This paper presents an optimal design of a direct-drive permanent magnet synchronous generator for a small-scale wind energy conversion system. An analytical model of a small-scale grid-connected wind energy conversion system is presented, and the effects of generator design parameters on the payback period of the system are investigated. An optimization procedure based on genetic algorithm method is then employed to optimize four design parameters of the generator for use in a region with relatively low wind-speed. The aim of optimization is minimizing the payback period of the initial investment on wind energy conversion systems for residential applications. This makes the use of these systems more economical and appealing. Finite element method is employed to evaluate the performance of the optimized generator. The results obtained from finite element analysis are close to those achieved by analytical model.
Wind energy has been more and more important and contributive in the energy utilization of the world. This paper proposed a novel method for Wind Energy Conversion System (WECS), in which a secondary control hydrostatic transmission (SC-HST) with two hydraulic accumulators, were employed for wind energy conversion system. This approach can absorb the excessive power of turbine, keep the generator from over-speed and maintain the speed of generator in low speed of turbine. A PID controller was designed for speed control to track a predefined speed. The simulation results indicated that the speed of the generator was ensured with the relative error less than 2%; and the efficiency of the proposed system was 70.4%.
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 a modeling and simulation of a PI 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 fnr 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.
The paper presents a simulation model and analysis of a grid-connected variable speed wind energy conversion scheme (VSWECS) using the PSCAD/EMTDC software. The modeled system uses a variable speed drive, a fixed pitch angle, a synchronous generator as a wind generator and an AC-DC-AC conversion scheme, which facilitates the wind generation to efficiently operate under varying wind speed while connected to the distribution network. The power output of the WECS is controlled by the AC-DC-AC conversion scheme, the objective of which is to capture the maximum active power under varying wind conditions and to keep the voltage magnitude of the terminal bus at a specific level. Aerodynamic models are applied for a wind turbine model. An simulation analysis of the scheme in terms of its responding to wind variations is also presented.
본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. (1) 유압 펌프, 유량조절 밸브(오리피스)등을 주된 구성 요소로 하는 구조가 간단하고, 운전.관리가 용이한 유압식 풍력.열 변환 장치를 개발하였다. (2) 실험 결과로부터 본 장치의 에너지 변환 효율이 매우 높음을 확인하였다. (3) 출력 에너지가 열 에너지이므로 온수 탱크를 사용하여 쉽게 에너지를 저장할 수 있음을 실험적으로 확인하였다. (4) 본 장치는 대량 생산되는 유압 부품들만을 사용하여 구성이 가능하므로 매우 저렴한 가격으로, 신뢰성이 우수한 장치를 제작할 수 있다
New concept of wind energy conversion system is proposed to increase the energy density at a given working space. The quality of wind for wind power generation is depend on its direction and speed. However, the quality is not good on land because wind direction is changeable all the time and the speed as well. The most popularly operated wind turbine system is an axial-flow free turbine. But its conversion efficiency is less than 30% and even less than 20% considering the operating time. In this research, a cross-flow type wind turbine system is proposed with a convergent-divergent duct system to accelerate the low speed wind at the inlet of the wind turbine. Inlet guide vane is also introduced to the wind turbine system to have continuous power generation under the change of wind direction. In here, the availability of wind energy generation is evaluated with the change of the size of the inlet guide vane and the optimum geometry of the turbine impeller blade was found for the innovative wind power generation system.
This paper proposes an online adaptive neuro-controller for a wind energy conversion system (WECS) that is a highly nonlinear system intrinsically. In real application, to obtain exact system parameters such as power coefficient, many measuring instruments and implementations are required, which is very difficult to perform. This shortcoming can be avoided by introducing neural network in the controller design in this paper. The proposed adaptive neural control scheme using radial-basis function network (RBFN) needs no system parameters to meet control objectives. Combining derivative estimator for wind velocity, the whole closed-loop system is shown to be stable in the sense of Lyapunov.
Yang, Chan Ho;Song, Yewon;Jhun, Jeongpil;Hwang, Won Seop;Hong, Seong Do;Woo, Sang Bum;Sung, Tae Hyun;Jeong, Sin Woo;Yoo, Hong Hee
Journal of the Korean Physical Society
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제73권12호
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pp.1889-1894
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2018
An innovative small-scale piezoelectric energy harvester has been proposed to gather wind energy. A conventional horizontal-axis wind power generation has a low generating efficiency at low wind speed. To overcome this weakness, we designed a piezoelectric windmill optimized at low-speed wind. A piezoelectric device having high energy conversion efficiency is used in a small windmill. The maximum output power of the windmill was about 3.14 mW when wind speed was 1.94 m/s. Finally, the output power and the efficiency of the system were compared with a conventional wind power system. This work will be beneficial for the piezoelectric energy harvesting technology to be applied to the real world such as wireless sensor networks (WSN).
The paper presents an electrical model of a grid-connected wind energy conversion system (WECS) with a variable speed drive, a fixed pitch angle, a synchronous generator as a wind generator and AC-DC-AC conversion scheme for simulating dynamic behaviors and performance responding to varying wind speed input. The electric output of the WECS is controlled by the AC-DC-AC conversion scheme, the objective of which is to capture the maximum active power under varying wind conditions and to keep the voltage of WECS terminal bus at a specific level. Aerodynamic models are used to incorporate the power characteristics to wind speed. The modeling and simulation of the WECS are realized on PSCAD/EMTDC environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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