Thesis:

Weak-grid impact on reserve deliverability of DFIG-based wind power plants

Weak-grid conditions may limit the active-power transfer capability of wind power plants based on doubly-fed induction generators (DFIGs), reducing the reserve effectively delivered at the point of common coupling (PCC). Although deloaded operation creates an active-power margin for participation in frequency-control services, this theoretical reserve does not necessarily coincide with the additional power that can be transferred to the grid when converter-current limits and grid strength are considered. This work analyzes the effect of the short-circuit ratio (SCR) on the reserve-delivery capability of a DFIG-based wind power plant. The power system, wind power plant, and associated control systems were implemented in RSCAD and simulated using a Real-Time Digital Simulator (RTDS), considering different SCR values, wind speeds, deloading levels, and operating regions. Overspeed-based operation was included as a qualitative reference, whereas the quantitative assessment focused on pitch-regulated operating cases. The simulations were used to determine the theoretical reserve, the average effective reserve delivered during the first 8 s, and the delivered reserve ratio ηR,8s. The results show that reserve deliverability depends on both grid strength and the turbine operating point. As the SCR decreases, PCC-voltage variations and rotor-side converter (RSC) current demand increase, reducing the current margin available for active-power injection. When the converter-current limit is reached, part of the released mechanical power cannot be transferred to the PCC and instead(...).

Las condiciones de red débil pueden limitar la capacidad de transferencia de potencia activa de plantas eólicas basadas en generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG), reduciendo la reserva efectivamente entregada en el punto de conexión común (PCC). Aunque la operación con reducción de potencia permite crear un margen para participar en servicios de control de frecuencia, esta reserva teórica no necesariamente coincide con la potencia adicional que puede ser transferida a la red cuando se consideran los límites de corriente de los convertidores y la fortaleza del sistema. En este trabajo se analiza el efecto de la relación de cortocircuito (SCR) sobre la capacidad de entrega de reserva de una planta eólica DFIG. El sistema eléctrico, la planta eólica y sus controles fueron implementados en RSCAD y simulados mediante un Real-Time Digital Simulator (RTDS), considerando distintos valores de SCR, velocidades de viento, niveles de reducción de potencia (deloading) y regiones de operación. La operación basada en sobrevelocidad se incluyó como referencia cualitativa, mientras que la evaluación cuantitativa se concentró en los casos regulados mediante control del ángulo de paso. A partir de las simulaciones se determinaron la reserva teórica, la reserva efectiva promedio entregada durante los primeros 8 s y la razón de reserva entregada ηR,8s. Los resultados muestran que la capacidad de entrega de reserva depende de la fortaleza de red y del punto de operación de la turbina. Al disminuir el SCR, aumentan las variaciones de tensión en el PCC y la corriente demandada por el convertidor del lado del rotor, reduciendo el margen disponible para la inyección de potencia activa. Cuando se alcanza el límite de corriente, parte de la potencia mecánica liberada no puede ser transferida al PCC y produce(...).