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.   7 ,   No .   2 A p r il  201 7 ,   p p .   667 ~ 6 8 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v7 i 2 . p p 6 6 7 - 6 8 0     667       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 JE C E   Vo ltag e Co m p ens a tion in Win d P o w er Sys te m   u sing   STAT CO M  Cont ro lled by So ft  Co m pu ting Tech niq ues       B ineet a   M uk ho pa dh y a y Ra j ib K u m a M a nd a l ,   G iris h K u m a C ho ud ha ry   De p a rt m e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Na ti o n a In stit u te  o f   T e c h n o lo g y ,   P a tn a ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   2 6 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Feb   2 4 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma r   8 ,   2 0 1 7       W h e n   se v e re   v o lt a g e   sa g o c c u in   w e a k   p o w e s y ste m s a ss o c iate d   w it h   g rid - c o n n e c ted   w in d   f a rm e m p lo y in g   d o u b ly   f e d   in d u c ti o n   g e n e ra to rs,  v o lt a g e   in sta b il it y   o c c u rs,  w h ich   m a y   lea d   to   f o rc e d   d isc o n n e c ti o n   o f   w in d   tu r b in e .   S h u n f lex ib le  A tran s m issio n   s y ste m   d e v ice li k e   st a ti c   s y n c h ro n o u c o m p e n sa to (S TAT COM)  m a y   b e   h a rn e ss e d   to   p ro v i d e   v o lt a g e   su p p o rt  b y   d y n a m ic  in jec ti o n   o f   re a c ti v e   p o w e r. In   th is  w o rk ,   th e   S TAT CO M   p ro v id e d   v o lt a g e   c o m p e n sa ti o n   a th e   p o i n o f   c o m m o n   c o u p li n g   in   f iv e   tes c a se s,   n a m e l y ,   si m u lt a n e o u o c c u rre n c e   o f   ste p   c h a n g e   (d ro p i n   w in d   sp e e d   a n d ip   in   g rid   v o lt a g e ,   sin g le  li n e   t o   g ro u n d ,   l in e   t o   li n e ,   d o u b le  li n e   to   g ro u n d   f a u lt a n d   su d d e n   i n c re m e n in   lo a d   b y   m o re   th a n   a   th o u sa n d   ti m e s.  T h re e   tec h n iq u e we re   e m p lo y e d   to   c o n tro t h e   S TAT COM,   n a m e l y ,   fu z z y   lo g ic,   p a rti c le  s w a r m   o p ti m iza ti o n   a n d   a   c o m b in a ti o n   o f   b o th .   A   p e rf o r m a n c e   c o m p a riso n   w a m a d e   a m o n g   th e   th re e   so f c o m p u ti n g   tec h n i q u e u se d   to   c o n tro th e   S T A T C OM  o n   t h e   b a sis  o f   th e   a m o u n o f   v o lt a g e   c o m p e n sa ti o n   o f fe re d   a th e   p o in o f   c o m m o n   c o u p li n g .   T h e   sim u latio n s w e r e   d o n e   w it h   th e   h e lp   o f   S im P o w e rS y st e m a v a il a b le  w it h   M AT LAB  S IM UL IN K   a n d   th e   re su lt v a li d a ted   th a th e   S T ATCOM  c o n tro l led   b y   a ll   th e   th re e   tec h n iq u e o f fe re d   v o lt a g e   c o m p e n sa ti o n   i n   a ll   th e   c a se s co n sid e re d .   K ey w o r d :   Do u b l y   f ed   in d u ct io n   g e n er ato r   ( DFI G)   Fu zz y   lo g ic   P ar ticle  s w ar m   o p ti m izatio n   ( P SO)   P o in t o f   co m m o n   co u p li n g   ( P C C )   Static s y n c h r o n o u s   co m p e n s ato r   ( ST A T C OM )   Co p y rig h ©   2 0 1 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 :   B in ee ta  Mu k h o p ad h y a y ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Natio n al  I n s tit u te  o f   T ec h n o lo g y ,   P atn a,   I n d ia.   E m ail: b i n ee ta2 0 1 0 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   C o n s id er in g   th a th e   to tal  g lo b al  w i n d   p o w er   p r o d u ctio n   at   th e n d   o f   2 0 1 5   w as   4 3 2 8 8 3   MW   ( d ata  p r o v id ed   b y   th o f f ic ial  w eb s it o f   Glo b al  W in d   E n er g y   C o u n cil) ,   w in d   i s   d ef i n itel y   o n o f   th k e y   r en e w ab l e   p o w er   s o u r ce s   w h ic h   ar tr an s f o r m in g   t h p o w er   s ec to r .   T h s u itab ilit y   o f   DFI f o r   g r id - co n n ec ted   w in d   p o w er   g e n er atio n   h as  b ee n   il lu s tr ated   b y   e n u m er at in g   it s   b en ef it s   i n clu d i n g   s u p er io r   v o ltag co n tr o an d   co m p e n s at io n   o f   r ea cti v p o w er ,   s u p p l y   o f   g o o d   q u alit y   c o n tr o llab le  p o w er   at  lo w   w i n d   s p ee d s ,   d ec o u p le d   co n tr o o f   r ea an d   r ea ctiv p o w er   an d   ex tr ac tio n   o f   m a x i m u m   p o w er   an d   its   ab ilit y   to   r id th r o u g h v o lta g d ip s   an d   f au lt s   [ 1 ] [ 2 ] .   Flu ctu atio n s   in   v o lta g e,   h ar m o n ic s ,   in ad eq u ate  r ea ctiv p o w er   s u p p o r an d   p o o r   p o w er   f ac to r   ar s o m co m m o n   is s u e s   w h ic h   o cc u r   i n   g r id - lin k ed   w i n d   e n er g y   s y s te m s ,   lead in g   to   u n s ati s f ac to r y   p er f o r m an ce   o f   d ev ices,  u n w an ted   tr ip p in g   o f   p r o tectio n   ele m e n ts   a n d   d a m ag to   s e n s iti v ap p ar atu s .   Vo ltag d ip   d u to   lo w   w i n d   s p ee d s ,   d is t u r b an ce s   in   t h g r id ,   f au l ts   a n d   u n ex p e cted   lo a d   v ar iatio n s   is   o n o f   t h m o s s er io u s   i s s u es  o cc u r r i n g   i n   g r id - co n n ec ted   w i n d   p o w er   s y s te m s   [ 3 ] .   W h en   f a u lts   o r   d is tu r b an ce s   o cc u r   i n   t h s y s te m ,   t h r o to r   o f   t h DFI G   i s   s h o r t - cir c u ited   an d   th r o to r   s id co n v er ter   i s   b lo ck ed   s o   th at  t h r o to r   d o es n o g et  d a m ag ed   d u to   o v er c u r r en ts .   Alth o u g h   t h w i n d   f ar m   s u p p lies   r ed u ce d   p o w er   in   ca s o f   f a u lts ,   it  r e m ain s   in   s er v ice.   