Graphic summary
  • Show / hide key
  • Information


Scientific and technological production
  •  

1 to 50 of 223 results
  • Digital control of a power conditioner for fuel cell/super-capacitor hybrid system

     Trujillo Caballero, Juan Carlos; Gomis Bellmunt, Oriol; Montesinos Miracle, Daniel; Posada Gómez, Rubén; Pouresmaeil, Edris; Aquino Robles, Jose A.
    Electric power components and systems
    Date of publication: 2014-01-25
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    This article proposes a digital control scheme to operate a proton exchange membrane fuel cell module of 1.2 kW and a super-capacitor through a DC/DC hybrid converter. A fuel cell has been proposed as a primary source of energy, and a super-capacitor has been proposed as an auxiliary source of energy. Experimental validation of the system implemented in the laboratory is provided. Several tests have been performed to verify that the system achieves excellent output voltage (V-0) regulation and super-capacitor voltage (V-SC) control under disturbances from fuel cell power (P-FC) and output power (P-0) as well as other perturbations described in analysis results.

  • Technical and economic assessment of offshore wind power plants based on variable frequency operation of clusters with a single power converter

     de Prada Gil, Mikel; Gomis Bellmunt, Oriol; Sumper, Andreas
    Applied energy
    Date of publication: 2014-07-15
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    The aim of this paper is to analyse, from the technical and economic point of view, the suitability of a proposed Offshore Wind Power Plant (OWPP) scheme based on removing the individual power converters of each wind turbine and connecting a turbine cluster (or an entire WPP) to a single large power converter (SLPC), by means of a centralised control. This proposed concept is specially worthwhile for HVDC interfaced offshore or remote WPPs where a common power converter (LCC or VSC) is required at the connection point of the wind farms. According to this approach, two WPP topologies are studied depending on whether the SLPC operates at variable or constant frequency (SLPC-VF or SLPC-CF). A detailed methodology to assess any WPP layout under any wind condition is presented and applied to a case study. In order to obtain accurate results, a wake model considering single, partial and multiple wakes within a WPP is considered. The implemented algorithm takes into account the steady-state and maintenance (preventive and corrective) energy losses, as well as investment and operation and maintenance (O&M) costs, to provide a precise technical and economic assessment of each WPP topology analysed. Due to the uncertainty of certain parameters, a sensitivity analysis varying the cost and efficiency of the individual power converters of each wind turbine, as well as the main economic indicators, has been performed. The results obtained suggests a good potential for the SLPC-VF scheme achieving a total cost saving of up to 6% compared to the conventional WPP topology, based on individual power converters connected to each turbine. Likewise, the effectiveness of implementing an optimum electrical frequency calculation algorithm for variable frequency operation within the WPP is demonstrated as a greater economic benefit can be realised for SLPC-VF instead of SLPC-CF scheme. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  • Control of a wind turbine cluster based on squirrel cage induction generators connected to a single VSC power converter

     Egea Alvarez, Agusti; Junyent Ferré, Adrià; Bergas Jane, Joan Gabriel; Gomis Bellmunt, Oriol
    International journal of electrical power and energy systems
    Date of publication: 2014-10-01
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Input-output signal selection for damping of power system oscillations using wind power plants

     Domínguez García, José Luis; Ugalde Loo, Carlos E.; Bianchi, Fernando Daniel; Gomis Bellmunt, Oriol
    International journal of electrical power and energy systems
    Date of publication: 2014-06-01
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    During the last years wind power has emerged as one of the most important sources in the power generation share. Due to stringent Grid Code requirements, wind power plants (WPPs) should provide ancillary services such as fault ride-through and damping of power system oscillations to resemble conventional generation. Through an adequate selection of input-output signal pairs, WPPs can be effectively used to provide electromechanical oscillations damping. In this paper, different analysis techniques considering both controllability and observability measures and input-output interactions are compared and critically examined. Recommendations are drawn to select the best signal pairs available from WPPs to contribute to power oscillations damping. Control system design approaches including single-input single-output and multivariable control are considered. The recommendation of analysis techniques is justified through the tools usage in a test system including a WPP. (C) 2014 The Authors. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

  • Design, operation and control of novel electrical concepts for offshore wind power plants

     Prada Gil, Mikel De
    Defense's date: 2014-06-13
    Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

    Read the abstract Read the abstract  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    La energía eólica marina es un sector emergente que se encuentra en plena expansión. Cada vez existen más parques eólicos marinos, tanto en Europa como en el resto del mundo, principalmente debido a que en el mar el viento sopla con más intensidad y de una manera más constante que en tierra, lo cual posibilita obtener una mayor generación de energía eólica. Además, el hecho de que los parques eólicos marinos no padezcan tantas limitaciones de espacio permite poder instalar turbinas de mayor potencia y tamaño. Hoy en día, factores medioambientales y sociales están obligando a construir los parques eólicos marinos cada vez más alejados de la costa y se espera que esta tendencia continúe en los próximos años. Varios estudios han demostrado que a partir de una cierta distancia crítica entre el parque eólico y su punto de conexión a tierra (aproximadamente 55-70 km), la transmisión mediante alta tensión en corriente continua (ATCC) resulta una opción más interesante que a través de una transmisión en alta tensión de corriente alterna (ATCA), ya que las pérdidas en los cables se ven reducidas, así como los requerimientos de potencia reactiva. Esta tendencia hacia construir parques eólicos marinos cada vez mayores y a ubicarlos más alejados de la costa, supone el tener que resolver cierto retos técnicos, económicos y políticos a fin de poder ser más competitivos en el futuro en comparación con otras fuentes de generación de energía. Hoy en día, existe una importante preocupación por tratar de reducir el elevado coste actual de la energía para los proyectos de eólica marina a base de mejorar la fiabilidad y disponibilidad del sistema, reducir costes de operación y mantenimiento y/o incrementar la generación de energía.Esta tesis tiene como objetivo proponer conceptos eléctricos novedosos, aplicados a parques eólicos marinos, que resulten más rentables que los existentes actualmente. Asimismo, esta tesis pretende analizar la factibilidad, tanto técnica como económica, de dichos conceptos. Asuntos tales como el diseño, la optimización, el modelaje, la operación y el control son presentes en la tesis. El alcance del trabajo se focaliza en la red interna de un parque eólico y no se analiza, el sistema de transmisión ni su integración a la red. El primer concepto de parque eólico evaluado puede ser aplicado tanto en parques situados en tierra como en el mar, que tengan una red interna de CA en media tensión (MTCA) y un sistema de transmisión tanto ATCC o ATCA. Respecto al resto de configuraciones presentadas, éstas vienen motivadas por la presencia de la tecnología ATCC y su capacidad para desacoplar eléctricamente la red interna del parque eólico del sistema eléctrico de potencia situado en tierra. Así pues, la primera propuesta a analizar consiste en operar algunas máquinas concretas por debajo de su punto óptimo de operación a fin de poder reducir el efecto estela dentro del parque y poder así maximizar la potencia total extraída por el mismo. Los tres siguientes diseños de parque se fundamentan en la posibilidad que ofrece la tecnología ATCC de poder operar la red interna del parque a una frecuencia variable. Así pues, se propone estudiar la posibilidad de considerar parques eólicos donde se eliminan o se reducen los convertidores de cada turbina gracias a disponer del convertidor central situado en la subestación marina, el cual ejerce un control centralizado a todo el parque. Finalmente, el último concepto presentado en esta tesis analiza la posibilidad de considerar un parque eólico marino completamente en CC (transmisión y red interna del parque), a fin de poder reducir las pérdidas tanto en la red interna como en el cable de exportación.En términos generales se concluye que todos los conceptos propuestos a lo largo de esta tesis sugieren un gran potencial para poder ser aplicados en futuros parques eólicos marinos, ya que su coste de energía se ve reducido en comparación con los parques eólicos existentes hoy en día.

