The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.10
no.8
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pp.935-944
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2015
This study performs the dynamic modeling and the simulation of variable speed wind power system and implements the models of wind speed, wind turbine & PMSG, and MPPT & pitch control as well. The simulation of wind turbine was performed by using the power coefficient and other simulation parameters which were extracted with reference to the commercial 5MW class wind turbine data. As the result of this simulation, MPPT control is confirmed, maintaining the maximum power coefficient as far as the rated speed 12[m/s]. Over 12[m/s] wind speed, this wind power system makes it possible to keep the stable output by controlling the pitch angle.
Recently, the horizontal axis rotor performance optimizer (HARP_Opt) tool was developed in the National Renewable Energy Laboratory, USA. This innovative tool is becoming more popular in the wind turbine industry and in the field of academic research. HARP_Optwas developed on the basis of two fundamental modules, namely, WT_Perf, a performance evaluator computer code using the blade element momentum theory; and a genetic algorithm module, which is used as an optimizer. A pattern search algorithm was more recently incorporated to enhance the optimization capability, especially the calculation time and consistency of the solutions. The blade optimization is an aspect that is highly dependent on experience and requires significant consideration on rotor control strategies, wind data, and generator type. In this study, the effects of rotor control strategies including fixed speed and fixed pitch, variable speed and fixed pitch, fixed speed and variable pitch, and variable speed and variable pitch algorithms on optimal blade shapes and rotor performance are investigated using optimized blade designs. The effects of environmental wind data and the objective functions used for optimization are also quantitatively evaluated using the HARP_Opt tool. Performance indices such as annual energy production, thrust, torque, and roof-flap moment forces are compared.
Kim, Hyoung-Gil;Kong, Jeong-Sik;Kwon, Ki-Jin;Oh, Jin-Hun;Moon, Chae-Joo
Proceedings of the KIEE Conference
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2015.07a
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pp.1068-1069
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2015
Wind turbines have an enormous potential for decentralized electricity generation. In recent years, there has been an increasing worldwide interest in small/medium wind systems. This paper presents the results of power performance testing conducted on a 50 kW turbine located in Yeonggwang test-bed. The turbine system is a pitch, active yaw, variable speed, upwind, three blade with a direct drive PMSG. This thesis covers the operation of variable speed wind turbines with pitch-yaw control. The system considered is controlled to generate maximum energy while minimizing loads. The data include power, wind speed, and direction from meteorological towers, and nacelle anemometer readings and output from turbine. The analysis concentrates on the effect of the load on the power-wind speed curve of the turbine.
As constantly increasing wind power penetrates power grid, wind power plants (WPPs) are exerting a direct influence on the traditional power system. Most of WPPs are using variable speed constant frequency (VSCF) wind turbines equipped with doubly fed induction generators (DFIGs) due to their high efficiency over other wind turbine generators (WTGs). Therefore, the analysis of DFIG has attracted considerable attention. Precisely measuring optimum reference speed is basis of utilized maximum wind power in electric power generation. If the measurement of wind speed can be easily taken, the reference of rotation speed can be easily calculated by known system's parameters. However, considering the varying wind speed at different locations of blade, the turbulence and tower shadow also increase the difficulty of its measurement. The aim of this study is to design fuzzy controllers to replace the wind speedometer to track the optimum generator speed based on the errors of generator output power and rotation speed in varying wind speed. Besides, this paper proposes the fuzzy adaptive PID control to replace traditional PID control under rated wind speed in variable-pitch wind turbine, which can detect and analyze important aspects, such as unforeseeable conditions, parameters delay and interference in the control process, and conducts online optimal adjustment of PID parameters to fulfill the requirement of variable pitch control system.
Aerodynamic torque of wind turbine is highly nonlinear due to the nonlinear interactions between wind and blade. The aerodynamic nonlinearity is represented by nonlinear power and torque coefficients which are functions of wind speed, rotational speed of rotor, and pitch angle of blade. It is essential from the viewpoint of understanding and analysis of dynamic characteristics for wind turbine to linearize the aerodynamic torque and define aerodynamic nonlinear parameters as derivatives of aerodynamic torque with respect to the three parameters. In this paper, a linearization method of the aerodynamic torque from power coefficient is presented through differentiating it by the three parameters. And steady-state values of three aerodynamic nonlinear parameters according to wind speed are obtained and their nonlinear characteristics are investigated.
For the development of wind turbine, generally simulator is used. Simulator include wind turbine components. e.g blades, pitch and pitching method, rotor, yaw system, tower, drive train and so on. Few the more, it include a external circumstance. e.g wind speed, wind direction, air density. these basic parameters be used for the control of wind turbine by wind turbine controller in wind turbine simulator. The wind turbine controller can be designed in the wind turbine simulator. But a developer must make the real control system that will be made using PLC or PC or other processor. The developer must verify the function of control system. that is control algorithm , I/O function, communication, sequence and so on. This verification is possible if we substitute the real wind turbine control system for wind turbine controller in the simulator.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.6
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pp.7-13
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2002
This paper introduced a new hybrid genetic algorithm, verified its performance, and applied it to the optimization of blade design and pitch control for 30kW pitch-controlled variable-speed horizontal-axis wind turbine system to determine the optimum blade chord and twist distributions that maximize the energy production for a given Weibull wind distribution and the optimum blade pitch angles that maintain constant power output.
Nam, Yoon-su;Jo, Jang-whan;Lim, Chang-Hee;Park, Sung-su;Bottasso, Carlo L.
Journal of Wind Energy
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v.2
no.1
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pp.74-81
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2011
This paper deals with the application of LQ control to the power curve tracking control of wind turbine. However, two more additional tasks are required to apply the LQR theory to wind turbine control. One is the tracking problem instead of regulation, because the wind turbine is controlled as variable speed and variable pitch. The other is LQ integral control., because the rotor speed should be tightly controlled without any steady state error. Starting from the analysis of wind characteristics, design requirement of a wind turbine control system is defined. A design procedure of LQ tracking with integral control is introduced. The performance of LQ tracking system is analyzed and evaluated by numeric simulation.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.53
no.11
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pp.753-759
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2004
This paper presents a modeling and simulation of a fuzzy controller for maximum power extraction of a grid-connected wind energy conversion system with a link of a rectifier and an inverter. It discusses the maximum power control algorithm for a wind turbine and proposes, in a graphical form, the relationships of wind turbine output, rotor speed, power coefficient, tip-speed ratio with wind speed when the wind turbine is operated under the maximum power control. The control objective is to always extract maximum power from wind and transfer the power to the utility by controlling both the pitch angle of the wind turbine blades and the inverter firing angle. Pitch control method is mechanically complicated, but the control performance is better than that of the stall regulation method. The simulation results performed on MATLAB will show the variation of generator's rotor angle and rotor speed, pitch angle, and generator output.
This paper presents the general results of the conceptual design of a 3MW class offshore wind turbine named WinDS 3000 under development. In WinDS 3000, an integrated drive train design, three stage gearbox and permanent magnet generator (PMG) with fully rated converters have been introduced. A pitch regulated variable speed power control with individual pitch control has been adopted to regulate rotor torque while generator reaction torque can be adjusted almost instantaneously by the associated power electronics. Through the introduction of WinDS 3000, it is expected that helpful to understanding of the development status of 3MW offshore wind turbine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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