Ho w ev er ,   i f   s ev er v o lta g d ip s   o cc u r   i n   w ea k   p o w er   s y s te m   ( w it h   a   lo w   s h o r t - cir cu it   r atio   an d   o f te n   s u b j ec ted   to   lo w   v o ltag co n d iti o n s )   co n n ec ted   to   DFI G - b ased   w i n d   f ar m ,   t h DFI g r id   s id co n v er ter   w h ich   h as  lo w   r ati n g   i s   u n ab le  to   p r o v id th r eq u ir ed   v o ltag a n d   r ea ctiv p o w er   s u p p o r t.  C o n s eq u en tl y ,   t h s y s te m   m a y   b s u b j ec ted   to   v o lta g i n s tab ili t y .   I n   s u ch   ca s e s ,   it   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2 0 8 8 - 8708     V o lta g C o mp en s a tio n   in   W in d   P o w er S ystem  u s in g   S TATC OM Co n tr o lled   b   ( B in ee ta   Mu kh o p a d h ya y )   668   b ec o m e s   co m p u ls o r y   to   d is co n n ec t   t h w i n d   t u r b in es  a n d   l ater   co n n ec t   th e m   a g ai n   a f ter   th clea r a n ce   o f   th e   f au lt.  T h is   m a k es   t h s y s te m   h ig h l y   u n r eliab le.   T h i n ter n a tio n al  g r id   co d es  ar v er y   s tr i ct  w h e n   it  co m es  to   lo w - v o lta g r id th r o u g h   an d   m ak i co m p u l s o r y   t o   en s u r e   th at  th w i n d   f ar m s   d o   n o b ec o m u n s tab le  an d   g et  d is co n n ec ted   ev e n   w h en   t h v o ltag d ip s   to   v er y   lo w   v a lu e.     T h is   v o lta g in s tab ilit y   i s s u ca n   b r eso lv ed   b y   e m p l o y i n g   f lex ib le  A C   tr an s m i s s io n   s y s te m   ( FAC T S)  co m p e n s ato r s   li k s tatic  s y n c h r o n o u s   co m p e n s a to r s   ( ST A T C OM ) ,   w h ic h   p r o v id tr an s ie n an d   s tead y - s tate  v o lta g s u p p o r at  th p o in o f   co m m o n   co u p li n g   ( P C C )   b y   m ea n s   o f   d y n a m ic  r ea cti v p o w er   in j ec tio n .   I n   s p ite  o f   t h h u g ex p en s es   in v o l v ed ,   th e   ST A T C OM   i s   p r ef er r ed   o v er   s o m e   o th er   F AC T d ev ices  d u to   its   s u p er io r   p er f o r m a n ce   a n d   f lex ib ilit y .   T h r ea ctiv e   p o w er   s u p p o r o f f er ed   b y   t h e   ST A T C OM   at  lo w er   v o ltag e s   is   g r ea ter   th a n   th a o f f er ed   b y   SV C .   A ls o ,   th r esp o n s o f   SVC   is   s lo co m p ar ed   to   ST A T C OM   d u to   f ir in g   d ela y s   ass o ciate d   w it h   SV C .   R esear c h   atte m p t s   h av b ee n   d ir ec ted   to w ar d s   t h r ea ti m u tili za tio n   o f   ST A T C OM   to   m ai n t ain   v o lta g s tab ilit y   in   wea k   p o w er   s y s te m   co n n ec ted   to   DFI G - b ased   w in d   f ar m   [ 4 ] [ 5 ] .   T h r o le  o f   FAC T d ev ices  i n   en h an c in g   t h s tab ilit y   o f   g r id - co n n ec ted   w i n d   p o w er   s y s te m s   h a s   b ee n   e n u m er ated   in   d eta il  [ 6 ] .   Fu zz y   lo g ic  a n d   A N FIS - b ased   co n tr o f o r   th ST A T C OM   in   g r id - co n n ec ted   P MSG - b a s ed   w i n d   p o w er   s y s te m   w as  p r o p o s ed   [ 7 ] .   A n L u o , et  al   s u g g e s ted   f u zz y - P I   i n d ep en d en co n tr o tec h n iq u e   f o r   ST A T C OM   i n   d is tr ib u ti o n   n et wo r k s   [ 8 ] .   Fu zz y   lo g i c   m a y   b m e m o r y - i n te n s iv a n d   m a y   lead   to   s o f t w ar o v er l o ad ,   p a r ticu lar l y   i n   les s   co m p licated   ap p licatio n s ,   o w i n g   to   t h u s o f   m a n y   l o ca lized   p ar am eter s .   P ar ticle  s w ar m   o p ti m izatio n   ( P SO)   is   ac o m p u tatio n all y   ef f icien s w ar m   in te llig e n ce   b ased   o p tim izatio n   tec h n iq u w h ic h   in v o lv e s   co g n iti v an d   s o cial  in ter ac tio n s   an d   h a s   o f te n   d e m o n s tr ated   f a s r esp o n s a n d   i m p r o v e d   p er f o r m an ce   co m p ar ed   to   f u zz y   co n tr o ller s .   P r ev io u s l y ,   r esear ch   w o r k   h a s   b ee n   d o n e   i n   t h f ie ld   o f   P SO - co n tr o lled   S T A T C OM   a n d   i n   th e   ar ea   o f   DFI G - b ased   w i n d   f ar m s   s ep ar atel y .   Ho w ev er ,   t h is   i s   n o v el  att e m p to   in te g r ate  P SO - co n tr o lled   ST A T C OM   in   DFI G - b ased   g r id - co n n ec ted   w i n d   p o w er   s y s te m s .   C h ie n - Hu n g   L i u ,   et  al  p r o p o s ed   f l ex ib le  co n tr o ller   f o r   ST A T C OM   u s i n g   P SO,  u s i n g   in te g r al  ab s o lu te  er r o r   ( I A E )   a s   th ev al u atio n   cr iter io n   [ 9 ] .   Ho w e v er ,   alth o u g h   m i n i m izatio n   p r o b le m s   e m p l o y i n g   I A E   as  t h o b j ec tiv f u n ct io n   p r o d u ce   lo w   o v er s h o o r esp o n s e,   t h e y   s u f f er   f r o m   t h d r a w b ac k   o f   ex ce s s iv el y   lo n g   s ettli n g   ti m e s .   T h er ef o r e ,   in   th i s   w o r k ,   d if f er e n ev a lu at io n   cr iter io n   w a s   u s ed   in   t h P SO p r o g r am   u s ed   to   co n tr o l th S T A T C OM .   I n   th i s   w o r k ,   ST A T C OM   w as e m p lo y ed   f o r   p r o v id in g   v o lta g co m p e n s atio n   at  t h P C C   i n   DFI G - b ased   g r id - co n n ec ted   w i n d   p o w er   s y s te m   i n   f i v test   ca s es,  n a m el y ,   s tep   ch a n g ( d r o p )   in   w i n d   s p ee d   s i m u lta n eo u s l y   ac co m p a n ied   b y   d ip   i n   g r id   v o lta g e,   s i n g l lin e   to   g r o u n d   ( S L G) ,   li n t o   lin ( L L ) ,   d o u b le  lin to   g r o u n d   ( DL G)   f a u lt s   an d   s u d d en   lo ad   in cr e m e n t.  T h S T A T C OM   w as  co n tr o ll ed   u s in g   th r ee   s o f t   co m p u ti n g   tec h n iq u es,  n a m el y ,   f u zz y   lo g ic  ( r esear c h   m et h o d   1 ) ,   P SO  ( r esear ch   m e th o d   2 )   an d   co m b in a tio n   o f   b o th   f u zz y   lo g ic  a n d   P SO  ( r esear ch   m e th o d   3 ) .   I n   th t h i r d   m et h o d o lo g y ,   b o th   f u zz y   l o g ic  an d   P SO  w er e   u s ed   to   t u n t h P I   co n tr o ller   g ai n s   in   th e   ST A T C OM   v o l t ag s u p er v i s o r .   