Blade pitch control system monitors and adjusts angle of the blades and controls rotation speed of blades. This paper shows 2MW pitch system hardware and electric part. Blade pitch system consists of pitch drive, gear box, motor and energy storage. Fieldbus is base on CANopen protocol. Fail-Safe system moves the blades to a safety position in case of any fault condition. The super capacitor energy storage provides emergency back up to the Pitch servo driver during feathering the blades. This paper studied Blade pitch servo driver and a bi-directional DC-DC converter for fail-safe system.
Wind turbine system converts wind energy into electric energy. Since the velocity of wind is random in nature, control of the angular velocity of the blade is necessary in order to generate high quality electric power. The control of a blade can be divided into a stall regulation and a pitch control types. The stall regulation type which is based on the characteristics of an aerodynamic stall of the blades is simple and cheap, but it suffers from fluctuation of the resulting power. Or the contrary, pitch control type is based on the fact that the torque of the blade can be changed by varying the pitch angle of the blade. It is mechanically and mathematically complicated, but the control performance is better than that of the stall regulation type. This paper suggests a method of denying a mathematical modeling of the wind turbine system, and develops a speed control algorithm by pitch control. The validity of the algorithm is demonstrated with the results produced through sets of simulation.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.2
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pp.11-16
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2007
This paper describes the cycloidal wind turbine, which is a straight blade vertical axis wind turbine using the cycloidal blade system. Cycloidal blade system consists of several blades rotating about an axis in parallel direction. Each blade changes its pitch angle periodically. Cycloidal wind turbine is different from the previous turbines. The wind turbine operates with optimum rotating forces through active control of the blade to change pitch angle and phase angle according to the changes of wind direction and wind speed. Various numerical experiments were conducted to develop a small vertical axis wind turbine of 1 kW class. For this numerical analysis, the rotor system equips four blades consisting of a symmetric airfoil NACA0018 of 1.0m in span, 0.22m in chord and 1.0m in radius. A general purpose commercial CFD program, STAR-CD, was used for numerical analysis. PCL of MSC/PATRAN was used for efficient parametric auto mesh generation. Variables of wind speed, pitch angle, phase angle and rotating speed were set in the numerical experiments. The generated power was obtained according to the various combinations of these variables. Optimal pitch angle and phase angle of cycloidal blade system were obtained according to the change of the wind direction and the wind speed. Based on data obtained from the above analysis, control device was designed. The wind direction and the wind speed were sensed by a wind indicator and an anemometer. Each blades were actuated to optimal performance values by servo motors.
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.
The purpose of this study is to develop a software for the performance evaluation and blade design of a pitch-controlled HAWT using BEMT(Blade Element Momentum Theory) with Prandtl's tip loss. The HERACLES V2.0 software consist of three major part ; basic blade design, aerodynamic coefficient mapping and performance calculation including stall or pitch control option. A 1MW wind turbine blade was designed at the rated wind speed(12m/s) composing five different airfoils such as FFA-W-301, DU91-W250, DU93-W-210, NACA 63418 and NACA 63415 from hub to tip. The mechanical power predicted by BEMT at the rated wind speed is about 1.27MW. Also, CFD analysis was performed to confirm the validity of the BEMT results. The comparison results show good agreement about the error of 6.5% in rated mechanical power.
The effects of BPC (blade pitch control) on FOWT (floating offshore wind turbine) motions and generated power are investigated by using a fully-coupled turbine-floater-mooring simulation program. In this regard, two example FOWTs, OC4-5MW semi-submersible FOWT and KRISO four-3MW-units FOWT, are selected since the numerical simulations of those two FOWTs have been verified against experiments in authors' previous studies. Various simulations are performed changing BPC natural frequency (BPCNF), BPC damping ratio (BPCDR), and wind speeds. Through the numerical simulations, it was demonstrated that negative damping can happen for platform pitch motions and its influences are affected by BPCNF, BPCDR, and wind speeds. If BPCNF is significantly larger than platform-pitch natural frequency, the pitch resonance can be very serious due to the BPC-induced negative-damping effects, which should be avoided in the FOWT design. If wind speed is significantly higher than the rated wind velocity, the negative damping effects start to become reduced. Other important findings are also given through systematic sensitivity investigations.
This paper presents a fault-tolerant control technique for wind turbine systems with sensor and actuator faults. The control objective is to maximize power production and minimize turbine loads by calculating a desired pitch angle within their limits. Any fault with a sensor and actuator can cause significant error in the pitch position of the corresponding blade. This problem may result in insufficient torque such that the power reference cannot be achieved. In this paper, a fault-tolerant control technique using a robust dynamic inversion observer and control allocation is employed to achieve successful pitch control despite these faults in the sensor and actuator. The observer based detection method is used to detect and isolate sensor faults by checking whether errors are larger than threshold values. In addition, the control allocation technique is adopted to tolerate actuator fault. Control allocation is one of the most commonly used fault-tolerant control techniques, especially for over-actuated systems. Further, the control allocation method can be used to achieve the power reference even in the event of blade actuator fault by redistributing the lost torque due to erroneous pitch position into non-faulty blade actuators. The effectiveness of the proposed method is demonstrated through simulations with a benchmark model of the wind turbine.
Recently, the concept of Urban Air Mobility (UAM) has expanded to Advanced Air Mobility (AAM). A tilt rotor type of vertical take-off and landing aircraft has been actively studied and developed. A tilt-rotor aircraft can perform a transition flight between vertical and horizontal flights. A blade pitch angle control system can be used for flight stability during transition flight time. In addition, Individual Blade Control (IBC) can reduce noise and vibration generated in transition flight. This paper proposed Disturbance Observer Based Control (DOBC) and Time Delay Control (TDC) for individual blade control of an Electro-Mechanical Actuator (EMA) based blade pitch angle control system. To compare and analyze proposed controllers, numerical simulations were conducted with DOBC and TDC.
Kim, Sung-Ho;Yoon, Yong-Ha;Lee, Hyun-Joo;Choi, Won-Ho;Lee, Seung-Kuh
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2007.06a
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pp.374-377
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2007
This paper deals with a pitch control for reducing load of the wind turbine system. To make a model of the wind turbine system, the Momentum Theory and Blade Element Theory are used. Considering wind shear, wind model was also built. Due to a difference of the wind speed between upper parts and lower parts of the sweep area, overturning moment of the wind turbine is generated. So, in this paper through analyzing of the system model of the wind turbine, a control algorithm which was able to achieve both maintaining power and reducing overturning moment was proposed. Using matlab simulink, controller performance was verified.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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