  • Contribution of type-2 wind turbines to sub-synchronous resonance damping

     de Prada Gil, Mikel; Mancilla David, Fernando; Domínguez García, José Luis; Muljadi, Eduard B.; Singh, Mohit B.; Gomis Bellmunt, Oriol; Sumper, Andreas
    International journal of electrical power and energy systems
    Date of publication: 2014-02
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    The rapidly increasing level in wind power penetration is leading to a modification of power system dynamics. Transmission system operators are concerned about this, and are requiring wind farms to comply with some grid codes. For this reason, it is important to determine the grid support capabilities of wind farms, in order to fulfill all current and future requirements. The aim of this paper is to demonstrate that partial-variable speed wind turbines (WT) employing a wound rotor induction generator equipped with an controllable external resistor (so-called Type-2 WTs) are capable to damp Sub-Synchronous Resonance (SSR) occurring on close synchronous generators, when they are connected through a series compensated transmission lines to the main grid. The IEEE first benchmark model (IEEE-FBM) for SSR studies is adopted as test case and modified with an aggregated Type-2 WPP model connected to the system. A damping control algorithm based on adjusting the average value of the external rotor resistance via the control its chopper's duty cycle is presented and implemented using PSCAD/EMTDC software. Detailed computer simulations suggest effective contribution of Type-2 WT to damp SSR affecting synchronous generators. © 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

  • Control of a flywheel energy storage system for power smoothing in wind power plants

     Díaz González, Francisco; Bianchi, Fernando Daniel; Sumper, Andreas; Gomis Bellmunt, Oriol
    IEEE transactions on energy conversion
    Date of publication: 2014-03-01
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    This paper deals with the design and the experimental validation in scale-lab test benches of an energy management algorithm based on feedback control techniques for a flywheel energy storage device. The aim of the flywheel is to smooth the net power injected to the grid by a wind turbine or by a wind power plant. In particular, the objective is to compensate the power disturbances produced by the cycling torque disturbances of the wind turbines due to the airflow deviation through its tower section. This paper describes the control design, its tuning, as well as the description of the experimental setup, and the methods for the experimental validation of the proposed concepts. Results show that the fast wind power fluctuations can be mostly compensated through the flywheel support.

  • Analysis of the damping contribution of power system stabilizers driving wind power plants

     Domínguez García, José Luis; Bianchi, Fernando Daniel; Gomis Bellmunt, Oriol
    Wind energy
    Date of publication: 2014-02
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Recently, the concept of wind power plant has been introduced as a result of the increment of wind power penetration in power systems. A wind power plant can be defined as a wind farm, which is expected to behave similar to a conventional power plant in terms of power generation, control and ancillary services. Transmission system operators are requiring wind power generation to help to power system with some ancillary services such as fault ride through or power system stabilizer capability. Therefore, it is important to study the power system stabilizer capability of wind power plants. In this paper, a comparison of various power system stabilizer schemes is presented. The effect of the distance from the tie line to the wind farm on the controller response and the influence of wind power plants proximity to synchronous generators are also evaluated. These studies show that wind power plants have promising power system stabilizer capability even using local input signals. However, the location of the wind power plant on the power system is a critical factor.

  • A control technique for integration of DG units to the electrical networks

     Pouresmaeil, Edris; Miguel Espinar, Carlos; Massot Campos, Miquel; Montesinos Miracle, Daniel; Gomis Bellmunt, Oriol
    IEEE transactions on industrial electronics
    Date of publication: 2013-07
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    This paper deals with a multiobjective control technique for integration of distributed generation (DG) resources to the electrical power network. The proposed strategy provides compensation for active, reactive, and harmonic load current components during connection of DG link to the grid. The dynamic model of the proposed system is first elaborated in the stationary reference frame and then transformed into the synchronous orthogonal reference frame. The transformed variables are used in control of the voltage source converter as the heart of the interfacing system between DG resources and utility grid. By setting an appropriate compensation current references from the sensed load currents in control circuit loop of DG, the active, reactive, and harmonic load current components will be compensated with fast dynamic response, thereby achieving sinusoidal grid currents in phase with load voltages, while required power of the load is more than the maximum injected power of the DG to the grid. In addition, the proposed control method of this paper does not need a phase-locked loop in control circuit and has fast dynamic response in providing active and reactive power components of the grid-connected loads. The effectiveness of the proposed control technique in DG application is demonstrated with injection of maximum available power from the DG to the grid, increased power factor of the utility grid, and reduced total harmonic distortion of grid current through simulation and experimental results under steady-state and dynamic operating conditions.

  • Control signal selection for damping oscillations with wind power plants based on fundamental limitations

     Domínguez García, José Luis; Bianchi, Fernando Daniel; Gomis Bellmunt, Oriol
    IEEE transactions on power systems
    Date of publication: 2013-11
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Transmission system operators are increasingly demanding that wind power plants (WPPs) contribute to enhance stability of power systems. When WPPs act as power system stabilizers (PSSs), the control and measured signals used to damp the oscillations may be located far away fromthe point where the oscillations are originated, typically at the synchronous generators. The use of only local measurements would imply a more robust system not requiring fast communication systems. The output signal used by the PSS in a WPP can be active or reactive power. The optimal combination of input and output to improve the system performance requires a detailed analysis. In this paper, a novel criterion to select input-output signals used by a PSS based on WPPs is presented. Unlike previous results, the proposed criterion considers explicitly local and remote signals in the analysis. Using fundamental design limitations and controllability and observability concepts, the criterion is able to identify the most adequate pair of input-output local signals without designing the controller. The application of the proposed selection criterion is illustrated in a three-synchronous-machine system with a WPP connected.

  • Power converter otpimal control for wind energy conversion systems.  Open access

     Trilla Romero, Lluís
    Defense's date: 2013-11-15
    Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    L'energia eòlica ha incrementat la seva presència a molts països i s'espera que tingui encara un pes més gran en la generació elèctrica amb la implantació de la tecnologia eòlica marina. En aquest context el desenvolupament de models dels Sistemes de Generació per Turbina de Vent (SGTV) precisos és important pels operadors de xarxa per tal d'avaluar-ne el comportament. Els codis de xarxa ofereixen un seguit de normes per validar models amb dades obtingudes de proves de camp. A la primera part d'aquesta tesi un model de SGTV amb màquina d'inducció doblement alimentada (DFIG) és validat d'acord amb les normatives espanyola i alemanya. Avui dia molts parc eòlics utilitzen DFIG i, en conseqüència, les dades de camp disponibles son per aquesta tecnologia. Per a la indústria eòlica marina un avanç prometedor son els SGTV amb generadors síncrons d'imants permanents (PMSG). Per aquesta raó la segona part d'aquesta tesi es centra en SGTV basats en PMSG amb convertidor back-to-back de plena potència. Aquest convertidor es pot dividir en dues parts: el costat de xarxa (GSC) que interactua amb la xarxa elèctrica i el costat de màquina (MSC) que controla el generador.En general, el sistema de control del convertidor recau en els tradicionals controladors PI i, en ocasions, incorpora desacoblaments per reduir les influencies creuades entre les variables. Aquest controlador pot ser sintonitzat i implementat fàcilment donat que la seva estructura és simple, però, no presenta una resposta ideal donat que no aprofita tots els graus de llibertat disponibles en el sistema. És important desenvolupar controladors fiables que puguin oferir una resposta previsible del sistema i proveir robustesa i estabilitat. En especial per zones on la presència eòlica és gran i per parcs eòlics connectats a xarxes dèbils.En aquest treball es proposa un sistema de control pel convertidor basat en teoria de control H-infinit i en controladors Lineals amb Paràmetres Variants (LPV). La teoria de control òptim proveeix un marc de treball on més opcions es poden tenir en consideració a l'hora de dissenyar el controlador. En concret la teoria de control H-inifinit permet crear controladors multivariables per tal d'obtenir una òptima resposta del sistema, proveir certa robustesa i assegurar l'estabilitat. Amb aquesta tècnica durant la síntesi del controlador el pitjor cas de senyals de pertorbació és contemplat, d'aquesta manera el controlador resultant robustifica l'operació del sistema. Es proposa aquest control per al GSC posant especial èmfasi en obtenir un control de baixa complexitat que mantingui els beneficis d'aplicar la teoria de control òptim i faciliti la seva implementació en computadors industrials.Pel MSC es proposa una estratègia diferent basada en control LPV donat que el punt d'operació del generador canvia constantment. El sistema de control basat en LPV és capaç d'adaptar-se dinàmicament al punt d'operació del sistema, així s'obté en tot moment la resposta definida durant el procés de disseny. Amb aquesta tècnica l'estabilitat del sistema sobre tot el rang d'operació queda garantida i, a més, s'obté una resposta predictible i uniforme. El controlador està dissenyat per tenir una estructura simple, com a resultat s'obté un control que no és computacionalment exigent i es proveeix una solució que pot ser utilitzada amb equips industrials.S'utilitza una bancada de proves que inclou el PMSG i el convertidor back-to-back per tal d'avaluar experimentalment l'estratègia de control dissenyada al llarg d'aquest treball. L'enfoc orientat a la implementació dels controls proposats facilita el seu ús amb el processador de senyals digitals inclòs a la placa de control de la bancada. Els experiments realitzats verifiquen en un ambient realista els beneficis teòrics i els resultats de simulació obtinguts prèviament. Aquestes proves han ajudat a valorar el funcionament dels controls en un sistema discret i la seva tolerància al soroll de senyals i mesu