T h is   m e th o d o lo g y ,   ca l led   f u zz y   P SO - P I   tech n iq u e,   is   n o v el   ST A T C OM   co n tr o l te c h n iq u e.   A ls o ,   i h as   b ee n   u s ed   i n   w i n d   p o w er   f o r   th e   f ir s t   ti m e.   A   p er f o r m a n ce   co m p ar is o n   w as  d o n a m o n g   t h th r e ar tif icial  in telli g en ce   b ased   tech n iq u es  u s ed   to   co n tr o th ST A T C OM   i n   ter m s   o f   t h a m o u n o f   v o ltag c o m p e n s at io n   o f f er ed   at  t h P C C   i n   all  t h f i v te s t   ca s es.  T h u n iq u en e s s   o f   t h i s   r esear ch   e n d ea v o u r   i s   al s o   h ig h li g h ted   in   t w o   n o v el  test   ca s es  w h ich   h a v b ee n   co n s id er ed   h er e,   n a m el y ,   o cc u r r en ce   o f   s tep   c h an g ( d r o p )   in   w i n d   s p ee d   an d   g r id   v o lta g d ip   at  t h s a m in s ta n t a n d   ab r u p t v ar iatio n   i n   lo ad   b y   m o r th a n   t h o u s a n d   ti m e s .       2.   M AT H E M AT I CAL M O DE L L I N G   O F   WI ND  T URB I N E   AND  DF I G   T h n et  m ec h an ical  p o w er   o b tain ed   f r o m   w i n d   tu r b i n P extracted   is   g i v e n   b y   E q u atio n   ( 1 ) :                                                                              ( 1 )     I n   E q u atio n   ( 1 ) ,       ,   R ,   V wind   an d                    d en o te    th air   d en s it y ,   tu r b in b lad r ad iu s ,   w in d   v elo cit y   a n d   p o w er   co ef f icie n t   o f   w i n d   tu r b i n r esp ec tiv el y .       I t is seen   t h at:                       (       ) (         )               ( 2 )     I n   E q u atio n   ( 2 ) ,       is   th tip   s p e ed   r atio   o f   th w i n d   tu r b i n wh ich   i s   g iv e n   b y :                                                             I f   γ   ( 1 /3 )   in   E q u atio n   ( 2 ) ,   th v alu o f   p o w er   co ef f ici en                  is   th m a x i m u m   a n d   th m ax i m u m   v al u i s   eq u a to   ( 1 6 / 2 7 )   0 . 5 9 .   T h is   v alid ates   t h B etz‟   p r in c ip le  w h ich   s ta tes  th at  a   m ax i m u m   o f   5 9 . 3 o f   th to tal  k in et ic  en er g y   p o s s ess ed   b y   w i n d   is   co n v er ted   in to   m ec h an ical  en er g y   [ 1 0 ] .   T h s ch e m a tic   r ep r esen tatio n   o f   w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m   e m p lo y i n g   DFI is   s h o w n   i n   Fi g u r 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il  2 0 1 7   :   6 6 7 680   669       Fig u r 1 .   Sch e m atic  Dia g r a m   o f   DFI G - b a s ed   w i n d   p o w er   s y s te m       v ar iab le  f r eq u e n c y   ac /d c/ac   co n v er ter   ( VFC ) ,   w h ic h   is   s u p p o s ed   to   co n tr o o n ly   2 5 to   3 0 o f   th to tal  p o w er ,   lin k s   th r o to r   o f   th DFI w it h   t h g r id .   T h ca p ac ito r   in   th D C   li n k   b et w ee n   t h R o to r - Sid C o n v er ter   ( R S C )   a n d   th Gr id - Sid C o n v er ter   ( GSC )   s to r es  en er g y   a n d   r ed u ce s   r ip p le  in   th DC   l i n k .   T h R SC   r eliab l y   s u p er v is es  th r ea an d   r ea ctiv p o w er ,   s p ee d ,   t o r q u an d   p o w er   f ac to r   at  th s tato r   s id e.   Su p er v i s io n   o f   t h v o lta g o f   th D C   li n k   a n d   p r o v is io n   o f   r eg u lated   r ea cti v p o w er   s u p p o r is   d o n b y   th e   GSC .   T h DFI E q u atio n s   in   t h d q   r e f er en ce   f r a m f o r   th s tat o r   v o ltag es  E sd   (d - ax i s )   an d   E s   q (q - ax is )   an d   th r o to r   v o ltag es E rd   (d - a x is )   a n d   E rq   (q - ax is )   ar s tated   in   E q u atio n s   ( 3 ) ( 6 )   as f o llo w s   [ 1 1 ] :                                                        ( 3 )                                                        ( 4 )                       (         )                                  ( 5 )                       (         )                                ( 6 )     I n   E q u atio n s   ( 3 ) - ( 6 ) ,   I sd ,   I sq ,   I rd ,   I rq ,   R s,   R r ,   λ sd ,   λ sq ,   λ rd ,   λ rq ,   ω   an d   ω r   r ep r esen d - ax is   s ta to r   cu r r en t,  q - ax is   s tato r   cu r r e n t,  d - a x is   r o to r   cu r r en t,  q - a x is   r o to r   cu r r en t,  p er - p h a s s tato r   r esis ta n ce ,   p er - p h ase  r o to r   r esis ta n ce ,   d - a x is   s tato r   f lu x   l in k a g e,   q - ax i s   s tato r   f l u x   li n k ag e,   d - a x is   r o to r   f lu x   l in k a g e ,   q - ax i s   r o to r   f l u x   lin k ag e,   r o tatio n   s p ee d   o f   d q   r ef er en ce   f r a m e   an d   elec tr i ca an g u lar   s p ee d   o f   t h r o t o r   r esp ec tiv el y . T h E q u atio n   r elati n g   t h m ec h a n ical  r o tatio n   s p ee d   o f   th DF I ω m ech a n d   elec tr ical  an g u la r   s p ee d   ω r is   g iv e n   by               (     )     T h ex p r ess io n   f o r   t h elec tr o m ag n etic  to r q u d ev elo p ed   T d ev elope d   is   g iv e n   i n   E q u atio n   ( 7 ) :                             (                       )               ( 7 )     T h r elatio n s h ip   b et w ee n   t h m ec h a n ical   r o tatio n   s p ee d   o f   t h DFI G   ω m ech ,   d ev elo p ed   elec tr o m ag n etic  to r q u T dev elop ed   an d   th m ec h a n ical  to r q u a p p lie d   T ex  is   s tated   in   E q u atio n   ( 8 ) :                                                               ( 8 )     I n   E q u atio n   ( 8 ) ,   J   is   th co m b in ed   p o lar   m o m en o f   i n e r tia  o f   th DFI an d   p r im m o v er   w it h   r ef er en ce   to   th s h a f t o f   t h m ac h in e.       3.   