Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   8 , No .   6 ,  Decem ber   201 8 , p p.   483 6 ~ 484 6   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v8 i 6 . pp 483 6 - 484 6          4836       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   A Comparison S t ud y o f  Reacti ve P ower C on tro l St rat eg i es  i n  Wind  Farms  with SVC  an d STATCOM       Na z ha   C herk aoui 1 ,   To uria   Ha idi 2 ,   Abdel az i z   Be lfqih 3 ,  Faiss al   El  Ma ri ami 4 ,   Jam al   Boukh e roua a 5   1,   3,   4,   5 La bora tor y  of  E lectr i ca l   S ystems   and  En erg y ,   Nat ional  High er  School   of El e ct ri ci t y     and  Mec h anics ( ENSEM) ,   Morocc o   2 La bora tor y   of   E le c tri c al S y st ems,   Hass ania  Scho ol  of  Publ ic Works   (EHT P) ,   Mor occ o       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ma r   24 , 201 8   Re vised  Jun   14 , 201 8   Accepte d  J ul   22 , 2 01 8       In  the   re ce nt  y e a rs,  the   integra ti o n  of  the   wind  fa rm s  int o  the   el e c tri c al   grids   has  inc rea sed  r api dl y .   Espec i all y ,   the   wind  power  pla nts  m ade   up  with  doubl y   f ed  indu ct ion  gen erators  due  to  it s  m any   adv at ang es,   such  as  bei ng   abl e  to  con trol   its   rea c ti ve   po wer .   Henc e,   som e  c ountri es  hav e  pu bli shed  grid   code   req uir emen ts  rel ated  to  the   rea c ti ve  power  t hat   the   wind  tur bine s  have   to  sati sf y .   Thi s  pape r  pre sen ts  a  coor dina t ed  react iv e  power  con trol   strate g y   in  which   STAT COM   and  doub l y   fed   induction   gene r at ors  in   wind  power  pla nts  ar e  used   in  orde r  to  brin g  bac k  the   vo lt a ge  at  the  point  of  comm on  coupl ing  in  th e  al lowab le   ran g e.  First,  rea c ti v e  power  req uire m e nts  tha t  th e   wind  far m s  have   to  fulfill  in   som e  Europe a n  count ri es  are  int roduc ed.  Second,   the  re ac t ive   po we r  l i m it at ions  of   2 MW   doubl y   f e d  induction  gene ra tor  ar e  det ermined .   Th en,   th e  sta tic   s y nchr onous  compensat or   (STATCOM )  and  the  s y n chr onous  var   co m pensa tor  (SV C)  FA CTS  ( Flexible  AC  Transm issi on   Syst e m s)   device s  ar e  pr ese nt ed.   Fin a l y ,   var ious  react iv e   powe r  cont rol  s tra t egi es  ar e  app li ed  to  10  MW   wind  far m ,   and  th e  sim ulati on  result s  are a n aly s ed and com par ed .   Ke yw or d:   D ou bly  fed   in du ct io n  gen e ra tor   P oin t  of c ommon co upli ng   Re act ive  powe r  c on tr ol  strat egies     STA TC OM   SV C   W i nd  powe r plant     Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Nazh a   Che rk a ou i ,    Lab or at ory   of   Ele ct rical  System s an d Ene r gy ,     Nati on al   Highe r  Sc hool  of Ele ct rici ty  an d  Me chan ic s ,   El Jadida  Roa d, km  7 , Casa bl anca,  M orocc o.   Em a il : nazh a.c herka ou i@e nsem .ac. m a       1.   INTROD U CTION     In   rece nt  ye ars,   the  inte grat ion   of  re ne wab le   en er gies  into  the  po wer   gr id s  ha s  increase d  sign ific a ntly .  Am on g  the  re new a ble  sourc es  avail able,  the  wind  tur bine   is  the  m os t   i ns ta ll ed  in  the  wo rl d  because   it   is  c le an  an d  c hea p.   T ra ns m issi on   syst em   op er at or s   (TSO)   in   seve ral  co untr ie s  require  t he   wind  powe r  pla nts  ( WPP)  to  be  a bl e  to  co ntribute   to  ancil la ry  se rv ic es,  f or   i ns ta nce  volt age  re gu la ti on  a nd   re act ive  powe r  co ntr ol.   