BESS-STATCOM Based Control Scheme for Grid Connected Wind Energy System for Powe

BESS-STATCOM Based Control Scheme for Grid Connected Wind Energy System for Power Quality Improvement.



Assistant Professor Department. Of Electrical & Electronics Engineering Sri Venkatesa Perumal College of Engineering & Technology.


Injection of the wind power into an electric grid affects the power quality.

The influence of the wind turbine in the grid system concerning the power quality measurements are-the active power, reactive power, variation of voltage, flicker, harmonics, and electrical behavior of switching operation. In this proposed scheme BESS-STATCOM is connected at a point of common coupling to mitigate the power quality issues.

The effectiveness of BESS-STATCOM scheme relives the main supply source from the reactive power demand of the load and the induction generator.

The paper study demonstrates the power quality problem due to installation of wind turbine with the grid. The experimental setup for the grid connected WEGS for power quality improvement is simulated using MATLAB/SIMULINK.

Index Terms - Power quality, Wind energy generating system (WEGS). Battery Energy Storage System (BESS), Static Compensator (STATCOM).



To have sustainable growth and social progress, it is necessary to meet the energy need by utilizing the renewable energy sources like wind, biomass, hydro, co-generation etc.


The need to integrate the renewable energy like wind energy into power system is to make it possible to minimize the environmental impact on conventional plant.

The integration of wind energy into existing power system presents a technical challenges and that requires consideration of voltage regulation, stability, power quality problems.



The issue of power quality is of great importance to the wind turbine.

There has been an extensive growth and quick development in the exploitation of wind energy in recent years. The individual units can be of large capacity up to 2 MW, feeding into distribution network, particularly with customers connected in close proximity.

In the fixed-speed wind turbine operation, all the fluctuation in the wind speed are transmitted as fluctuations in the mechanical torque, electrical power on the grid and leads to large voltage fluctuations. The power quality issues can be viewed with respect to the wind generation, transmission and distribution network, such as voltage sag, swells, flickers, harmonics etc.


PG Student Department. Of Electrical & Electronics Engineering Sri Venkatesa Perumal College of Engineering & Technology.

distribution network. One of the simple methods of running a wind generating system is to use the induction generator connected directly to the grid system. The induction generator has inherent advantages of cost effectiveness and robustness.

However; induction generators require reactive power for magnetization. When the generated active power of an induction generator is varied due to wind, absorbed reactive power and terminal voltage of an induction generator can be significantly affected. In the event of increasing grid disturbance, a battery energy storage system for wind energy generating system is generally required to compensate the fluctuation generated by wind turbine.

The proposed BESS-STATCOM control scheme for grid connected wind energy generation for power quality improvement has following objectives.

• Unity power factor at the source side.

• Reactive power support only from STATCOM to wind Generator and Load.

• Simple bang-bang controller for STATCOM to achieve fast dynamic response.

Today in wind turbine generating system pulse controlled inverters are used. Due to the improvement in switching techniques, the voltage and current at the point of common connection can be made in sinusoidal form and at unity power factor so as to improve the power quality at PCC.


Voltage Variation

The voltage variation issue results from the wind velocity and generator torque. The voltage variation is directly related to real and reactive power variations. The voltage variation is commonly classified as under:

Voltage Sag/Voltage Dips.

Voltage Swells.

Short Interruptions.

Long duration voltage variation.


The voltage flicker issue describes dynamic variations in the network caused by wind turbine or by varying loads. Thus the power fluctuation from wind turbine occurs during continuous operation.

The amplitude of voltage fluctuation depends on grid strength, network impedance, and phase-angle and power factor of the wind turbines. It is defined as a fluctuation of voltage in a frequency 10–35 Hz.

M.CHIRANJEEVI, O.VENKATANATHA REDDY / International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA)


The harmonic results due to the operation of power electronic converters. The harmonic voltage and current should be limited to the acceptable level at the point of wind turbine connection to the network.