ST A T CO M   AND  I T S CO N T RO L   S YST E M   I n   th ST A T C O eq u iv ale n cir cu it  i n   Fi g u r 2 ,   th co n v er t er   lo s s es  ar ac co u n ted   f o r   b y   R dc,   V dc   is   th v o ltag e   ac r o s s   D C   ca p a cito r   C dc ,   R s   an d   L s   d en o te   th r e s is ta n ce   a n d   i n d u cta n ce   o f   t h co u p li n g   tr an s f o r m er   r esp ec tiv el y ,   an d   Ө  s tan d   f o r   th m a g n i tu d an d   p h ase  an g le  o f   ST A T C OM   R MS  v o ltag e   r esp ec tiv el y ,   u   i s   th m o d u lat io n   r atio   an d   th p h a s s h i f i s   β  an d   t h ST A T C OM   cu r r e n ts   i n   d q   r ef er en ce   f r a m ar I d   an d   I q   [ 1 2 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2 0 8 8 - 8708     V o lta g C o mp en s a tio n   in   W in d   P o w er S ystem  u s in g   S TATC OM Co n tr o lled   b   ( B in ee ta   Mu kh o p a d h ya y )   670       Fig u r 2 .   ST A T C OM   E q u iv al en t Ci r c u it       I n   th d q   r ef er en ce   f r a m e,   t h s tate  E q u atio n   o f   th ST A T C OM   is   g i v e n   b y   E q u atio n   ( 9 ) :                            (                               )                 ( 9 )     I n   E q u atio n   ( 9 ) ,                  (       )   an d                    (       )   I n   th o v er all  b lo c k   s c h e m at ic   r ep r esen tatio n   o f   t h ST A T C OM   co n tr o l s y s te m   is   s h o w n   i n   Fi g u r 3 ,   th p h ase  lo ck ed   lo o p   p r o v id e s   th an g le  φ  f o r   th co m p u tat io n   o f   d - ax is   an d   q - a x is   co m p o n en t s   o f   v o lta g e s   an d   cu r r en t s   i n   t h ST A T C OM   co n tr o l s y s te m .   T h AC   v o l tag co n tr o ller   a n d   DC   v o lta g co n tr o ller   g e n er ate   th r e f er en ce   c u r r en t s   R e f _ I Q   an d   R ef _ I D   r e s p ec tiv el y .   T h e   cu r r en t   r eg u lato r   o p er ates  o n   th e   er r o r   b et w ee n   th r e f er en ce   a n d   ac t u al  q - a x is   ( r ea ctiv e)   c u r r en ts   [ 1 3 ] .   T h f r eq u en c y   r e g u lato r   ac ts   o n   t h d i f f er e n ce   b et w ee n   th s ta n d ar d   g r id   f r eq u en c y   an d   t h DFI f r eq u en c y   a n d   p r o v id ed   Δ R e f _ I Q ,   w h ic h   is   ad d ed   to   R ef _ I Q   g e n er ated   b y   th v o lta g r eg u lato r   to   g et  th f i n al  v a lu o f   r ef er e n ce   r ea ctiv c u r r en R e f _ I Q   ( f )           Fig u r 3 .   Ov er all  B lo ck   Diag r a m   o f   ST A T C OM   C o n tr o l S y s te m         4.   RE S E ARCH   M E T H O D   1 :   ST AT CO M   CO NT RO L L E B F U Z Z L O G I C   T h ST A T C OM   p er f o r m a n ce   w as  e n h an ce d   b y   i n cl u d in g   f u zz y   lo g ic  co n tr o ller s   in   t h e   v o ltag e ,   cu r r en a n d   f r eq u e n c y   r eg u l ato r   b lo ck s   o f   t h ST A T C OM   co n tr o s y s te m .   Ma m d a n f u zz y   i n f er e n ce   tech n iq u w as  u s ed   a n d   t h f u zz y   o u tp u ts   w er d ef u zz i f ied   u s in g   C e n tr o f   A r ea   ( C O A )   d ef u zz if icatio n .   I n   th v o ltag e   an d   c u r r en r e g u la to r s ,   f u zz y   lo g ic  w a s   u s ed   to   tu n e   t h p r o p o r tio n al  an d   in te g r al  g a in   co n s ta n t s   o f   P I   co n tr o ller s h en ce   th i s   c o n tr o m et h o d o lo g y   w a s   ter m ed   f u zz y - P I   tech n iq u e.   I n   t h ST A T C OM   cu r r en t   an d   v o lta g s u p er v i s o r s ,   th e   i n cr e m e n ts   in   th e   P I   co n tr o ller   g ai n s   o b tai n ed   f r o m   f u zz y   lo g ic  co n tr o ller ,   ΔK PR   ( f u zz y )   a n d   ΔK IN   ( f u zz y ) ,   w er s u m m ed   u p   w i th   t h o r ig in al   g ai n   co n s ta n t s   o f   t h e x i s ti n g   P I   co n tr o ller s ,   K PR   ( P I )   an d   K IN   ( P I ) ,   to   g et  th e   f i n al  t u n ed   P I   co n tr o ller   g ain s ,   K PR   ( tu n ed )   an d   K IN   ( tu n ed ) ,   as  s h o w n   i n   E q u atio n s   ( 1 0 )   an d   ( 11 ):     K PR  ( tu n ed )   K PR   ( P I )   +   ΔK PR   ( f u zz y )             ( 1 0 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il  2 0 1 7   :   6 6 7 680   671   K I ( tu n ed )   K IN  ( P I )   +   ΔK IN   ( f u zz y )             ( 1 1 )     T h s ch e m atic  d iag r a m   o f   th e   ST A T C OM   v o ltag r eg u lato r   s u p er v is ed   u s i n g   f u zz y - P I   tech n iq u i s   s h o w n   in   Fi g u r 4 .   I n   th f u zz y - P I   r eg u lated   ST A T C OM   v o ltag s u p er v i s o r ,   th d if f e r en ce   b et w ee n   th e   r ef er en ce   v o lta g ( R e f _ Vo lta g e)   an d   th m ea s u r ed   ( ac tu al)   v alu o f   v o ltag ( Me as_ Vo ltag e) ,   w h ic h   is   r ep r esen ted   b y   v err a n d   th e   f ir s t   d er iv ati v o f   t h is   d ev iatio n       dv err /d t   w er f ed   a s   i n p u t s   to   th f u zz y   s y s te m .   T h f u zz y   co n tr o ller   p r o v id ed   th r eq u ir ed   ch a n g es  i n   co n tr o ller   g ain s ,   ΔK PR   ( f u zz y )   a n d   ΔK IN   ( f u zz y ) .   T h e   n e w   P I   co n tr o ller   w it h   m o d i f i ed   p r o p o r tio n al  an d   in teg r al  g ain   co n s t an t s ,   K PR  ( tu n ed )   an d   K I ( tu n ed ) ,   w as   u s ed   to   co n tr o l t h ST A T C O v o ltag e   s u p er v is o r .   T h r ef er en ce   r ea ctiv c u r r en R e f _ I Q   w a s   p r o v id ed   b y   th e   ST A T C OM   v o ltag r eg u lato r .   T h s lo p o f   th ST A T C OM   V - I   ch ar ac ter is tic s   w h e n   it   o p er ates  in   v o ltag r eg u lat io n   m o d is   ca lled   d r o o p .               Fig u r 4 .     B lo ck   Sch e m at ic  o f   ST A T C OM   Vo ltag S u p er v is o r   R eg u lated   U s in g   F u zz y - P I   T ec h n iq u e       I n   th f u zz y - P I   r eg u lated   S T A T C OM   cu r r en s u p er v i s o r ,   th d if f er en ce   b et w ee n   t h e   r ef er en ce   r ea ctiv cu r r e n ( R e f _ I Q )   an d   t h m ea s u r ed   ( ac tu al)   v a lu o f   r ea ctiv cu r r e n ( Me as_ I Q ) ,   wh ich   is   r ep r ese n ted   b y   i err an d   t h f ir s t   d er iv ati v e   o f   t h is   d e v iatio n       d i err /d t   w e r f ed   as  i n p u t s   to   t h f u zz y   s y s te m .   