Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  5, N o . 2 ,  A p r il  201 5, p p 19 8 ~ 20 I S SN : 208 8-8 7 0 8           1 98     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Power System Oscillation Da mping Using New Facts Device       D .  Na ra simha  Ra o 1 , V.  Sa rith a 2   1 Departm e nt  of  Ele c tri cal  and  E l ectron i cs ,  KL U n ivers i t y ,   2 Department of Electronics  and  Communica tion, VR Siddharth a   Engineering Co llege  Em ail:  nar a sim h arao@kluniv e rsi t y .in ,  sar ithagr e e n @gm a il.Com       Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Oct 25, 2014  Rev i sed  D ec 16 , 20 14  Accepte d Ja 6, 2015      This pap e r pres ents about impr oving st ability   of the s y stem which  can b e   possible with n e w FACTS device with  more  convenien t. FACTS devices   come under th e influence of pow er elect ronics eq uipment. Distrib u ted Power   Flow Controller  is a FACTS  device  used for damping low frequen c y   oscilla tion with   new control ling  approach . It  is valid for  a wide r a nge of th e   operating condition. In this work explai n th e basic model and its stead y  state  operat i on, m a th em atic al an al ys i s  inject ion of current con t rol  model of the  DPFC. Using d a mping controller used  in DPFC facts device  as input to   im plem ent the  ta sk of power oscillat i on  dam p ing  .Here th is work had a bri e f   stud y  on damping, terminal  voltage and  excitation vo ltage  at different lo ad  conditions , simulation r e sults demonstr ate damping low frequency  oscillation  at nominal, ligh t  and h eav y   lo ading conditions.  Keyword:  Current inje ction   m odel   Damping Contro ller   DPFC   FACT S De vic e   Power Oscilla tio n Dam p ing   Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r D. Nar a sim h Rao,   Department o f  Electrical and  El ectronics, K  L Un iversity , India   Em a il:  narasimharao@kluniv e r s it y.in       1.   INTRODUCTION  Because of ra pid inc r easing in load dem a nd a nd  rigid limita tion of  powe r gene ration causes the   p o wer syste m   to  b e  op erated   n ear to  its stab ilit y l i m its an d  p o wer system wh ich  are in terconn ected  lead s to  rise to  l o w freq u e n c o s cillatio n  in th e rang o f  0.5H t o  4  Hz [1 ]. Initial  d a ys  PSS  are u s ed  wh i c h   are  successful t o   cont rol  dam p ing to so m e  extent  but it is very  ha rd to  dam p  the  oscillation during large  d i stu r b a n ce [1 ] .   Utilisin g  of  FACTS Dev i ce are  addressed   t o : in creasing  fo r its effectiv e, to  im p r ov po wer  syste m   tran sm i ssio n  cap a b ility, to  i m p r o v e   first swing  m a r g in  and  to  activ ely d a m p  o s cillatio n ,  also  to   h e lp  to  stab ilize weak l y  co up led  syst e m  in  th e ev ent o f  critical  faults [2 ]. In itially  FACTS  Dev i ces lik e SVC, TCSC,  STATC O M ,  a n d  TC PS  are  u s ed  b u t  f o r  m o re c o m f ort s  a n d c o n s i d eri n m o re i n p u t s  f r o m  bot h  en ds,   m ode  consideration  can be done by using s h unt-series co m b ination FACT S that is  UPFC [3]. Recent FACTS  Device known  as DPFC FACTS  De vice  i t  i s  a  po we rf ul   FAC T S  De vi c e   in  FACTS Fa m i l y  it p r ov ide with  l o w co nt  an d g o o d  i n  pe rf orm a nce  com p are to UPFC. T h is  Device not us es a co mm on DC link as in UPFC  [4 ]. It h a g r eat p o t en tial for d a m p in g  th e oscillatio n s  in  th e syste m . Th e co n t ri b u tion  of th is work  is a n o v e l   cu rr en t i n j ectio n m o d e l and d y n a m i c si mu latio n of   D P FC fo r stud yin g  low   f r e q u en cy d a m p ing and  i n co rp orat i n g i n  t h e t r a n sm i s si on sy st em   model  [ 1 ] .   