Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.29
no.5
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pp.34-40
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2015
This paper presents an application of Differential Search (DS) meta-heuristic optimization algorithm for optimal operation of micro grid system. DS algorithm has the benefit of high convergence rate and precision compared to other optimization methods. The micro grid system consists of a wind turbine, a diesel generator, and a fuel cell. The simulation is applied to micro grid system only. The wind turbine generator is modeled by considering the characteristics of variable output. One day load data which is divided every 20 minute and wind resource for wind turbine generator are used for the study. The method using the proposed DS algorithm is easy to implement, and the results of the convergence performance are better than other optimization algorithms.
In this paper is studied the influence of the uncertain mass distribution over the floors on the choice of the optimal parameters of a hybrid control system for tall buildings subjected to wind load. In particular, an optimization procedure is developed for the robust design of a hybrid control system that is based on an enhanced Monte Carlo simulation technique and the genetic algorithm. The large computational effort inherent in the use of a MC-based procedure is reduced by the employment of the Latin Hypercube Sampling. With reference to a tall building modeled as a multi degrees of freedom system, several numerical analyses are carried out varying the parameters influencing the floors' masses, like the coefficient of variation of the distribution and the correlation between the floors' masses. The procedure allows to obtain optimal designs of the control system that are robust with respect to the uncertainties on the distribution of the dead and live loads.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.8
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pp.1467-1472
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2011
This paper presents an optimal operation of microgrid systems and considering a tie-lines capacities that concerned each grid. The microgrid system consists of a wind turbine, a diesel generator, and a fuel cell. An one day load profile and wind resource for wind turbine generator were used for the study. For the grid interconnection, tie-line capacities were applied as constraints. The capacity constraints of tie-lines in production cost analysis are very important issues in the operation and planning of microgrid. In optimization, the Harmony Search (HS) algorithm is used for solving the problem of microgrid system operation which a various generation resources are available to meet the customer load demand with minimum operating cost. The application of HS algorithm to optimal operation of microgrid proves its effectiveness to determine optimally the generating resources without any differences of load mismatch.
For mechanical load testing of wind turbines, capture matrix is constructed for various range of wind speeds according to the international standard IEC 61400-13. The conventional method wastes considerable amount of data by its invalid data policy -segment data into 10 minutes then remove invalid ones. Previously, we have suggested an alternative way to save the total amount of data to build a capture matrix, but the efficient selection of data has been still under question. The paper introduces optimization algorithms to construct capture matrix with less data. Heuristic algorithm (simple stacking and lowest frequency first), population method (particle swarm optimization) and Q-Learning accompanied with epsilon-greedy exploration are compared. All algorithms show better performance than the conventional way, where the distribution of enhancement was quite diverse. Among the algorithms, the best performance was achieved by heuristic method (lowest frequency first), and similarly by particle swarm optimization: Approximately 28% of data reduction in average and more than 40% in maximum. On the other hand, unexpectedly, the worst performance was achieved by Q-Learning, which was a promising candidate at the beginning. This study is helpful for not only wind turbine evaluation particularly the viewpoint of cost, but also understanding nature of wind speed data.
In this paper, a novel methodology is proposed to obtain optimum location of outriggers. The method utilizes genetic algorithm (GA) for shape and size optimization of outrigger-braced tall structures. In spite of previous studies (simplified methods), current study is based on exact modeling of the structure in a computer program developed on Matlab in conjunction with OpenSees. In addition to that, exact wind loading distribution is calculated in accordance with ASCE 7-10. This is novel since in previous studies wind loading distributions were assumed to be uniform or triangular. Also, a new penalty coefficient is proposed which is suitable for optimization of tall buildings. Newly proposed penalty coefficient improves the performance of GA and results in a faster convergence. Optimum location and number of outriggers is investigated. Also, contribution of factors like central core and outrigger rigidity is assessed by analyzing several design examples. According to the results of analysis, exact wind load distribution and modeling of all structural elements, yields optimum designs which are in contrast of simplified methods results. For taller frames significant increase of wind pressure changes the optimum location of outriggers obtained by simplified methods. Ratio of optimum location to the height of the structure for minimizing weight and satisfying serviceability constraints is not a fixed value. Ratio highly depends on height of the structure, core and outriggers stiffness and lateral wind loading distribution.