    L'energia eòlica ha incrementat la seva presència a molts països i s'espera que tingui encara un pes més gran en la generació elèctrica amb la implantació de la tecnologia eòlica marina. En aquest context el desenvolupament de models dels Sistemes de Generació per Turbina de Vent (SGTV) precisos és important pels operadors de xarxa per tal d'avaluar-ne el comportament. Els codis de xarxa ofereixen un seguit de normes per validar models amb dades obtingudes de proves de camp. A la primera part d'aquesta tesi un model de SGTV amb màquina d'inducció doblement alimentada (DFIG) és validat d'acord amb les normatives espanyola i alemanya. Avui dia molts parc eòlics utilitzen DFIG i, en conseqüència, les dades de camp disponibles son per aquesta tecnologia. Per a la indústria eòlica marina un avanç prometedor son els SGTV amb generadors síncrons d'imants permanents (PMSG). Per aquesta raó la segona part d'aquesta tesi es centra en SGTV basats en PMSG amb convertidor back-to-back de plena potència. Aquest convertidor es pot dividir en dues parts: el costat de xarxa (GSC) que interactua amb la xarxa elèctrica i el costat de màquina (MSC) que controla el generador. En general, el sistema de control del convertidor recau en els tradicionals controladors PI i, en ocasions, incorpora desacoblaments per reduir les influencies creuades entre les variables. Aquest controlador pot ser sintonitzat i implementat fàcilment donat que la seva estructura és simple, però, no presenta una resposta ideal donat que no aprofita tots els graus de llibertat disponibles en el sistema. És important desenvolupar controladors fiables que puguin oferir una resposta previsible del sistema i proveir robustesa i estabilitat. En especial per zones on la presència eòlica és gran i per parcs eòlics connectats a xarxes dèbils. En aquest treball es proposa un sistema de control pel convertidor basat en teoria de control H-infinit i en controladors Lineals amb Paràmetres Variants (LPV). La teoria de control òptim proveeix un marc de treball on més opcions es poden tenir en consideració a l'hora de dissenyar el controlador. En concret la teoria de control H-inifinit permet crear controladors multivariables per tal d'obtenir una òptima resposta del sistema, proveir certa robustesa i assegurar l'estabilitat. Amb aquesta tècnica durant la síntesi del controlador el pitjor cas de senyals de pertorbació és contemplat, d'aquesta manera el controlador resultant robustifica l'operació del sistema. Es proposa aquest control per al GSC posant especial èmfasi en obtenir un control de baixa complexitat que mantingui els beneficis d'aplicar la teoria de control òptim i faciliti la seva implementació en computadors industrials. Pel MSC es proposa una estratègia diferent basada en control LPV donat que el punt d'operació del generador canvia constantment. El sistema de control basat en LPV és capaç d'adaptar-se dinàmicament al punt d'operació del sistema, així s'obté en tot moment la resposta definida durant el procés de disseny. Amb aquesta tècnica l'estabilitat del sistema sobre tot el rang d'operació queda garantida i, a més, s'obté una resposta predictible i uniforme. El controlador està dissenyat per tenir una estructura simple, com a resultat s'obté un control que no és computacionalment exigent i es proveeix una solució que pot ser utilitzada amb equips industrials. S'utilitza una bancada de proves que inclou el PMSG i el convertidor back-to-back per tal d'avaluar experimentalment l'estratègia de control dissenyada al llarg d'aquest treball. L'enfoc orientat a la implementació dels controls proposats facilita el seu ús amb el processador de senyals digitals inclòs a la placa de control de la bancada. Els experiments realitzats verifiquen en un ambient realista els beneficis teòrics i els resultats de simulació obtinguts prèviament. Aquestes proves han ajudat a valorar el funcionament dels controls en un sistema discret i la seva tolerància al soroll de senyals i mesures

    Wind energy has increased its presence in many countries and it is expected to have even a higher weight in the electrical generation share with the implantation of offshore wind farms. Consequently, the wind energy industry has to take greater responsibility towards the integration and stability of the power grid. In this sense, there are proposed in the present work control systems that aim to improve the response and robustness of the wind energy conversion systems without increasing their complexity in order to facilitate their applicability. In the grid-side converter it is proposed to implement an optimal controller with its design based on H-infinity control theory in order to ensure the stability, obtain an optimal response of the system and also provide robustness. In the machine-side converter the use of a Linear Parameter-Varying controller is selected, this choice provides a controller that dynamically adapts itself to the operating point of the system, in this way the response obtained is always the desired one, the one defined during the design process. Preliminary analysis of the controllers are performed using models validated with field test data obtained from operational wind turbines, the validation process followed the set of rules included in the official regulations of the electric sector or grid codes. In the last stage an experimental test bench has been developed in order to test and evaluate the proposed controllers and verify its correct performance.

  • Contributions of Flywheel Systems in Wind Power Plants  Open access

     Díaz González, Francisco
    Defense's date: 2013-09-30
    Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    El progressiu desplaçament de plantes de generació convencionals per part de plantes de generació de tipus renovable, com els parcs eòlics, pot afectar el comportament i la planificació del sistema elèctric. Primer, l'estabilitat pot ser compromesa ja que el sistema elèctric resulta més vulnerable davant canvis abruptes provocats per les càrregues del sistema o desconnexions no programades de generadors. Això es degut a que les turbines eòliques no estan sincronitzades amb la freqüència elèctrica del sistema ja que la seva connexió és a través de convertidors electrònics de potència. Segon, degut a la gran variabilitat del vent, la potència elèctrica generada per les turbines eòliques no és constant ni controlable. En aquest sentit, la qualitat de la potència del parc eòlic es pot veure compromesa, ja que es poden detectar nivells apreciables d'harmònics i emissions de "flicker" degudes a les ràpides variacions de la potència generada pel parc eòlic.Per aquests motius, els operadors dels sistemes elèctrics fan gradualment més restrictius els requeriments de connexió dels parcs eòlics al sistema elèctric. Aquestes regulacions requereixen als parcs eòlics que es comportin en molts aspectes com plantes de generació convencional. Entre d'altres requeriments, els parcs eòlics han de proveir serveis auxiliars per a la operació del sistema elèctric com també el suport en el control dels nivells de voltatge i freqüència de la xarxa; oferir suport durant curtcircuits; i mantenir uns nivells mínims en la qualitat de la potència generada.Els sistemes d'emmagatzematge d'energia poden millorar la controlabilitat de la potència generada pels parcs eòlics i ajudar a aquests a proveir serveis auxiliars al sistema elèctric, afavorint així la seva integració a la xarxa. Aquesta tesi tracta l'aplicació en parcs eòlics dels sistemes d'emmagatzematge d'energia basats en volants d'inèrcia. La tesi introdueix les bases de diversos sistemes d'emmagatzematge i identifica les seves potencials aplicacions en parcs eòlics en base a una extensa revisió bibliogràfica. El treball continua amb la posta a punt d'un equipament de laboratori, que configura un sistema d'emmagatzematge d'energia basat en un volant d'inèrcia.Següents capítols de la tesi estudien l'aplicació dels volants d'inèrcia per a esmorteir el perfil fluctuant de la potència generada pels parcs eòlics. Els treballs es focalitzen en la definició dels criteris per a la operació òptima dels volants d'inèrcia per la seva aplicació d'esmorteir el perfil fluctuant de potencia eòlica, i també en el disseny i validació experimental dels algoritmes de control desenvolupats per governar el sistema d'emmagatzematge.Els capítols finals de la tesi tracten sobre el suport al control de freqüència per part dels parcs eòlics. S'ofereix una extensa revisió bibliogràfica respecte els requeriments indicats pels operadors del sistema elèctric en aquest sentit. A més, aquesta revisió cobreix els mètodes de control dels parcs eòlics i turbines eòliques per la seva participació en el suport al control de freqüència. Les conclusions extretes serveixen per proposar sistemes de control de parcs eòlics i de turbines eòliques per proveir el servei de control de freqüència. Aquest treball, també contempla la inclusió de volants d'inèrcia en els parcs eòlics.Dels resultats de la tesi se'n dedueix l'important potencial dels sistemes d'emmagatzematge d'energia per a afavorir la integració a la xarxa dels parcs eòlics. La controlabilitat de la potència dels volants d'inèrcia, afavoreix el seu ús per reduir la variabilitat de la potència generada pels parcs eòlics, millorant així la qualitat de potència del mateix. A més, els volants d'inèrcia poder ajudar als parcs eòlics a complir amb els requeriments per a la seva integració.