T h f u zz y   co n tr o ller   p r o v id ed   th r eq u ir ed   ch an g e s   i n   co n tr o ller   g ai n s ,   ΔK PR   ( f u zz y )   a n d   ΔK IN   ( f u zz y ) .   T h n e w   P I   co n tr o ller   w it h   m o d if ied   p r o p o r tio n al  an d   in teg r al  g ain   co n s tan t s ,   K PR  ( t u n ed )   an d   K I N   ( t u n ed ) ,   w a s   u s ed   to   co n tr o th ST A T C OM   c u r r en s u p er v i s o r .   T h an g u lar   s h i f b et w ee n   t h A C   b u s   v o lta g an d   th v o lta g o f   th co n v er ter ,   alp h a,   w a s   p r o v id ed   b y   th ST A T C OM   cu r r en t r eg u lato r .   T h r u les  ap p lied   to   o b tain   ΔK PR   ( f u zz y )   a n d   ΔK IN   ( f u zz y )   in   t h f u zz y   s y s te m s   i n   b o th   t h v o ltag e   an d   cu r r en s u p er v i s o r s   ar p r esen ted   i n   T ab le  1   an d   T ab le  2   r esp ec tiv el y .   I n   t h m e m b er s h ip   f u n ct io n s   an d   r u le  tab les,  n v b ,   n b ,   z,   p b   an d   p v b   s tan d   f o r   “n eg a tiv v er y   b ig ”,     n e g ati v b ig ”,   ze r o ”,   p o s iti v b ig ”  a n d   p o s iti v v er y   b i g ”  r esp ec tiv el y .   I f   er r o r   an d   its   f ir s d er i v ati v ar o f   g r ea ter   m a g n it u d es,  ΔK PR   is   also   g r ea ter .   B y   m a k in g   ΔK IN   ze r o   in   c ase  o f   v er y   lar g m a g n it u d es  o f   er r o r   an d   its   d er iv ativ e,   co n tr o s atu r atio n   ca n   b av o id ed .   Stead y   s tate  er r o r   ca n   b ce r tain ly   d i m i n is h ed   if   t h v a lu e s   o f   ΔK IN   co r r esp o n d in g   to   s m a ll   v alu e s   o f   er r o r   ar lar g [ 1 4 ] .       T ab le  1 .     Fu zz y   R u le  B ase  f o r   Δ K P R : V o lta g an d   C u r r en Su p er v is o r s   in   ST A T C OM   C o n tr o ller     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2 0 8 8 - 8708     V o lta g C o mp en s a tio n   in   W in d   P o w er S ystem  u s in g   S TATC OM Co n tr o lled   b   ( B in ee ta   Mu kh o p a d h ya y )   672   T ab le  2 .   Fu zz y   R u le  B ase  f o r   Δ K I N :   Vo lta g an d   C u r r en Su p er v is o r s   in   ST A T C OM   C o n tr o ller         T h d if f er en ce   b et w ee n   th g r id   ( r ef er en ce )   f r eq u en c y   an d   th f r eq u e n c y   o f   t h DFI G,   f err ,   an d   its   f ir s d er iv ati v e,   df err /d t ,   w er p r o v id ed   as  in p u ts   to   th S T A T C OM   f r eq u en c y   r e g u la t o r .   T h ch an g in   ST A T C OM   r ef er en ce   r ea ctiv cu r r en t,  Δ R ef _ I Q ,   w as  p r o v i d ed   as  o u tp u b y   th f u zz y   s u p er v is ed   f r eq u e n c y   r eg u lato r .   T h is   ch an g in   ST A T C OM   r ef er en c r ea cti v cu r r en t,  Δ R ef _ I Q ,   w a s   ad d ed   to   R ef _ I Q   p r o v id ed   b y   th v o lta g r eg u lato r   to   o b tain   th f i n al  v al u o f   th ST A T C OM   r ef er en ce   r ea cti v cu r r en t .   T h r u les  ap p lied   to   o b tain   Δ R ef _ I Q in   t h f u zz y   s y s te m   in   th f r eq u en c y   co n tr o ller   ar d is p la y ed   i n   T ab le  3 .   L ar g m a g n itu d es  o f   f as r is i n g   f r eq u e n c y   d e v i atio n   d e m a n d   g r ea ter   a m o u n o f   ST A T C OM   ca p ac itiv c u r r en t   s i n ce   th e   el ec tr ical  o u tp u o f   t h al ter n at o r s   f all s   b elo w   th e   m ec h a n ica in p u s u p p lied   to   th e m .   I n   s u c h   s it u atio n s ,   th t r an s ie n s tab ilit y   o f   t h lin i m p r o v es  w h e n   t h ST A T C OM   s u p p lies   g r ea ter   m ag n it u d o f   ca p ac iti v c u r r en t si n ce   m o r p o w er   is   tr an s f e r r ed   to   th r ec eiv in g   e n d .   I w as th er e f o r in f er r ed   th at  th ST A T C OM   c u r r en m u s b p o s itiv lar g ( m o d e   o f   o p er atio n   m u s b ca p ac itiv e)   w h e n   f err   a n d   df err /d t   ar p o s itiv lar g [ 1 5 ] .       T ab le  3 .   Fu zz y   R u le  B ase  f o r   R ef _ I Q : Fr eq u e n c y   R e g u lato r   in   ST A T C OM   C o n tr o ller         5.   RE S E ARCH   M E T H O D   2 :   ST AT CO M   CO NT RO L L E B P SO   P SO  w as  h ar n es s ed   to   ad j u s th P I   co n tr o ller   g ain s   in   t h S T A T C OM   v o ltag s u p er v is o r ,   th er ef o r th is   co n tr o m eth o d o lo g y   w a s   ter m ed   P SO - P I   tech n iq u e.   T h o p ti m ized   P I   co n tr o ller   g ai n s   p r o v id ed   b y   th e   P SO  p r o g r a m ,   K PR  ( opt )   an d   K I ( opt ) ,   w er u s ed   i n   t h P S O - P I   co n tr o lled   ST A T C OM   v o ltag s u p er v i s o r ,   as  s h o w n   i n   F ig u r 5 .   A s   s tated   e ar lier ,   th v o ltag e   r eg u lato r   p r o v id es  t h ST A T C OM   r e f er en ce   r ea ctiv c u r r en t   R ef _ I Q   as  its   o u tp u t,  an d   th s lo p o f   th ST A T C OM   V - I   ch ar ac ter is tics   ( in   v o ltag co n tr o m o d e)   is   r ef er r ed   to   as d r o o p . A ll th s tep s   i n   th e   f lo w ch ar f o r   P SO f o r   ST A T C OM   co n tr o l s h o w n   i n   Fi g u r e   6.           Fig u r 5 .   B lo ck   Sch e m a tic  o f   ST A T C OM   Vo ltag S u p er v is o r   R eg u lated   U s in g   P SO - P I   T ec h n iq u e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il  2 0 1 7   :   6 6 7 680   673   Step   1 I n itial  co n d itio n s I n   th P SO  alg o r it h m   f o r   S T A T C OM   co n tr o l,  th g ain s   o f   th P I   co n tr o ller   K PR   an d   K I w er th p o s itio n s   o r   s ea r ch i n g   p o i n ts .   T h in cr e m e n t s   in   co n tr o ller   g ain s   Δ K PR   a n d   ΔK IN   w er t h v elo cities.  