A ne w way  d eal  fo r p r o p er  desi g n  o f  D PFC  da m p i n g   cont rol l e r i s   wo rk  g o i n o n   here i n  t h i s  pa per.  The  P r o b l e m  of da m p i ng co nt rol l er de si g n  f o r   DPFC  i s   form u l ated  as  a task . In  th is p a p e r PSO tech n i q u e   was used  to  con t ro l o s cillatio n s  [1 ]. Vari o u s FACTS  Devi ces  bel o n g s t o  fi rst  a n d   seco nd  ge ner a t i ons  pa rt i c ul arl y  SVC ,  ST AT C ON,  SS SC UPFC ,  I PFC  a r bei n g   u s ed  in  literature in  ord e r to   da m p  o f  th o s cillatio n  in  p o wer syste m . Th m a in  in terestin g   wo rk  in  th is p a p e i s  usi n DPFC  fact s de vi ce  w i t h  pr o p o s ed c u r r ent  i n ject i o n m odel  i n  a si m p l e  power  sy st em  t o  dam p  out  t h e   oscillation in differe nt load c a ses [1]. Cost poi nt of  vie w  also in place of UPFC the ne w de vice DPFC use d   [6] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Po wer  S y stem  Oscilla tio n Damp i n g Usi n g  N e w Fa cts  Devi ce   (D. Narasi mha R ao)   19 9 A DPFC FAC T S De vice is a com b ination of shunt  and se ries converte r w ith ou t a co m m o n  DC lin t o  excha n ge p o we r bet w e e shu n t  an serie s  converte r. Shunt converter  ab sorb s th e pow er  in  on e fr eq u e n c and  ge ne rat i n g  p o we r i n  ot he r f r eq ue ncy  [ 6 ] .  D PFC   has t h r ee co nt r o l l e rs  cent r al  c ont r o l l ers  whi c gene rat e d   refe rence si g n a l s  refere nce cur r ent  an d re fe rence  vol t a ge   gi ve n i n p u t  t o  al l  t h e shunt  and se ri es cont r o l l e rs   [5 ]. Each  series co n t ro llers hav e  its o w n  series co n t ro l throug h  th e lin e it n eed  th e li n e  curren t , cap acitor  v o ltag e  an d  line v o ltag e s as in pu t. A sh un t co n t ro ller h a s th ree  p h a se co nv erter co nn ect ed  b a ck  to  b a ck  wit h   sin g l ph ase co nv er ter   , thr e e ph ase  shun co nv er ter  tak e s pow er fr o m  th e so ur ce and b a sed   on  cond itio n s   series conv erter on  co n t ro ller in j ect a cu rren t in  th ir harm onic freque n cy [5]. In se ri es controller used to  in j ect requ ired  co m p en sated  vo ltag e   in  lin e.          Fi gu re  1.  B a si c f o rm at i on o f   DPFC   fr om  UPFC           Fi gu re  2.  P o we r Sy st em   m odel  cont ai n  D P F C  M odel       2.   NEED OF CU RRE NT  I N JE CTIO N MO D EL  In  th is stud y propo sing  cu rren t in j ection  mo d e l fo DPFC  to  stu d y  ab ou t  lo w frequ en cy  o s cillatio n .   The i d ea  of the curre nt injec tion m odel is t o   use t h c u r r e nt  s o u r ce  w h i c h i s  c o nn ecte d  as  shunt inst ead  of  series voltage  sources . The t e st power syst e m  this work  co n s ists two   p a rallel lin es  and  series converte rs are   d i stribu ted   ov er th e lin es          Figure  3. Electrical System   in  D P FC conv er t s  of  case stud tr an sf or m a t i o n   syste m       In the a b ove fi gure all series conve r ters are  repres e n t  as vo l t a ge sou r ces,  as here  we usi ng a c once p t   of c u rre nt  i n je ct i on s o urces Fi gu re  havi n g  al l  t h e s h unt  an d se ri es co nve rt ers  re pres ent i n g  as se ri e s  an d   s h un t cu rr en t so ur c e s UPFC   Elim inate ate  com m on DC   Link  Distrib u ted Ser i es  Co nv erter  DPFC   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  5, No . 2, A p ri l  20 15   :    19 8 – 2 0 4   20 0     Fi gu re  4.  R e p r esent   of  seri es  vol t a ge  s o u r ce s by  c u r r e n t  so urces           Fi gu re  5.  C u rre nt  I n ject i o n  m odel  o f   DP FC           Fi gu re  6.  