The installation of wind power plant has significantly increased since several years due to the recent necessity of creating renewable and clean energy sources. Before the accomplishment of a wind power project many pre-studies are required in order to verify the possibility of integrating a wind power plant in the electrical network. The creation of models in different software and their simulation can bring the insurance of a secure operation that meets the numerous requirements imposed by the electrical system. Hence, this Master thesis work consists in the creation of a wind turbine model. This model represents the turbines installed at Lillgrund wind farm, the biggest wind power plant in Sweden. The objectives of this project are to first develop an accurate model of the wind turbines installed at Lillgrund wind farm and further to use it in different kinds of simulations. Those simulations test the wind turbine operating according to different control modes. Also, a power quality analysis is carried out studying in particular two power quality phenomena, namely, the response to voltage sags and the harmonic distortion. The model is created in the software PSCAD that enables the dynamic and static simulations of electromagnetic and electromechanical systems. The model of the wind turbine contains the electrical machine, the power electronics (converters), and the controls of the wind turbine. Especially, three different control modes, e.g., voltage control, reactive power control and power factor control, are implemented, tested and compared. The model is tested according to different cases of voltage sag and the study verifies the fault-ride through capability of the turbine. Moreover, a harmonics analysis is done. Eventually the work concludes about two power quality parameters.

L’extensa implantació del control digital als entorns industrials, científics, comercials, professionals i domèstics ha revelat, d’ençà dues dècades, la gran sensibilitat d’aquests dispositius davant sobtats i breus descensos de tensió al subministrament elèctric de xarxa: aturades de plantes a processos productius, re – arrancades a processadors i sistemes de telecomunicació, etc.; i la causa sol esdevenir aparentment inexplicable pels usuaris. La normalització de les conseqüències, però, pot equivaler a un dia sencer de producció nul•la. L’ínfima correlació mostrada pels fenòmens esmentats amb anomalies al sistema elèctric proper (un client pot patir sèries conseqüències, per bé que el client veí només ha percebut una oscil•lació a l’enlluernat, i tots dos comparteixen la mateixa escomesa) sumada amb l’absència contrastada d’interrupció elèctrica suposà, al començament, un major grau d’incertesa, no només pels consumidors; també per a les empreses elèctriques. Fou necessari analitzar el problema en les seves vessants “microscòpica” i “macroscòpica” per a determinar la causa eficient: registrar la forma d’ona al punt de subministrament afectat i fer l’inventari de tots els incidents al Sistema Elèctric del mateix moment. La causa: els sots de tensió produïts per incidents elèctrics a xarxes remotes respecte el subministrament. Davallades sobtades (entre el 80 i el 10% del valor nominal) i ràpides (entre 10 ms i 1 s) al valor eficaç de la tensió subministrada, sense pas per “Zero”, produïdes, principalment, per curt - circuits perfectament detectats i eliminats a xarxes d’Alta Tensió (AT), molt allunyats de la conseqüència observada. A Catalunya, hom comptabilitzen afectacions davant curt - circuits a les interconnexions amb l’Aragó, Castelló i França. La present Tesi Doctoral estableix: • La metodologia per a modelar el Sistema Elèctric de Potència; • La sistematització del binomi causa (curt - circuit) – efecte (sot de tensió); • La personalització estadística de risc pel sot de tensió segons comarques; • Un sistema de protecció eficaç per a limitar la durada dels sots. La metodologia ha estat enfocada a la utilització sistemàtica, tal que per a cada curt - circuit esdevingut a la xarxa AT es pugui establir, en temps real, las capçaleres de subministrament afectades pel sot de tensió, així com la magnitud i la durada del mateix. L’entorn d’aplicació triat ha estat el Sistema Elèctric de Catalunya, per bé que la metodologia i sistemàtica són exportables, de forma natural, a qualsevol altre sistema elèctric trifàsic de corrent altern. / La implantación masiva del control digital en entornos industriales, científicos, comerciales, profesionales y domésticos ha puesto de manifiesto, durante los últimos veinte años, la gran sensibilidad de los mismos ante súbitos y breves descensos de tensión en la alimentación eléctrica procedente de la red: paradas de planta en procesos productivos, re – arranques en procesadores y sistemas de telecomunicación tienen lugar; y la causa de los mismos suele ser aparentemente inexplicable para los usuarios. La normalización de las consecuencias, en ocasiones, equivale a un día de producción nula. La escasa correlación mostrada por dichos fenómenos con anomalías en el sistema eléctrico cercano (un cliente padece consecuencias serias, mientras que el cliente vecino solamente ha percibido una oscilación en el alumbrado y ambos se alimentan del mismo tramo eléctrico) sumada con la ausencia contrastada de interrupción eléctrica supuso, en los inicios, un mayor grado de incertidumbre tanto para los consumidores como para las empresas eléctricas. Fue necesario analizar el problema a nivel “microscópico” y “macroscópico” para determinar la causa eficiente: registrar la forma de onda en el punto de suministro afectado y revisar todos los incidentes habidos en el Sistema Eléctrico en dicho instante. La causa: los huecos de tensión producidos por incidentes eléctricos en redes alejadas del suministro. Descensos súbitos (entre el 80 y el 10% del valor nominal) y rápidos (entre 10 ms y 1 s) en el valor eficaz de la tensión suministrada, sin paso por “cero” de la misma, producidos, principalmente, por cortocircuitos perfectamente detectados y eliminados en redes de Alta Tensión (AT), y situados muy lejos de la consecuencia observada. En el caso de Catalunya, se han contabilizado afectaciones ante cortocircuitos en interconexiones con Aragón, Castellón de la Plana y Francia. La presente Tesis Doctoral establece: • La metodología para modelar el Sistema Eléctrico de Potencia; • La sistematización para el binomio causa (cortocircuito) – efecto (hueco); • La personalización del riesgo estadístico de hueco vs. comarcas; • Un sistema protectivo eficaz para limitar duración de los huecos. Dicha metodología se ha orientado a la utilización sistemática, tal que para cada cortocircuito