Fault current and fault voltage analysis of power transmission systems with high penetration of inverter-based wind generators
- 1. Universidade Federal do Triângulo Mineiro
- 2. Universidade Federal da Paraíba
Description
This paper highlights the evolution of wind power sources in the modern energy scenario, emphasizing the impacts of inverter-based generators, namely Full-Converter and DFIG (Doubly-Fed Induction Generator), on fault currents and fault voltages in transmission systems. The studies were carried out through computer simulations, with an EMTP (Electromagnetic Transients Program) type software. A power system with high penetration of such renewable generations was modeled and several contingency scenarios were simulated in a transmission line that performs the connection of the wind power plant to the grid. The scenarios included the variation of parameters such as fault type, inception instant angles, resistance, and distance, to explore the main differences between the contributions to the fault of a wind power plant and conventional generation. Among the atypical analyzed characteristics, the following can be highlighted: the absence of the DC (Direct Current) component for Full-Converter generation, independent of fault inception instant angle and distance variation; low levels of the fault contributions at the wind power plant terminal; low levels of voltages at the wind power plant terminal, evidencing the high SIR (Source Impedance Ratio) characteristic of these generations; atypical relations between the fault resistance and measured currents; and others. The obtained results show the importance of further studies on the impacts of inverter-based generations on fault currents and voltages, allowing developments that are able to improve control and protection systems for grids with high penetration of this wind generation topologies
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تسلط هذه الورقة الضوء على تطور مصادر طاقة الرياح في سيناريو الطاقة الحديث، مع التركيز على تأثيرات المولدات القائمة على العاكس، وهي المحول الكامل و DFIG (مولد الحث المزدوج التغذية)، على تيارات الأعطال وجهد الأعطال في أنظمة النقل. أجريت الدراسات من خلال عمليات المحاكاة الحاسوبية، باستخدام برنامج من نوع EMTP (برنامج العابرين الكهرومغناطيسي). تم تصميم نظام طاقة ذو تغلغل عالي لهذه الأجيال المتجددة وتم محاكاة العديد من سيناريوهات الطوارئ في خط نقل يقوم بتوصيل محطة طاقة الرياح بالشبكة. تضمنت السيناريوهات تباين المعلمات مثل نوع الخطأ، والزوايا الفورية الأولية، والمقاومة، والمسافة، لاستكشاف الاختلافات الرئيسية بين المساهمات في خطأ محطة طاقة الرياح والتوليد التقليدي. من بين الخصائص غير النمطية التي تم تحليلها، يمكن تسليط الضوء على ما يلي: عدم وجود مكون DC (التيار المباشر) لتوليد المحول الكامل، بغض النظر عن تباين الزاوية والمسافة الفورية للخطأ ؛ مستويات منخفضة من مساهمات الخطأ في محطة طاقة الرياح ؛ مستويات منخفضة من الفولتية في محطة طاقة الرياح، مما يدل على سمة SIR العالية (نسبة معاوقة المصدر) لهذه الأجيال ؛ العلاقات غير النمطية بين مقاومة الخطأ والتيارات المقاسة ؛ وغيرها. تُظهر النتائج التي تم الحصول عليها أهمية إجراء المزيد من الدراسات حول تأثيرات الأجيال القائمة على العاكس على تيارات الصدع والفولتية، مما يسمح بالتطورات القادرة على تحسين أنظمة التحكم والحماية للشبكات ذات الاختراق العالي لطبولوجيا توليد الرياح هذهTranslated Description (French)
Cet article met en évidence l'évolution des sources d'énergie éolienne dans le scénario énergétique moderne, en mettant l'accent sur les impacts des générateurs à base d'onduleurs, à savoir Full-Converter et DFIG (Double-Fed Induction Generator), sur les courants de défaut et les tensions de défaut dans les systèmes de transmission. Les études ont été réalisées par simulations informatiques, avec un logiciel de type EMTP (Electromagnetic Transients Program). Un système électrique avec une forte pénétration de ces générations renouvelables a été modélisé et plusieurs scénarios d'urgence ont été simulés dans une ligne de transport qui effectue la connexion de la centrale éolienne au réseau. Les scénarios comprenaient la variation de paramètres tels que le type de faille, les angles instantanés de démarrage, la résistance et la distance, afin d'explorer les principales différences entre les contributions à la faille d'une centrale éolienne et la production conventionnelle. Parmi les caractéristiques analysées atypiques, les éléments suivants peuvent être mis en évidence : l'absence du composant CC (courant continu) pour la génération de convertisseur complet, indépendamment de l'angle instantané de début de panne et de la variation de distance ; de faibles niveaux de contributions de panne au terminal de la centrale éolienne ; de faibles niveaux de tensions au terminal de la centrale éolienne, mettant en évidence la caractéristique SIR (ratio d'impédance de source) élevée de ces générations ; des relations atypiques entre la résistance de panne et les courants mesurés ; et d'autres. Les résultats obtenus montrent l'importance d'autres études sur les impacts des générations basées sur les onduleurs sur les courants et les tensions de défaut, permettant des développements capables d'améliorer les systèmes de contrôle et de protection pour les réseaux à forte pénétration de cette topologie de production éolienneTranslated Description (Spanish)
Este documento destaca la evolución de las fuentes de energía eólica en el escenario energético moderno, enfatizando los impactos de los generadores basados en inversores, a saber, Full-Converter y DFIG (Generador de Inducción de Doble Alimentación), en las corrientes de falla y los voltajes de falla en los sistemas de transmisión. Los estudios se realizaron a través de simulaciones por ordenador, con un software tipo EMTP (Electromagnetic Transients Program). Se modeló un sistema eléctrico con alta penetración de tales generaciones renovables y se simularon varios escenarios de contingencia en una línea de transmisión que realiza la conexión de la central eólica a la red. Los escenarios incluyeron la variación de parámetros como tipo de falla, ángulos instantáneos de inicio, resistencia y distancia, para explorar las principales diferencias entre las contribuciones a la falla de una planta de energía eólica y la generación convencional. Entre las características atípicas analizadas, se pueden destacar: la ausencia del componente DC (Corriente Continua) para la generación de Full-Converter, independiente del ángulo instantáneo de inicio de falla y la variación de distancia; bajos niveles de las contribuciones de falla en el terminal de la planta de energía eólica; bajos niveles de voltajes en el terminal de la planta de energía eólica, evidenciando la alta característica SIR (Source Impedance Ratio) de estas generaciones; relaciones atípicas entre la resistencia de falla y las corrientes medidas; y otros. Los resultados obtenidos muestran la importancia de nuevos estudios sobre los impactos de las generaciones basadas en inversores en las corrientes y tensiones de falla, permitiendo desarrollos que sean capaces de mejorar los sistemas de control y protección para redes con alta penetración de estas topologías de generación eólicaFiles
751375154268.pdf
Files
(266 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:1ab185050b416285f575323e0cf63131
|
266 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحليل تيار العطل وجهد العطل لأنظمة نقل الطاقة ذات الاختراق العالي لمولدات الرياح القائمة على العاكس
- Translated title (French)
- Analyse du courant de défaut et de la tension de défaut des systèmes de transmission de puissance avec une forte pénétration des éoliennes à onduleur
- Translated title (Spanish)
- Análisis de corriente de falla y voltaje de falla de sistemas de transmisión de energía con alta penetración de generadores eólicos basados en inversores
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4281794582
- DOI
- 10.4025/actascitechnol.v44i1.57848