More over,   in   so m e  countries  su c h  as  C hi na  w he n  the  reacti ve  po wer  capaci ty   of   a   wi nd   tur bin e  ca nnot  m eet   the  syst em   vo lt age  re gula ti on   re quire m ents,  a   r eact ive  c om pen sat ion  de vice  with   pro pe r   capaci ty   sh al l  be  instal le d  at   the  WPP ;  if  necessa ry,  a   dynam ic   reac ti ve  com pen sat ion   de vice  sha ll   be  instal le d  [ 1].   Ma ny  wor ks   ha ve  bee n  done  in  or de r  to  dis cuss  var i ou s  st rategies  in  wh i ch  wi nd   far m s  ta ke  pa rt  in   the  volt age  re gula ti on   i n  orde r  to  m ai ntain  t he  volt age  i n  the  el ect rical   ne twork  within  the  al lowa ble  r an ge   [2 ] - [ 3 ].  H owev er,  t he  reacti ve   powe r  ca pa bili ty   of   sm al l  wind  fa rm s  is  no t   suffi ci ent  t o  bri ng b ack   the   volt age   at   the  po int  of   com m on   cou pl ing   (P CC )  in  the  acce ptable  r ang e  wh e n  a  de ep  volt age  sag  occ ur s  in  the   gr id.   Hen ce ,  the re  is   a  nee d  i n  s uc h  cases  to   instal l  reacti ve  c ompen sat ion  de vi ces.  I n  li te ratu r e,  so m e  stud ie s  ha ve  pr ese n te d  reac ti ve  powe r  c om pen sat ion   str at egies  in  wh i ch  F ACTS  de vices  are  us e d.  For  e xam ple,  the  auth or s  i n  [ 4]  sh ow  t hat  the  connecti on  of   the  ST ATCO M  at   the  PCC   can  c on tri bu t e  to  m i ti gate  vo lt ag e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A  Co mparis on  Study  of Re activ e Po we r  Co ntro l  Stra te gies  in   Wi nd Farms   wi th S VC  ...   ( Nazha C herk aoui)   4837   fluctuati on  in  el ect rical   netwo r ks   to  w hich  a  wind  fa rm   is   con nected .  Be sides,  in  [5 ] ,  t he  im ple m enta ti on   of   the  ST ATC O M  on  a   wi nd  fa rm   based   DF I G   pa rtic ip at e  to  m it igate  volt age  sag   in  t he  powe r   syst em .   Nev e rtheless ,  the  wind  power  plants  can  al s o  co ntribute   in  vo lt age  regulat ion   if  s pecific  te chnolo gies  of  wind  tur bin es  are  i nst al le d;  therefo re,  wi nd   t urbines  can  be  use d  as  reacti ve  powe r  com pen s at or s  if  the  rea ct ive   powe r  pro vid e d  by  the  rea ct ive  com pen sat ion   dev ic es  is   insuffici ent.  I n  this  pa per,  f irst,  a  com par at ive  analy sis  is  do ne  betwee n  th e  m os t  FA CTS  dev ic e s  use d  for  volt age  regulat ion,  na m el y  the  SV C  and   the   STA TC OM. T hen, a c oor din a te d  reacti ve  po wer  c ontr ol str at egy is p rop ose d.   In this st rategy, the  ST AT COM   and DFI Gs bas ed WF a re  us e d  to  take  bac k  t he vo lt age  to  the a dm issi ble v al ue.    This  pap e r  is   orga nized  a s  f ollows:   first,   gr i d  c od e   re quirem ents  relat ed  to   the  rea ct ive  pow er   capab il it y  of  wi nd   t urbines  i n  so m e  Eur opea n  co untrie s  a re   introd uced.  Se cond,   t he  m et ho d  pro posed   in   [6 ]   is  us e d  to  ob ta i n  the  reacti ve  po wer   ca pab il it y  of   a  DFI G  W T   with  a  capaci ty   of   2  M W .  T he n,   the  sync hro nous  var   c om pen sat or   (SVC)  a nd   t he  sta ti c  synch ron ou s  c om pen sat or  (STAT COM)  de vices  are  prese nted.   Finall y,   a  com par at ive   analy sis  betw een  th ree  r eac ti ve  powe r  c ontr ol  strat egies   so   t hat  to  ke ep  the  volt age   in  the  acce pta ble  range is  done .       2.   GRID  C ODE   REQUIRE M ENTS  REL A TE D  TO  TH E  REA CTIVE   POWER  C APA BIL IT Y  OF  WIN D  F A RMS   In  m any  countries,  the   wi nd  powe r  plants  ( WPP)  a re  requ ired  t o  hav e   th e  capa bili ty   to  con t rib ute  to   vo lt age  re gu la t ion   s o  that  to  m ai ntain  the  volt age  in  t he   el ect rical   networ k  withi n  an  al lowa ble  ra nge.  