Voltage Stability of Power Systems with Renewable-Energy Inverter-Based Generators: a review




Download 4.6 Mb.
Pdf ko'rish
bet6/26
Sana23.10.2023
Hajmi4.6 Mb.
#89984
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26
Bog'liq
electronics-10-00115-v3
3012107720, notification-file, application-file, 1669973412 (3), 1669120852, 1671794695, 1671786083, 1671606844, 1671627717, 6-Hhg2maExef6D4dssx4y3oBHURCKfsq, AgioGbFzDYdNWpPFYeiuNAhafTAYCWxy, 1, Axborot texnologiyalari va kommunikatsiyalarini rivojlantirish v-www.hozir.org, - Raspberry Pi for Beginners Revised Edition 2014 (2011)
Figure 2.
Control loops for grid-forming and grid-feeding converters [
49
].
Microgrids require primary and secondary voltage control when operating in the
islanded mode, while tertiary voltage control is also effective during their operation in the
grid-connected mode.
In grid-connected mode, the grid normally absorbs all the power generated by IC
in a microgrid. However, in the cases of grid loss, each inverter should receive, from a
supervisory controller, new settings of the output power suitable to the microgrid load.
However, slow-acting supervisory control may lead to significant DC link voltage rise
due to the excess of circulating power among the ICs during low load [
50
]. A voltage
support strategy for grid feeding converter with new coordination between the active
and reactive current injection considering the voltage level as well as the margin residue
is proposed in [
26
] to improve the dynamic voltage stability of the islanded microgrid.
Margin residue is introduced in this strategy to avoid any damage in the inverter due to
the over current flow more than the maximum current. Voltage stability within acceptable
limits can also be assured through proper design and implementation of ICs in an islanded
hybrid MG. Microgrid loadability during contingency can be balanced by interfacing with
an adjacent microgrid. In islanded AC–DC hybrid microgrids (HMG), the amount and
direction of power transfer is realized through a droop characteristic implemented by the
IC. The IC interfacing autonomous AC and DC subgrids always consider the loadability
of both subgrids by measuring the frequency of AC grid and voltage of DC grid. The
normalized frequency and normalized DC voltage are then utilized to determine the droop
characteristic of HMG [
41
,
51
]. In an islanded HMG, IC changes the operating role based on
power transfer direction. It is seen as a current source by heavily loaded subgrid or as a load
for lightly loaded subgrid. When operating in grid-forming mode or voltage-controlled
mode, ICs share the responsibility of maintaining the voltage with other DGs while if IC
cannot control the voltage at its AC terminal, it switches to the current-control mode to
operate in the grid supporting mode.
2.3. The Effect of Size and Duration of Disturbance
Another line of study for the microgrid voltage stability can be classified in terms
of size and duration of disturbances, and the physical nature of voltage instability [
52
].
There may be different factors leading to various forms of disturbances resulting in voltage
instability problems. Large disturbance voltage stability is concerned with the system’s
capability to regulate bus/feeder voltages following large and long-term contingencies
beyond the normal system design criteria like a large fault or a generation loss. Small distur-
bance voltage stability is related to minor system perturbations like demand changes [
23
].
As the size of a microgrid is very small compared to the power grid, a microgrid in grid-
connected mode operates like a controllable load/source. However, system dynamics have
to be controlled and fixed to a wide extent [
17
]. Long-term voltage instability can occur
in systems with heavy loads like islanded MPSM where there is a long electrical distance


Electronics 2021, 10, 115
7 of 27
between the generator and the load. Large disturbance stability analysis over the long
term necessitates the investigation of dynamic interactions of power line characteristics,
tap changing transformer operation, and load dynamics. On the other hand, small distur-
bance voltage stability analysis is investigated for the load dynamics and system control
methodology for governing V-Q sensitivity. A network with X

R is usually stable where
dQ
dV
is positive.
2.4. The Effect of Load Dynamics
Besides disturbances in the network, load dynamics affect the voltage instability. Load
dynamics depend upon several parameters such as the power factor or variation of active
and reactive power flows with voltage and frequency. Usually, a microgrid with a constant-
impedance static load has stable dynamics. Conversely, a microgrid with a constant-power
load (CPL) may become unstable due to incremental negative impedance, which may
result in the collapse of the load bus voltage. Many loads like motor drives or electronic
loads with closed-loop power electronic converters behave as CPLs. On the other hand,
the open-loop converter behaves like a resistive load [
53
]. During a small disturbance,
the load current increases to keep the constant power output and at the same time, the
load voltage will decrease. In case of an improper converter control, the load voltage may
drop to very small values close to zero and may lead to complete voltage collapse [
54
].
Fault-induced delayed voltage recovery (FIDVR) is also a factor in the voltage stability of
microgrids having high penetration of inductive loads. Induction motors under stalling
condition may absorb up to three times their nominal reactive power to re-magnetize. The
insufficient reactive power supply in such cases leads to system voltage instability. An
effective strategy to improve voltage stability in a microgrid with multi-induction motor
(MIM) loads was proposed by applying methods of superimposed starting strategy and
fast motor cutting strategy [
55
].
Even though load shedding is proposed in many cases to improve the dynamic
voltage stability, it is not a desirable solution in many cases. If the loads are supplied by
transformers with automatic under load tap-changing (ULTC), when the voltage decreases,
the tap-changer action will try to raise the load voltage. This effectively reduces the
impedance as seen from the system. This in turn can lower the voltage regulation and may
lead to a progressive reduction of the voltage, which in some conditions may eventually
move towards a voltage collapse.
For a constant sending-end voltage, a sudden reduction in the receiving-end load
lagging power factor (i.e., an increase in receiving-end load reactive power) can cause
the system to change from a stable operating condition to an unsatisfactory and possibly
unstable operating condition [
56
], as shown in the P-V curve in Figure
3
, with comparison
of the curve related to cos ϕ
=
1.0 with the curve related to cos ϕ
=
0.95 lag.
Electronics 202110, x FOR PEER REVIEW 
8 of 28 

Download 4.6 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26




Download 4.6 Mb.
Pdf ko'rish

Bosh sahifa
Aloqalar

    Bosh sahifa



Voltage Stability of Power Systems with Renewable-Energy Inverter-Based Generators: a review

Download 4.6 Mb.
Pdf ko'rish