This study is for the pitch control of blade, used in most horizontal-axis wind turbine systems, to sustain the maximum power output supplied to grid. The control of a blade can be divided into a stall regulation and a pitch control methods. The stall regulation method using an aerodynamic stall is simple and cheap, but it suffers from fluctuation of the resulting power. Pitch control method is mechanically and mathematically complicated, but the control performance is better than that of the stall regulation method. In this paper 2.5MW MOD-2 wind turbine system is adopted to be controlled by a pitch controller with PI method. The simulation performed by MA TLAB will show the variation of frequency, generator output, and pitch angle.
In the variable-speed wind energy system, to achieve maximum power point tracking (MPPT), the wind turbine should run close to its optimal angular speed according to the wind speed. Non-linear control methods that consider the dynamic behavior of wind speed are generally used to provide maximum power and improved efficiency. In this perspective, the mechanical power is estimated using Kalman filter. And then, from the estimated mechanical power, the wind speed is estimated with Newton-Raphson method to achieve maximum power without anemometer. However, the blade shape and air density get changed with time and the generator efficiency is also degraded. This results in incorrect estimation of wind speed and MPPT. It causes not only the power loss but also incorrect wind resource assessment of site. In this paper, the adaptive maximum power point tracking control algorithm for wind turbine system based on the estimation of wind speed is proposed. The proposed method applies correction factor to wind turbine system to have accurate wind speed estimation for exact MPPT. The proposed method is validated with numerical simulations and the results show an improved performance.
Kwon, Koo-Ahn;Choi, Man-Yong;Park, Hee-Sang;Park, Jeong-Hak;Huh, Yong-Hak;Choi, Won Jae
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.35
no.1
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pp.25-30
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2015
A wind turbine blade is an important component in wind-power generation, and is generally exposed to harsh environmental conditions. Ultrasonic inspection is mainly used to inspect such blades, but it has been difficult to quantify defect sizes in complicated composite structures. Recently, active infrared thermography has been widely studied for inspecting composite structures, in which thermal energy is applied to an object, and an infrared camera detects the energy emitted from it. In this paper, a calibration method for active optical lock-in thermography is proposed to quantify the size. Inclusion, debonding and wrinkle defects, created in a wind blade for 100 kW wind power generation, were all successfully detected using this method. In particular, a ${\phi}50.0mm$ debonding defect was sized with 98.0% accuracy.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.19
no.4
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pp.24-29
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2011
Conceptual study of an open-circuit type low-speed wind tunnel for performance test of wind turbine blade and airfoil is conducted. The tunnel is constituted of a settling chamber, a contraction, closed test section, a diffuser, two corners, a cross leg and a fan and motor. For the performance test, the closed test section width of 1.8 m, height of 1.8 m and length of 5.25 m is selected. The contraction ratio is 9 to 1 and maximum speed in the test section is 67 m/sec. Input power in the tunnel is about 238 kW and its energy ratio is 3.6. The wind tunnel designed in present study will be an effective tool in research and development of wind turbine and airfoil.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.6
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pp.669-676
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2006
The optimum design and the performance analysis software called POSEIDON for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) is developed by use of BEMT, which is the standard computational technique for prediction of power curves of wind turbines. The Prandtl's tip loss theory is adopted to consider the blade tip loss. The lift and the drag coefficient of S-809 airfoil are predicted via X-FOIL and the post stall characteristics of S-809 also are estimated by the Viterna's equations.$^{[13]}$ All the predicted aerodynamic characteristics are fairly well agreed with the wind tunnel test results. performed by Sommers in Delft university of technology. The rated power of the testing rotor is 20kW(FIL-20) at design conditions. The experimental aerodynamic parameters and the X-FOIL data are used for the power Prediction of the FIL-20 respectively The comparison results shows good agreement in power prediction.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.6
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pp.693-701
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2012
