b an ce   is   ex p ec ted   to   b d if f er en w i th   v ar io u s   co n tr o s tr ateg ies.     I n   o r d er   to   an aly ze   th e f f ec o f   co n tr o s tr ateg y   u s ed   f o r   SS SC ,   d u r i n g   tr an s ie n co n d itio n ,   s tep   ch an g i n   m ec h a n ical   to r q u i n p u to   g e n er ato r   ( T m )   is   co n s id er ed .   T m   i s   c h an g ed   f r o m   0 . 9 p u   to   1 . 1 p u   at  1 . 5   s ec o n d   f o r   d u r atio n   o f   0 . 1   s ec .   Du to   in cr ea s in   m ec h an ical  to r q u in p u t,  th er w i ll  b an   in cr ea s in   lin c u r r en t   v alu d u r in g   d is t u r b an ce .   R e s is ta n ce ,   r ea ctan ce   an d   i m p e d an ce   e m u lated   b y   SS S C     E d u r in g   s u c h   a   d is tu r b an ce ,   w it h   v ar io u s   co n tr o s tr ateg ies  p r o p o s ed   an d   d if f er en o p er atin g   co n d it i o n s   ar d eter m i n ed   th r o u g h   s i m u lat io n .       4 . 3 . 1 .     E m ula t ed   re a ct a nce   Op er atio n   o f   a   r ea ctan ce   r ela y   d ep en d s   o n   th e   ap p ar en r ea cta n ce   m ea s u r ed   b y   th e   r ela y .     R ea ctan ce   e m u lated   b y   S SS C   d ep en d s   m ain l y   o n   t h r ea ctiv v o ltag in j ec ted   b y   S SS C   a n d   lin cu r r en t.  Fo r   th f o llo w in g   o p er atin g   co n d itio n s   o f   SS S C     E r ea cta n ce   e m u la ted   b y   SS S C   i s   o b tain ed   th r o u g h   s i m u lat io n ,   e m p lo y in g   t h p r o p o s ed   co n tr o l stra teg ies.    C a s 1 :   Op era tio n   in   fo u r th   q u a d r a n t;   c a p a citive  mo d e,   n o   r ea l p o w er.   C a s 2 :   Op era tio n   in   fir s t q u a d r a n t;   I n d u ctive   mo d e ,   n o   r ea l p o w er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E mu la ted   r ea cta n ce   a n d   r esis t a n ce   b a   S S S C   in co r p o r a tin g   en erg s to r a g d ev ice   ( H.   V .   Gu r u r a ja   R a o )   847   P lo ts   o f   r ea ctan ce   e m u lated   b y   SS SC     E u n d er   t h ese  o p er atin g   co n d itio n s   is   s h o w n   i n   Fig u r 1 1   an d   1 2   r esp ec tiv el y .   I ca n   b n o ted   f r o m   Fi g u r 1 1   t h a SS S C     E S   e m u late s   n e g ati v r ea ctan ce   in   ca p ac itiv m o d o f   o p er atio n   an d   it  e m u late s   p o s it iv e   r ea ctan ce   i n   in d u cti v m o d o f   o p er atio n   as   s h o w n   in   Fig u r e 12.   I is   al s o   v er y   clea r   f r o m   Fi g u r 1 1   a n d   1 2   th at   r ea ctan c e m u lated   b y   SS SC   r e m ai n s   al m o s t   co n s ta n t,  b ef o r e,   d u r i n g   a n d   a f ter   th d is tu r b an ce   w it h   co n s ta n t X s s s c   co n tr o l.  T h is   h o w ev e r   w o u ld   r eq u ir an   in cr ea s in   i n j ec ted   v o ltag b y   S SS C   d u r in g   d is tu r b an ce   ( d u to   in cr ea s ed   cu r r en t) .   I n   ca s o f   co n s tan t   r ea ctiv v o lta g co n tr o l,  Fig u r 1 1   an d   1 2   clea r ly   s h o w   t h at  th e m u lated   r ea ctan ce   b y   SS SC     E is   r ed u ce d   d u r in g   d is t u r b an ce   d u to   in cr ea s in   c u r r en m ag n it u d e.               Fig u r 1 1 .   E m u lated   r ea ctan ce   b y   S SS C ,   ca p ac itiv m o d e     Fig u r 1 2 .   