Present paper deals with the cost effective design of reinforced concrete building frame employing unified particle swarm optimization (UPSO). A building frame with G+8 stories have been adopted to demonstrate the effectiveness of the present algorithm. Effect of seismic loads and wind load have been considered as per Indian Standard (IS) 1893 (Part-I) and IS 875 (Part-III) respectively. Analysis of the frame has been carried out in STAAD Pro software.The design loads for all the beams and columns obtained from STAAD Pro have been given as input of the optimization algorithm. Next, cost optimization of all beams and columns have been carried out in MATLAB environment using UPSO, considering the safety and serviceability criteria mentioned in IS 456. Cost of formwork, concrete and reinforcement have been considered to calculate the total cost. Reinforcement of beams and columns has been calculated with consideration for curtailment and feasibility of laying the reinforcement bars during actual construction. The numerical analysis ensures the accuracy of the developed algorithm in providing the cost optimized design of RC building frame considering safety, serviceability and constructional feasibilities. Further, Monte Carlo simulations performed on the numerical results, proved the consistency and robustness of the developed algorithm. Thus, the present algorithm is capable of giving a cost effective design of RC building frame, which can be adopted directly in construction site without making any changes.
The paper presents a Life-Cycle Cost-based optimization framework for wind-excited tall buildings equipped with Tuned Mass Dampers (TMDs). The objective is to minimize the Life-Cycle Cost that comprises initial costs of the structure, the control system and costs related to repair, maintenance and downtime over the building's lifetime. The integrated optimization of structural sections and mass ratio of the TMDs is carried out, leading to a set of Pareto optimal solutions. The main advantage of the proposed methodology is that, differently from the traditional optimal design approach, it allows to perform the unified design of both the structure and the control system in a Life Cycle Cost Analysis framework. The procedure quantifies wind-induced losses, related to structural and nonstructural damage, considering the stochastic nature of the loads (wind velocity and direction), the specificity of the structural modeling (e.g., non-shear-type vibration modes and torsional effects) and the presence of the TMDs. Both serviceability and ultimate limit states related to the structure and the TMDs' damage are adopted for the computation of repair costs. The application to a case study tall building allows to demonstrate the efficiency of the procedure for the integrated design of the structure and the control system.
In this paper, how to design the wind power generation system is presented. It is shown that the wind system optimization can be achieved by consideration of the four factors; wind statistics, efficiency of conversion of wind energy to electrical energy, average annual energy extracted and load factor. The wind is characterized by a weibull probability function. The Weibull parameter is calculated for the characterizing wind and the primary design specification of ten different sites. Some graphs are presented, which can be used to design a wind system for maximum output of a specified load factor at given site. Two different systems, $V_c=0.4V_R$ and $V_c=0.5V_R$ are discussed, as samples, for investigation of the effects on the system through the variation of cut-in speed.
Park, Hyeon Jin;Oh, Min Kyu;Park, Soonok;Yoo, Jeonghoon
Wind and Structures
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v.34
no.3
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pp.291-301
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2022
Although mostly used in wind turbine market, single rotor wind turbines have problems with transportation and installation costs due to their large size. In order to solve such problems, multi-rotor wind turbine is being proposed; however, light weight design of multi-rotor wind turbine is required considering the installation at offshore or deep sea. This study proposes the systematic design process of the multi-rotor wind turbine focused on its supporting structure with simultaneous consideration of static and dynamic behaviors in an ideal situation. 2D and successive 3D topology optimization process based on the density method were applied to minimize the compliance of supporting structure. To realize the conceptual design obtained by topology optimization for manufacturing feasibility, the derived 3D structure was modified to have shell structures and optimized again through parametric design using the design of experiments and the response surface method for detail design of their thicknesses and radii. The resultant structure was determined to satisfy the stress and the buckling load constraint as well as to minimize the weight and the resultant supporting structure were verified numerically.
Cho Bong-Hyun;Lee Chang-Su;Choi Sung-Ok;Ryu Ki-Wahn
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.25-32
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2005
The aerodynamic loads at the blade hub and the drive shaft for 1MW horizontal axis wind turbine are calculated numerically. The geometric shape of the blade such as chord length and twist angle can be obtained fran the aerodynamic optimization procedure. Various airfoil data, that is thick airfoils at hub side and thin airfoils at tip side, are distributed along the spanwise direction of the rotor blade. Under the wind data fulfilling design load cases based on the IEC61400-1, all of the shear forces, bending moments at the hub and the low speed shaft of the drive train are obtained by using the FAST code. It shows that shear forces and bending moments have a periodic. trend. These oscillating aerodynamic loads will lead to the fatigue problem at both of the hub and drive train From the load analysis the maximum shear forces and bending moments are generated when wind turbine generator system operates in the case of the extreme speed wind condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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