    The stepwise replacement of conventional power plants by renewable-based ones such as wind power plants could a ect the system behaviour and planning. First, the network stability may be compromised as it becomes less resilient against sudden changes in the loads or generator trips. This is because wind turbines are not synchronized with network frequency but they are usually connected to the grid through fast controllable electronic power converters. And second, due to the stochastic nature of wind, the electrical power generated by wind power plants is neither constant non controllable. This aff ects the network planning as the expected generation level depends on non reliable wind forecasts. Also it aff ects the power quality as the fast fluctuations of wind power can cause harmonics and flicker emissions. For these reasons, network operators gradually set up more stringent requirements for the grid integration of wind power. These regulations require wind power plants to behave in several aspects as conventional synchronized generating units. Among other requirements, it is set the provision of some ancillary services to the grid as frequency and voltage control, the capability of withstanding short-circuits and faults, and to respect some threshold level with regard to the quality of the power generated. Accordingly, energy storage systems may play an important role in wind power applications by enhancing the controllability of the output of wind power plants and providing ancillary services to the power system and thus, enabling an increased penetration of wind power in the system. This thesis focuses on the potential uses of flywheel energy storage systems in wind power. The thesis introduces the basis of several energy storage systems as well as identi es their applications in wind power based on an extensive literature review. It follows with the presentation of the design and setting up of a scale-lab flywheel-based energy storage system. From this work, research concentrates on the application of flywheel devices for power smoothing of wind power plants. The developed concepts are proved by simulations but also experimentally using the above mentioned scale-lab test bench. In particular, research focuses on the de nition of an optimization criteria for the operation of flywheel devices while smoothing the wind power, and the design and experimental validation of the proposed control algorithms of the storage device. The last chapters of the thesis research on the role of wind power plants in system frequency control support. In this sense, an extensive literature review on the network operator's requirements for the participation of wind power plants in system frequency control related-tasks is off ered. Also, this review covers the proposed control methods in the literature for enabling wind turbines to participate in system frequency control. The results of this work open the door to the design of control systems of wind turbines and wind power plants for primary frequency control. The contribution of flywheel devices is also considered. Results highlight the tremendous potential of energy storage systems in general for facilitating the grid integration of wind power plants. Regarding the uses of flywheel devices, it is worth noting that some of their characteristics as the high-ramp power rates can be exploited for reducing the variability of the power generated by wind turbines, and thus for improving the quality of the power injected to the grid by wind power plants. Also, they can support wind power plants to ful l the requirements for their participation in system frequency control support related tasks.

    El progressiu despla cament de plantes de generaci o convencionals per part de plantes de generaci o de tipus renovable, com els parcs e olics, pot afectar el comportament i la plani caci o del sistema el ectric. Primer, l'estabilitat pot ser compromesa ja que el sistema el ectric resulta m es vulnerable davant canvis abruptes provocats per les c arregues del sistema o desconnexions no programades de generadors. Aix o es degut a que les turbines e oliques no estan sincronitzades amb la freqü encia el ectrica del sistema ja que la seva connexi o es a trav es de convertidors electr onics de pot encia. Segon, degut a la gran variabilitat del vent, la pot encia el ectrica generada per les turbines e oliques no es constant ni controlable. En aquest sentit, la qualitat de la pot encia del parc e olic es pot veure compromesa, ja que es poden detectar nivells apreciables d'harm onics i emissions de "flicker" degudes a les r apides variacions de la pot encia generada pel parc e olic. Per aquests motius, els operadors dels sistemes el ectrics fan gradualment m es restrictius els requeriments de connexi o dels parcs e olics al sistema el ectric. Aquestes regulacions requereixen als parcs e olics que es comportin en molts aspectes com plantes de generaci o convencional. Entre d'altres requeriments, els parcs e olics han de proveir serveis auxiliars per a la operaci o del sistema el ectric com tamb e el suport en el control dels nivells de tensi o i freqü encia de la xarxa; oferir suport durant curtcircuits; i mantenir uns nivells m nims en la qualitat de la pot encia generada. Els sistemes d'emmagatzematge d'energia poden millorar la controlabilitat de la pot encia generada pels parcs e olics i ajudar a aquests a proveir serveis auxiliars al sistema el ectric, afavorint aix la seva integraci o a la xarxa. Aquesta tesi tracta l'aplicaci o en parcs e olics dels sistemes d'emmagatzematge d'energia basats en volants d'in ercia. La tesi introdueix les bases de diversos sistemes d'emmagatzematge i identi ca les seves potencials aplicacions en parcs e olics en base a una extensa revisi o bibliogr a ca. El treball continua amb la posta a punt d'un equipament de laboratori, que con gura un sistema d'emmagatzematge d'energia basat en un volant d'in ercia. Següents cap tols de la tesi estudien l'aplicaci o dels volants d'in ercia per a esmorteir el per l fluctuant de la pot encia generada pels parcs e olics. Els treballs es focalitzen en la de nici o dels criteris per a la operaci o optima dels volants d'in ercia per la seva aplicaci o d'esmorteir el per l fluctuant de potencia e olica, i tamb e en el disseny i validaci o experimental dels algoritmes de control desenvolupats per governar el sistema d'emmagatzematge. Els cap tols finals de la tesi tracten sobre el suport al control de freqü encia per part dels parcs e olics. S'ofereix una extensa revisi o bibliografica respecte els requeriments indicats pels operadors del sistema el ectric en aquest sentit. A m es, aquesta revisi o cobreix els m etodes de control dels parcs e olics i turbines e oliques per la seva participaci o en el suport al control de freqü encia. Les conclusions extretes serveixen per proposar sistemes de control de parcs e olics i de turbines e oliques per proveir el servei de control de freqüencia. Aquest treball, tamb e contempla la inclusi o de volants d'in ercia en els parcs e olics. Dels resultats de la tesi se'n dedueix l'important potencial dels sistemes d'emmagatzematge d'energia per a afavorir la integraci o a la xarxa dels parcs e olics. La controlabilitat de la pot encia dels volants d'in ercia, afavoreix el seu us per reduir la variabilitat de la pot encia generada pels parcs e olics, millorant aix la qualitat de pot encia del mateix. A m es, els volants d'in ercia poder ajudar als parcs e olics a complir amb els requeriments per a la seva integraci o a xarxa, com la participaci o en el control de freqüencia del sistema el ectric.

  • Analysis of the contribution of wind power plants to damp power system oscillations  Open access