Hen ce ,   the w in d  t urbin es in th e  WF h ave to   be  a ble to supply  o r  ab s orb  reacti ve  po wer  i n  or der  to  suppor t t he  vo lt age   at  the P CC   dur ing   volt age  vari at ion s  on the  powe r  syst em .   Fig ure  1  sho w s  reacti ve  pow er  cap a bili ty   r equ i rem ents  of   var io us   Eu r opean  gr i d  co des .  If   a  wind   tur bin e  or  a  wind  far m   operates  with   th e  whole  area  il lustrate d  in  F ig ure  2,   s o  al l  Eur opean  gri d  cod e   requirem ents re la te d  to  reacti ve powe r  ca pa bili ty  can  be  sa ti sfied.           Figure  1.   Re ac ti ve  powe r  ca pa bili ty  r equ i re m ents in  m any Eu r opean  grid   cod e s [ 6 ]           Figure  2. P - Q profile  to  sati sf y al l Europ e an   gr i d  c od es  [ 6 ]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   483 6   -   484 6   4838   3.   DOUBL Y FE D  I NDU CTIO N  GE NER AT OR   As  s hown   i n  F ig ure  3,   t he  D FI G  c onsist s  of  a  tur bin e ,  an   inducti on   ge ne rator   a nd  a  ba ck  to  bac k  conve rter.  T he  DF I G  wind  tur bin e  s upplies  the  m ajo r  qua nt it y  of   el ect ric  powe r  into  the  netw ork  th rou gh   t he   sta tor,   wh il e  only   a  fr act io n  of   the  powe r  is  passe d  thr ou gh   t he  co nv e rt er  from   the  ro tor  [ 7 ].   T he  D F IG   has   sever al   ad va nt ages,  the refor e ;  i t   is  the  m os t   com m on ly  us ed  te chnolo gy  in  the  world .  I n  fact,  the  r otor  side   conve rter  al lo ws  c on t ro ll in g  the  ro t or   c urr ents  to   obta in  the  de sired   act ive  an d  reacti ve   powe rs  at   t he   sta tor   side  [ 8].  Be sid es,  the  D FIG  i s  the  chea pest  so luti on  to  e nsure  var ia ble  spe ed  ope rati on   because   it s  co nv e rts  are sized  only  for ab out 3 0% o f  the  nom inal gen erate d power  [9].           Figure  3. The   basic la yo ut of  a D F IG wi nd t urbine  [10 ]       4.   REA CTIVE  P OWER  CAP ABILIT Y OF  DFIG WI ND  TURBI NE   The  P - Q  diagra m   pr op os e d  i n  [ 7 ]   is  us ed   to   get  the   reacti ve   powe r  ca pab i li ty   of   2  M W  DF I G.  I n  thi s   m et ho d,   it   is  s uggeste d  that  the  reacti ve  po wer   ca pa bili ty   is  lim it ed  by  three  par am et ers:  ro to r  c urren t   ( I r ) ,  sta tor   cu rr e nt  ( I s )   an d  r otor  volt age  ( V r ) .  T he   co m plex  powe rs   f ro m   the   sta tor   a nd  t he   r oto r   windin gs  a r e   der i ved   us in g  the  ste ady  sta te   T -   e qu i valen t  ci rcu it   show n  in  Fi g ure  4,   al so ;  it   is  con s idere d  that  the   sta to r   vo lt age   is  eq ua l  to  1  p.u.   As  i ll us trat ed  in  Fig ure  5,   th e  P Q   diag ram   of   2  M W   D FIG  is  ob ta ine d  by  th e  m os t   restrict ive  of th e   three  bo unda ries. T he para m et ers  u se d  in   this pa per are  s how n  in   T a ble  1 .           Figure  4.  Stea dy  stat e T - eq uiva le nt circuit  of  the DFI G           Figure  5.  P Q d ia gr am  o f  th e  DF I G use d  i n  t his  pap e r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A  Co mparis on  Study  of Re activ e Po we r  Co ntro l  Stra te gies  in   Wi nd Farms   wi th S VC  ...   ( Nazha C herk aoui)   4839   Table  1.   RE po wer M M82 p ar a m et ers  [11]   Machin e para m ete r   Valu e   No m in al active  po wer   2 MW   No m in al stato r  v o l tag e   6 9 0  V   Stato r  resistan ce   0 .00 2 0 6  Ω   Stato r  in d u ctan ce   0 .03 2  Ω   Ro to r  resistan ce   0 .00 2 8  Ω   Ro to r  in d u ctan ce   0 .02 1  Ω   Magn etizin g  r esis t an ce   3 6 .4 Ω   Magn etizin g  ind u c tan ce   0 .83  Ω   Turn  r atio   2 .43   Slip   - 0 .2       5.   