The Critical Clearing Time and the Integration of Full Converter Wind Turbines into Small Isolated Power Systems

Abstract

This paper analyzes the relationship between wind power integration into small isolated power systems, such as those found on islands, and the critical clearing time (CCT). This study considers full converter wind turbine technology. The CCT is an important parameter used for designing a reliable and effective protection scheme for a power system. In order to do this analysis, CCT has been determined by dynamic analysis for different amounts of power injected by the wind turbines into the power system. A three-phase short-circuit fault has been considered for dynamic analysis. The power system studied was a PSS®E Lanzarote-Fuerteventura model, which is an example of small isolated power system. Results show a clear relationship between wind energy and CCT. A decrease in CCT values can be seen when more wind power is introduced into the power system. This decrease is due to both the outage of wind farms when a short-circuit takes place and the displacement of the conventional generators located at the power plants. The knowledge of this relationship and its causes allow a more accurate estimation of the CCT values. Therefore, a more effective adjustment of protection scheme can be done, improving reliability and security of small isolated power systems. Moreover, actions can be derived in order to increase the contribution of this kind of wind turbines minimizing the impact on the protection scheme.

El presente artículo analiza la relación entre la generación eólica y el tiempo crítico de eliminación (TCE) en los sistemas eléctricos pequeños y aislados, como los presentes en islas. Para este estudio se han utilizado aerogeneradores síncronos multipolos con convertidores para toda su potencia. El TCE es un parámetro importante relacionado con el sistema de protecciones de los sistemas eléctricos. El análisis ha consistido en la determinación del TCE para diferentes cantidades de potencia eólica generada, mediante la simulación en régimen dinámico de cortocircuitos trifásicos francos. El análisis se realizó con PSS®E sobre el sistema eléctrico Lanzarote-Fuerteventura, que es un ejemplo de sistema pequeño y aislado. Los resultados demuestran que existe una clara relación entre la potencia eólica inyectada en la red y el TCE. Se ha observado una reducción del TCE a medida que la potencia eólica es mayor. Esto se debe principalmente a la desconexión de los parques eólicos al producirse los cortocircuitos y por la progresiva substitución de los generadores convencionales de las centrales eléctricas. La determinación de esta relación y sus causas permite evaluar con mayor exactitud el TCE. De este modo pueden establecerse ajustes más eficaces en las protecciones, consiguiéndose un funcionamiento más seguro y fiable de los sistemas eléctricos. Además, permite el establecimiento de acciones para una mayor introducción de este tipo de generación eólica en los sistemas eléctricos pequeños y aislados sin causar perjuicio en el sistema eléctrico.