que tenga lugar en la red AT pueda establecerse, en tiempo real, las cabeceras de suministro afectadas por hueco de tensión, la magnitud y la duración del mismo. Como entorno de aplicación, se ha utilizado el Sistema Eléctrico de Catalunya, si bien la metodología y sistematización son exportables, de forma natural, a cualquier otro sistema eléctrico trifásico de corriente alterna. / The massive introduction of digital control in industrial, scientific, commercial, professional and domestic environments has revealed, over the last twenty years, the great sensitivity of them to sudden and short voltage dips in the electrical power grid: shutdowns of productive process plants, re - starts of processors and telecommunications systems take place, and the cause of them is often apparently inexplicable to the users. The normalization of the consequences sometimes is equivalent to a day without production. The weak correlation shown by these phenomena with anomalies in the nearby electrical system (i.e. in the same portion of a common distribution network, a customer may suffer serious consequences, while the adjacent customer has only percept a swing in the lighting) together with the absence of electrical power interruption represented, in the beginning, a great degree of uncertainty for both consumers and utilities. It was necessary to analyze the problem at the "microscopic" and "macroscopic" levels to determine the efficient cause: record the waveform at the affected plants and review all the disturbances occurred in the Power System at the same instant of time. The cause: voltage dips caused by electrical disturbances away from the supply. Sudden decreases (between 80 and 10% of the nominal value) and fast (between 10 ms and 1 s) in the supplied rms voltage, produced mainly by short-circuits perfectly detected and eliminated in High Voltage (HV) networks, and located far away from the observed consequence. In the case of Catalonia, affectations due to short-circuits in interconnects with Aragon, Castellón de la Plana and France have been recorded. This thesis provides: • A methodology useful to model the Power System; • A systematic analysis for cause – effect: from short – circuit to voltage dip; • A particularization voltage dip statistic risk for each county; • A reliable protective system to ensure time – limitation for voltage dips. The presented methodology is oriented to the systematic use, such that for every short - circuit that takes place in the HV network, the magnitude and duration of voltage dips that appear in the distribution can be established in real-time. As the application framework, the Catalan Power System is used, although the methodology and systematization are exportable, to any other alternating three-phase power system.

Cette thèse porte sur la surveillance des perturbations de la qualité de l’énergie d’un réseau électrique via des techniques paramétriques de traitement du signal. Pour élaborer nos algorithmes de traitement du signal, nous avons traité les problèmes d’estimation des différentes grandeurs du réseau électrique triphasé et de classification des perturbations de la qualité d'énergie. Pour ce qui est du problème d’estimation, nous avons développé une technique statistique basée sur le maximum de vraisemblance. La technique proposée exploite la nature multidimensionnelle des signaux électriques. Elle utilise un algorithme d’optimisation pour minimiser la fonction de vraisemblance. L’algorithme utilisé permet d’améliorer les performances d’estimation tout en étant d’une faible complexité calculatoire en comparaison aux algorithmes classiques. Une analyse plus poussée de l’estimateur proposé a été effectuée. Plus précisément, ses performances sont évaluées sous un environnement incluant entre autres la pollution harmonique et interharmonique et le bruit. Les performances sont également comparées aux exigences de la norme IEEE C37.118.2011. La problématique de classification dans les réseaux électriques triphasés a plus particulièrement concerné les perturbations que sont les creux de tension et les surtensions. La technique de classification proposée consiste globalement en deux étapes : 1) une pré-classification du signal dans l’une des 4 préclasses établis et en 2) une classification du type de perturbation à l’aide de l’estimation des composants symétriques.Les performances du classificateur proposé ont été évaluées, entre autres, pour différentes nombre de cycles, de SNR et de THD. L’estimateur et le classificateur proposés ont été validés en simulation et en utilisant les données d’un réseau électrique réel du DOE/EPRI National Database of Power System Events. Les résultats obtenus illustrent clairement l’efficacité des algorithmes proposés quand à leur utilisation comme outil de surveillance de la qualité d’énergie. / This thesis deals with electric grid monitoring of power quality (PQ) disturbances using parametric signal processing techniques. The first contribution is devoted to the parametric spectral estimation approach for signal parameter extraction. The proposed approach exploits the multidimensional nature of the electrical signals.For spectral estimation, it uses an optimization algorithm to minimize the likelihood function. In particular, this algorithm allows to improve the estimation accuracy and has lower computational complexity than classical algorithms. An in-depth analysis of the proposed estimator has been performed. Specifically, the estimator performances are evaluated under noisy, harmonic, interharmonic, and off-nominal frequency environment. These performances are also compared with the requirements of the IEEE Standard C37.118.2011. The achieved results have shown that the proposed approach is an attractive choice for PQ measurement devices such as phasor measurement units (PMUs). The second contribution deals with the classification of power quality disturbances in three-phase power systems. Specifically, this approach focuses on voltage sag and swell signatures. The proposed classification approach is based on two main steps: 1) the signal pre-classification into one of 4 pre-classes and 2) the signature type classification using the estimate of the symmetrical components. The classifier performances have been evaluated for different data length, signal to noise ratio, interharmonic, and total harmonic distortion. The proposed estimator and classifier are validated using real power system data obtained from the DOE/EPRI National Database of Power System Events. The achieved simulations and experimental results clearly illustrate the effectiveness of the proposed techniques for PQ monitoring purpose.