Wind farms integration into power system with improved location and stability problem solving

Abstract

This article investigates as a consistent supply to satisfy rising world energy consumption, wind energy is becoming more and more important. Correct evaluation of the stability and performance of wind induction generators inside power systems remains difficult, particularly in regard to ensuring compliance with grid rules and best location. Goal. To evaluate and compare the dynamic behavior and grid compatibility of the squirrel cage induction generator (SCIG) and the doubly fed induction generator (DFIG) wind generators in various locations within the IEEE 14 bus network, and to determine the improved generator type and location. Methodology. The investigation adopts the small signal stability analysis for modeling the wind induction turbines due to its capability to assess system stability, controllability and observability. The IEEE 14 bus distribution network is modeled with wind generators interconnected at buses 10 through 14. Several parameters are analyzed under different operating conditions, including voltage, rotor angle, active power, reactive power and frequency. Results. DFIG exhibits superior performance across all analyzed parameters, particularly in maintaining grid stability and meeting grid code requirements. Bus 13 was identified as the improved integration point for wind farms using DFIG technology. Scientific novelty. The study offers a structured comparison of SCIG and DFIG using state space modeling rarely applied in a direct bus by bus comparative study within a standard distribution network. Practical value. The results help system planners choose the right wind turbine type and location, which promotes a more reliable and effective integration of renewable energy sources into power networks.

У статті розглядається вітряна енергія як джерело безперебійного живлення для задоволення світового споживання енергії, що зростає, і її роль у цьому процесі. Коректна оцінка стабільності та продуктивності вітрогенераторів в енергосистемах залишається складним завданням, особливо з точки зору забезпечення відповідності вимогам електромережі та вибору оптимального розташування. Мета. Оцінка та порівняння динамічної поведінки і мережевої сумісності вітрогенераторів з короткозамкненим ротором (SCIG) та асинхронним генератором з подвійним живленням (DFIG) у різних місцях мережі IEEE 14, а також визначення покращеного типу та міста розташування генератора. Методологія. У дослідженні для моделювання вітрогенераторів використовується аналіз стійкості при малих сигналах завдяки його здатності оцінювати стійкість, керованість та спостережливість системи. Розподільна мережа IEEE 14 моделюється з вітрогенераторами, з’єднаними між собою на шинах 10-14. Аналізуються різні параметри за різних робочих умов, включаючи напругу, кут ротора, активну потужність, реактивну потужність та частоту. Результати. DFIG демонструє кращі характеристики за всіма проаналізованими параметрами, особливо щодо підтримки стабільності мережі та відповідності вимогам мережевого кодексу. Шина 13 була визначена як покращена точка інтеграції для вітропарків, які використовують DFIG. Наукова новизна. Дослідження пропонує структуроване порівняння SCIG та DFIG з використанням моделювання простору станів, що рідко застосовується при прямому порівняльному дослідженні шин у стандартній розподільній мережі. Практична значимість. Результати допомагають системним планувальникам вибрати правильний тип та місцезнаходження вітрогенератора, що сприяє більш надійній та ефективній інтеграції відновлюваних джерел енергії в енергомережі.