D P F C  wi t h  l e a d   –l ag c ont rol l e r       M a t h em at i cal   equat i o o f  s h unt  a n d se ri es  cur r ent   base o n  c u r r ent  i n j ect i on m odel :     I sh  = I l + I q   (1 )     The p h ase an g l e and m a gni tude s are of se r i es conve rt er a r e cont rol l a bl e .  Here Vs 1 = Vs2 = Vs 3 = Vs4 =   r V i e i λ . r and  λ  are t h e rel a t i v e m a gni t ude  and  ph ase angle with respec tive to V i  res p ectively. And the  expressi ons  of  series c u rrent s o urce c o nve rte r s a r e     I s1  =  V s1 / jX s1 , Is2  = V s2 / jX s2 ,   ( 2   Is 1 1  =  V 1 s1 / Jx 1 s1 , (3)     I 1 s2  = V 1 s2 / j X 1 s2 , (4     Th e activ e pow er supp lied   by th e sh un c u rrent s o urce  can be  shown  as     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Po wer  S y stem  Oscilla tio n Damp i n g Usi n g  N e w Fa cts  Devi ce   (D. Narasi mha R ao)   20 1 P shunt  = R [V i (-I shunt )]  = -  V i  I (5 )     P shunt  = P series  =  P s1  + P s2  +  P’ s1  +  P’ s2  (6 )     Cu rren t i n j ecti o n m o d e l of  DPFC ob tain ed   as      I i  =  I shunt  –  I s1  – I 1 s1  (7 )     I j1  = I s1  – I s2   (8 )     I j2  = I s2     (9 )     I 1 j1  = I 1 s1  – I 1 s2  (1 0)     I 1 j2  = I 1 s2      (1 1)      From  Eq uat i o n  7 t o   11  gi ves t h e c u r r ent  i n je ct i on m odel   pa ram e t e r fol l o w  as     I i {2(b s1  + b s2 )[ -r V j si n( θ i  –  θ j  + λ )+r V 1 sin( λ )] +   2 ( b 1 s1 +b 1 s2 )( -r V j  sin( θ i  –  θ j  )+  rV i si n( λ ))+ jI q }e j θ i +jb s1 rV i e (1 2)     I j1  = -jb s1 rV i e λ + jb s2 rV i e λ    (1 3)     I j2  = -jb s2 rV i e λ  (1 4)     I’ j1  =  -jb 1 s1 rV i e λ + jb 1 s2 rV i e λ  (1 5)     I’ j2  =  -jb 1 s2 rV i e λ  (1 6)       3.   SIMULATION AND RESULTS        Fig u re  7 .  Sing l e  Mach in e In fi n ite bu with   DPFC wit h  MATLAB/Sim u lin P has o r s VT N L T o  W o r ksp a c e 1 DW NL T o  W o r k s pac e A B C Thr e e - P h a s e  S o u r c e A B C Thr e e - P h a s e Se r i e s  R L C  L o a d Sy s t em 2 Sy s t em 1 A B C Su bs y s t e m 5 A B C Su bs y s t e m 4 A B C S ubs y s t e m 3 A B C S ubs y s t e m 2 A B C Su bs y s t e m 1 L i ne  1b ( 110 k m ) 1 Li ne 1b ( 110 k m ) Li ne 1a ( 110 k m ) 1 Li ne 1a ( 110 k m ) dw 1 Vt 1 A B C A B C Fa u l t 1 C o ns t ant 1 A B C a b c Br k 2 A B C a b c Br k 1 A B C a b c B2 A B C a b c B1  A  B  C Ar e a  1 Ad d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  5, No . 2, A p ri l  20 15   :    19 8 – 2 0 4   20 2     Fig u re  8 .  Dy n a mic resp on se of sp eed d e v i atio n at norm a l lo ad  co nd ition s           Fig u re  9 .  Dy n a mic resp on se of sp eed d e v i atio n at lig h t  l o ad con d ition s           Fig u re 10 . Dyna m i resp on se o f   sp eed  d e v i atio n   at h e av load   co nd ition s       0 10 00 200 0 3 000 400 0 5 000 600 0 7000 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 x 1 0 -3 Ti m e  ( m s e c ) S p eed  D e v i a t i on  at  N o m i na l  Loa d C o ndi t i o n 0 1 000 2000 3000 4000 50 00 6000 7000 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 x 1 0 -3 T i m e  ( m se c) R o t o r  D e v i at i on a t  Li ght  Load C ondi t i on 0 1 000 2000 3000 4000 50 00 6000 7000 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 x 1 0 -3 T i m e  ( m se c) S p e ed D e v i at i on a t  H i gh Load C ondi t i ons Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Po wer  S y stem  Oscilla tio n Damp i n g Usi n g  N e w Fa cts  Devi ce   (D. Narasi mha R ao)   20 3     Fig u re  11 Dyna m i c resp on se  o f  term in al v o l tag e  d e v i ation   at n o m in al lo ad  co nd itio ns          Fig u re  12 Dyna m i c resp on se  o f  term in al v o l tag e  d e v i ation   at lig h t  lo ad  con d ition s           Fig u re  13 Dyna m i c resp on se  o f  term in al v o l tag e  d e v i ation   at h eav y l o ad  co nd itio ns      4.   