Optimized Reactive Power Capability of Wind Power Plants with Tap-Changing Transformers

Abstract

Con los recientes avances en electrónica de potencia para turbinas eólicas, las plantas de energía eólica (WPP) se han convertido en activos valiosos para el soporte de energía reactiva de sistemas de energía a granel. En este trabajo, presentamos una metodología para optimizar la capacidad de potencia reactiva del WPP vista desde el punto de acoplamiento común (PCC). Con este fin, la metodología propuesta determina la configuración de los transformadores de cambio de tomas dentro del WPP que maximiza la cantidad de potencia reactiva que el WPP puede consumir o inyectar en la red, considerando niveles inciertos de generación de energía eólica y magnitud de voltaje en el PCC. El problema de la capacidad de potencia reactiva optimizada (ORPC) se formula inicialmente como un modelo de programación no lineal de enteros mixtos (MINLP). Luego, se utiliza un conjunto de técnicas de linealización eficientes para obtener un modelo de programación lineal de enteros mixtos (MILP) que se puede resolver mediante solucionadores de programación matemática disponibles en el mercado. Los resultados demuestran que el modelo MILP propuesto es un método escalable, flexible y preciso para maximizar la capacidad de potencia reactiva de WPP como se ve desde el PCC.

With the recent advancements in power electronics for wind turbines, wind power plants (WPPs) have become valuable assets for reactive power support of bulk power systems. In this paper, we present a methodology to optimize the WPP's reactive power capability as seen from the point of common coupling (PCC). To this end, the proposed methodology determines the configuration of the tap-changing transformers within the WPP that maximizes the amount of reactive power the WPP can either consume or inject into the network, considering uncertain levels of wind power generation and voltage magnitude at the PCC. The optimized reactive power capability (ORPC) problem is initially formulated as a mixed-integer nonlinear programming (MINLP) model. Then, a set of efficient linearization techniques are used to obtain a mixed-integer linear programming (MILP) model that can be solved via off-the-shelf mathematical programming solvers. The results demonstrate that the proposed MILP model is a scalable, flexible and accurate method to maximize the reactive power capability of WPP as seen from the PCC.