The aim of this practical is to evaluate the effect of a DFIG based wind farm on power system stability using standard MATLAB/Simulink blocks given in SimPowerSystems.

Objectives:

Familiarise with multi-machine power systems in MATLAB Simulink.

Evaluate the effect of wind farm on power system stability after a generator outage. Evaluate the effect of wind speed variation on power system stability.

Background:

Power system stability refers to the ability of a power system to return back to its steady state when subjected to a disturbance.

Description:    Fig. 1 illustrates the single line diagram of the wind power plant and the two-area power

system considered for this practical.

Power system description: The system comprises two similar areas connected by a weak tie. Each area consists of two generators, each having a rating of 900 MVA and 20 kV. Each generator is connected to the grid through a 20/230 kV power transformer. The system has the fundamental frequency 60 Hz and the total nominal load of the system is recognized as 2734 MW with the generation level of 2819 MW. This system is operating with 413 MW power exporting from area-I to area-II.

Area I

T5

400 MW

Area

II

Fig. 1 Single-line diagram of the wind power plant and the grid.

(a)

(b)

(c)

Fig.2 Block diagram model in Simulink, (a) wind power plant connected to the power system, (b) Area 1 of power system, (c) Area 2 of

power system.

Instructions:

Section 1:

Fig. 2 illustrates the corresponding Simulink model block diagram and the procedure for developing the block diagram is given in the instructions.

1.    Open MATLAB from “Start” menu.

2.    Select “Open” → Open the Simulink model “Practical03” .

3.    In order to analyse the stability of power system without wind farm:

•    Double click on the “Constant” block connected to the “Trip” in the wind turbine model → set the constant to “0” .

4.    Set the “Simulation Stop Time” in the tool bar to “60” as follows:

5.    Run the simulation by clicking on the “Run” icon in the tool bar.

6.    Double click on scopes 7,8,9,10 and observe the rotor speed (w), voltage terminal (Vt) and active power (Pe) variations of generator 4, and transfer power (Pt) variation after disturbance in area 2. Click the “Auto scale” icon  on the scope toolbar to view the full simulation.

7.    To open the Workspace browser if it is not currently visible, do either of the following:

•    Type workspace at the Command Window prompt.

•    The variables observed from the step 6 are saved in the “Sout” matrix.

•    Type the following command in the command window and press “Enter”: plot(Sout( :,1),Sout(:, 2))

•    The x-axis of the graph denotes the time variable while the y-axis represents the second output coming from the generator 4 model.

•    In order to add labels to the x-axis and y-axis and a title, select “Insert” in the graph and select the appropriate labels and title. Then type the label names and the title.

8.    Similarly, plot the following outputs in separate figures and save all the figure files. Submit the graphs in a report.

•    Time vs Rotor Speed (w), Time vs Voltage Terminal (Vt), Time vs Active Power (Pe), Time vs Transfer Power (Pt).

Section 2:        9.    In order to analyse the power system stability in the presence of wind farm:

•    Double click on the “Constant” block connected to the “Trip” in the wind turbine model → set the constant to “0” .

10.  Set the “Simulation Stop Time” in the tool bar to “200” as follows:

11.  Run the simulation by clicking on the “Run” icon in the tool bar.

12.  Double click on all the scopes and observe the parameter variations. Click the “Auto scale” icon  on the scope toolbar to view the full simulation.

13.  To open the Workspace browser if it is not currently visible, do either of the following:

•    Type workspace at the Command Window prompt.

•    The variables observed from the step 6 are saved in the “Sout” matrix and the variables selected from the DFIG (P(pu), Q(pu), pitch angle, Tm, wr) are saved in the “yout” matrix..

•    Type the following command in the command window and press “Enter”: plot(Sout( :,1),Sout(:, 2))

plot(yout( :,1),yout(:, 2))

•    The x-axis of the graph denotes the time variable while the y-axis represents the second output coming from the generator 4 model.

•    In order to add labels to the x-axis and y-axis and a title, select “Insert” in the graph and select the appropriate labels and title. Then type the label names and the title.

14.  Similarly, plot the following outputs in separate figures and save all the figure files. Submit the graphs in a report.

•    Generator 4: Time vs Rotor Speed (w), Time vs Voltage Terminal (Vt), Time vs Active Power (Pe), Time vs Transfer Power (Pt).

•    Wind Farm: Time vs Active power, Time vs Reactive power, Time vs Wind speed, Time vs  Pitch  angle, Time vs  Rotor speed, Time vs  Mechanical Torque.

Section 3:        15.In order to analyse the power system stability after a drop in wind speed, Double click

on the “Step” block connected to the “Wind” in the wind turbine model and set the following parameters:

•     Step time - 50, Initial value - 12, Final value – 8.

16.  Set the “Simulation Stop Time” in the tool bar to “100” as follows:

17.  Run the simulation by clicking on the “Run” icon in the tool bar.

18.  Double click on all the scopes and observe the parameter variations. Click the “Auto scale” icon  on the scope toolbar to view the full simulation.

19.  To open the Workspace browser if it is not currently visible, do either of the following:

•    Type workspace at the Command Window prompt.

•    The variables observed from the step 6 are saved in the “Sout” matrix and the variables selected from the DFIG (P(pu), Q(pu), pitch angle, Tm, wr) are saved in the “yout” matrix..

•    Type the following command in the command window and press “Enter”: plot(Sout( :,1),Sout(:, 2))

plot(yout( :,1),yout(:, 2))

•    The x-axis of the graph denotes the time variable while the y-axis represents the second output coming from the generator 4 model.

•    In order to add labels to the x-axis and y-axis and a title, select “Insert” in the graph and select the appropriate labels and title. Then type the label names and the title.

20.  Similarly, plot the following outputs in separate figures and save all the figure files. Submit the graphs in a report.

•    Generator 4: Time vs Rotor Speed (w), Time vs Voltage Terminal (Vt), Time vs Active Power (Pe), Time vs Transfer Power (Pt).

•    Wind Farm: Time vs Active power, Time vs Reactive power, Time vs Wind  speed,  Time  vs  Pitch  angle,  Time  vs  Rotor  speed,  Time  vs Mechanical Torque.