To ensure the harmonic voltage within limit, each source of harmonic current can allow only a limited contribution. The rapid switching gives a large reduction in lower order harmonic current com- pared to the line commutated converter, but the output current will have high frequency current and can be easily filter out.

The harmonic distortion is assessed for variable speed turbine with a electronic power converter at the point of common connection [9].

The  total  harmonic  voltage  distortion  of

voltage is given as in(1)


Where Vn  is the nth harmonic voltage and V 1  is the

fundamental frequency (50) Hz. The THD limit for 132 KV is <3 %.THD of current ITHD is given as in(2)


Where Inis the nth harmonic current and I1 is the fundamental frequency (50) Hz. The THD of current a nd limit for 132 KV is <2.5%.

Reactive Power

Traditional wind turbine is equipped with induction  generator.

Induction Generator is preferred because they are  inexpensive, rugged and requires little maintenance.

Unfortunately induction generators  require reactive power from the grid to operate.

The interactions between wind turbine and power system network are important aspect of wind generation system.

When wind turbine is equipped with an induction generator and fixed capacitor are used for reactive compensation then the risk of self excitation may occur during off grid operation.

Thus the sensitive equipments may be subjected to over/under voltage, over/under frequency operation and other  disadvantage of safety aspect.

The  effective control of reactive power can improve the power quality and stabilize the grid.

The suggested control technique is capable of controlling reactive power to zero value at point of common connection (PCC).

D. Wind Turbine Location in Power System

The way of connecting the wind generating system into the power system highly influences the power quality. Thus the operation and its influence on power system depend on the structure of the adjoining power network.

E. Self Excitation of Wind Turbine Generating system

The self excitation of wind turbine generating system (WTGS) with an asynchronous generator takes place after disconnection of wind turbine generating system (WTGS) with local load. The risk of self excitation arises especially when  WTGS is equipped with compensating capacitor.

The capacitor connected to induction generator provides reactive power compensation. However the voltage and frequency are determined by the balancing of the system.

The disadvantages  of self excitation are the  safety aspect and balance between real and reactive power[5].


The STATCOM based current control voltage source inverter  injects the current into the grid in such a way that the source current are harmonic free and their phase  angle with respect to  source voltage has a desired value.

The injected current will cancel out the reactive part and harmonic part of the load and  induction generator current, thus it improves the power factor and the power quality.


fig-Grid connected system for power quality improvement.

The grid connected system in Fig. 1, consists of wind energygeneration system and BESS-STATCOM.

  1. Wind Energy Generating Systems

Wind generations are based on constant speed topologies with pitch control turbine.

The induction generator is used in the proposed scheme because of its simplicity, it does not require a separate field circuit, it can accept constant and variable loads, and has natural protection against short circuit.


The available power of wind energy system is presented as under in(3).



Where (kg/m ) is the air density and A (m ) is the area sweptout by turbine blade, V Wind s the wind speed in mtr/s.

It is not possible to extract all kinetic energy of wind, thus it extract a fraction of power in wind, called power coefficient Cp of thewind turbine.


The mechanical power produce by wind turbine is given in (4).

Where R is the radius of the blade (m).




The  BESS  is used as an energy storage element for the purpose of voltage regulation.

It  will naturally maintain dc capacitor voltage constant and is best suited in STATCOM since it rapidly injects or absorbed reactive power to stabilize the grid system.

lso controls  the distribution and transmission system in a very fast rate. When power fluctuation occurs in the system, the BESS can be used to level the power fluctuation by charging and discharging  operation.

The battery is connected in parallel to the dc capacitor of STATCOM [10]–[14].

The STATCOM is a three-phase voltage source inverter having the capacitance on its DC link and connected at the point of common coupling.

The STATCOM injects a compensating current of variable magnitude and frequency component at the bus of common coupling.

                                                                                                                          C. System Operation

The BESS-STATCOM with the interface of the induction generator and non-linear load at the PCC in the grid system.

The STATCOM compensator output is varied according to the controlled strategy, so as to maintain the power quality.


Fig. 2. System operational scheme in grid system


Fig. 3. Control system scheme.

Norms in the grid system.