     Domínguez García, José Luis
    Defense's date: 2013-09-18
    Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    L'elevat nivell de penetració de l'energia eòlica a la xarxa elèctrica ha conduït a la modificació del comportament de diversos aspectes d'aquesta, com per exemple, l'estabilitat. Degut a aquesta gran penetració, els operadors de xarxes de transmissi\'o (TSOs) han establert procediments d'operació especials per a la connexió de grans parcs eòlics. Aquests codis requereixen als parcs eòlics que realitzin serveis auxiliars al sistema elèctric com, per exemple, la regulació de freqüència i la regulació de la potencia reactiva. En un futur proper, la capacitat dels parcs eòlics per esmorteir les oscil·lacions del sistema de potencia es requerirà (en l'actualitat ja existeixen esborranys de nous procediments d'operació que ho inclouen). A causa d'aquest requeriments, el concepte de central de generació d'energia eòlica es defineix com un parc eòlic que s'espera que es comporti de manera similar a una central de generació elèctrica convencional en termes de poder realitzar tasques tals com generació, control i serveis auxiliars.Aquesta tesi s'estudia la capacitat de les centrals eòliques per actuar com estabilitzador dels sistemes elèctrics de potencia. A més a més, s'analitza l'efecte de les centrals d'energia eòlica al comportament dinàmic del sistema elèctric considerant l'estabilitat de petita senyal, per a determinar quina podría ser la possible contribució proporcionada per aquestes tecnologies. S'ha determinat que l'efecte de la distància des d'el punt de connexió amb la central d'energia eòlica a la resposta del control estabilitzant i la influència de la proximitat d'aquestes als generadors síncrons són factors crítics. D'aquest fet surgeixen algunes preguntes com: És aquest el factor més crític? Com es pot assegurar una contribució adequada per ajudar a estabilitzar la xarxa? Es poden asegurar quina serà la contribució a l'estabilitat del sistema independentment de la xarxa i l'esquema de control escollit?Per respondre a aquestes preguntes, aquesta tesi ha realitzat investigacions sobre l'adequada selecció de parells de senyals d'entrada-sortida per esmorteir les oscil·lacions electromecàniques amb centrals eòliques evitant dissenyar el controlador i propossant metòdes fàcilment adaptables a qualsevol sistema elèctric. En primer lloc, s'han comparat diferents tècniques d'anàlisi tenint en compte tant les mesures de controlabilitat i observabilitat com les interaccions entre les senyals d'entrada i sortida. D'aquesta comparació, certes recomanacions es donen a l'hora de seleccionar els millors parells de senyals per esmorteir les oscil·lacions del sistema elèctric de potencia considerant diferents esquemes de control com ara SISO i MIMO. En segon lloc, s'ha proposat un nou criteri per seleccionar les senyals d'entrada i sortida utilitzades per un control estabilitzador per centrals d'energia eòlica. On, a diferència amb anteriors metòdes de selecció proposats, el criteri presentat considera explícitament tant senyals locals com senyals remotes dins el seu anàlisi. Aquest criteri és capaç d'identificar la parella de senyals locals d'entrada i sortida mé adequada sense realitzar el disseny del controlador, considerant tant les limitacions fonamentals del disseny del controlador imposades per el sistema com els conceptes de controlabilitat i observabilitat.Finalment, a causa del augment de la generaciód'energia eòlca en localitzacions marines, s'ha realitzat l'anàisi d'un nou concepte de xarxa en corrent altern (AC) dins de les centrals d'energia eòlica marina, amb un disseny similar al concepte investigat a la Super-Xarxa Europea "Supernode''. En aquest treball s'ha investigat l'efecte que té en els costos la tria una freqüència nominal d'operació no estàndard en dita xarxa en corrent altern. En aquesta tesi, s'ha estudiat quin és el cost associat amb l'operació de la xarxa a una freqüència fixa dins del rang de 20-120 Hz, focalitzant principalment en l'escalat del costos dels elements elèctrics respecte la freqüència.

    Wind power has emerged as one of the most promising renewable energy sources. The very penetration levels of wind energy in power systems have altered several aspects of power system operation, such as system stability. Owing to the large penetration of wind power, transmission system operators (TSOs) have established special grid codes for wind farms connection. These grid codes require wind farms to provide ancillary services to the grid such as frequency and voltage regulation. In the near future, the capability of damping power system oscillations will be required. As a result of the development of such requirements, the concept of wind power plant (WPP) arises being de ned as a wind farm which is expected to behave similarly to a conventional power plant in terms of power generation, control and ancillary services. As future grid codes will require power oscillation damping contribution from wind power, the thesis is mainly focused on the analysis of the power system stabilizer (PSS) capability of wind power plants. The change produced by wind power plants based on di erent wind turbine technologies on power system small signal dynamics is analysed to determine their possible contribution to damp oscillations. The eff ect of the distance from the tie line to the wind power plant on the controller response and the influence of wind power plants proximity to synchronous generators are demonstrated to be critical factors. At this point several questions are raised as: What are the most critical factors? How can be ensure a proper contribution, at least the best possible response? Can it be ensured to be independent to the power system and the controller selected? To answer these questions, this thesis conducts research on proper selection of input-output signal pairs to damp out electromechanical oscillations using wind power plants without drawing attention to a particular control design. This is necessary conclusions about the power system independently of a particular controller. The capability to damp is an intrinsic characteristic of the system and should not be a ected by a particular controller (PSS). Firstly, di erent analysis techniques are compared, considering both controllability and observability measures and input-output interactions. This enables recommendations to be drawn so as to the selection of the the best signal pairs to damp power system oscillations considering di erent approaches, such as single-input single-output (SISO) and multivariable control (MIMO). Second, a new criterion to select the best input-output signals used by a PSS based on WPPs is presented, considering explicitly local and remote signals in the analysis. Taking into account fundamental design limitations and using controllability and observability concepts, the criterion is able to identify the most suitable pair of input-output local signals without consider any particular controller. Finally, due to the increase of wind power generation - including o shore locations - and the concept of an interconnected Pan-European network, a new o shore wind power plant AC network similar in design to the European SuperGrid \SuperNode", is analyzed. The cost e ect of choosing a nonstandard operating frequency on the o shore AC network is investigated. As the o shore AC network is isolated from onshore networks through the use of HVDC links, it may be operated in an asynchronous fashion and at a suitable frequency. The cost associated with operating the network at a fixed frequency in the range 20 to 120 Hz is investigated, focusing on the frequency-cost-scalings of electrical devices (such as cables, transformers and reactive compensation) and the related o shore infrastructures,

    L'energia e olica s'ha convertit en una de les fonts d'energia renovable m es prometedores. Actualment, l'elevat nivell de penetraci o de l'energia e olica a la xarxa el ectrica ha conduï t a la modi caci o del comportament de diversos aspectes d'aquesta, com per exemple, l'estabilitat. Degut a aquesta gran penetraci o, els operadors de xarxes de transmissi o (TSOs) han establert procediments d'operaci o especials per a la connexi o de grans parcs e olics. Aquests codis requereixen als parcs elics que realitzin serveis auxiliars al sistema el ectric com, per exemple, la regulaci o de freqü encia i la regulaci o de la pot encia reactiva. En un futur proper, la capacitat dels parcs e olics per esmorteir les oscil lacions del sistema de pot encia es requerir a (en l'actualitat ja existeixen esborranys de nous procediments d'operaci o que ho inclouen). A causa d'aquest requeriments, el concepte de central de generaci o d'energia e olica es de neix com un parc e olic que s'espera que es comporti de manera similar a una central de generaci o el ectrica convencional en termes de poder realitzar tasques tals com generaci o, control i serveis auxiliars. Ja que un futur requeriment dels operadors de xarxa ser a la contribuci o de l'energia e olica en l'esmorteiment de les oscil lacions de pot encia, en aquesta tesi s'estudia la capacitat de les centrals e oliques per actuar com estabilitzador dels sistemes el ectrics de pot encia. A m es a m es, s'analitza l'efecte de les centrals d'energia e olica al comportament din amic del sistema el ectric considerant l'estabilitat de petita senyal, per a determinar quina podr a ser la possible contribuci o proporcionada per aquestes tecnologies. S'ha estudiat que l'efecte de la dist ancia des d'el punt de connexi o amb la central d'energia e olica a la resposta del control estabilitzant i la influ encia de la proximitat de les centrals e oliques als generadors s ncrons s on factors cr tics. D'aquest fet surgeixen algunes preguntes com: Es aquest el factor m es cr tic? Com es pot assegurar una contribuci o adequada, si m es no la millor resposta possible, per ajudar a estabilitzar el sistema el ectric? Es poden asegurar quina ser a la contribuci o a l'estabilitat del sistema el ectric independentment de la xarxa i l'esquema de control escollit? Per respondre a aquestes preguntes, aquesta tesi ha realitzat investigacions sobre l'adequada selecci o de parells de senyals d'entrada-sortida per esmorteir les oscil lacions electromec aniques amb centrals e oliques evitant dissenyar el controlador i propossant met odes f acilment adaptables a qualsevol sistema el ectric. En primer lloc, s'han comparat diferents t ecniques d'an alisi tenint en compte tant les mesures de controlabilitat i observabilitat com les interaccions entre les senyals d'entrada i sortida. D'aquesta comparaci o, certes recomanacions es donen a l'hora de seleccionar els millors parells de senyals per esmorteir les oscil lacions del sistema el ectric de pot encia considerant diferents esquemes de control com ara entrada unica sortida unica (SISO) i control multivariable (MIMO). En segon lloc, s'ha proposat un nou criteri per seleccionar les senyals d'entrada i sortida utilitzades per un control estabilitzador per centrals d'energia e olica. On, a difer encia amb anteriors met odes de selecci o proposats, el criteri presentat considera expl citament tant senyals locals com senyals remotes dins el seu an alisi. Aquest criteri es capa c d'identi car la parella de senyals locals d'entrada i sortida m es adequada sense realitzar el disseny del controlador, considerant tant les limitacions fonamentals del disseny del controlador imposades per el sistema com els conceptes de controlabilitat i observabilitat. Finalment, a causa del augment de la generaci o d'energia e olica, principalment en localitzacions marines, i al concepte d'una xarxa el ectrica comuna Pan-Europea, s'ha realitzat l'an alisi d'un nou concepte de xarxa en corrent altern (AC) dins de les centrals d'energia e olica marina, amb un disseny similar al concepte investigat a la Super-Xarxa Europea \Supernode". En aquest treball s'ha investigat l'efecte que t e en els costos la tria una freqüencia nominal d'operaci o no est andard en dita xarxa en corrent altern. La xarxa en AC que es forma entre les turbines e oliques i el convertidor de transmissi o es aï llada tant de les xarxes terrestres per l' us d'enlla cos en corrent continu (HVDC) com de la pr opia de les turbines per el convertidor que porten incorporat. Aquest fet implica que aquesta xarxa pot ser operada sense sincronitzar a qualsevol freqüencia. En aquesta tesi, s'ha estudiat quin es el cost associat amb l'operaci o de la xarxa a una freqü encia fi xa dins del rang de 20-120 Hz, focalitzant principalment en l'escalat del costos dels diferents elements el ectrics (com ara cables, transformadors i compensaci o reatviva i infraestructures necessaris en instal lacions marines respecte la freqüencia.

