آنالیز مبتنی بر احتمالات پایداری سیگنال كوچك در سیستم‌های قدرت بزرگ كه تحت تأثیرتزریق توان بادی قرار دارند

آنالیز مبتنی بر احتمالات پایداری سیگنال كوچك در سیستم‌های قدرت بزرگ كه تحت تأثیرتزریق توان بادی قرار دارند

Probabilistic Analysis of Small-Signal Stability of Large-Scale Power Systems as Affected by Penetration of Wind Generation

Abstract—This paper proposes a method of probabilistic
analysis to investigate the impact of stochastic uncertainty of
grid-connected wind generation on power system small-signal
stability. The proposed method is “analytical” in contrast to the
numerical method of Monte Carlo simulation which relies on
large number of random computations. It can directly calculate
the probabilistic density function (PDF) of critical eigenvalues
of a large-scale power system from the PDF of grid-connected
multiple sources of wind power generation thus to determine the
probabilistic small-signal stability of the power system as affected
by the wind generation. In the paper an example of 16-machine
power system with three grid-connected wind farms is used to
demonstrate the application of the proposed method. The results
of probabilistic stability analysis of the example power system
are confirmed by the Monte Carlo simulation. It is shown that
the stochastic variation of grid-connected wind generation can
cause the system to lose stability even though the system is stable
deterministically. The higher the level of wind penetration is the
more the probability that the system becomes unstable could be.
Hence indeed penetration of stochastically variable wind generation
threatens stable operation of power systems as far as system
small-signal stability is concerned.

آنالیز مبتنی بر احتمالات پایداری سیگنال كوچك در سیستم‌های قدرت بزرگ كه تحت تأثیرتزریق توان بادی قرار دارند

چكیده

در این مقاله برای بررسی تأثیر عدم‌قطعیت تصادفی تولید برق بادی متصل به شبكه بر روی پایداری سیگنال كوچك سیستم قدرت، روشی از نوع تحلیل احتمالاتی پیشنهاد می‌شود. روش پیشنهادی برخلاف روش عددی شبیه‌سازی مونت كارلو كه متكی به تعداد زیادی محاسبات تصادفی است، حالت «تحلیلی» دارد. با این روش می‌توان تابع چگالی احتمال (PDF) مربوط به مقادیر ویژة بحرانی یك سیستم قدرت بزرگ را بر اساس PDF چندین منبع تولید توان بادی كه متصل به شبكه هستند، مستقیماً محاسبه كرد. بنابراین می‌توان از این روش برای تعیین پایداری احتمالاتی سیگنال كوچك سیستم قدرتی كه تحت تأثیر تولید برق بادی قرار دارد استفاده کرد. در این مقاله به‌كمك یك سیستم قدرت 16 ماشینی نمونه همراه با سه مزرعة بادی متصل به شبكه،كاربرد روش پیشنهادی را نشان داده‌ایم. نتایج تحلیل پایداری احتمالاتی سیستم قدرت نمونه توسط شبیه‌سازی مونت كارلو تأیید شده است. یافته‌ها نشان می‌دهند كه تغییرات تصادفیتولید برق بادی متصل به شبكه می‌تواند منجر به از بین رفتن پایداری سیستم شود، حتی اگر سیستم دارای پایداری قطعی باشد. هر چه میزان تزریقانرژی بادی بیشتر باشد، احتمال ناپایدار‌شدن سیستم بیشتر می‌شود. در نتیجه، تزریق تولید برق بادی كه با تغییرات تصادفی تا جایی كه به پایداری سیگنال كوچك سیستم مربوط می‌شود، می‌تواند تهدیدی برای عملیات پایداری سیستم قدرت باشد.