SVC (St a tic  V AR Compe ns ator) [ 12] - [ 14]   The  S VC  is  a  FA CTS  (F le xib le   AC  T ran s m issi on   Syst em s)  dev ic e  tha t  al lows   im pr ovin g  tra ns ie nt   sta bili ty   and   c ontr olli ng  pow e r  fl ow  in   el ect r ic al   netw orks. The S VC   ad jus ts  the v olta ge  on p owe r  syst e m s  b y  abs orbin g  or   s upplyi ng   rea ct ive  powe r  at   the  po int  of  co nnect ion.  In   fac t,  the  SV C  pro vid es  reacti ve  powe r   wh e n netw ork   vo lt age  is lo w,  and it  cons um e s r eact ive  pow er  wh e n netw ork  volt age is  hi gh.   The  S VC,  as  s how n  in  Fig ur e   6  co ns ist s  of   a   com bin at ion   of  Thyrist or   s witc hed   ca pacit or  (TSC)  a nd   Thyristo r  c ontrolle d  react or  (TCR)   co nne ct ed  in   pa rall el   with  el ect ri cal   netw ork.  The  reacto r  a nd  th e   capaci tor  ba nks  co nn ect e d  on  the  sec onda ry  side  of  a  c ouplin g  tra ns f or m er  are  swi tc hed   to   obta in  t he   necessa ry r eact ive po wer   in  order t o kee p  the  volt age in t he   desire d value.           Figure  6.  Stat ic  V a r  Com pen s at or   (SVC)       The  S VC  op e r at es  in  volt age   regulat ion  m od e  a nd   i n  var   con t ro l  m od e.  In   va r  co ntr ol  m od e,  the   su sce ptance  of SV C  is  kep t  co ns ta nt.  T he  V - I   char act erist ic   sh ow n  in  Fig ure  7  is  i m ple m e nted  w he n  the  SVC   op e rates in  the   vo lt age  r e gula ti on  m od e:           Figure  7. S VC  V - I  c har act eris ti c       The  vo lt age  is   adjuste d  to  t he  re fer e nce  volt age  V ref   so   lo ng  as  the  s us ce ptance  B  of   t he  S VC  rem ai ns   within  the  bo unds   values  (m ini mu m   and   m axim u m   su scepta nce  val ues).  T hese  lim it s  val ues  are  i m po sed  by  th e  su m   of   the  reacti ve  po wer  of   reacto r  ( B lm a x )   a nd   ca pacit or  ba nks ( B c max ) .Th e  eq ua ti on s   bellow  d e scrib e the  V - I  c har a ct erist ic :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   483 6   -   484 6   4840     V = V ref + X s . I   Wh e n SVC  op erates i n  re gu la ti on  m od e  ( − B c max < B < B lm a x )   (1)     V = − I B c m ax   Wh e n SVC  is  entirel y ca pacit ive ( B = B c ma x )   (2)     V = I B l m ax   Wh e n SVC  is  entirel y i nductive  ( B = B lm a x )   (3)     Wh e re    V    : Pos it ive se qu ence  vo lt a ge  ( pu)   I     : R eact ive curr ent (p u/  P base )   X s     : Slop e  or  dro op  reacta nce  ( pu/ P base )   B c max      :  Ma xim u m  ca pacit ive s us ce pt ance whe n on l y al l TSCs are  in service   (pu/ P base )   B lm a x     : M axim u m  in du ct ive  s us cept ance  wh e n o nly al l TC R are i n  se rv ic e  ( pu / P base )   P base     : Thr ee  phase  base  po wer       6.   STATIC   S Y N CHRO N O US   COMPE N SAT ER   (S TAT C OM )   [14 ],   [ 15]   The  ST ATCO M  is  a   FA CTS   dev ic e  that  per m i ts  i m pr ov in g  powe r  facto r  and   re gula ti ng   the  netw ork   vo lt age  by  in j e ct ing   or  co nsu m ing   reacti ve  powe r  to  or  f rom   the  power   gri d.   Fi g ure  8  il lustrate s  the  pr i nciple  of   op e rati on  of   STA TC OM.  A  volt age  S our ce  Converter  ( VS C)  wh ic h  is  connecte d  on   the  seco nd a ry  side  of  a  co up li ng  t ra ns f or m er  al lo ws  getti ng  the  necessa ry  reac ti ve  powe r.  