Wind energy, increasing its share in the generation mix, is intended to replace fossil fuel plants in order to reduce green house gas emissions. However, the replacement of conventional synchronous units by wind generators reduces the number of online Power Systems Stabilizers (PSS) and may therefore deteriorate the damping of critical swing modes, leading to a reduction of the power transfer capacity in transmission corridors. Several reports indicate that angular instability, due to insufficient damping and inadequate tuning or disabling of power system stabilizers, is one of the major events that lead and/or contributed to wide area blackouts. / Variable speed wind turbine generators are capable of fast decoupled real and reactive power control. A damping torque can be generated by modulating a fraction of the real and reactive power output of the wind farm. Supplementary active and reactive power control loops are designed and integrated in the wind turbine controls. Operating limits are added to restrict the kinetic energy exchange of the supplementary control loop within a specified turbine speed. An analytical method is developed in order to assess the effectiveness of real and reactive power modulation in damping inter-area oscillations and to justify the use and commissioning of wind based PSS. A wide area measurement based power system stabilizer suitable for wind farms is designed and integrated in the global and local controls of wind turbines. Feedback signals are selected based on an observability index of the selected mode(s). The proposed stabilizer transfer function is derived via a constrained H∞ optimization. / The controller is tested in time domain simulations using a two area four generators benchmark suffering from interarea oscillatory mode within the range of 0.4-0.6Hz. Testing scenarios show the resiliency and effectiveness of the wind based PSS in damping angular oscillations and stabilizing the power system. The damping contribution of the wind stabilizer is found to be comparable to two conventional PSS. / Possédant un taux de croissance important, la filière éolienne est supposée remplacer des centrales électriques polluantes. La réduction du nombre de machines synchrones entraîne une diminution du nombre de stabilisateurs de réseau conventionnels menant à une dégradation de l'amortissement des oscillations angulaires critiques d'un réseau ce qui pourra limiter la capacité de transfert de puissance des lignes de transports. Plusieurs rapports indiquent que des oscillations angulaires excessives, causées par un manque d'amortissement, ont contribué ou même étaient à l'origine des pertes de charges, déconnection des alternateurs et des blackouts. / La génératrice éolienne, équipée par un contrôleur d'entraînement à vitesse variable, est capable de réguler précisément et rapidement sa puissance active et réactive d'une façon découplée. L'amortissement des oscillations angulaires peut être amélioré en modulant une fraction de la puissance active et/ou réactive des génératrices éoliennes. Des boucles de commandes supplémentaires sont introduites dans la structure de control des éoliennes. Des limites de modulation de puissance active sont ajoutées pour respecter les contraintes opérationnelles de vitesse rotationnelle des turbines. Une méthode analytique est développée pour évaluer le potentiel d'amortissement des oscillations de puissances à travers les interconnections, étant donné le placement d'une ferme éolienne dans un réseau électrique ainsi que le type de modulation. Des indices d'observabilité sont utilisés pour sélectionner les signaux d'entrée du stabilisateur. La fonction de transfert du stabilisateur est dérivée via une optimisation H∞. / Le contrôleur est testé dans un réseau qui consiste de 4 alternateurs séparés en deux zones. Le réseau possède un mode oscillatoire critique qui varie entre 0.4-0.6 Hz. Les scenarios comprennent des tests pour différents placements du parc éolien, niveaux de puissance du parc, et opérations du réseau. Les résultats démontrent l'efficacité des stabilisateurs des éoliennes à amortir les oscillations angulaires et à contribuer à la stabilisation du réseau.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.86991 |
| Date | January 2010 |
| Creators | Martinez, Carlos |
| Contributors | Geza Joos (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Electrical and Computer Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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