KIEE International Transactions on Power Engineering
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v.4A
no.2
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pp.51-57
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2004
This paper describes the dynamic performance of a variable speed wind turbine system responding to a wide variety of wind variations. Modeling of the wind generation using power electronics interface is proposed for dynamic simulation analysis. Component models and equations are addressed and their incorporations into a transient analysis program, PSCAD/EMTDC are provided. A wind model of four components is described, which enables observing dynamic behaviors of the wind turbine resulting from wind variations. Controllable power inverter strategies are intended for capturing the maximum power under variable speed operation and maintaining reactive power generation at a pre-determined level for constant power factor control or voltage regulation control. The components and control schemes are modeled by user-defined functions. Simulation case studies provide variable speed wind generator dynamic performance for changes in wind speed
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.5
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pp.724-729
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2016
Nowadays high-cost energy storage system using flywheel or secondary battery is applying to hybrid generation system with WT(Wind Turbine) and diesel generator in island areas for stable operation. This paper proposes an operating algorithm and modeling method of the hybrid generation system that can operate for variable wind speed and load, which is composed of energy storage system, variable-speed PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator) WT and diesel generator applied in island areas. Initially, the operating algorithm was proposed for frequency and voltage to be maintained within the proper ranges for load and wind speed changes. Also, the modeling method is proposed for variable speed PMSG WT, diesel generator and BESS(Battery Energy Storage System). The proposed operating algorithm and modeling method were applied to a typical island area. The frequency and voltage was kept within the permissible ranges and the proposed method was proven to be appropriate through simulations.
This paper presents development of variable speed generation (VSG) system with energy saving function. The rubber tyred gantry crane (RTGC) requires the power from diesel-engine. Significant fuel savings by reducing the engine speed can be achieved, because all of operation modes except hoisting are required lower power than rated value of engine. When low speed operation output voltage of generator is decrease until acceptable range of motor driver inverters and auxiliary load supplier. According to power demand engine speed is varying from 20 to 60Hz, and voltage is varying between 210Vac and 480Vac. When idle mode or low power operation dc/dc converter operates by constant output voltage control and inverters dc site voltage is compensated by it. This paper proposed 3-phase interleaved boost converter which has the same structure as the commercially available 3-phase inverter and current sharing capability. 400kW interleaved converter is designed and a performance of converter is evaluated through several experiments with a RTGC system. Energy saving VSG system can cut down fuel consumption by 36% and 21.3% at idle and unidirectional load operations.
This paper presents experimental results and its assessment of a variable-speed wind power generation system (VSWPGS) using permanent magnet synchronous generator (PMSG) and boost chopper circuit (BCC). Experimental results are obtained by a test bench with a wind turbine emulator (WTE). WTE reproduces the behaviors of a windmill by using servo motor drives. The mechanical torque references to drive the servo motor are calculated from the windmill wing profile, wind velocity, and windmill rotational speed. VSWPGS using PMSG and BCC has three speed control modes for the level of wind velocity to control the rotational speed of the wind turbine. The control mode for low wind velocity regulates an armature current of generator with BCC. The control mode for middle wind velocity regulates a DC link voltage with a vector-controlled inverter. The control mode for high wind velocity regulates a pitch angle of the wind turbine with a pitch angle control system. The hybrid of three control modes extends the variable-speed range. BCC simplifies the maintenance of VSWPGS while improving reliability. In addition, VSWPGS using PMSG and BCC saves cost compared with VSWPGS using a PWM converter.
