IEC 61400-27-1:2020

Wind energy generation systems - Part 27-1: Electrical simulation models - Generic models

IEC 61400-27-1:2020 defines standard electrical simulation models for wind turbines and wind power plants. The specified models are time domain positive sequence simulation models, intended to be used in power system and grid stability analyses. The models are applicable for dynamic simulations of short term stability in power systems. This document defines the generic terms and parameters for the electrical simulation models.
This document specifies electrical simulation models for the generic wind power plant topologies / configurations currently on the market. The wind power plant models include wind turbines, wind power plant control and auxiliary equipment. The wind power plant models are described in a modular way which can be applied for future wind power plant concepts and with different wind turbine concepts.

Systèmes de génération d’énergie éolienne - Partie 27-1: Modèles de simulation électrique - Modèles génériques

IEC 61400-27-1:2020 définit des modèles de simulation électrique normalisés pour les éoliennes et les centrales éoliennes. Il s'agit de modèles de simulation directe dans le domaine temporel, destinés à être utilisés dans des analyses de stabilité du réseau d'énergie électrique et du réseau de distribution. Ces modèles s'appliquent à des simulations dynamiques de la stabilité à court terme des réseaux d'énergie électrique.
Le présent document définit les termes et paramètres génériques pour les modèles de simulation électrique.
Il spécifie des modèles de simulation électrique pour les topologies/configurations génériques de centrales éoliennes actuellement disponibles sur le marché. Les modèles de centrales éoliennes comprennent les éoliennes, la commande de centrale éolienne et les matériels auxiliaires. Les modèles de centrales éoliennes sont décrits de manière modulaire avec différents concepts d’éoliennes et peuvent être appliqués aux futurs concepts de centrales éoliennes.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition parue en 2015. Cette édition constitue une révision technique et une restructuration du contenu en deux parties. La nouvelle structure regroupe les modèles dans la partie 27-1 et les procédures de validation dans la partie 27-2.
Cette édition inclut les modifications techniques majeures suivantes par rapport à l’édition précédente:
a. "Éoliennes" a été modifié en "Modèles génériques" en raison de l’ajout de modèles de centrales éoliennes, et du transfert de la validation du modèle dans l’IEC 61400-27-2;
b. des modèles de centrales éoliennes ont été spécifiés, y compris la commande d’installation, le modèle de système de communication et la procédure d’agrégation pour le système de collecte de puissance, en plus des modèles d’éoliennes présentés dans l’édition précédente;
c. les procédures de validation des modèles d’éoliennes de la présente édition ont été transférées dans la partie 27-2;
d. la structure modulaire qui sépare la commande d’éolienne entre commande de pas et commande de l’aérogénérateur a été précisée, et les modules de mesure du réseau ont été extraits des modules de commande. Les figures ont été révisées en conséquence;
e. un modèle pour STATCOM a été ajouté;
f. des modules de composants électriques ont été ajoutés.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 29-Jul-2020
• ICS: 01 - GENERALITIES. TERMINOLOGY. STANDARDIZATION. DOCUMENTATION
• ICS: 27.180 - Wind turbine energy systems
• Technical Committee: TC 88 - Wind energy generation systems
• Drafting Committee: WG 27 - TC 88/WG 27
• Current Stage: PPUB - Publication issued
• Start Date: 17-Jul-2020
• Completion Date: 30-Jul-2020

Relations

• Revises: IEC 61400-27-1:2015 - Wind turbines - Part 27-1: Electrical simulation models - Wind turbines
• Effective Date: 05-Sep-2023

Standards Content (Sample)

IEC 61400-27-1 ®
Edition 2.0 2020-07
INTERNATIONAL
STANDARD
Wind energy generation systems –
Part 27-1: Electrical simulation models – Generic models
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Wind energy generation systems –

Part 27-1: Electrical simulation models – Generic models

INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL
COMMISSION
ICS 27.180 ISBN 978-2-8322-8505-3

– 2 – IEC 61400-27-1:2020 © IEC 2020
CONTENTS
FOREWORD . 8
INTRODUCTION . 10
1 Scope . 12
2 Normative references . 12
3 Terms, definitions, abbreviations and subscripts . 12
3.1 Terms and definitions . 12
3.2 Abbreviations and subscripts . 16
3.2.1 Abbreviations . 16
3.2.2 Subscripts . 18
4 Symbols and units . 19
4.1 General . 19
4.2 Symbols (units) . 19
5 Functional specification of models . 23
5.1 General specifications . 23
5.2 Wind turbine models . 24
5.3 Wind power plant models . 25
6 Formal specification of modular structures of models . 25
6.1 General . 25
6.2 Wind turbine models . 26
6.2.1 General . 26
6.2.2 Type 1 . 26
6.2.3 Type 2 . 28
6.2.4 Type 3 . 30
6.2.5 Type 4 . 32
6.3 Auxiliary equipment models . 37
6.3.1 STATCOM . 37
6.3.2 Other auxiliary equipment . 38
6.4 Wind power plant models . 38
6.4.1 General . 38
6.4.2 Wind power plant control and communication . 39
6.4.3 Basic wind power plant . 40
6.4.4 Wind power plant with reactive power compensation . 41
7 Formal specification of modules . 42
7.1 General . 42
7.2 Aerodynamic modules . 43
7.2.1 Constant aerodynamic torque module . 43
7.2.2 One-dimensional aerodynamic module . 44
7.2.3 Two-dimensional aerodynamic module . 44
7.3 Mechanical modules . 46
7.3.1 Two mass module . 46
7.3.2 Other mechanical modules . 46
7.4 Generator and converter system modules . 46
7.4.1 Asynchronous generator module . 46
7.4.2 Type 3A generator system module . 47
7.4.3 Type 3B generator system module . 48
7.4.4 Type 4 generator system module . 49