E m u lated   r ea ctan ce   b y   S SS C ,   in d u c tiv m o d e       4 . 3 . 2 .     E m ula t ed  r esis t a nce   R esi s tan ce   e m u lated   b y   S SS C   d ep en d s   o n   th r ea v o ltag in j ec ted   b y   SS SC   an d   li n cu r r en t .     Fo r   th f o llo w i n g   o p er atin g   c o n d itio n s ,   r e s is ta n ce   e m u lated   b y   S SS C   w a s   co m p u ted   e m p l o y i n g   t h p r o p o s ed   co n tr o l stra teg ie s .   C a s 3 :   Op era tio n   in   fir s t q u a d r a n t;   N o   r ea ctive   p o w er e xc h a n g e,   a b s o r b in g   r ea p o w er   C a s 4 :   Op era tio n   in   s ec o n d   q u a d r a n t;   N o   r ea ctive   p o w er,  s u p p lyin g   r ea l p o w er         Fig u r 1 3 .   E m u l ated   r esis a n ce   b y   S SS C   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   8 4 0   -   8 5 0   848     Fig u r 1 4 .   E m u lated   r esis tan c b y   S SS C ,   s u p p l y in g   p o w er       Fig u r 1 3   an d   Fig u r 1 4   s h o th p lo o f   e m u lated   r esis ta n c u n d er   t h ese  co n d itio n s .   I ca n   b n o ted   f r o m   Fi g u r e   1 3   t h at   s i n ce   SS SC     E i s   ab s o r b in g   p o w er   it   e m u lates   p o s iti v r esi s ta n ce .   Als o   r esi s ta n ce   e m u lated   b y   SS SC   r e m ai n s   a l m o s t   co n s tan t,   b ef o r e,   d u r i n g   a n d   a f ter   t h d is tu r b an ce   w it h   co n s tan t   R s s s co n tr o l.  T h is   h o w ev er   ca ll s   f o r   in cr ea s in   in j ec ted   v o ltag b y   SS SC   d u r i n g   d is t u r b an c ( Sin ce   cu r r en is   in cr ea s ed   d u r in g   d is t u r b an ce ) .   I is   f u r t h er   o b s er v ed   th at  p o s itiv r esis tan ce   e m u lated   b y   SS S C     E is   d ec r ea s ed   d u r in g   d is tu r b an ce   w it h   co n s ta n P   co n tr o an d   co n s ta n Vp ,   d u to   i n cr ea s i n   c u r r en t.  Var iatio n   i s   m o r i n   ca s o f   co n s ta n t P   co n tr o l sin ce   Vp   w ill d ec r ea s w it h   in cr ea s i n   c u r r en t,  to   m ai n t ain   P   co n s ta n t.   I is   v er y   clea r   f r o m   Fi g u r e   1 4   th at  s in ce   SS SC     E is   s u p p l y i n g   p o w er   it  e m u late s   n eg a tiv e   r esis ta n ce .   I i s   f u r t h er   o b s er v ed   th at  e m u lated   r esi s ta n ce   r e m ai n s   co n s ta n t   d u r in g   a n d   a f t er   d is tu r b an ce   w it h   co n s ta n R SSSC   co n tr o w h er ea s   w i th   co n s ta n r ea v o ltag a n d   co n s ta n r ea p o w er   co n tr o l,  m ag n it u d o f   th e   e m u lated   r esis ta n ce   is   d ec r ea s ed   d u r in g   d is t u r b an ce   d u to   i n cr ea s in   c u r r en t.     4 . 3 . 3 .     E m ula t ed  i m pe da nce   Var iatio n   i n   e m u lated   r e s is t an ce   a n d   r ea cta n ce   v alu e s   d u r in g   s y s te m   d i s tu r b a n ce   w i th   v ar io u s   co n tr o s tr ate g ies   an d   d i f f er en o p er atin g   co n d itio n s   o f   SS S C     E S   w er d is c u s s ed   s ep ar a tel y   in   th e   p r ev io u s   s ec tio n .   Op er atio n   o f   a n   i m p ed an ce   r ela y   o r   m h o   r el a y   is   b ased   o n   t h m a g n i tu d o f   th e   ap p ar en t   i m p ed an ce   m ea s u r ed   b y   t h r ela y .   