CO MP AR SI ON  RES U LTS AT  DIF F ERENT L O A D  C A SES    By o b s erv i ng  resu lts fro m  Fi g u re 8  t o  13  the ti m e   tak e n  by th e ro tor is less to  reach  its stead y state  v a lu e if an y chan g e s o c cu rs in  th e lo ad i n g  co nd itio n  an d  it was o b s erv e d   th at settlin g  ti me o f  ro tor d e v i ation  is less at h e av y and   no m i n a l lo ad  con d i t i o n  co m p are t o  ligh t  lo ad  co nd itio n sim i l a rly ti m e  tak e n  for  stab ilizin g  th termin al v o ltages is also less t i m e  fo no m i n a l lo ad  con d iti o n  co m p are t o   lig h t  lo ad  con d itio n .     Tabl 1. C o m p ari s o n   resul t s  a t  di ffe re nt  l o a d  case   Load conditions   Light load conditio ns  Norm al  Load Conditions   Heavy   Load Conditions   Para m e ters   Speed  Deviation  2400 m s ec  2000 m s ec  2000 m s ec  Ter m inal Voltage  Deviation  3000 m s ec  2000 m s ec  1800 m s ec    0 10 00 2 000 300 0 4 000 5000 60 00 7000 -1 -0 . 8 -0 . 6 -0 . 4 -0 . 2 0 0. 2 0. 4 Ti m e ( m s e c ) T e r m i n al  V o l t age  at  Nom i n a l  V o l t age  C ond i t i o n   0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 -1 -0. 8 -0. 6 -0. 4 -0. 2 0 0. 2 0. 4 Ti m e  ( m s e c ) T e rm i nal  V o l t age  V a r i at i ona at    Li ght  Load  C oni t i on 0 10 00 200 0 30 00 400 0 5 000 600 0 7 000 -1 -0. 8 -0. 6 -0. 4 -0. 2 0 0. 2 0. 4 T i m e  ( m se c)   T e rm i n a l  V o l t a ge D e v i at i on at  H i g h  Loa d C ond i t i o n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  5, No . 2, A p ri l  20 15   :    19 8 – 2 0 4   20 4 5.   CO NCL USI O N   In t h is work, t h e ne FACT S De vice DPFC can re gu late the line reacti v e and active  powe r flow t o   pr o v i d e en ou g h  dam p i ng t h e  sy st em  osci l l at i on usi n g co nt r o l l e r of l ead – l a g com p ensat i o n and  w e  go ne   th ro ugh  in  th ree d i fferen t  load  con d ition  usin g  lead   lag   co n t ro ller techn i qu e and  o b serv i n g  th e termin a l   vol t a ge , spee d  devi at i o n. F u r t her we ca n o b s erve c h a nge  o f  ge nerat e d o u t put  an d exci t a t i on v o l t a ge, a nd i f   appl y i n g   neu r a l  or  ge net i c  al g o ri t h m s  can  ge t  bet t e per f o r m a nce.       REFERE NC ES   [1]   Amin Safari, Behrouz Soulat,  Ali Ajam i. Modelling  and unified tuning of dis t ributed power f l ow controller f o r   damping of pow er s y s t em oscillations.  Ain Shams  Engin eering   Jo unal . f e b 2013   [2]   Jam e s F. Gronquist, W ill iam  A.  Sethar es, Fr ena do L. Alvar a do  Robert H.  L a sseter .  Power Oscilla tion d a m p ing   control str a teg i es for FACTS devices  using lo ca l m easurabl e  qu antit ies.  I E EE tr ansaction on Po wer Systems . V o l.   10, No. 3, August 1995: 1598  –  1605.  [3]   Hingorani JNG, Gy ug i L. Understanding FACTS: Concepts  and  technolog y  of  Flexible  AC transmission  sy stem.  New y ork: IEEE  Press 2000.  [4]   Ahmed jamshid i , S. Masoud Bara kati, M. Mor a di Ghahderijan i . Impact of  distributed power f l ow controller to  improve power quality  b a sed on sy n c hronous ref e rence frame method.  IACSIT International Journ a l of Engineerin &  Technology Vol. 4 ,  No. 5, October  2012, 581 -585.  [5]   O. Sushma, Dr. K.S.R. Anjaney u lu . Modelling of  Distributed Power  Flow Controller (DPFC) Using   Matlab/Sim u la ti on . Internationa l Journal of  Eng i neer ing  Resear ch  &   Technology ( I JERT) . ISSN: 2278 -0181 , V o l.  2, Issue 1 ,  Janu ar y  2013, 1-7.   [6]   Sarimalla Ped a k o taiah and Santo s h. Simulation o f  Distributed po wer flow contro ller (DPFC).  International Journ a o f  E n gi n e e r i n g Sc i e nc e . ISBN: 2 319 -6483, ISSN: 2278 –  4721, V o l.  2 ,  Issue 1, Januar y  2013, 25- 32.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.