In this study, a small wind turbine airfoil specialized for national wind condition was designed in order to develop the furling control type HAWT. And then a flow analysis was carried out based on the blade drawing which was designed to characterize of the developed airfoil. The result of the flow analysis showed that the torque on the 3 blades was 180.23N.m. This is equivalent to an output power of 5.66kw and an output efficiency of 0.44. Then we produced and constructed a 3kW - furling control type HAWT by getting the system unit design technology such as the specialized furling control device. By operating this turbine, we could get 3kW of the rated power at a wind speed of 10.5m/s through the ability test. Cut-in wind speed was 2m/s, generator efficiency was 92% at the rated power output. Sound power level was 87.2dB(A). Also we observed that the output power was limited to 10.5m/s with furling system operation.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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v.17
no.1
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pp.23-32
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2021
Conventional wind power generators have limited installation sites due to low efficiency due to reverse resistance or high cut-in speed. To compensate for these problems, this study proposed another new type of tilting wind turbine. The key to this method is the structural design of a cylindrical cam with a guide groove that allows the blade to tilt. As the blade rotates by the cam, it tilts according to the angle. In the section that generates torque by receiving drag, the blade is made perpendicular to the wind. And it is a structure that creates a parallel state with the wind in the section where reverse resistance occurs. We prepared six types of cams considering the length of the section subject to drag, reverse resistance, tilting section. The performance was analyzed as the maximum value of the output, torque coefficient, and efficiency coefficient, which is indicated by setting different wind speed and low TSR.
Proceedings of the Korean Institute of IIIuminating and Electrical Installation Engineers Conference
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2004.05a
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pp.424-428
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2004
A wind turbine system converts wind energy into electric energy, the system operated under normal environmental conditions. In case of particular turbulent wind flow such as typhoon, hurricane etc, the control of a blade used to a yaw control and a pitch control method. A small wind turbine has not a speed control system to only a manual tail safety brake. This paper shows a automatic tail safety brake controller based on feedback control using wind velocity. The controller composed of wired motor, relay system, steel wired motor him down a perpendicular to wind flow and then the blade speed reduced high to zero. The operation of automatic tail safety controller verified by manual test.
Quad-Rotor, which consists of four blades, performs a flight task by controling each rotation speed of the four blades. Quad-Rotor blade making no use of cyclic pitch or collective one is a type of fixed-wing as different from helicopter blade. Although, Quad-Rotor is simple and easy to control for those reasons, blade configuration of the fixed wing is one of the critical factors in determining the performance of Quad-Rotor. In the present study, coefficients for thrust and power of Quad-Rotor blade were derived from the data acquired by using 6-component balances. Firstly, Measurements for aerodynamic force were conducted at various pitch angles (i.e., from 0$^{\circ}$ to 90$^{\circ}$ with the interval of 10$^{\circ}$). The blade used in this experiment has aspect ratio of 6 and chord length of 35.5 mm. Secondly, assembled-blade, which was an integral blade but divided into many pieces, was used in order to test aerodynamic forces along twist angles. The curve of thrust coefficient along pitch angle indicates a parabola form. Stall which occurs during wind tunnel test to calculate lift coefficient of airfoil does not generate. When deciding the blade twist angle, structural stability of blade should be considered together with coefficients of thrust and power. Those aerodynamic force data based on experimental study will be provided as a firm basis for the design of brand-new Quad-Rotor blade.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.16
no.5
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pp.503-510
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2011
This paper presents a method of optimizing the blade pitch and generator torque controllers which have been already designed for an existing wind turbine generator system. Since the highly nonlinear and uncertain characteristics of the wind turbine generator can not be fully considered in the controller design phase, some parameters such as control gains must be tuned during the field implementation phase. In this paper, nonlinear simulation software, which is based high fidelity wind turbine model, and optimization technique are effectively combined and used to tune a set of gains for the blade pitch and the generator torque controllers. Simulation results show that the baseline controllers can be effectively optimized to reduce the errors in wind turbine rotor speed and generator power output controls as well as twisting of the high and low speed shafts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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