Th e  VS C  util iz es  a  f or ce d  c omm uta te d  powe r  el ect ron ic s d e v ic e   ( IGB Ts, GTOs )  t o get a  volt age  U2 from  a D C  vo lt age  s ource.           Figure  8.  Stat ic  Sync hro nous   Com pen sat or (STATC OM)       The  act ive  and  reacti ve powe r  outp ut of t he STATC OM a r e g ive n by e quat ion s  (4)  a nd (5) :     P = U 1 U 2 sin δ X   (4)     Q = U 1 ( U 1 − U 2 c os δ ) X   (5)     Wh e re   U 1   : The  volt age  va lue of t he  c ontrolle d  syst em   U 2   : The  outp ut vo lt age v al ue of  t he VSC   δ   : The  dif fer e nc e of the  phase  ang le   betwe en   U 1   an d  U 2   X   : R eact ance of  filt ers  an d  i nter connecti on tra ns f or m er   In  t he  ste a dy stat e, δ  is e qual  to 0 ( U 2   is i n p has e w it h  U 1 ),   so   onl y t he  reacti ve  pow e r flo w  ( P= 0). T o  ens ur e  a  dyna m ic   reacti ve  powe r  regulat io n,   t he  V SC  c ontr ols  the  m agn it ud e   of  U 2   in  orde r  to  co ntr ol  the  vo lt age   dif fer e nce   bet ween   U 2   and   U 1 .  The refo re,  the  ST AT COM  is  able  to  ad j us t  gr id   vo lt age  U 1   by   pro vid in g or a bs or bing  reacti ve powe r.   The  ST ATCO M  op erates  in  vo lt age  regulat ion   m od e  an d  var   c on t ro l  m od e.  I n  va r  co nt ro l  m od e,  th e   reacti ve  po wer  ou t pu t  is  m ain ta ined  co ns ta nt.  Fig ure  9  s hows  t he  V - I  c har act erist ic   im ple m ented  w hen   t he   STA TC OM  operates i n v oltag e re gu la ti on m od e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A  Co mparis on  Study  of Re activ e Po we r  Co ntro l  Stra te gies  in   Wi nd Farms   wi th S VC  ...   ( Nazha C herk aoui)   4841       Figure  9.  ST A TCOM V - I  c ha racteri sti c       The  vo lt age  is   adjuste d  to  th e  ref e ren ce  volt age  V ref   so   l ong  a s  the  reacti ve  currents  rem ain   wit hi n  the  cu rrent  li m it s  ( −   I max , I max )   w hich  are  im po sed   by   the  c onver te r  rati ng .  T he  V - I  c har act e risti c  of   t he   STA TC OM is  ob ta ine d by t he  equati on (6) :     V = V ref + X s . I   (6)     Wh e re     V     : Pos it ive se qu ence  vo lt a ge   X s   : Slop e   I   : R eact ive curr ent       7.   REA CTIVE  P OWER  CON TROL ST RAT EGY O F W PP BA SED  D FIG W IN D  T UR BI NE  [16]   The  pur pose  of  the  strat egy  pr ese nted  in  t hi s  par ag ra ph   is   to  ob ta in  the  r eact ive  power   ref e ren ce  of   each  WT  in  the  WF  in  ord er  to  pro duce  the  necessa ry  reacti ve  po wer  so   that  to  ke ep  the  volt age   in  th e   el ect rical  g rid  in  the   adm issi ble r a ng e  r e qu i re d by the   TS O .  This strate gy is  explai ned in  steps as:     Step   1.  T he  r eact ive  powe r   lim i ts  of   eac h  D FIG  (    an d      )  are  obta in ed  usi ng  the  m e tho d  pr ese nted  in pa ragrap h I V.     Step   2.   The  vol ta ge  m easur ed   at  the P CC  is  c om par ed wit h  t he vo lt age  r e quire d by the  T SO .     Step   3.   T he  propo rtion al   volt age  co ntr ol  bloc k  diag ram   [1 7 ]   i ll us trat ed  in  F ig ure  10  is  util iz ed  to  cal culat e  the r eact ive  po wer re qu i red b y t he WF         Step   4.  I f     <    =   ∑  = 1 ,  the n  t he  m inim u m   nu m ber      of  the   WTs  t hat  c on tri bu te   in  the   reacti ve  po wer  su pp or t  is  det erm ined  accor ding  to  the  rea ct ive  power   li m it a ti on s  of  ea ch  W T   .  The   nu m ber      is ch ose n u ntil    ∑  = 1 ≥    i s m et .   If     ≥     , th e n  al l t he DFIGs  w il l  par ti ci pate in  the  vo lt age  r e gula ti on .     Step   5.   When  fi nish e d,   retu rn  to step 1.           Figure  10.  