This paper presents a modeling and simulation of a grid-connected wind turbine generation system with respect to wind variations and three-phase fault in the system. It describes the modeling of the wind turbine system including the drive train model, induction generator model, and grid-interface model on MATLAB/Simulink. Case studies demonstrate that the pitch angle control is carried out to achieve maximum power extraction for wind speed variations and the duration of a fault on the system influences on the output of the wind turbine generator.
The wind-driven doubly fed induction generator (DFIG) is currently under pressure to be more grid-compatible. The main concern is the fault ride-through (FRT) requirement to keep the generator connected to the grid during faults. In response to this, the paper introduces a novel model and new control scheme for the DFIG. The model provides a means of direct stator power control and considers the stator transients. On the basis of the derived model, a robust linear quadratic (LQ) controller is synthesized. The control law has proportional and integral actions and takes account of one sample delay in the input owing to the microprocessor's execution time. Further, the influence of the grid voltage imperfection is mitigated using frequency shaped cost functional method. Compensation of the rotor current pulsations is proposed to improve the FRT capability as well as the generator performance under grid voltage unbalance. As a consequence, the control system can achieve i) fast direct power control without instability risk, ii) alleviation of the problems associated with the DFIG operation under unbalanced grid voltage, and iii) high probability of successful grid FRT. The effectiveness of the proposed solution is confirmed through simulation studies on 2MW DFIG.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.5
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pp.2388-2392
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2013
Wind generation systems are very different in nature from conventional generation systems. Therefore it is necessary to research dynamic characteristics of wind generation systems connected to a power system. The stability analysis of wind turbine generator is an important issue in the operation of the power system. The result of angular stability of the power system that consists of only synchronous generators is different from that of the power system including wind turbine generators. This is due to the fact that generators connected to wind turbines are generally induction generators. The angular stability assessing synchronization of generators is determined by its corresponding critical clearing time(CCT). Wind turbine models for the analysis of power system are varied and difficult to use, but now these are standardized into four types. In this paper, the analysis of the CCT of the power system connected to wind farm considering the location and capacity is performed by using DFIG(Doubly-Fed induction Generator) wind turbine built-in type3 model in PSS/E-32.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.24
no.1
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pp.39-44
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2019
A high-temperature superconducting(HTS) generators have been actively studied because of its advantages of weight, size, and efficiency. A large-scale superconducting wind power generator becomes a very low-speed high-torque rotating machine. In these machines, high electromagnetic force and torque are important issued. Two generators connected in series on one shaft design are one of the solution to overcome the high torque problem. In this paper, the authors design and analyze a 15 MW class HTS generator. The 15 MW HTS generator is confirmed in terms of magnetic field distribution and torque performance using a 3D finite element method. As a result, the designed generators generates less torque than a conventional generator. The designed 15 MW superconducting generator will be effectively utilized in the construction of the large-scale wind power generation system.
Kim, Seock-Hyun;Nam, Yoon-Su;Yoo, Neung-Soo;Lee, Jeong-Wan;Park, Mu-Yeol;Park, Hae-Gyun;Kim, Tae-Hyeong
Journal of Industrial Technology
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v.25
no.A
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pp.81-86
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2005
A vibration monitoring system for a small class of wind turbine (W/T) is established and operated. The monitoring system consists of monolithic integrated chip accelerometer for vibration monitoring, anemometers for wind data acquisition and auxiliary sensors for atmospheric data. Using the monitoring system, vibration response of a 6kW W/T generator is investigated. Acceleration data of the W/T tower under various operation condition is acquired in real time using LabVIEW and is remotely transferred from the test site to the laboratory in school by internet. Vibration state of the tower structure is diagnosed within the operating speed range. Resonance frequency range of the test model is investigated with the wind speed data of the test site.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.22
no.10
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pp.24-33
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2008
Optimal design of the direct-driven PM Wind Generator, combined with DEAS(Dynamic Encoding Algorithm for Searches) and FEM(Finite Element Method), has been proposed to maximize the Annual Energy Production(AEP) over the whole wind speed characterized by the statistical model of wind speed distribution. In particular, DEAS contributes to reducing the excessive computing time for the optimization process.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.11
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pp.1495-1504
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2013
Renewable energy integration and increased system complexities make system operator maintain supply and demand balance harder than before. To keep the grid frequency in a stable range, an appropriate spinning reserve margin should be procured with consideration of ever-changing system situation, such as demand, wind power output and generator failure. This paper propose a novel concept of dynamic reserve, which arrange different spinning reserve margin depending on time. To investigate the effectiveness of the proposed dynamic reserve, we developed a new short-term reliability criterion that estimates the probability of a spinning reserve shortage events, thus indicating grid frequency stability. Uncertainties of demand forecast error, wind generation forecast error and generator failure have been modeled in probabilistic terms, and the proposed spinning reserve has been applied to generation scheduling. This approach has been tested on the modified IEEE 118-bus system with a wind farm. The results show that the required spinning reserve margin changes depending on the system situation of demand, wind generation and generator failure. Moreover the proposed approach could be utilized even in case of system configuration change, such as wind generation extension.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.4
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pp.505-514
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2015
This paper proposes a probabilistic generation assessment model of renewable energy generators(REGs) considering uncertainty of resources, mainly focused on Wind Turbine Generator(WTG) and Solar Cell Generator(SCG) which are dispersed widely in South Korea The proposed numerical analysis method assesses the one day-ahead generation by combining equivalent generation characteristics function and probabilistic distribution function of wind speed(WS) and solar radiation(SR) resources. The equivalent generation functions(EGFs) of the wind and solar farms are established by grouping a lot of the farms appropriately centered on Weather Measurement Station(WMS). First, the EGFs are assessed by using regression analysis method based on typical least square method from the recorded actual generation data and historical resources(WS and SR). Second, the generation of the REGs is assessed by adding the one day-ahead resources forecast, announced by WMS, to the EGFs which are formulated as third order degree polynomials using the regression analysis. Third, a Renewable Energy Generation Assessment System(REGAS) including D/B of recorded actual generation data and historical resources is developed using the model and algorithm predicting one day-ahead power output of renewable energy generators.
Pohang Wind Energy Research Center (PoWER-C) is developing a 3 MW Radial Flux Permanent Magnet (RFPM) Synchronous Generator for offshore Wind Energy Converter (WEC). The blade rotor rpm is 15.7 and the gear ratio is set to be 92.93. The nominal generator rpm at the rated load is about 1459. Baseline design with surface mounted PM magnets are completed. However, there is some concern about the excessive eddy current heating in the magnets. To alleviate this problem, another design with embedded magnet is going on. With embedded magnets, the generator length should be increased to compensate the increased flux leakage. But the field fluctuation in the magnets due to the slots are greatly reduced. This means less eddy currents and lower magnet operating temperature. In this report, engineering efforts for embedded rotor is presented.
Kim, Hyun-Jun;Lee, Yoon-Seok;Kim, Jae-Hyuk;Han, Byung-Moon
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.9
no.3
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pp.1072-1079
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2014
This paper introduces a coordinated droop control for the stand-alone DC micro-grid, which is composed of photo-voltaic generator, wind power generator, engine generator, and battery storage with SOC (state of charge) management system. The operation of stand-alone DC micro-grid with the coordinated droop control was analyzed with computer simulation. Based on simulation results, a hardware simulator was built and tested to analyze the performance of proposed system. The developed simulation model and hardware simulator can be utilized to design the actual stand-alone DC micro-grid and to analyze its performance. The coordinated droop control can improve the reliability and efficiency of the stand-alone DC micro-grid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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