Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.12
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pp.1157-1162
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2009
The aerodynamic torque and power caused by the interaction between the wind and blade of wind turbine are highly nonlinear. For this reason, the overall dynamic behaviors of wind turbine have nonlinear characteristics. The aerodynamic nonlinearity also affects properties of torque control for wind turbine. In this paper, the nonlinear aerodynamic property according to the wind speed below rated power and its effects on the torque control system are investigated. Nonlinear parameter representing change of aerodynamic torque with respect to rotor speed is obtained by linearization technique. Effects of this aerodynamic nonlinear parameter on the closed-loop torque system with PI controller for an 1.5 MW wind turbine are presented.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.7
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pp.40-50
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2005
In this paper, preliminary results for performance prediction of a dual-rotor wind turbine generator system are presented. Blade element and momentum theories are used to model the aerodynamic forces and moments acting on the rotor blades, and multi-body dynamics approach is used to integrate the major components to represent the overall system. Not only the steady-state performance but the transient response characteristics are analyzed. Pitch control strategy to control the rotor speed and the generator output is proposed and its performance is verified through the nonlinear simulation.
Sohn, Y. U.;Son, J. B.;Park, I. S.;Kim, Y. C.;Kim, K. R.;Chung, C. W.;Chun, Ch. H.;Ryu, J. Y.;Park, J, I.;Byun, C. J,;Kim, D. H.
유체기계공업학회:학술대회논문집
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2004.12a
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pp.379-384
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2004
A prototype of 750 kW direct-drive wind turbine generator system, KBP-750D is under development in Korea. For the gearless, direct-drive prototype a synchronous generator with permanent magnets has been developed. The upwind 3-blade type machine employs variable speed and pitch control. The operating ranges of wind and rotor speed are 3 to 25 m/s and 9 to 25 rpm, respectively. The tip speed ratio of rotor blade is 7.5, designed for power coefficient 0.47, The blade pitch and torque are controlled with the predefined torque-speed curve according to the conditions of wind and public electric grid. This paper describes the outlines of primary components of KBP-750D.
This paper introduces a methodology for NREL 5MW wind turbine, which is the variable speed and variable pitch(VSVP) control system. This control strategy maximizes the power extraction capability from the wind in the low wind speed region and regulates the wind turbine power as the rated one for the high wind speed region. Also, pitch control efficiency is raised by using pitch scheduling.Torque schedule is made of torque table depending on the rotor speed. Torque control is used for vertical region in a torque-rotor speed chart. In addition to these, mechanical loads reduction using a drive train damper and exclusion zone on a torque schedule is tried. The NREL 5MW wind turbine control strategy is comprised by the generator torque and blade pitch control. Finally, proposed control system is verified through GH Bladed simulation.
In order to support various studies for assessment of onshore and offshore wind turbine system including foundations, the land-based version of 2MW PMSG direct drive wind turbine has been analyzed using HAWC2 that account for the coupled dynamics of the wind inflow, elasticity, and controls of the turbine. this work presents the steady-state response of the system and natural frequency of the first thirteen structure turbine modes as a function of wind speed. Rotor, generator speeds, pitch angle, power production, thrust force, deflections of tower and blade are compared for one case below and one case above the rated wind speed.
In this study, we conduct a numerical experiment of the single 5MW NREL wind turbine and compare the performance of various vortex core identification for the wake behind the wind turbine. In the kinetic analysis of wind turbine, 20% velocity deficit at 200 s is observed, showing wake which contains tip vortex near blade tip and rotor vortex at the center of the wind turbine. Time series of velocity and turbulent intensity show numerical simulation converge to a quasi-steady state near 200 s. In the comparison between methods for vortex identification, ${\lambda}_2$-method has good performance in terms of tip vortex, rotor vortex, vortex during its cascade process compared to vorticity magnitude criteria, ${\Delta}$-method. We conclude that ${\lambda}_2$-method is suitable for vortex identification method for wake visualization.
Kim, Jong-Hwa;Moon, Seok-Jun;Shin, Yun-Ho;Won, Moon-Cheol
Journal of Wind Energy
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v.4
no.2
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pp.17-24
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2013
Idealized PID-controlled rotor-speed error for blade pitch control of wind turbines responds as a second-order system with natural frequency and damping ratio for closed-loop system. RISO National Laboratory has recommended specific natural frequency(=0.6 rad/s) and damping ratio(=0.7) for 2 MW wind turbine. The baseline controller for 5 MW wind turbine of NREL(National Renewable Energy Laboratory) is designed based on the same values of RISO recommendation. This study investigates the effect of the natural frequency and damping ratio of the controller for NREL 5 MW wind turbine. It is confirmed that RISO recommendation shall be tuned for each wind turbine.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.18
no.1
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pp.17-27
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2017
The treatment of rotor wake has been a critical issue in the field of the rotor aerodynamics. This paper presents a new free wake model for the unsteady analysis for a wind turbine. A blade-wake-tower interaction is major source of unsteady aerodynamic loading and noise on the wind turbine. However, this interaction can not be considered in conventional free wake model. Thus, the free wake model named Finite Vortex Element (FVE hereafter) was devised in order to consider the interaction effects. In this new free wake model, the wake-tower interaction was described by dividing one vortex filament into two vortex filaments, when the vortex filament collided with a tower. Each divided vortex filaments were remodeled to make vortex ring and horseshoe vortex to satisfy Kelvin's circulation theorem and Helmholtz's vortex theorem. This model was then used to predict aerodynamic load and wake geometry for the horizontal axis wind turbine. The results of the FVE model were compared with those of the conventional free wake model and the experimental results of SNU wind tunnel test and NREL wind tunnel test under various inflow velocity and yaw condition. The result of the FVE model showed better correlation with experimental data. It was certain that the tower interaction has a strong effect on the unsteady aerodynamic load of blades. Thus, the tower interaction needs to be taken into account for the unsteady load prediction. As a result, this research shows a potential of the FVE for an efficient and versatile numerical tool for unsteady loading analysis of a wind turbine.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.3
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pp.201-209
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2011
An unsteady RANS analysis study of the 3-D flow around the NREL Phase VI horizontal axis wind turbine(HAWT) was performed using sliding mesh approach. Two different analysis models such as rotor-only and rotor with tower/nacelle were constructed to investigate the blade/tower interaction. Analysis results for the rotor with tower/nacelle were compared with the corresponding NREL's experimental data which produced fairly good validation of the present CFD model. Comparison of flows around those two models also clearly showed the blade/tower interaction even it was small for upwind configuration. Other visualization results and integrated aerodynamic loads including torque of the blade demonstrated the effective unsteady flow simulation capability of the present CFD model.
The reduction of noise from wind turbines has been studied using various methods. Some examples include controlling wind turbine blades, designing low-noise-emitting wind turbine blades, and using trailing-edge serrations. Among these methods, serration is considered an effective noise reduction method. Various studies have aimed to understand the effects of trailing-edge serration parameters. Most studies, however, have focused on fixed-wing concepts, and few have analyzed noise reduction or developed a prediction method for rotor-type blades. Herein, a noise prediction method, composed of two noise prediction methods for a wind turbine with trailing-edge serrations, is proposed. From the flow information obtained by an in-house program (WINFAS), the noise from non-serrated blades is calculated by turbulent ingestion noise and airfoil self-noise prediction methods. The degree of noise reduction caused by the trailing-edge serrations is predicted in the frequency domain by Lyu's method. The amount of noise reduction is subtracted from the predicted result of the non-serrated blade and the total reduction of the noise from the rotor blades is calculated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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