The current control strategy is included in the control scheme that defines the functional operation of the STATCOM compensator in the power system.

A single STATCOM using IGBT is connected to have a reactive power support, to the induction generator and to the nonlinear load in the grid system.


The main block diagram of the system operational scheme is shown in Fig. 2.

STATCOM is shown in Fig. 3.


IV عملکرد سیستم

The proposed control scheme is simulated using MATLAB/SIMULINK. The system parameter for given system is given Table


                                                                A. Voltage Source Current Control—Inverter Operation


The three phase injected current into the grid from STATCOM will cancel out the distortion caused by the nonlinear load and wind generator.

The IGBT based three-phase inverter is connected to grid through the transformer. The generation of switching signals from reference current is simulated within hysteresis band of 0.08.

The choice of narrow hysteresis band switching in the system improves the current quality.

The compensated current for the nonlinear load and demanded reactive power is provided by the inverter.

The real power transfer from the batteries is also supported by the controller of this inverter.

The three phase inverter injected current are shown in Fig. 4


Fig. 4. Three phase injected inverter Current.

                                                               B. BESS-STATCOM performance under load variations


The wind energy generating system is connected with grid having the nonlinear load.

= The performance of the system is measured by switching the STATCOM at time t=0.7 s in the system and how the STATCOM responds to the step change command for increase in additional load at 1.0 s is shown in the simulation.

When STATCOM controller is made ON, without change in any other load condition parameters, it starts to mitigate for reactive demand as well as harmonic current.

The dynamic performance is also carried out by step change in a load, when applied at 1.0 s.

This additional demand is fulfill by STATCOM compensator.

Thus, STATCOM can regulate the available real power from source. The result of source current, load current are shown in Fig.

While the result of injected current from STATCOM is shown in Fig.

5(c) and the generated current from wind generator at PCC are depicted in Fig 5 (d)



Fig. 5. (a) Source Current. (b) Load Current. (c) Inverter Injected Current. (d) Induction generator current.

C. Power Quality Improvement

It is observed that the source current on the grid is affected due to the effects of nonlinear load and wind generator, thus purity of waveform may be lost on both sides in the system.

                                                                The dynamic load does affect the inverter output voltage.

                                                                                                                                                 Thesource current with and without STATCOM operation is shown in Fig.


This shows that the unity power factor is maintained for the source power when the STATCOM is in operation.

The current waveform before and after the STATCOM operation is analyzed.

The Fourier analysis of this waveform is expressed and the THD of this source current at PCC without STATCOM is 4.71%.The power quality improvement is observed at point of common coupling, when the controller is in ON condition.

The STATCOM is placed in the operation at 0.7 s. The THD has been improved considerably and within the norms of the standard.

The above tests with proposed scheme has not only power quality improvement feature but it also has sustain capability to support the load with the energy storage through the batterie





BESS-STATCOM  بر اساس طرح کنترل برای شبکه متصل سیستم انرژی باد برای بهبود کیفیت قدرت.


استادیار گروه.برق و الکترونیک مهندسی سری Venkatesa Perumal کالج مهندسی و تکنولوژی.


تزریق به شبکه برق از نیروی باد بر کیفیت توان.

نفوذ از توربین های بادی در سیستم شبکه مربوط به اندازه گیری کیفیت توان، توان اکتیو، توان راکتیو، تغییرات ولتاژ، فلیکر، هارمونیک، و رفتار الکتریکی عمل سوئیچینگ می باشد.در این طرح پیشنهادی بس STATCOM در نقطه اتصال مشترک متصل به کاهش مسائل مربوط به کیفیت توان یکپارچه برای حفظ منبع قدرت واقعی تحت نیروی باد نوسان است.

اثربخشی از BESS-STATCOM طرح relives، منبع اصلی از تقاضای توان راکتیو بار و ژنراتور القاء.

مطالعه مقاله نشان می دهد که مشکل کیفیت توان با توجه به نصب و راه اندازی توربین های بادی با شبکه. از نصب آزمایشی برای شبکه WEGS متصل برای بهبود کیفیت توان با استفاده از نرم افزار MATLAB / SIMULINK شبیه سازی شده است.