7.4.5 Reference frame rotation module . 50
7.5 Electrical systems modules . 51
7.5.1 Electrical systems gamma module . 51
7.5.2 Other electrical systems modules . 52
7.6 Pitch control modules . 52
7.6.1 Pitch control power module . 52
7.6.2 Pitch angle control module. 53
7.7 Generator and converter control modules . 54
7.7.1 Rotor resistance control module . 54
7.7.2 P control module type 3 . 55
7.7.3 P control module type 4A . 58
7.7.4 P control module type 4B . 59
7.7.5 Q control module . 60
7.7.6 Current limitation module . 63
7.7.7 Constant Q limitation module . 64
7.7.8 QP and QU limitation module . 65
7.8 Grid interfacing modules . 66
7.8.1 Grid protection module . 66
7.8.2 Grid measurement module . 67
7.9 Wind power plant control modules. 68
7.9.1 WP P control module . 68
7.9.2 WP Q control module . 69
7.10 Communication modules . 71
7.10.1 General . 71
7.10.2 Communication delay module . 71
7.10.3 Linear communication module . 71
7.11 Electrical components modules . 72
7.11.1 Line module . 72
7.11.2 Transformer module . 72
7.11.3 Other electrical components modules . 72
Annex A (informative) Estimation of parameters for single branch power collection
system model. 73
A.1 General . 73
A.2 Description of method . 73
A.2.1 General . 73
A.2.2 Lines aggregation . 73
A.2.3 Wind turbine transformers aggregation . 74
A.3 Numerical example . 75
Annex B (informative) Two-dimensional aerodynamic model . 78
B.1 Objective . 78
B.2 Wind speed input model . 78
B.3 Parameters for power input module . 80
Annex C (informative) Implementation of generator systems modules with external

impedance . 81
Annex D (normative) Block symbol library . 84
D.1 General . 84
D.2 Switch . 84
D.3 Time step delay . 84
D.4 Stand-alone ramp rate limiter . 85

– 4 – IEC 61400-27-1:2020 © IEC 2020
D.5 First order filter . 85
D.6 Lookup table .
...

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Edition 2.0 2020-07
INTERNATIONAL
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NORME
INTERNATIONALE
Wind energy generation systems –
Part 27-1: Electrical simulation models – Generic models

Systèmes de génération d’énergie éolienne –
Partie 27-1: Modèles de simulation électrique – Modèles génériques

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– 2 – IEC 61400-27-1:2020 © IEC 2020
CONTENTS
FOREWORD . 8
INTRODUCTION . 10
1 Scope . 12
2 Normative references . 12
3 Terms, definitions, abbreviations and subscripts . 12
3.1 Terms and definitions . 12
3.2 Abbreviations and subscripts . 16
3.2.1 Abbreviations . 16
3.2.2 Subscripts . 18
4 Symbols and units . 19
4.1 General . 19
4.2 Symbols (units) . 19
5 Functional specification of models . 23
5.1 General specifications . 23
5.2 Wind turbine models . 24
5.3 Wind power plant models . 25
6 Formal specification of modular structures of models . 25
6.1 General . 25
6.2 Wind turbine models . 26
6.2.1 General . 26
6.2.2 Type 1 . 26
6.2.3 Type 2 . 28
6.2.4 Type 3 . 30
6.2.5 Type 4 . 32
6.3 Auxiliary equipment models . 37
6.3.1 STATCOM . 37
6.3.2 Other auxiliary equipment . 38
6.4 Wind power plant models . 38
6.4.1 General . 38
6.4.2 Wind power plant control and communication . 39
6.4.3 Basic wind power plant . 40
6.4.4 Wind power plant with reactive power compensation . 41
7 Formal specification of modules . 42
7.1 General . 42
7.2 Aerodynamic modules . 43
7.2.1 Constant aerodynamic torque module . 43
7.2.2 One-dimensional aerodynamic module . 44
7.2.3 Two-dimensional aerodynamic module . 44
7.3 Mechanical modules . 46
7.3.1 Two mass module . 46
7.3.2 Other mechanical modules . 46
7.4 Generator and converter system modules . 46
7.4.1 Asynchronous generator module . 46
7.4.2 Type 3A generator system module . 47
7.4.3 Type 3B generator system module . 48
7.4.4 Type 4 generator system module . 49

7.4.5 Reference frame rotation module . 50
7.5 Electrical systems modules . 51
7.5.1 Electrical systems gamma module . 51
7.5.2 Other electrical systems modules . 52
7.6 Pitch control modules . 52
7.6.1 Pitch control power module . 52
7.6.2 Pitch angle control module. 53
7.7 Generator and converter control modules . 54
7.7.1 Rotor resistance control module . 54
7.7.2 P control module type 3 . 55
7.7.3 P control module type 4A . 58
7.7.4 P control module type 4B . 59
7.7.5 Q control module . 60
7.7.6 Current limitation module . 63
7.7.7 Constant Q limitation module . 64
7.7.8 QP and QU limitation module . 65
7.8 Grid interfacing modules . 66
7.8.1 Grid protection module . 66
7.8.2 Grid measurement module . 67
7.9 Wind power plant control modules. 68
7.9.1 WP P control module . 68
7.9.2 WP Q control module . 69
7.10 Communication modules . 71
7.10.1 General . 71
7.10.2 Communication delay module . 71
7.10.3 Linear communication module . 71
7.11 Electrical components modules . 72
7.11.1 Line module . 72
7.11.2 Transformer module .
...