T h s p ec i f ied   r an g es  f o r   K PR   an d   K IN   w er c h o s en   to   b [ 0   1 . 5 ]   an d   [ 0   1 ]   r esp ec tiv el y .   T h i n itial   v al u es  o f   Δ K PR   a n d   Δ K I w er r an d o m l y   c h o s en   w it h i n   t h i n ter v al   [ - 1   1 ] .   P b est  ( p er s o n al  b est)  w as   t h p r ese n p o s itio n   f o r   ea ch   p ar ticle  an d   g b es t   ( g lo b al  b est)  w as   t h p o s itio n   o f   t h p ar ticle  w it h   t h b est ca lcu la te d   v alu o f   e v al u atio n   f u n ctio n   o u t o f   all  av a ilab le  p b ests .           Fig u r 6 .   Flo w c h ar t f o r   P SO f o r   ST A T C OM   s u p er v is io n       Step   2   A ttai n m e n o f   e v al u atio n   f u n c tio n   v alu f o r   ea ch   ag en t   So m o f   t h p er f o r m an ce   cr iter ia   co m m o n l y   u tili ze d   f o r   tu n i n g   P I   co n tr o ller s   ar in te g r al  ab s o lu te  er r o r   ( I A E ) ,   in te g r al  o f   s q u ar ed   er r o r   ( I SE)   an d   in te g r al  o f   ti m w ei g h ted   s q u ar ed   er r o r   ( I T SE) .   T h ey   h av t h eir   o w n   d is ad v an tag e s .   I A E   an d   I SE  ca n   lead   to   a   lo n g   s ettl in g   t i m e   al th o u g h   t h e y   m in i m ize  t h o v e r s h o o t.  I n   s p ite  o f   t h f ac t   th a I T SE  o v er co m e s   th lo n g   s ettli n g   ti m p r o b lem ,   it  in v o l v es  v er y   co m p licated   an d   len g th y   an a l y t ical  ca lcu lat io n s .   I n   th is   w o r k ,   d if f er en t   ev a lu at io n   cr iter io n   w as   u s ed .   Th o b j ec tiv f u n ct io n Ob j   ( K) ,   w h o s v al u w a s   t o   b m i n i m ized   i n   th is   ca s e,   is   s tated   i n   E q u atio n   ( 1 2 ) :          (   )   (           )   (                            )           (                              )     ( 1 2 )     I n   E q u atio n   ( 1 2 ) ,   K=   [ K PR   K IN ] ,   er r o r _ s s s tan d s   f o r   t h er r o r   at  s tead y - s tate,   s ettli n g _ t a n d   r i s e_ ts ta n d   f o r   th s ett lin g   ti m an d   r is ti m r esp ec tiv e l y ,   a n d   th p ea k   o v er s h o o is   d en o ted   b y o v er _ s h .   I f   th w e ig h ti n g   f ac to r   m   e x ce ed s   0 . 7 ,   th e   er r o r   at  s tead y   s tate  a n d   p ea k   o v er s h o o ar d ec r ea s ed ,   an d   if   it  is   b elo w   0 . 7 ,   th e   s ettli n g   ti m a n d   r i s t i m e   ar r ed u ce d   [ 1 6 ] .   T h er ef o r e,   th p r ef er r ed   r an g f o r   m is   [ 0 . 8   1 . 5 ] ,   in   t h is   p r o g r a m ,   m   w a s   ta k e n   to   b 1 . 2 .   T h p er f o r m a n ce   cr iter io n   w a s   e v alu ated   f o r   ea ch   a g e n t.  I f   n e w   s ea r ch i n g   p o in t   p r o v id ed   b etter   ev alu ated   v alu o f   o b j ec tiv f u n ctio n ,   it   r ep lace d   th cu r r en p b est.  T h b est  o u o f   al l   av ailab le  n e w   p b ests   r ep lace d   th c u r r en g b est  i f   it  s a tis f ied   th d esi g n   cr iter io n   in   b ette r   w a y   co m p ar ed   to   th p r esen g b est.   Step   3   Up d atin g   p o s itio n s   a n d   v elo citie s   T h co n tr o ller   g ain s   an d   t h eir   in c r e m e n ts   w e r alter ed   u s i n g   th E q u at io n s   ( 1 3 ) ,   ( 1 4 )   an d   ( 1 5 ) :                                                                         ( 1 3 )                           ( 1 4 )                         ( 1 5 )     K t j + 1 = i n d _ cn st × r d m _ 1 × ( K t ( p be s t )   K t j ) + scl _ cn st × r d m _ 2 × ( K gbe s t   K t j ) + wf j   K c j   wf j = w mx   ( w mx   w mn ) / i t e r at i o n _ m ax )   × j   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2 0 8 8 - 8708     V o lta g C o mp en s a tio n   in   W in d   P o w er S ystem  u s in g   S TATC OM Co n tr o lled   b   ( B in ee ta   Mu kh o p a d h ya y )   674   I n   E q u atio n s   ( 1 3 ) ,   ( 1 4 )   an d   ( 1 5 ) ,           d en o tes  th p o s itio n   o f   th p ar ticle  at   iter atio n   j ,                 s tan d s   f o r   th lo ca tio n   o f   p ar ticle  at   iter atio n   j +1 ,                             is   th v elo ci t y   ( in cr e m e n in   co n tr o ller   g ai n   f o r   t th    p ar ticle  Δ K t )   o f   p ar ticle  at   iter atio n   j +1 ,   in d _ cn s ta n d   s cl_ cn s td en o te  th co n s ta n t s   w h ic h   ac co u n f o r   in d iv id u al  an d   s o cial  b e h av io r   r esp ec tiv el y ,   iter atio n _ m a x i s   th p r e - s p ec if ied   m a x i m u m   n u m b er   o f   iter atio n s ,                           d en o te  th m ax i m u m   a n d   m i n i m u m   in er tia  w eig h t s   r esp ec ti v el y ,   j   is   t h n u m b er   o f   t h p r esen t   iter atio n   an d   r d m _ 1   an d   r d m _ 2   ar r an d o m   n u m b er   s eq u en c es  w ith in   t h r an g [ 0   1 ] .     St ep   4 C h ec k   o n   e x it  co n d i tio n :   T h ex it   co n d itio n   w as   f u lf illed   if   th c u r r en iter at io n   co u n b ec am e   eq u al   to   th e   m ax i m u m   n u m b er   o f   iter atio n s ,   w h ic h   w a s   s p ec if ied   to   b 2 4   i n   t h i s   ca s e. T h p ar am eter s   u s ed   in   t h P SO p r o g r a m   f o r   th ST A T C OM   ar s u m m ar ize d   in   T ab le  4 .       T ab le  4 .   P ar am eter s   i n   th P S p r o g r am   f o r   ST A T C OM   co n tr o l   P a r a me t e r   V a l u e   N u mb e r   o f   P a r t i c l e s   10   C o n st a n t   f o r   I n d i v i d u a l   R e p r e se n t a t i o n   ( i n d _ c n s t )   2   C o n st a n t   R e p r e se n t i n g   S o c i a l   I n t e r a c t i o n s (scl _ c n st )   2   M a x i m u m   ( I n i t i a l )   I n e r t i a   W e i g h t   ( w mx )   1 . 5   M i n i m u m   ( F i n a l )   I n e r t i a   W e i g h t   ( w mn )   0 . 5   T o t a l   n u m b e r   o f   i t e r a t i o n c o n s i d e r e d   ( i t e r a t i o n _ m a x )   24   W e i g h t i n g   F a c t o r   ( m)   1 . 