Pro portio nal volt age c on t ro l  blo c k diag ram  [ 1 7 ]       8.   SIMULATI O N RESULTS   The  pur po se   of  this  wor k  is  to  prese nt  a  co ordinate d  react ive  po wer   c on trol  strat e gy  in   w hich  th e   STA TC OM  a nd  th e  wind  farm   m ade  up  with  D FIG  wind   tur bin es   are   uti li zed.  Fir st,  a   c om par at ive  a na ly si s   betwee n  the   S VC  an d  t he  ST ATCOM  is  do ne  in  orde r  to   choo se  t he  a ppropr ia te   F ACT S  de vice  to  us e   in  the   pro po se d  strat egy.  T hen,  a  c om par ison   is  done  betwee n  t he  res ults  obta ined  with  the  pro po se d  strat egy  an d  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   483 6   -   484 6   4842   wh e n  only   FAC TS  dev ic es  a re  us e d  f or   vol ta ge  regulat ion.   To   do  this,  a n  85  Mvar  ne w  load  has  bee n  ad de d  to  the  te st  net work,  a s  il lustrate d  in  F ig ure 11 ;  there f or e,  a  vo lt age  sag  oc cur s  at   al l  bu s es  in  the  netwo r k.   As   sh ow n  in   F ig ure  11,  the   wi nd  powe r  pla nt   co ns ist s  of  fi ve  2  M W  D FIG,  a nd  it   is  c onnected   to  a   20 - kV   distrib ution p ower  syst em  tha t expo rts po we r  to  63 k V network  th rou gh a  10 km  2 0 kV f eeder .           Figure  11.  A n exem ple case f or sim ulatio n       Four   cases  a re   te ste d  and   c om par ed.   In   e ve ry  case  the  wind  sp e e d  is   con si der e d  to   be  eq ual  to     13 m /s:     Ca se 1 : T her e  i s no reac ti ve p ow e r  c ontrol  strat egy a pp li ed   in this case .      Ca se  2:  A  15  Mvar  S VC  is  the  only   el e m e nt  in  the  wind   far m   that  pro vid es  reacti ve  powe r,   wh il e  the   reacti ve powe r  r efe re nce se nt  to each   WT wit hin  the   WPP  i s equal t o 0 .     Ca se  3:  A  1 5  Mvar  ST ATC OM   is  the  on ly   el e m ent  in  the   wind   far m   tha t  gen erates  rea ct ive  power,  w hil e   the r eact ive  po wer re fer e nce s ent to ea ch   W T  w it hin t he WP P is e qu al  t o 0.     Ca se  4:  T he  D FI G   wind  tu rbi nes  within  t he   W F   pr ov i de  r eact ive  po wer   us in g  t he  strat egy  prese nted   in   par a gr a ph  V II  wh e n  the   ST ATCOM  reac hes  a  ce rtai n  va lue  of  it s  cap aci ty .  In   this  work,  this  val ue  is   consi der e d  t o b e eq ual to 9 0%  of the  ST ATC OM’s  ca pacit y.   The fact or  of   volt age c on t ro l  blo c k  k V C is cal culat ed  as  fo ll ow:     k V C = Q max i − Q min i ∆ U             w he re  Q i m a x   and   Q i m i n   a r e   t h e   m a x i m um   r e a c t i v e   p o w e r   p r o d u c t i o n / a b s o r p t i o n   r e q u i r e d   i n   o r d e r   t o   f u l f i l   a l l   E u r o p e a n   g r i d   c o d e s ,   and ∆U   is t he  ra nge a round  t he rat ed v al ue,   wh ic h  is  set  to 0. 1 pu in  this  work.   The  sim ulati on  res ults  are  il lu strat ed  in   F ig ure   12,  13,  14,   a nd  15.   As   we   c an  no ti ce  from   F ig ur e   12,   the  act ive  po w er  dec reases  si gn i ficantl y  in  the  fir st  case  w hen   no  reacti ve   powe r  co ntr ol   strat egy  is  ap plied,   wh e reas it st ay ed  al m os t t he  s a m e in the othe r  cases .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A  Co mparis on  Study  of Re activ e Po we r  Co ntro l  Stra te gies  in   Wi nd Farms   wi th S VC  ...   ( Nazha C herk aoui)   4843       Figure  12.  Acti ve powe r ou t puts  by the  WTs  1 ,  2,  3,   4  a nd  5       A s  s how n   i n  F ig ure  13,  the   r eact ive  po wer   ou t pu ts   by  t he  WTs  within   th e  W P P  is  e qua l  to  0  in   cas e   1,   2  a nd   3.   