This paper presents an active and reactive power compensator for the wind power system with squirrel-cage induction generator. The developed system is able to continuously compensate the active and reactive power. The 3-phase inverter operates for the compensation of reactive power, while the DC/DC converter with super-capacitors operates for the compensation of active power. The proposed compensator can be expected that developed system may be used to compensated the abrupt power variation due to sudden change of wind speed or sudden power-drop by tower effect. It can be also applied for the distributed generation and the Micro-Grid.
This paper addresses linear quadratic regulation (LQR) for variable speed variable pitch wind turbines. Because of the inherent nonlinearity of wind turbines, a set of operating conditions is identified and then a LQR controller is designed for each of the operating points. The feedback controller gains are then interpolated linearly to get a control law for the entire operating region. In addition, the aerodynamic torque and effective wind speed are estimated online to get the gain-scheduling variable for implementing the controller. The potential of this method is verified through simulation with the help of MATLAB/Simulink and GH Bladed. The performance and mechanical load when using LQR are also compared with those obtained when using a PI controller.
The yaw gearbox is a key device in a wind power generator that improves power generation efficiency by rotating hundreds of tons (400 to 600 tons) of nacelle so that the blade reaches 90 degrees in the wind direction. Recently, installation sites have been advancing from land to sea as they have become super-large at (8-12) MW to increase the economic feasibility of wind power generators and utilize excellent wind resources, and the target life of large wind power generators is 25 to 30 years. The yaw gearbox of 6 to 12 sets is installed in a very complex place inside the nacelle on the tower with parallels, and it is important to secure the reliability of the yaw gearbox because if a failure occurs after installation, it costs tens to hundreds of times the price of a new product to restore. In this study, equivalent loads were calculated by analyzing failure mode and field data, accelerated life test conditions were established, and a test device was constructed to perform the accelerated life tests and performance tests to ensure the reliability of the gearbox.
Lattice towers and tubular steel poles have been commonly used for electrical power transmission in Korea. They are durable, structurally stable, simple and can easily be constructed in limited spaces. However, residents are opposed to construct transmission lattice towers in their areas because they are not visually attractive, and electrical field occur at the transmission lines. Underground transmissions have been used instead of the traditional towers to resolve these problems, however they are not cost effective to construct and run. Therefore, we have developed eco-friendly towers that are more attractive, well blending into the surrounding environment, and much more economical than underground transmissions. There are four categories of the eco-friendly electric transmission towers about design aspects. Firstly, there is decoration type such as tree tower and ensemble tower. Tree tower looks like actual trees with leaves and branches so it blends into surroundings. Ensemble towers were designed after pair of crane birds. Those towers have decoration features and art works. Structural examination and manufacturing this type would be very similar to the conventional transmission towers. Secondly, there is arm design type such as traditional tower. Design features are added to the existing towers. As partial design can be adoptable on these types, it can easily meet height regulations and attach to conventional lattice towers and tubular steel poles. Also, these towers are more economical than others. Third category is multipurpose type such as Sail Tower. These towers have simple pole or tubular structure with features which can be used as information message board, public relations and much more. This type will face greater wind pressure because of the area of the board, also visibility must take into consideration. Lastly, there is moulding type such as arc pylon. It is different shape to the conventional towers - lattice towers and tubular steel poles. Dramatic design changes have been adapted - from a hard and static tower to a soft and curved tower. These towers will well stand out in the field. However, structural examination and manufacturing this type would be difficult and costly. Also certain towers of this type would require scaffolding or false work to construct, which will result in limitations of the construction area. This paper shows KEPCO 154 kV Sail tower in detail. KEPCO 154 kV Sail tower that is included in fabrication of sample tower and tower testing has developed and the results are presented in this paper. We hope that sail tower is also considered as a solution to have public acceptance or to create a familiar atmosphere among towers and people in coastal area.