2       6.   RE S E ARCH   M E T H O D   3 :   ST AT CO M   CO NT RO L L E B F U Z Z L O G I AND  P SO   I n   th f o u r t h   m et h o d o lo g y ,   th p r o p o r tio n al  an d   in te g r al   P I   g ain s   o f   t h ST A T C O v o ltag e   s u p er v i s o r   w er etu n ed   u s i n g   b o th   f u zz y   lo g ic  a n d   P SO  ( co m b in at io n   o f   f u zz y - P I   a n d   P SO - P I   tec h n iq u es),   h en ce   t h is   tec h n iq u w as  ca ll ed   f u zz y   P SO - P I   tech n iq u e.   T h s ch e m a t ic  d iag r a m   o f   t h ST A T C OM   v o ltag e   r eg u lato r   s u p er v i s ed   u s i n g   f u z z y   P SO - P I   tech n iq u i s   s h o wn   i n   F ig u r 7 .   K PR  ( P SO )   a n d   K I ( P SO )   o b tain ed   f r o m   t h P SO   p r o g r a m   d escr i b ed   in   s ec t io n   5 w er ad d ed   to   ΔK PR   ( f u zz y )   a n d   ΔK IN   ( f u zz y )   o b tain ed   f r o m   th e   f u zz y   co n tr o ller   d escr ib ed   in   s ec tio n   4 ,   to   g et  t h f i n al  o p ti m ized   tu n ed   P I   g ai n s   K PR  ( f i n al )   an d   K I ( f i n al ) .   As   d escr ib ed   in   s ec tio n   4 ,   t h c u r r en r eg u lato r   w a s   s u p er v i s e d   u s i n g   th f u zz y - P I   tech n iq u an d   th f r eq u e n c y   r eg u lato r   w as c o n tr o lled   u s i n g   f u zz y   lo g ic.           Fig u r 7 .     B lo ck   Sch e m at ic  o f   ST A T C OM   Vo ltag S u p er v is o r   R eg u lated   U s in g   F u zz y   P S O - P I   T ec h n iq u e       7.   T E ST   SY ST E M   T O P O L O G Y   T h test   s y s te m ,   w h o s s in g le  li n ed ia g r a m   ca n   b s ee n   i n   Fig u r 8 ,   w a s   s i m u lat ed   u s i n g   Si m P o w er S y s te m s ,   w h ic h   i s   a   co m p o n en t o f   M A T L A B / SI MU L I NK   an d   it s   p ar a m eter s   a r s p ec if ied   i n   T ab le   5.   T h th r ee   lo ad s   in   t h test   s y s te m   n a m ed   L o ad 1 ,   L o ad 2   a n d   L o ad 3   ar 3 5 5   MW   r esis tiv lo ad ,   4 5 0   M W   r esis ti v lo ad   an d   5 5 0   KW ,   1 0 0   KVA R   R - L   lo ad   r esp ec tiv el y .   T h v o ltag co m p en s ati o n   p r o v id e d   b y   t h e   48 - p u ls GT b ased   ST A T C OM   at  th e   P C C   ( b u s   n a m ed   B US_ P C C )   i s   v alid ated   i n   f i v te s ca s es.  I n   tes t   ca s o n e,   t h s p ee d   o f   t h w i n d   w as  s et  to   d r o p   s u d d en l y   at  ti m t=0 . 1   s ec o n d s   f r o m   2 2   m /s   to   3   m / s .   T h i s   w a s   ac co m p an ied   b y   d ip   in   t h v o lta g o f   t h g r id   to   0 . 1   p u ,   w h ic h   w as  h o w e v er   b r o u g h b ac k   to   its   n o r m a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il  2 0 1 7   :   6 6 7 680   675   v alu e   o f   1   p u   at  t i m t=0 . 1 4   s ec o n d s .   I n   tes t c ases   t w o ,   t h r ee   an d   f o u r ,   t h v o ltag d ip   w as  o b s er v ed   at  th b u s   lab eled   B US_ P C C   as  co n s eq u en ce   o f   S L G,   L L   an d   D L f a u lts   r e s p ec tiv el y   a t i m t =0 . 1   s ec o n d s   f o r   t w o   c y cles   at  t h e   ter m i n al s   o f   t h b u s   lab elled   B US_ F AU L T .   T h f i f t h   a n d   last   te s ca s d e alt  w it h   a n   ab r u p r is in   lo ad   at  t h b u s   n a m ed   B US_ P C C .   P r io r   to   th lo ad   ch an g e,   t h to tal  r esi s ti v lo a d   at  B US_ P C C   w as   5 0 0   KW .   B y   g at i n g   a n   e x tr 5 0 0   MW   r esis tiv lo ad   at  ti m e   t=0 . 1   s ec o n d s   at   B US _ P C C ,   th r es u lta n t   r esis ti v lo ad   at  B US_ P C C   b e ca m e   ( 5 0 0   K W   5 0 0   MW ) ,   w h ic h   i m p lied   an   in cr e m e n in   lo ad   at  B US_ P C C   b y   li ttle  m o r t h an   t h o u s a n d   ti m e s .   T h ad d itio n al  5 0 0   MW   lo ad   w a s   s w itc h ed   o f f   af ter   t w o   c y cle s .   T h s p ee d   o f   th w i n d   w a s   m ain ta i n ed   at  1 5   m /s   in   a ll t h ca s e s   e x ce p t th f ir s t o n e.   T h to tal  s i m u latio n   ti m e   w as   0 . 2   s ec o n d s   in   all  th test   ca s es.  Fo r   all  th f iv te s ca s e s ,   th test   s y s te m   w as  s i m u la ted   f o u r   ti m es,  f ir s t   wi t h o u t h ST A T C OM ,   s ec o n d   w it h   f u zz y   co n tr o lled   ST A T C OM ,   t h ir d   w it h   P SO  co n tr o lled   ST A T C OM ,   an d   f o u r th ,   w it h   f u zz y   P SO  c o n tr o lled   ST A T C OM .   Us in g   all  t h t h r ee   co n tr o tech n iq u es  s ep ar atel y   i n   t h e   f i v te s tcase s ,   t h p o s iti v s e q u en ce   v o lta g w a s   o b s er v ed   a t h b u s   n a m ed   B U S_ P C C ,   w h ich   w as   th e   p o in t o f   co m m o n   co u p li n g   ( PC C ) .           Fig u r 8 .     T est S y s te m   Sch e m atic       T ab le  5 .   P ar am eter s   o f   t h DF I G - b ased   w in d   f ar m ,   tr an s m is s io n   li n an d   ST A T C OM   an d   its   co n tr o ller   D F I G - B a se d   W i n d   F a r m   S TA T C O M   a n d   I t s C o n t r o l l er   P a r a me t e r   V a l u e   P a r a me t e r   V a l u e   P a r a me t e r   V a l u e   T o t a l   r a t e d   a c t i v e   p o w e r   1 . 5 x 6   =   9   M W   D F I G   st a t o r   e q u i v a l e n t   r e si st a n c e   0 . 0 2 3   p u   R a t e d   v o l t a g e   5 0 0   k V   R a t e d   D C   b u v o l t a g e   ( w i n d   f a r m)   1 1 5 0   V   D F I G   st a t o r   e q u i v a l e n t   i n d u c t a n c e   0 . 1 8   p u   R a t e d   a p p a r e n t   p o w e r   1 0 0   M V A   D C   b u c a p a c i t a n c e   ( w i n d   f a r m)   1 0 0 0 0 μF   D F I G   r o t o r   e q u i v a l e n t   r e si st a n c e   0 . 0 1 6   p u   D C   v o l t a g e   so u r c e   t w o   3 0 0 0   μF   c a p a c i t o r c o n n e c t e d   i n   se r i e s   T e r mi n a l   v o l t a g e   6 0 0   V   D F I G   f r e q u e n c y   6 0   H z   D r o o p   0 . 