T his  is  du e  to  the  fact  that  the  WF  don’ t  c on tri bute   to  vo lt ag e  r egu la ti on  in  th ese  cases.  H owever,   the  WF  par ti ci pate  to  volt age   regulat io n  in   case  4.  F ur t herm or e,  the  reac ti ve  powe r  outpu t  by  the   WT   5  is   alm os t  equ al   t o  0  f ro m   the  ti m e  0, 4  s   beca use   the  reacti ve   powe r  sup plied  by  t he  rem ain ed  WT s  in  th e  W PP   is suffici ent t o t ake p a rt in  r ea ct ive pow e r  s uppo rt .           Figure  13. Rea ct ive pow e r o ut pu ts  by the   WTs  1,  2,   3, 4 an d 5       As  il lustrate d  i n  F ig ur e  14, the  ad diti on of a n ew  lo ad of 85 Mvar  to the gr id cau ses a dr op volt age at  the  PCC .  The   im ple m entat ion   of  F ACTS  de vices  at   the   PC C  helps   to  i ncrea se  the  vol ta ge   at   this  po i nt  from   0,735  pu   in  ca se  1  to  0,9 325  pu   i n  case  2  a nd  to  0,9 461  pu   in  case  3.   T his  is  du e  to  the  fact  that  the  re act ive  powe r  pro vid e d  by  the  ST AT COM  is  big ge r   than  that  pr ov ided  by  the  S V C,  as  sh ow n  in   F ig ure  15,  al thou gh  the  fact  t hat  the y  ha ve  t he  sam e  rati ng .  As  a  res ult,  w e  can  c oncl ud e  that  the  ST ATCOM  give s  bette r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   483 6   -   484 6   4844   perform ance  i n  com par iso n  to  the  SV C .  H oweve r,   the  si gnific ant  im pr ovem ent  in  the  vo lt age  at   the  PCC   is   ob ta ine d  in  ca se  4   beca us e   this  is  w hen  th e  m os t  i m po rtant  am ou nt  of   reacti ve   po we r  is  i nj ect e d.  We  ca n  con cl ud e  that t he pr opos e d st r at egy p e rm i ts gett ing  t he best  r es ults.            Figure  14. V oltage at t he  PCC  in  case  1,  2,   3 and 4           Figure  15. Rea ct ive pow e r o ut pu ts  by the  S VC a nd the  ST ATCOM       9.   CONCL US I O N     In   t his  w ork,  we  prese nt  a  coor din at ed  re act ive  powe r  con t ro l  strat e gy   in  w hich  th e  doubly   fe d  inducti on  ge ne rators  in  the   wi nd   powe r  plant   and  a  ST ATC OM  are  us e d  s o  that  to  m ai ntain  the  vo lt age   at   the  po i nt  of   c ommon   c ouplin g  in   the  acce ptable   range.  To  v al idate   the  perfor m ance  of   the  pro posed  strat e gy,  it   was  com par ed  with  oth e r  reac ti ve  power   c ontrol  strat egies  in  w hich  tw o  di ff ere nts  FA C TS  te chnolo gi es  are   us e d  f or   volt age  re gula ti on .     Si m ulati on   re su lt s  sho w  that   the  sig nificant   i m pr ovem ent  of   t he  volt age  at   the  po i nt  of  c omm on   couplin g  is  obta ine d  wh e n  t he  wind  f arm   ta kes  par t  i n  the   rea ct ive  powe r  s upport  i n  add it io n  to  the   STA TC OM.       REFERE NCE S   [1]   W .   Gao,   e t  al . ,   “ Com par ison  of  standa rds  and   tec hnic a l  req u ire m e nts  of  grid - conn ec t ed  wind  powe r  pla nts  in   China  and  th e  Uni te d  S ta t es , ”   2016.   Available at  ww w.n rel . gov /publ i ca t i ons.   [2]   J.  Zha i  and  H.  Li u ,   “ React iv e  p ower  cont rol  str at eg y   of  DF IG  wind  far m s  for  r egul a ti ng  v oltag e  of  power  grid , ”   IEE E   PE S   Gene ral M eeting ,   Co nfe renc e  &   Ex positi on ,  2014 .   [3]   J.  Kim ,   et   a l. ,   “ Adapti ve  Q - V  s che m e  for  th e  v olt ag e  control  o f  a  DF IG - base d  wind  power  plant , ”  I EEE  Tr ans.  Powe r E le c tron ,   vol /i ss ue:   31 ( 5 ) ,  2016.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A  Co mparis on  Study  of Re activ e Po we r  Co ntro l  Stra te gies  in   Wi nd Farms   wi th S VC  ...   ( Nazha C herk aoui)   4845   [4]   M.  A.  Tof igh,  e t  al. ,   “ Volta g e  r egul a ti on  of   gri d  con ne ct ed   wi nd  far m   using  STATCOM , ”   P ower  and  Ene rg y  Engi ne ering  Co nfe renc e  ( AP P E EC) ,   As ia - Paci f i c ,   2010 .   [5]   M.  J.   Ghorbani an ,  et   al . ,   “ Mit iga ti ng  vol ta g e  sag  b y   implementi ng  STATC OM   on  DF IG - b ase d  wind  far m s  conn ecte d  to  a  power  s y stem , ”  4th  Inte rnat iona l  Confe ren ce   on   Engi ne ering  Te chnol ogy  and  T ec hnoprene ushi p  ( ICE2T ) ,   Kuala   Lumpur,  Mal a y s ia ,  2014 .   [6]   C.   Sourkounis  a nd  P.  Tourou ,   “ Grid  code  req u ir ements  for  wind   power  in te gr at i on  in  Europe , ”   Confe renc e  Pap ers   in  En ergy ,  2013.   [7]   T.   Lund ,   et   a l. ,   “ Rea ct iv e  power   ca p abi lit y   of  a  wind  turbi ne   wit h  doubl y   fed   ind uct ion  g ene r at or , ”   W ind  En ergy ,  vol.   10 ,  pp .   379 - 394,   2007 .   [8]   P.  Vijay an,   “ Util i zi ng  re ac t ive  ca pability   of  doubl y   fed   ind uct ion  gen era to rs  to  enha nce   s y stem  volt a g e   per form anc e   and   withsta nd   wind  var ia b il i t y , ”   m aste r thesis,   2010.   [9]   A.  M.  Thi n  and   N.  S.  Y.  K y a in g ,   “ Perform anc e   ana l y sis  of  dou bl y   f ed  inductio n  gene ra tor  usin g  vec tor  cont rol  te chn ique , ”  Int e rnational   Journ al  of  Elec tric al  and  Computer  Engi nee ring  ( IJECE ),   v ol /i ss ue:   5 ( 5 ) ,   pp.   929 - 93 8 ,  2015 .   [10]   S.  J.  Basha  and  L.   R.   Burth i ,   “ Applicati on  of  po wer  m at rix  te ch nique   for  cont ro ll ing  DF IG  wind  turbi ne  s y st em , ”   TEL KOMNIKA  Indone sian J ourn al  of   Elec tric al   Engi ne ering ,  v ol /i ss ue:   16 ( 2 ) ,   pp .   265 - 271 ,  2015 .   [11]   A.  Ahm idi ,   “ W ind  far m s  par tici pat ion  at   vo ltage   and  r ea c ti ve   po wer  reg ul at i on   i n  the   pow er  s y st em  net work , ”   Phd   disserta ti on ,   201 0.   [12]   S.  G.  Farkoush,  et   al . ,   “ Eff i cient  Pow er  fac tor  im prove m ent   with  SV C  base d  on  the   PI  cont rol le r  un der   Loa d  Fau l t  in  th e  sm art   g ri , ”  Inte rnat ional   Jo urnal  of Appl i ed Engi ne ering  R ese arch ,   v ol /i ss ue:   11 ( 1 ),   pp .   96 - 10 0 ,  2016 .   [13]   S.  A.  Jum aa t,   et   al . ,   “ A  voltage  improvem e nt  of  tra nsm ission  s y stem  usi ng  stat ic   v ar  c om pensa tor  via   Matl ab/ Sim uli nk , ”  Indone sian  Jo urnal  of  El e ct ric al  Engi ne ering  and  Computer   Sci en ce   ( IJE ECS) ,  v ol /i ss ue:   6 ( 2 ) ,  pp.   330   - 337 ,  20 17 .   [14]   Avail ab le   at www . m at hworks . co m   [15]   H.  Li,  et   a l. ,   “ Stud y   of   STAT COM   on  Rea c tive  Pow er  Com p ensa ti on   Strate g y   o f  W ind  Far m , ”   Int ernati on al  Confe renc e  on   C omputer  Scienc e s and  Applicatio ns,  Wuhan ,   Chin a,   2013 .   [16]   N.  Cherka ou i,   et  al. ,   ‘‘Volt age   r egul a ti on  in   the  el e ct ri ca l   net wor k  using  react iv e   power  cont ro l  s tra t eg y   of  W PP  base d  DF IG wind  turbi ne ,”   3rd I rnternati onal  Co nfe renc e  on  El e c tric al  and   Infor mation  Technol o gie s ICE IT’201 7 ,  Raba t ,   Moroc co ,  2017 .   [17]   R .   Bluhm   and  J.  Fortm ann ,   “ A dvanc ed  two - l e vel   volt ag e  con trol   in  wind  far m s  with  D oub l y   Fed  Induc t io n  Gene rat ors , ”   Eu ropean  Wind En ergy   Conf ere nc e ,   W arsa w,   Polan d,   2010 .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.