صفحه اصلی قوانین - کیفیت، باد سیستم تولید انرژی برق (WEGS). سیستم ذخیره سازی انرژی باتری (BESS)، جبرانساز استاتیک (STATCOM).


برای رشد پایدار و پیشرفت اجتماعی، لازم است برای پاسخگویی به نیاز انرژی با استفاده از منابع انرژی تجدید پذیر مانند باد، زیست توده، آبی، نسل شرکت و غیره.


نیاز به یکپارچه سازی انرژی تجدید پذیر مانند انرژی باد را به سیستم قدرت به آن را ممکن است برای به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی در گیاه معمولی.



ادغام از انرژی باد را به سیستم قدرت موجود ارائه چالش های فنی و که نیاز به در نظر گرفتن مقررات ولتاژ، ثبات، مشکلات کیفیت توان.

مسئله کیفیت برق می باشد از اهمیت زیادی برای توربین بادی می باشد.

بوده است رشد گسترده و توسعه سریع در بهره برداری از انرژی باد در سال های اخیر وجود دارد. واحد های فردی می تواند از ظرفیت های بزرگ تا 2 مگاوات، تغذیه به شبکه توزیع، به ویژه با مشتریان ارتباط در مجاورت نزدیک.

در توربین بادی سرعت ثابت عمل، همه نوسانات در سرعت باد به عنوان نوسانات در گشتاور مکانیکی، برق بر روی شبکه منتقل می شود و منجر به نوسانات ولتاژ بزرگ.مسائل مربوط به کیفیت توان را می توان با توجه به نسل باد، انتقال و شبکه توزیع، از جمله افت ولتاژ، متورم، لرزان هارمونیک و غیره مشاهده.

PG گروه دانشجویی.برق و الکترونیک مهندسی سری Venkatesa Perumal کالج مهندسی و تکنولوژی.

شبکه توزیع. یکی از روش های ساده از سیستم مولد باد در حال اجرا است که به استفاده از ژنراتور القایی به طور مستقیم به سیستم شبکه متصل است.ژنراتور القایی دارای مزیت های ذاتی اثربخشی هزینه و نیرومندی.

با این حال، ژنراتور القایی نیاز به توان راکتیو برای مغناطیسی. هنگامی که قدرت فعال تولید از یک ژنراتور القایی به علت باد، جذب توان راکتیو و ولتاژ ترمینال ژنراتور القایی متفاوت را می توان به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار می گیرد. در صورت افزایش اختلال در شبکه، سیستم ذخیره انرژی باتری برای سیستم تولید انرژی باد است به طور کلی مورد نیاز برای جبران نوسانات تولید شده توسط توربین های بادی است.

طرح پیشنهادی کنترل BESS-STATCOM در شبکه متصل شده تولید انرژی باد برای بهبود کیفیت توان تا به اهداف زیر است.

  • ضریب قدرت هماهنگی در سمت منبع است.
  • پشتیبانی توان راکتیو تنها از STATCOM به ژنراتور باد و بار
  • کنترل ساده بنگ بنگ برای STATCOM برای رسیدن به پاسخ دینامیکی سریع.

امروز در توربین بادی تولید سیستم پالس اینورتر کنترل شده استفاده می شود. با توجه به بهبود در تکنیک های سوئیچینگ ولتاژ و جریان در نقطه اتصال مشترک را می توان در شکل سینوسی و در وحدت عامل قدرت ساخته شده است تا که به بهبود کیفیت توان در PCC.

مسائل مربوط به کیفیت توان


نتایج: از شماره ولتاژ مسئله تنوع از سرعت باد و گشتاور ژنراتور. تنوع ولتاژ به طور مستقیم مربوط به تغییرات توان اکتیو و راکتیو است. تغییرات ولتاژ است که معمولا تحت عنوان طبقه بندی می شود:

ولتاژ افت.

وقفه های کوتاه.

متورم ولتاژ.