0 3   p u   /   1 0 0   M V A   T r a n smissi o n   L i n e     ( D i st r i b u t e d   P a r a me t e r s)   V o l t a g e   R e g u l a t o r   G a i n s        (    )   =   1 0        (    )   =   2   P o si t i v e   se q u e n c e   r e si st a n c e / u n i t   l e n g t h   0 . 0 2 5 5   o h m / k m   P o si t i v e   se q u e n c e   c a p a c i t a n c e / u n i t   l e n g t h   1 2 . 7 4 e - 9   F / k m   C u r r e n t   R e g u l a t o r   G a i n s        (    )   =   5        (    )   =   4 0   P o si t i v e   se q u e n c e   i n d u c t a n c e / u n i t   l e n g t h   0 . 9 3 3 7 e - 3   H / k m   S a mp l e   T i me   2 . 5 e - 5   se c o n d s       8.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   T h v o ltag m a g n i tu d es   at  B US_ P C C   f o r   all  t h test   ca s es   u s i n g   ST A T C OM   co n tr o lled   b y   all  t h e   th r ee   ar tif icia l in te lli g en ce   b as ed   tech n iq u e s   ar lis ted   i n   T ab le  6 .   T h r ee   im p o r tan t p o in t s   ca n   b d er iv ed   f r o m   th r es u lt s   tab u la ted   in   T ab le  6 :   a.   I m p r o v e m e n in   t h p o s iti v s eq u en ce   v o lta g at  B US_ P C C   ( co m m o n   co u p li n g   p o in t)   is   o b s er v ed   in   all  th te s ca s es,   u s i n g   ST A T C OM   co n tr o lled   b y   all   th e   t h r ee   tech n iq u e s ,   n a m el y ,   f u zz y   l o g ic,   P SO  a n d   f u zz y - P SO.  T h er ef o r e,   in   s u ch   s it u atio n s ,   o w i n g   to   th d y n a m ic  v o lta g s u p p o r p r o v id ed   b y   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2 0 8 8 - 8708     V o lta g C o mp en s a tio n   in   W in d   P o w er S ystem  u s in g   S TATC OM Co n tr o lled   b   ( B in ee ta   Mu kh o p a d h ya y )   676   ST A T C OM ,   it  is   n o r eq u ir ed   to   d etac h   th DFI G - b ased   w i n d   f ar m   f r o m   t h m ai n   g r id - co n n ec ted   s y s te m   d u r in g   v o ltag d ip s .   T h u s ,   t h g r id   co d es r elate d   to   s tab le  o p er atio n   o f   w in d   f ar m s   i n   ca s o f   v o lta g s ag s   ar n o t v io lated .       b.   I is   n o ted   t h at  f o r   t h f ir s t w o   ca s e s ,   n a m el y ,   s i m u lta n eo u s   d r o p   in   w i n d   s p ee d   an d   g r id   v o ltag a n d   SL f a u lt,  t h ST A T C OM   c o n tr o lled   u s i n g   P SO  p r o v id ed   th m ax i m u m   v o l ta g co m p en s atio n   o u o f   th th r ee   tec h n iq u es.   c.   I is   s ee n   t h at  in   th e   r e m a in i n g   te s ca s es,  n a m el y ,   L L   f a u lt ,   DL f au lt  a n d   s u d d en   lo ad   in cr e m e n t,  th e   f u zz y   P SO c o n tr o lled   ST A T C OM   o f f er ed   th h i g h e s t i m p r o v e m e n t i n   v o lta g at  t h P C C .     T h d etailed   s i m u latio n   r es u lts   a n d   ass o ciate d   a n al y s i s   f o r   all  th te s ca s e s   i n   t h f o r m   o f   p er f o r m a n ce   co m p ar i s o n   a m o n g   th t h r ee   ST A T C OM   co n tr o tech n iq u es  d escr ib ed   in   s ec tio n s   4 ,   5   an d   6   ar e   p r esen ted .       T ab le  6.    P o s itiv s eq u e n ce   v o ltag at  B US_ P C C   i n   all  t h e   te s t c ases   u s i n g   ST A T C OM   co n tr o lled   b y   all  t h th r ee   tech n iq u e s   Ty p e   o f   d i s t u r b a n c e   P o si t i v e   se q u e n c e   v o l t a g e   ( p u )   a t   B U S _ P C C   w h e n   S TA T C O M   i s a b se n t   P o si t i v e   se q u e n c e   v o l t a g e   ( p u )   a t   B U S _ P C C   w h e n   f u z z y   c o n t r o l l e d   S TA T C O M   i s   p r e se n t   P o si t i v e   se q u e n c e   v o l t a g e   ( p u )   a t   B U S _ P C C w h e n   P S O   c o n t r o l l e d   S TA T C O M   i s   p r e se n t   P o si t i v e   se q u e n c e   v o l t a g e   ( p u )   a t   B U S _ P C C   w h e n   f u z z y P S O   c o n t r o l l e d   S TA T C O M   i s   p r e se n t   S i mu l t a n e o u o c c u r r e n c e   o f   st e p   c h a n g e   ( d r o p )   i n   w i n d   sp e e d   a n d   v o l t a g e   d i p   o n   g r i d   0 . 6 8   0 . 9 2   0 . 9 5   0 . 9 4   S i n g l e   l i n e   t o   g r o u n d   f a u l t   0 . 7 5   0 . 9 8   0 . 9 9 5   0 . 9 9   L i n e   t o   l i n e   f a u l t   0 . 5 5   0 . 7 8   0 . 7 9   0 . 8   D o u b l e   l i n e   t o   g r o u n d   f a u l t   0 . 4   0 . 5 7 5   0 . 5 8 6   0 . 5 9 1   S u d d e n   i n c r e me n t   i n   l o a d   0 . 6 9     0 . 8 9     0 . 8 6     0 . 8 9 7         8 . 1 .   Si m ulta neo us   O cc urre n ce   o f   Ste p Cha ng ( Dro p)  in  Wind   S peed  a nd   Di in t he  G rid V o lt a g e   W h en   th w i n d   s p ee d   d r o p p e d   as  s tep   f r o m   2 2   m / s   to   3   m /s   a n d   th g r id   v o lta g d ip p ed   to   0 . 1   p u   s i m u lta n eo u s l y ,   t h p o s iti v s eq u en ce   v o lta g at   B US_ P C C ,   w h ich   h ad   f al len   to   0 . 6 8   p u   i n   t h ab s en ce   o f   ST A T C OM   ( Fig u r 9 )   i m p r o v ed   to   0 . 9 2   p u ,   0 . 9 5   p u   an d   0 . 9 4   p u   in   th p r ese n ce   o f   f u zz y ,   P SO  ( Fig u r 1 0 )   an d   f u zz y   P SO  co n tr o lled   STA T C OM   r esp ec ti v el y .   T h er ef o r e,   w s ee   t h at  t h ST A T C OM   co n tr o lled   u s in g   P SO p r o v id ed   th h ig h est  v o lt ag co m p en s atio n   o u t o f   t h t h r ee   m et h o d s .   I t c an   also   b o b s er v ed   f r o m   Fi g u r 1 1   th at  th f u zz y   P SO  co n tr o ll ed   ST A T C OM   o f f er ed   co m p ar ativ el y   s m o o th er   v o lta g r esp o n s e,   w it h   f e w er   o s cillatio n s .           Fig u r 9 .     P o s itiv s eq u en ce   v o ltag ( p u )   at  B US_ P C C   u n d er   th i m p ac t o f   s tep   ch a n g ( d r o p )   in   w i n d   s p ee d   an d   v o ltag d ip   o n   t h g r id   w h en   ST A T C OM   is   ab s e n t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.