  • MULTI-TERMINAL DC GRIG FOR OFFSHORE WIND

     Gomis Bellmunt, Oriol
    Participation in a competitive project

     Share

  • Q-00034

     Gomis Bellmunt, Oriol
    Participation in a competitive project

     Share

  • Energy management of flywheel-based energy storage device for wind power smoothing

     Díaz González, Francisco; Sumper, Andreas; Gomis Bellmunt, Oriol; Bianchi, Fernando Daniel
    Applied energy
    Date of publication: 2013-10
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Power fluctuations of wind generators may affect power quality especially in weak or isolated grids. This paper proposes an energy management strategy for a flywheel-based energy storage device. The aim of the flywheel is to smooth the net power flow injected to the grid by a variable speed wind turbine. The design of the energy management strategy is conducted through several phases. First, a definition and determination of the optimal operation of the storage device is carried out through the formulation and deterministic solution of an optimization problem in GAMS. Based on this solution, an online energy management algorithm is proposed to achieve a close to optimal operation of the flywheel. This algorithm determines the set points of the torque control of the flywheel electrical machine. The proposed methodology is illustrated by simulations.

  • Modeling, control and experimental validation of a flywheel-based energy storage device

     Díaz González, Francisco; Sumper, Andreas; Gomis Bellmunt, Oriol; Villafafila Robles, Roberto
    EPE journal
    Date of publication: 2013-06
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    This work deals with the modeling, control and experimental validation of a flywheel-based energy storage device. The system is based on a low-speed rotating disk mechanically coupled to a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM). The electrical power is exchanged with the external grid by means of a set of back-to-back power converters. These power electronics control the speed of the machine, and thus the active power absorbed or injected by the device, and also regulate the reactive power at the point of common coupling with the external grid. Vector control techniques are used for designing the converter controllers: a field oriented vector control algorithm is implemented for governing the servomotor while an instantaneous power theory-based algorithm is used to manage the active and reactive currents flowing from the grid side converter. The control implementation in the experimental setup has been carried out by means of programming Digital Signal Processors (DSP's). The modeling and control system design has been validated after executing several experiments. Other characteristics such as the torque losses of the system as well as the system performance concerning energy rating, power rating and energy efficiency characteristics are determined experimentally.

  • Operation and control of VSC-HVDC multiterminal grids for offshore wind

     Egea Alvarez, Agusti; Junyent Ferré, Adrià; Gomis Bellmunt, Oriol; Ekanayake, Janaka; Jenkins, Nicholas
    EPE journal
    Date of publication: 2013-04-12
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    The control and operation of a multiterminal VSC-HVDC grid for offshore wind power under normal and fault conditions are described. The paper addresses maintaining the DC voltage during electrical faults and power reduction methods using fixed speed induction generators.

  • Type-2 wind turbine with additional sub-synchronous resonance damping

     de Prada Gil, Mikel; Domínguez García, José Luis; Mancilla David, Fernando; Muljadi, Eduard B.; Singh, Mohit B.; Gomis Bellmunt, Oriol; Sumper, Andreas
    IEEE Green Technologies Conference
    Presentation's date: 2013-04
    Presentation of work at congresses

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Wind turbines (WTs) employing a wound rotor induction generator with adjustable external resistors are known as Type-2 WTs. This WT topology is available in USA since 2001. This WT is regulated by controlling its pitch angle and its external rotor resistor to operate as a variable slip WT. The slip range can reach up to 10% above synchronous speed. This paper demonstrates that with a proper control, Type-2 WTs are capable to damp out sub synchronous resonance (SSR) oscillations commonly found in series-compensated transmission lines. The size of wind power plant (WPP) has increased over the years and some WPP exceeds 500 MW. They can be treated as energy sources which can regulate the power delivered to the grid. In order to analyze the capability of Type-2 WPPs to damp power system oscillations, the IEEE first benchmark model for SSR studies is modified with an aggregated Type-2 WPP model connected to the system. An additional control loop is implemented to modulate the effective rotor resistance so that SSR oscillations can be damped. The models are implemented and simulated using PSCAD/EMTDC software platform.

  • Microgrids and emulation of distribution energy resources

     Cheah Mañé, Marc; Prieto Araujo, Eduardo; Villafafila Robles, Roberto; Sudria Andreu, Antoni; Gomis Bellmunt, Oriol
    Congreso Iberoamericano sobre Microrredes con Generación Distribuida de Renovables
    Presentation's date: 2013-09-23
    Presentation of work at congresses

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    This paper presents the use of emulator devices to represent different elements of a microgrid system. In this sense, the emulation concept and its advantages are explained. Each emulator is implemented by means of power converters which receive a determined power reference according to the energy resource that it means. Therefore, connecting a determined number of these emulators into the same system it is possible to create several microgrid configurations, which will be capable of performing different test and obtaining the same result that in a real system. In the end, as an example of the advantages that the emulators are able to offer, an experimental platform is presented.

  • Development of a laboratory platform for testing new solutions to integrate renewable energy sources in power systems

     Prieto-Araujo, E.; Cheah Mañé, Marc; Villafafila Robles, Roberto; Gomis Bellmunt, Oriol; Junyent Ferré, Adrià
    European Conference on Power Electronics and Applications
    Presentation's date: 2013-09-04
    Presentation of work at congresses

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Procedimiento de control de un conjunto de generadores eléctricos asíncronos y sistema correspondiente

     Egea Alvarez, Agusti; Gomis Bellmunt, Oriol; Galceran Arellano, Samuel; Bergas Jane, Joan Gabriel
    Date of request: 2013-01-21
    Invention patent

     Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Voltage control of multiterminal VSC-HVDC transmission systems for offshore wind power plants: Design and implementation in a scaled platform

     Egea Alvarez, Agusti; Bianchi, Fernando Daniel; Junyent Ferré, Adrià; Gross, Gabriel; Gomis Bellmunt, Oriol
    IEEE transactions on industrial electronics
    Date of publication: 2012-11-29
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • A multi-terminal HVDC transmission system for offshore wind farms with induction generators

     Liang, Jun; Gomis Bellmunt, Oriol; Ekanayake, Janaka; Jenkins, Nicholas; An, Wen
    International journal of electrical power and energy systems
    Date of publication: 2012-12
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Indirect vector control of a squirrel cage induction generator wind turbine

     Domínguez García, José Luis; Gomis Bellmunt, Oriol; Trilla Romero, Lluís; Junyent Ferré, Adrià
    Computers & mathematics with applications
    Date of publication: 2012-07
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • A review of energy storage technologies for wind power applications

     Díaz González, Francisco; Sumper, Andreas; Gomis Bellmunt, Oriol; Villafafila Robles, Roberto
    Renewable and sustainable energy reviews
    Date of publication: 2012-05
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Power generation efficiency analysis of offshore wind farms connected to a SLPC (single large power converter) operated with variable frequencies considering wake effects

     de Prada Gil, Mikel; Gomis Bellmunt, Oriol; Sumper, Andreas; Bergas Jane, Joan Gabriel
    Energy
    Date of publication: 2012-01
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Hysteresis current control technique of VSI for compensation of grid-connected unbalanced loads