The energy demand of the world is increasing rapidly, mainly using fossil energy, which causes environmental damage. The wind is free and clean energy to solve the environmental problems. Thailand is one of the developing nations, and the majority of its energy is obtained from petroleum, natural gas and coal. The objective of this study is to test the characteristics of wind energy at Khon Kaen in Thailand. The wind measurement tools, the 3-cup anemometers to measure wind speed, and wind vanes to measure wind direction, were mounted on a wind tower mast to record wind data at the heights of 60, 90 and 120 meters above ground level (AGL) for 5 years between January 2012 and December 2016. The results show that the annual mean wind speeds were 3.79, 4.32 and 4.66 m/s, respectively. The highest mean wind speeds occurred in June, August and December, in order, and the lowest occurred in September. The majority of prevailing wind directions were from the North-East and South-West directions. The average annual wind shear coefficient was 0.297. Furthermore, five wind turbines with rated power from 0.85 to 4.5 MW were selected to estimate the wind energy output and it was found that the maximum AEP and CF were achieved from the low cut-in speed and high hub-height wind turbines. This important information will help to develop wind energy applications, such as the plan to produce electricity and the calculation of the wind load that affects tall and large structures.
Wind power system is composed by 3 major parts, rotor blade, nacelle and tower. Especially, the nacelle cover has an important role to prevent the component of nacelle and rotor from an extreme external circumstance. Therefore it is necessary to analyze and evaluate the stress distribution and deformation for them in the design level. There are two major points in nacelle cover analysis. The one is nacelle cover itself and the other is cover support structure. According to GL specification, this study shows the result that CFRP nacelle cover of wind turbine satisfies the strength and deformation through numerical analysis using the commercial finite element analysis program.
In this study, the resonant motion of a floating offshore wind system due to negative damping was mitigated by peak shaving algorithms of the NREL ROSCO controller, and the decreased gains of the blade pitch controller by the gain detuning method for the floating system was increased to the gains of onshore baseline controller to improve the power performance of the turbine. To check the performance of the controller, the dynamic responses between the existing gain-detuned pitch controller and the ROSCO controller with peak shaving control for an OC4 floating offshore wind system were compared. As a result of DLC1.1 at near-rated wind speed, when peak shaving was applied, the average generator power decreased by 1.9%, but it was confirmed that the standard deviation was reduced and stability was improved with fast pitch regulation. In addition, since peak shaving reduces the maximum thrust of the rotor, was confirmed that not only are the loads of the blades and tower reduced, but the surge motion of the floater is also reduced, and the tension of the mooring lines is reduced.
더욱 정확한 수치 해석이 필요하면 할수록, 해석하고자 하는 구조물 상의 절점과 요소를 적절하게 배치하는 것이 중요하게 된다. 본 연구에서는 천해영역에서 구조적인 이점과 경제성의 두 가지 장점을 가지고 있는 원형 단면의 하부 구조물에 대한 3차원 삼각 Shell 요소 생성기법을 개발하였다. 높이와 형태와 같은 상세한 데이터를 입력하여 제어하는 것에 의해 기초와 타워를 다양한 유한요소 조건에서 고려할 수 있도록 하였다. 또한 기존의 3차원 Delaunay 삼각요소분할법을 사용한 결과의 수치와 비교, 검증하였으며, 현재 제안되어진 기초와 하부구조물에 적용한 요소 분할의 예를 들었다. 본 연구의 결과는 현존하거나 제안되어진 풍력 터빈의 기초부와 타워의 제원에 대해 다양하게 적용될 수 있을 것이라 사료된다.
In the 1990s, four strong typhoons hit the Kyushu area of Japan and inflicted severe damage on power transmission facilities, houses, and so on. Maximum gust speeds exceeding 60 m/s were recorded in central Kyushu. Although the wind speeds were very high, the gust factors were over 2.0. No meteorological stations are located in mountainous areas, creating a deficiency of meteorological station data in the area where the towers were damaged. Since 1995 the authors have operated a network for wind measurement, NeWMeK, that measures wind speed and direction, covering these mountainous areas, segmenting the Kyushu area into high density arrays. Maximum gusts exceeding 70 m/s were measured at several NeWMeK sites when Typhoon Bart (1999) approached. The gust factors varied widely in southerly winds. The mean wind speeds increased due to effects of the local terrain, thus further increasing gust speeds.
In order to support wind power development in Jejudo, the island of winds, the wind resource database KIER-WindJeju has been established by meteor-statistical analysis on met-mast measurements of KIER. The analysis includes tower shading, exposure category, wind profile exponent for wind speed extrapolation to hub height of wind turbine, and correlation matrix between neighboring sites to assist choice of appropriate reference site for long-term correlation. KIER-WindJeju will be provided as an add-on of Google $Earth^{TM}$ and will be used as a guideline of future wind resource assessment in Jejudo.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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