تنوع ولتاژ مدت زمان طولانی.

موضوع سوسو زدن ولتاژ توصیف تغییرات پویا در شبکه ناشی از توربین های بادی و یا با بارهای متفاوت است. بنابراین نوسان برق از توربین های بادی را در طی عملیات مداوم رخ می دهد.

دامنه نوسانات ولتاژ بستگی به قدرت شبکه، امپدانس شبکه، و زاویه فاز و ضریب توان از توربین های بادی است.آن را به عنوان نوسان ولتاژ در فرکانس 10-35 هرتز تعریف شده است.

M.CHIRANJEEVI، O.VENKATANATHA ردی / مجله بین المللی تحقیقات و برنامه های کاربردی مهندسی (IJERA)



نتایج هارمونیک با توجه به عملکرد مبدلهای الکترونیک قدرت. ولتاژ هارمونیک و در حال حاضر باید به سطح قابل قبول در نقطه اتصال به توربین بادی به شبکه محدود است.

برای اطمینان از ولتاژ هارمونیک در حد، هر منبع جریان هارمونیکی می تواند تنها مشارکت محدود اجازه می دهد.تعویض سریع می دهد کاهش زیادی در پایین نظم هارمونیک در حال حاضر در مقایسه به خط مبدل commutated، اما جریان خروجی فرکانس بالا جاری خواهد داشت و می تواند به راحتی فیلتر کردن.

اعوجاج هارمونیکی برای توربین های سرعت متغیر با مبدل قدرت الکترونیکی در نقطه اتصال مشترک ارزیابی شده است.

کل اعوجاج ولتاژ هارمونیک ولتاژ در


از کجا VN ولتاژ هارمونیک n ام است و V 1 است فرکانس اساسی (50) هرتز. حد THD برای 132 Kz<3% است جریان من است که وارد داده می شود.


از کجا INIS جریان هارمونیک n ام و I1 اساسی است فرکانس (50) هرتز.THD جریان محدودیت دوم برای 132 KV کمتر از 2.5٪ است.

توان راکتیو

توربین های بادی سنتی با ژنراتور القایی مجهز شده است.

ژنراتور القایی ترجیح داده است زیرا آنها ارزان، ناهموار هستند و نیاز به تعمیر و نگهداری کمی است.

متاسفانه ژنراتور القایی نیاز به توان راکتیو از شبکه به کار گیرند.

تعامل بین توربین های بادی و شبکه سیستم قدرت از جنبه های مهم سیستم تولید باد.

هنگامی که توربین بادی با ژنراتور القایی و خازن ثابت مجهز برای جبران راکتیو استفاده می شود و سپس خطر ابتلا به تحریک خود ممکن است در خارج از عملیات شبکه رخ می دهد.

بنابراین تجهیزات حساس ممکن است به بیش از / تحت ولتاژ قرار، بیش از / تحت عمل فرکانس و نقطه ضعف دیگر از جنبه های ایمنی.

کنترل موثر از توان راکتیو می توانید کیفیت قدرت را بهبود بخشد و ایجاد ثبات در شبکه.

روش کنترل پیشنهاد شده است قادر به کنترل واکنشیقدرت را به مقدار صفر در نقطه اتصال مشترک

( (PCC.

محل توربین بادی در سیستم قدرت

راه اتصال سیستم مولد باد به سیستم قدرت بسیار تحت تاثیر کیفیت توان.بنابراین عمل و نفوذ آن در سیستم قدرت در ساختار شبکه قدرت مجاور بستگی دارد.

تحریک خود سیستم تولید توربین باد

تحریک خود به سیستم توربین بادی مولد (WTGS) با ژنراتور آسنکرون می گیرد پس از: قطع سیستم مولد باد توربین (WTGS) زمانی که WTGS با خازن جبران مجهز شده است.

خازن متصل به ژنراتور القاء واکنش فراهم می کندجبران قدرت. با این حال ولتاژ و فرکانس می باشدتعیین شده ب

/ 1 نظر / 50 بازدید

ترجمه نکردی / رییییییییییییییدی