     Pouresmaeil, Edris; Akorede, Mudathir Funsho; Montesinos Miracle, Daniel; Gomis Bellmunt, Oriol; Trujillo Caballero, Juan Carlos
    Electrical engineering
    Date of publication: 2012-11-29
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    The global trends nowadays in the power generation industry are to supplement the electricity production using distributed generation (DG) technologies based on renewable energy resources such as photovoltaic, wind power, etc. However, failure to properly control the operation of distributed energy resources as they connect to the exiting power grid could provoke many power quality problems on the grid side. For this reason, due considerations must be given to power generation and safe running before DG units is actually integrated into the power grid. The main aim of this paper is to address the grid interconnection issues that usually arise as DG units connect to the electric grid. The proposed strategy, implemented in Matlab/Simulink environment in different operating scenarios, provides compensation for active, reactive, unbalanced, and harmonic current components of grid-connected nonlinear unbalanced loads. The simulation results obtained in this study demonstrate the level of accuracy of the proposed technique, which ensure a balance in the overall grid phase currents, injection of maximum available power from DG resources to the grid, improvement of the utility grid power factor, and a reduction in the total harmonic distortion of grid currents.

  • Optimal control of voltage source converters under power system faults

     Bianchi, Fernando Daniel; Egea Alvarez, Agustí; Junyent Ferré, Adrià; Gomis Bellmunt, Oriol
    Control engineering practice
    Date of publication: 2012-05
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Centralized and distributed active and reactive power control of a utility connected microgrid using IEC61850

     Colet Subirachs, Alba; Ruiz Alvarez, Albert; Gomis Bellmunt, Oriol; Alvarez Cuevas-Figuerola, Felipe; Sudria Andreu, Antoni
    IEEE systems journal
    Date of publication: 2012-03
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Control scheme of three level NPC inverter for integration of renewable energy resources into AC grid

     Pouresmaeil, Edris; Montesinos Miracle, Daniel; Gomis Bellmunt, Oriol
    IEEE systems journal
    Date of publication: 2012-06
    Journal article

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    This paper presents a multiobjective control scheme based on the dynamic model of three-level, neutral-point-clamped voltage source inverter for integration of distributed generation (DG) resources based on renewable energy resources to the distribution grid. The proposed model has been derived from the abc/αβ and αβ/dq transformation of the AC system variables. The proposed control technique generates the compensation current references and by setting appropriate references of DG control loop, the DG link not only provides active and reactive currents in fundamental frequency, but also it can supply nonlinear load harmonic currents with a fast dynamic response. Simulation results and mathematical analysis have achieved a reduced total harmonic distortion, increased power factor, inject maximum power of renewable energy resources via a multilevel converter as an interface to the AC grid. It also compensated the active and reactive powers of linear and nonlinear loads. The analyses and simulation results show the high performance of proposed control scheme in the integration of renewable energy resources to the AC grid.

    Postprint (author’s final draft)

  • Operation of a utility connected microgrid using an IEC 61850-based multi-level management system

     Ruiz Alvarez, Albert; Colet Subirachs, Alba; Alvarez Cuevas-Figuerola, Felipe; Gomis Bellmunt, Oriol; Sudria Andreu, Antoni
    IEEE Transactions on Smart Grid
    Date of publication: 2012-06-01
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Power oscillation damping supported by wind power: A review

     Domínguez García, José Luis; Gomis Bellmunt, Oriol; Bianchi, Fernando Daniel; Sumper, Andreas
    Renewable and sustainable energy reviews
    Date of publication: 2012-09-03
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • PSS controller for wind power generation systems

     Domínguez García, José Luis; Gomis Bellmunt, Oriol; Bianchi, Fernando Daniel; Sumper, Andreas
    International journal of modern physics B
    Date of publication: 2012
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Optimum voltage control for loss minimization in HVDC multi-terminal transmission systems for large offshore wind farms

     Aragües Peñalba, Mónica; Egea Alvarez, Agustí; Gomis Bellmunt, Oriol; Sumper, Andreas
    Electric power systems research
    Date of publication: 2012-08
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Effect of non-standard operating frequencies on the economic cost of offshore AC networks

     Domínguez García, José Luis; Rogers, J.; Ugalde Loo, C.E.; Liang, Jun; Gomis Bellmunt, Oriol
    Renewable energy
    Date of publication: 2012-08
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Active and reactive power control of grid connected distributed generation systems

     Egea Alvarez, Agusti; Junyent Ferré, Adrià; Gomis Bellmunt, Oriol
    Date of publication: 2012
    Book chapter

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Power Conditioner based fuel cell and backup power system with supercapacitor  Open access

     Trujillo Caballero, Juan Carlos
    Defense's date: 2012-03-30
    Department of Electrical Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    PEMFCs are the most popular type of Fuel Cells (FCs) and traditionally use hydrogen as the fuel. One FC problem is its relative slow dynamics caused by the time constant of the hydrogen and oxygen supply systems that can be in the range of several seconds. In this sense, supercapacitors (SCs) respond faster than FC to a fast increase or decrease in power demand. Thus, using SCs together with FCs improves FC life and performance by absorbing faster load changes and preventing fuel starvation of the FC. Therefore, it becomes necessary to study structures of power conditioners with their respective control systems that can mitigate the disadvantages mentioned of the FC itself. Several researches have studied the different topologies with their respective control proposals to operate FC and SC. This thesis proposes a digital control scheme to operate a PEMFC module of 1.2 kW and a SC through a DC/DC hybrid converter. A FC has been proposed as a primary source of energy and a SC has been proposed as an auxiliary source of energy. An experimental validation of the system implemented in the laboratory is provided. Several tests have been performed to verify that the system achieves an excellent output voltage (V0) regulation and SC Voltage (VSC) control, under disturbances from FC power (PFC) and output power (P0) as well as other perturbations described in analysis results.

  • Advance Control of Multilevel Converters for Integration of Distributed Generation Resources into AC Grid  Open access

     Pouresmaeil, Edris
    Defense's date: 2012-03-27
    Department of Electrical Engineering, Universitat Politècnica de Catalunya
    Theses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Distributed generation (DG) with a converter interface to the power grid is found in many of the green power resources applications. This dissertation describes a multi-objective control technique of voltage source converter (VSC) based on multilevel converter topologies, for integration of DG resources based on renewable energy (and non-renewable energy)to the power grid. The aims have been set to maintain a stable operation of the power grid, in case of di erent types of grid-connected loads. The proposed method provides compensation for active, reactive, and harmonic load current components. A proportional-integral (PI) control law is derived through linearization of the inherently non-linear DG system model, so that the tasks of current control dynamics and dc capacitor voltage dynamics become decoupled. This decoupling allows us to control the DG output currents and the dc bus voltage independently of each other, thereby providing either one of these decoupled subsystems a dynamic response that signi cantly slower than that of the other. To overcome the drawbacks of the conventional method, a computational control delay compensation method, which delaylessly and accurately generates the DG reference currents, is proposed. The rst step is to extract the DG reference currents from the sensed load currents by applying the stationary reference frame and then transferred into synchronous reference frame method, and then, the reference currents are modi ed, so that the delay will be compensated. The transformed variables are used in control of the multilevel voltage source converter as the heart of the interfacing system between DG resources and power grid. By setting appropriate compensation current references from the sensed load currents in control circuit loop of DG link, the active, reactive, and harmonic load current components will be compensated with fast dynamic response, thereby achieving sinusoidal grid currents in phase with load voltages while required power of loads is more than the maximum injected power of the DG resources. The converter, which is controlled by the described control strategy, guarantees maximum injection of active power to the grid continuously, unity displacement power factor of power grid, and reduced harmonic load currents in the common coupling point. In addition, high current overshoot does not exist during connection of DG link to the power grid, and the proposed integration strategy is insensitive to grid overload.