I n   o r d er   to   an al y ze   th i m p ac o f   co n tr o s tr ate g y   e m p lo y ed   o n   e m u la ted   i m p ed an ce ,   f o llo w i n g   o p er atin g   co n d itio n s   w er co n s id er ed .   Ca s 5 : Cap ac itiv m o d ab s o r b in g   p o w er   ( Xs s s -   0 . 1 5 ,   Pre f   0 . 0 8 )   i .   C o n s ta n t V p ,   Vr   co n tr o l   ii.   C o n s ta n R s s s c,   Xs s s co n tr o l.   Ca s 6 : I n d u cti v m o d ab s o r b in g   p o w er   ( Xss s 0 . 1 5 ,   P r e f   0 . 0 8 )   i.   C o n s ta n t V p ,   Vr   co n tr o l   ii .   C o n s ta n R s s s c,   Xs s s co n tr o l.   P lo t o f   e m u lated   i m p ed an ce   u n d er   th e s o p er atin g   co n d it io n s   s h o w n   i n   Fi g u r 1 5   an d   Fig u r 1 6 .   I t is   in ter esti n g   to   n o te  t h at  w i th   c o n s ta n R s s s a n d   co n s tan t   X s s s c   co n tr o l,  v ar iat io n   i n   m a g n it u d o f   e m u lated   i m p ed an ce   b y   SS SC     E d u r in g   a n d   af ter   d i s tu r b a n ce   is   n eg lig ib le.   I n   ca s e   o f   co n s ta n i n j ec ted   v o ltag e   co n tr o l,  th er is   s i g n if ican t c h an g i n   e m u la ted   i m p ed an ce   b y   SS C     E S.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       E mu la ted   r ea cta n ce   a n d   r esis t a n ce   b a   S S S C   in co r p o r a tin g   en erg s to r a g d ev ice   ( H.   V .   Gu r u r a ja   R a o )   849     Fig u r 1 5 .   E m u lated   i m p ed a n ce   b y   S SS C ,   ca p ac itiv m o d ab s o r b in g   p o w er         Fig u r 1 6 .   E m u lated   i m p ed a n ce   b y   S SS C ,   in d u c tiv m o d ab s o r b in g   p o w er       4 . 4 .     Dis cus s io n   T h in f er en ce s   f r o m   th a n al y s is   o f   4   q u ad r an t o p er atio n   o f   SS S C   ar e   a.   W h en   S SS C   i n j ec ts   r ea ctiv v o ltag alo n e,   in j ec ted   v o lta g w il l b +/  -   9 0 °  w i th   r esp ec t to   lin cu r r en t.   b.   W h en   SS SC   i n j ec ts   b o th   r ea an d   r ea ctiv v o ltag e,   it  ca n   o p er ate  in   all  th f o u r   q u ad r an ts   a n d   in j ec ted   v o ltag w i ll b b et w ee n   1 8 0 ° an d   - 1 8 0 °  w ith   r esp ec t to   li n cu r r en t.   c.   I m p ed an ce   e m u lated   b y   S SS C   d ep en d s   o n   th o p er atin g   co n d itio n .   d.   I n   s tead y   s tate,   i m p ed an ce   e m u lated   b y   SS SC   f o r   a   g i v e n   o p er atin g   co n d itio n   is   i n d ep en d en t   o f   co n tr o l   s tr ateg y   u s ed   f o r   SS S C     E S.   e.   Du r in g   tr an s ie n s y s te m   d is t u r b an ce ,   co n tr o s tr ateg y   u s ed   f o r   SS SC     E w ill  h a v s i g n i f ican i m p ac t   o n   th r ea ctan ce   a n d   r esis ta n c e m u la ted   b y   SS S C .   f.   C o n s tan R s s s an d   Xss s co n tr o s tr ateg y   w ill  m ain tain   t h r esis tan ce   an d   r ea ctan ce   e m u lated   b y   SS S C   al m o s t c o n s ta n t d u r i n g   a n d   af t er   d is tu r b an ce .     g.   E m u lated   i m p ed a n ce   o f f er ed   b y   SS SC     E S   s i g n i f ican t l y   c h an g es   d u r i n g   s y s te m   d is t u r b an ce ,   f o r   co n s ta n t   in j ec ted   v o ltag co n tr o l stra te g y   a n d   co n s ta n t r ea l p o w er   co n tr o l.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.