Aim: The aim of this practical is to evaluate the characteristics of a DFIG based wind power plant  connected to  the  grid  through  a  transformer  and  a  distribution  line  using standard MATLAB/SIMULINK blocks given in Simscape.

Objectives: Familiarise with modification/extension of MATLAB Simulink models

Develop the model of a realistic wind power plant feeding power to a grid

Investigate the system responses to change in wind speed

Background: Background and theory related to this practical have been covered in Practical - 1. In this practical, you will be modifying the Simulink model developed in Practical - 1 to represent a more realistic model of a wind generating system .

Description: Fig.1 illustrates the single line diagram of the wind power plant and the utility grid considered for this practical. Fig. 2 illustrates the corresponding Simulink model block diagram. The procedure for developing the block diagram (or modifying the diagram of practical 1) is given in the following.

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

Fig.2 Model block diagram in Simulink

Instructions:

1.    Open MATLAB from ‘Start’ menu.

2.    Select ‘Open’ → Open the Simulink model saved from Practical 01.

3.    Select ‘File’ → Save as → Save the Simulink file with a different name.

4.    Click ‘Simulink Library’ icon  in the tool bar to get the window of the Simulink library.

5.    Search for the following blocks and drag & drop them into your Simulink file.

•    Three-phase PI section line, Three-phase transformer (two winding), Three-phase V-I measurement, scope, Abs, Step, Sum

6.    Delete only the lines connecting the ‘Three-Phase Source’ and the ‘Three-Phase Series RLC load’ .  Insert the  new elements and connect all as in  Fig.2.  Right click on Three-phase V-I measurement block and select ‘flip’ to get required configuration.

7.    Choose the solver: Click on the ‘Variable step auto’ (bottom right corner) → Settings → Solver → ode 45 (Dormand-Prince).

8.    Double click on the ‘Three-phase Source’ and enter the following parameters:

•    Phase-to-phase rms voltage -11 kV, Frequency - 60Hz, Phase angle - 0, 3-phase short circuit level - 100 MVA, X/R ratio – 7, Base voltage – 11 kV.

9.    Double click on the ‘Three-phase PI section line’ and enter the following parameters:

•    Line length  - 10 km

10. Double click on the ‘ Transformer’ and enter the following parameters:

•    In the ‘Configuration’ tab → winding 1 ‘Yg’ and winding 2 ‘Delta (D1) ‘

•    In the ‘Parameters’ tab → Nominal power - 2.0 MVA, frequency - 60 Hz, Winding 1 parameters  -  [11e3,  0.002,  0.08],  Winding  2  parameters  -  [575,  0.002,  0.08], Magnetizing resistance - 500, Magnetizing inductance - 500

11. Double click on the ‘Three-phase load’ block and enter the following parameters :

•    In the ‘Parameters’ tab → Nominal phase-to-phase voltage - 575 V, configuration - Y (grounded), frequency - 60  Hz, active  power -   100  kW,  Inductive and capacitive reactive power - 0

•    In the ‘Load flow’ tab → load type ‘Constant Z’

12. Double click on the ‘Wind Turbine’ model and enter the following parameters:

•    Select the  ‘Generator’ option  → Nominal  power,  line-to-line voltage, frequency - [1.5e6/0.9 575 60], Stator -  [ 0.00706 0.171],  rotor -  [ 0.005 0.156],  Magnetizing inductance - 2.9, Inertia constant, friction factor, and pairs of poles - [5.04 0.01 3], Initial conditions - [0.2 0 0 0 0 0]

•    Select the ‘Turbine’ option → Nominal wind turbine mechanical output power - 1.5e6, Tracking characteristic speeds- [0.7 0.71 1.2 1.21], Power at point C - 0.73, Wind speed at point C - 12, Pitch angle controller gain - 500, Maximum pitch angle - 45, Maximum rate of change of pitch angle -2

•    Click  on  the  ‘Display  wind  turbine  characteristics’  and  obtain  the  wind  turbine characteristics.

•    Save the figure.

13. Remove the ‘Step’ block connected to the ‘Wind’ input of the DFIG model. Connect the ‘Sum’ block and other ‘Step’ blocks as in Fig. 2.

14. Double click on the ‘Sum’ block and in the ‘List of signs’ enter |++++

15. In order to obtain the step variation of wind speed connect four different step blocks to the summation block as illustrated in Fig. 2 and enter the following parameters:

16. Right click the ‘Bus creator’ → Block parameter → Set no. of inputs to ‘7’ .

17. Right click on the ‘Bus selector’ → Block parameter → Select P (pu), Q (pu), pitch angle, Tm, wr → Click ‘OK’ . Connect the signals from the ‘ Bus selector’ to the ‘Bus creator’

18. Double click on the scope and click the ‘Parameter’ icon  on the tool bar of the scope → Select the ‘Logging’ tab → untick the box for ‘Limit data points to last’ →Click ‘OK’ . Do this change on all the scopes.

19. Set the ‘Simulation Stop Time’ in the tool bar to ‘500‘ as follows:

20. Run the simulation by clicking on the ‘Run’ icon in the tool bar.

21. 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.