Wind energy is a viable option to complement other types of pollution-free generation. In the early development of wind energy, the majority of wind turbines were operated at constant speed. Recently, the number of variable-speed wind turbines installed in wind farms has increased and more wind turbine manufacturers are making variable-speed wind turbines. This paper covers the operation of variable-speed wind turbines with pitch control. The system the authors considered is controlled to generate maximum energy while minimizing loads. The maximization of energy was only carried out on a static basis and only drive train loads were considered as a constraint. In medium wind speeds, the generator and power converter control the wind turbine to capture maximum energy from the wind. In the high wind speed region, the wind turbine is controlled to maintain the aerodynamic power produced by the wind turbine. Two methods to adjust the aerodynamic power were investigated: pitch control and generator load control, both of which are employed to control the operation of the wind turbine. The authors analysis and simulation shows that the wind turbine can be operated at its optimum energy capture while minimizing the load on the wind turbine for a wide range of wind speeds.

This paper covers the operation of variable-speed wind turbines with pitch control. The system the authors considered is controlled to generate maximum energy while minimizing loads. The maximization of energy was only carried out on a static basis and only drive train loads were considered as a constraint. In low to medium wind speeds, the generator and the power converter control the wind turbine to capture maximum energy from the wind. In the high-wind-speed regions, the wind turbine is controlled to maintain the aerodynamic power produced by the wind turbine. Two methods to adjust the aerodynamic power were investigated: pitch control and generator load control, both of which are employed to regulate the operation of the wind turbine. The authors' analysis and simulation show that the wind turbine can be operated at its optimum energy capture while minimizing the load on the mind turbine for a wide range of wind speeds.

This paper presents a modified current–voltage relationship for the single-diode model. The single-diode model has been derived from the well-known equivalent circuit for a single photovoltaic (PV) cell. A cell is defined as the semiconductor device that converts sunlight into electricity. A PV module refers to a number of cells connected in series and in a PV array, modules are connected in series and in parallel. The modification presented in this paper accounts for both parallel and series connections in an array. Derivation of the modified current–voltage relationships begins with a single solar cell and is expanded to a PV module and finally an array. Development of the modified current–voltage relationship was based on a five-parameter model, which requires data typically available from the manufacturer. The model accurately predicts voltage–current (V–I) curves, power–voltage (P–V) curves, maximum power point values, short-circuit current and open-circuit voltage across a range of irradiation levels and cell temperatures. The versatility of the model lies in its accurate prediction of the aforementioned criteria for panels of different types, including monocrystalline and polycrystalline silicon. The model is flexible in the sense that it can be applied to PV arrays of any size, as well as in simulation programs such as EMTDC/PSCAD and MatLab/Simulink. Accuracy of the model was validated through a series of experiments performed outdoors for different configurations of a PV array.

Wind turbine generators (WTGs) in a wind power plant (WPP) contain different levels of releasable kinetic energy (KE) because of the wake effects. This paper proposes a releasable KE-based inertial control scheme for a doubly fed induction generator (DFIG) WPP that differentiates the contributions of the WTGs depending on their stored KE. The proposed KE-based gain scheme aims to make use of the releasable KE in a WPP to raise the frequency nadir. To achieve this, two additional loops for the inertial control are implemented in each DFIG controller: the rate of change of frequency and droop loops. The proposed scheme adjusts the two loop gains in a DFIG controller depending on its rotor speed so that a DFIG operating at a higher rotor speed releases more KE. The performance of the proposed scheme was investigated under various wind conditions. The results clearly indicate that the proposed scheme successfully improves the frequency nadir more than the conventional same gain scheme by releasing more KE stored in a WPP, and it helps all WTGs to ensure stable operation during inertial control by avoiding the rotor speed reaching the minimum speed limit.

This paper proposes an approach for distribution system load forecasting, which aims to provide highly accurate short-term load forecasting with high resolution utilizing a support vector regression (SVR) based forecaster and a two-step hybrid parameters optimization method. Specifically, because the load profiles in distribution systems contain abrupt deviations, a data normalization is designed as the pretreatment for the collected historical load data. Then an SVR model is trained by the load data to forecast the future load. For better performance of SVR, a two-step hybrid optimization algorithm is proposed to determine the best parameters. In the first step of the hybrid optimization algorithm, a designed grid traverse algorithm (GTA) is used to narrow the parameters searching area from a global to local space. In the second step, based on the result of the GTA, particle swarm optimization is used to determine the best parameters in the local parameter space. After the best parameters are determined, the SVR model is used to forecast the short-term load deviation in the distribution system. The performance of the proposed approach is compared to some classic methods in later sections of this paper.

As deployment of power electronic coupled generation such as photovoltaic (PV) systems increases, grid operators have shown increasing interest in calling on inverter-coupled generation to help mitigate frequency contingency events by rapidly surging active power into the grid. When responding to contingency events, the faster the active power is provided, the more effective it may be for arresting the frequency event. This paper proposes a predictive PV inverter control method for very fast and accurate control of active power. This rapid active power control (RAPC) method will increase the effectiveness of various higher-level controls designed to mitigate grid frequency contingency events, including fast power-frequency droop, inertia emulation, and fast frequency response, without the need for energy storage. The RAPC method, coupled with a maximum power point estimation method, is implemented in a prototype PV inverter connected to a PV array. The prototype inverter's response to various frequency events is experimentally confirmed to be fast (beginning within 2 line cycles and completing within 4.5 line cycles of a severe test event) and accurate (below 2% steady-state error).