    La Generació Distribuïda (DG) injectada a la xarxa amb un convertidor estàtic és una solució molt freqüent en l'ús de molts dels recursos renovables. Aquesta tesis descriu una técnica de control multi-objectiu del convertidor en font de tensió (VSC), basat en les topologies de convertidor multinivell, per a la integració de les fonts distribuïdes basades en energies renovables i també de no renovables.Els objectius fixats van encaminats a mantenir un funcionament estable de la xarxa elèctrica en el cas de la connexió de diferents tipus de càrregues. El mètode de control proposat ofereix la possibilitat de compensació de les components actives i reactives de la potencia, i les components harmòniques del corrent consumit per les càrregues.La llei de control proporcional-Integral (PI) s’obté de la linearització del model inherentment no lineal del sistema, de forma que el problema de control del corrent injectat i de la tensió d’entrada del convertidor queden desacoblats. Aquest desacoblament permet el control dels corrents de sortida i la tensió del bus de forma independent, però amb un d’ells amb una dinàmica inferior.Per superar els inconvenients del mètode convencional, s’usa un retard computacional, que genera les senyals de referència de forma acurada i sense retard. El primer pas es calcular els corrents de referència a partir de les mesures de corrent. Aquest càlcul es fa primer transformant les mesures a la referència estacionaria per després transformar aquests valors a la referència síncrona. En aquest punt es on es poden compensar els retards.Les variables transformades son usades en els llaços de control del convertidor multinivell. Mitjançant aquests llaços de control i les referències adequades, el convertidor és capaç de compensar la potencia activa, reactiva i els corrents harmònics de la càrrega amb una elevada resposta dinàmica, obtenint uns corrents de la xarxa de forma completament sinusoïdal, i en fase amb les tensions.El convertidor, controlat amb el mètode descrit, garanteix la màxima injecció de la potencia activa, la injecció de la potencia reactiva per compensar el factor de potencia de la càrrega, i la reducció de les components harmòniques dels corrents consumits per la càrrega. A més, garanteix una connexió suau entre la font d’energia i la xarxa. El sistema proposat es insensible en front de la sobrecarrega de la xarxa

  • Sistemas de transporte para grandes centrales eólicas marinas

     Gomis Bellmunt, Oriol; Montesinos Miracle, Daniel; Boix Aragonès, Oriol; Sumper, Andreas; Junyent Ferré, Adrià
    Participation in a competitive project

     Share

  • Access to the full text
    Optimal control of VSC for STATCOM applications  Open access

     Bianchi, Fernando Daniel; Trilla, Lluis; Gomis Bellmunt, Oriol
    Power Plant and Power System Control Symposium
    Presentation's date: 2012-09
    Presentation of work at congresses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    In this work, a voltage source converter (VSC) is configured to perform STATCOM tasks and generate reactive power. An optimal H8 controller has been successfully implemented including an anti-windup compensator. Data from an experimental test bench is provided and compared with simulation results showing good accuracy level.

  • Access to the full text
    Optimal droop control for voltage source converters in islanded microgrids  Open access

     Pegueroles Queralt, Jordi; Bianchi, Fernando Daniel; Gomis Bellmunt, Oriol
    Power Plant and Power System Control Symposium
    Presentation of work at congresses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    A new procedure for the design of the droop control for voltage source converters (VSC) in islanded microgrid is presented. The droop control is commonly used to achieve the power balance in power system. It consists in a simple proportional control and the selection of its gains are commonly based only on a power balance criteria. However, some values of the gains may cause poor damped responses and even the instability of the system. In this paper, it is proposed a new droop control based on the parametrization of the H 8 controller which permits to decouple the stability problem from the power balance. The application of the new controller is illustrated by simulation.

  • Experimental implementation of a voltage control for a Multiterminal VSC-HVDC offshore transmission system

     Egea Alvarez, Agusti; Bianchi, Fernando Daniel; Junyent Ferré, Adrià; Gross, Gabriel Igor; Gomis Bellmunt, Oriol
    IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies
    Presentation of work at congresses

    Read the abstract Read the abstract View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    This paper presents the design and implementation of a Multiterminal VSC-HVDC (Voltage Sources Converter, High Voltage Direct Current) experimental platform. Operational points considering offshore wind farms and a droop-based controller are described. In addition, the experimental platform has been tested under several conditions as: normal operation, grid side converter disconnection and wind farm converter disconnection.

  • Access to the full text
    Modeling and validation of a flywheel energy storage lab-setup  Open access

     Díaz González, Francisco; Sumper, Andreas; Gomis Bellmunt, Oriol; Villafafila Robles, Roberto
    IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies
    Presentation of work at congresses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    This work deals with the modeling, control and experimental validation of a flywheel test bench which is part of IREC's lab-scale microgrid. The storage device has been designed as a proof of concept. It is based on a low-speed rotating disk mechanically coupled to a Permanent Magnet Synchronous Machine. The electrical power is exchanged with the external grid by means of a set of back-to-back power converters. These power electronics control the speed of the machine, and thus the active power absorbed or injected by the device, and also regulate the reactive power at the point of common coupling with the external grid. Vector control techniques are used for designing the converter controllers: a field oriented vector control algorithm is implemented for governing the servomotor while the instantaneous power theory-based algorithm is used to manage the active and reactive currents flowing from the grid side converter. The control implementation in the experimental setup has been carried out by means of programming Digital Signal Processors (DSP's). The modeling and control system design has been validated after executing several experiments.

    This work deals with the modeling, control and experimental validation of a flywheel test bench which is part of IREC’s lab-scale microgrid. The storage device has been designed as a proof of concept. It is based on a low-speed rotating disk mechanically coupled to a Permanent Magnet Synchronous Machine. The electrical power is exchanged with the external grid by means of a set of back-to-back power converters. These power electronics control the speed of the machine, and thus the active power absorbed or injected by the device, and also regulate the reactive power at the point of common coupling with the external grid. Vector control techniques are used for designing the converter controllers: a field oriented vector control algorithm is implemented for governing the servomotor while the instantaneous power theory-based algorithm is used to manage the active and reactive currents flowing from the grid side converter. The control implementation in the experimental setup has been carried out by means of programming Digital Signal Processors (DSP’s). The modeling and control system design has been validated after executing several experiments.

  • Access to the full text
    Power system stabiliser capability of offshore wind power plants  Open access

     Domínguez García, José Luis; Gomis Bellmunt, Oriol; Bianchi, Fernando Daniel; Sumper, Andreas; Sudria Andreu, Antoni
    European Wind Energy Conference & Exhibition
    Presentation's date: 2012-04
    Presentation of work at congresses

    Read the abstract Read the abstract Access to the full text Access to the full text Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

    Nowadays, wind power generation is being located offshore because of its higher wind speed at lower height and larger installation zones in comparison with onshore technologies. Recently, the concept of wind power plant has been introduced as a result of the increment of wind power penetration in power systems. Transmission system operators are requiring wind power generation to help to power system with some ancillary services such as fault ride through or power system stabiliser capability. Therefore, it is important to study power system stabiliser capability of wind power plants. In this paper, a comparison of various power system stabiliser schemes is presented. The effect of the distance from the shore tie-line to the offshore wind farm on the controller response is also evaluated. These studies show that offshore wind power plants have promising power system stabiliser capability even using local input signals.

  • Modeling and control of a pitch-controlled variable-speed wind turbine driven by a DFIG with frequency control support in PSS/E

     de Prada Gil, Mikel; Sumper, Andreas; Gomis Bellmunt, Oriol
    IEEE conference on Power Electronics and Machines in Wind Applications
    Presentation's date: 2012-07
    Presentation of work at congresses

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Analysis of a multi turbine offshore wind farm connected to a single large power converter operated with variable frequency

     de Prada Gil, Mikel; Gomis Bellmunt, Oriol; Sumper, Andreas; Bergas Jane, Joan Gabriel
    Energy
    Date of publication: 2011-05-05
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Optimization techniques to improve energy efficiency in power systems

     Pezzini, Paola; Gomis Bellmunt, Oriol; Sudria Andreu, Antoni
    Renewable and sustainable energy reviews
    Date of publication: 2011-05
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Current control reference calculation issues for the operation of renewable source grid interface VSCs under unbalanced voltage sags

     Junyent Ferré, Adrià; Gomis Bellmunt, Oriol; Green, T.C.; Soto Sanchez, Diego E.
    IEEE transactions on power electronics
    Date of publication: 2011
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window

  • Multilevel converters control for renewable energy integration to the power grid

     Pouresmaeil, Edris; Gomis Bellmunt, Oriol; Montesinos Miracle, Daniel; Bergas Jane, Joan Gabriel
    Energy
    Date of publication: 2011-02
    Journal article

    View View Open in new window  Share Reference managers Reference managers Open in new window