Kido Park;Gilltae Roh;Kyunghwa Kim;Changjae Moon;Jongsu Kim
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.6
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pp.666-671
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2023
As international environmental regulations on ship emissions are gradually strengthened, interest in electric propulsion and hybrid propulsion ships is increasing, and various solutions are being developed and applied to these ships, especially stabilization of the power system and system efficiency. The direct current distribution system is being applied as a way to increase the power. In addition, verification and testing of safety and performance of marine DC distribution systems is required. As a result of establishing a DC distribution test bed, verifying the performance of the DC distribution (variable speed power generation) system, and analyzing fuel consumption, this study applied a variable speed power generation system that is applied to DC power distribution for ships, and converted the power output from the generator into a rectifier. A system was developed to convert direct current power to connect to the system and monitor and control these devices. Through tests using this DC distribution system, the maximum voltage was 751.5V and the minimum voltage was 731.4V, and the voltage fluctuation rate was 2.7%, confirming that the voltage is stably supplied within 3%, and a variable speed power generation system was installed according to load fluctuations. When applied, it was confirmed through testing that fuel consumption could be reduced by more than 20% depending on the section compared to the existing constant speed power generation system.
A wind generator (WG) maximum power point tracking (MPPT) system is presented here. It comprises of a variable-speed wind generator, a high-efficiency boost-type dc/dc converter and a control unit. The advantages of the aimed system are that it does not call for the knowledge of the wind speed or the optimal power characteristics and that it operates at a variable speed, thus providing high efficiency. The WG operates at variable speed and thus suffers lower stress on the shafts and gears compared to constant-speed systems. It results in a better exploitation of the available wind energy, especially in the low wind-speed range of 2.5-4.5 m/s. It does not depend on the WG wind and rotor-speed ratings or the dc/dc converter power rating. Higher reliability, lower complexity and cost, and less mechanical stress of the WG. It can be applied to battery-charging applications.
This paper presents a variable speed wind generation system where fuzzy logic controllers is used as efficiency optimizer. The fuzzy logic controller increments the machine flux by on-line search to improve the generator efficiency in case of light load. The speed of the induction generator is controlled according to the variation of the wind speed in order to produce the maximum output power The generator reference speed is adjusted according to the optimum tip-speed ratio. The complete control system has been developed by simulation study.
This paper presents the control and implementation of the dual-stator-winding induction generator for variable frequency AC (VFAC) generating system. This generator has two sets of stator windings embedded into the stator slots. The power winding produces the VFAC power to feed the loads, and the control winding is connected to the static excitation controller to control the generator for output voltage regulation with speed and load variations. On the basis of the idea of power balance, an instantaneous slip frequency control (ISFC) strategy using the information of both the output voltage and the output power is used in this system. A series of experiments is carried out on a 15 kW prototype for verification. Results show that the system has good static and dynamic performance in a wide speed range, which demonstrates that the ISFC strategy is suitable for this system.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers B
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v.54
no.12
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pp.609-615
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2005
A 30kW electrical power conversion system is developed for a variable speed wind turbine. In the wind energy conversion system(WECS) a synchronous generator with field current excitation converts the mechanical energy into electrical energy. As the voltage and the frequency of the generator output vary according to the wind speed, a 6-bridge diode rectifier and a PWM boost chopper is utilized as an ac-dc converter maintaining the constant dc-link voltage with only single switch control. An input current control algorithm for maximum power generation during the variable speed operation is proposed without any usage of speed sensor. Grid connection type PWM inverter converts dc input power to ac output currents into the grid. The active power to the grid is controlled by q-axis current and the reactive power is controlled by d-axis current with appropriate decoupling. The phase angle of utility voltage is detected using software PLL(Phased Locked Loop) in d-q synchronous reference frame. Experimental results from the test of 30kW prototype wind turbine system show that the generator power can be controlled effectively during the variable speed operation without any speed sensor.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.65
no.3
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pp.151-157
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2016
This paper proposes the variable wind generation system based on the direct torque control(DTC)for the interior permanent magnet synchronous generator. The proposed system can achieve the MPPT control without wind speed in addition to the speed and position sensorless control as well as the conventional current control method. The DTC has several advantages such as simply system configuration, ease of the flux weakening control and the sensorless control. The experimental results show the performance of the proposed wind generation system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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