In this paper, we propose a method to develop a static equivalent model of an inverter-based distributed energy resource (DER), where the model is used for a steady-state fault analysis of a power grid. First, we introduce the characteristics of an inverter-based DER as well as its general configuration. Then, we derive the equivalent model of the DER on the basis of the characteristics. Last, the performance of the proposed method is proven by the results of computer simulations.
The residual displacement ratio (RDRs) response spectra have been generally used as an important means to evaluate the post-earthquake repairability, and the ratios of residual to maximum inelastic displacement are considered to be more appropriate for development of the spectra. This methodology, however, assumes that the expected residual displacement can be computed as the product of the RDRs and maximum inelastic displacement, without considering the correlation between these two variables, which inevitably introduces potential systematic error. For providing an adequately accurate estimate of residual displacement, while accounting for the collapse resistance performance prior to the repairability evaluation, a probability-based procedure to estimate the residual displacement demands using the nonlinear static analysis (NSA) is developed for single-degree-of-freedom (SDOF) systems. To this end, the energy-based equivalent damping ratio used for NSA is revised to obtain the maximum displacement coincident with the nonlinear time history analysis (NTHA) results in the mean sense. Then, the possible systematic error resulted from RDRs spectra methodology is examined based on the NTHA results of SDOF systems. Finally, the statistical relation between the residual displacement and the NSA-based maximum displacement is established. The results indicate that the energy-based equivalent damping ratio will underestimate the damping for short period ranges, and overestimate the damping for longer period ranges. The RDRs spectra methodology generally leads to the results being non-conservative, depending on post-yield stiffness. The proposed approach emphasizes that the repairability evaluation should be based on the premise of no collapse, which matches with the current performance-based seismic assessment procedure.
The static and dynamic responses of guyed telecommunication towers can be determined by using two models, the space truss element model, and the equivalent beam-column element model. The equivalent beam-column analysis is based on the determination of the equivalent shear, torsion, and bending rigidities as well as the equivalent area of the guyed mast. In the literature, two methods are currently available to determine the equivalent properties of lattice structures, namely: the unit load method, and the energy approach. In this study, an equivalent beam-column analysis is introduced based on an equivalent thin plate approach for lattice structures. A finite-element modeling, using suitably modified ABAQUS software, is used to investigate the accuracy of utilizing the different proposed methods in determining the static and dynamic responses of a guyed tower of 364.5-meter high subjected to static and seismic loading conditions. The results from these analyses are compared to those obtained from a finite-element modeling of the actual structure using 3-D truss and beam elements. Good agreement is shown between the different proposed beam-column models, and the model of the actual structure. However, the proposed equivalent thin plate approach is simpler to apply than the other two approaches.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.2
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pp.19-28
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2018
The progressive collapse resistance performance of a steel structure constructed using the moment frame with the WUF-B connection and the composite slabs was evaluated. GSA 2003 was adapted for the evaluation. Additionally the structural robustness and the sensitivity against the progressive collapse were analyzed. In the numerical analysis, a reduced model comprised of the beam and spring elements for WUF-B connection was adapted. The composite slab was modeled using the composite-shell element. Instead of the time-consuming dynamic analysis for the effect of the sudden column removal, the equivalent energy-based static analysis was effectively applied. The analysis results showed that the structure was the most vulnerable to in the case of the internal column removal, however it satisfied the chord rotation criterion of GSA 2003 due to the contribution of the composite slab which improved the stiffness of structure. In the robustness evaluation, the structural performance showed more than 2.5 times of the requirement according to GSA 2003, and the structural sensitivity analysis indicated the decrease of 33% of the initial structural performance.
Mohamed, Nazira;Eltaher, Mohamed A.;Mohamed, Salwa A.;Seddek, Laila F.
Structural Engineering and Mechanics
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v.70
no.6
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pp.737-750
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2019
This paper investigates the static and dynamic behaviors of imperfect single walled carbon nanotube (SWCNT) modeled as a beam structure by using energy-equivalent model (EEM), for the first time. Based on EEM Young's modulus and Poisson's ratio for zigzag (n, 0), and armchair (n, n) carbon nanotubes (CNTs) are presented as functions of orientation and force constants. Nonlinear Euler-Bernoulli assumptions are proposed considering mid-plane stretching to exhibit a large deformation and a small strain. To simulate the interaction of CNTs with the surrounding elastic medium, nonlinear elastic foundation with cubic nonlinearity and shearing layer are employed. The equation governed the motion of curved CNTs is a nonlinear integropartial-differential equation. It is derived in terms of only the lateral displacement. The nonlinear integro-differential equation that governs the buckling of CNT is numerically solved using the differential integral quadrature method (DIQM) and Newton's method. The linear vibration problem around the static configurations is discretized using DIQM and then is solved as a linear eigenvalue problem. Numerical results are depicted to illustrate the influence of chirality angle and imperfection amplitude on static response, buckling load and dynamic behaviors of armchair and zigzag CNTs. Both, clamped-clamped (C-C) and simply supported (SS-SS) boundary conditions are examined. This model is helpful especially in mechanical design of NEMS manufactured from CNTs.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.49
no.10
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pp.509-515
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2000
This paper addresses a damping control strategy of Static Synchronous Series Compensator(SSSC) and analysis model for stability study. The effect of injected voltage source generated by SSSC is modelled as equivalent load. This model is thought to be reasonable for the stability study because the dynamics of SSSC is very fast compared with that of power system. Damping controller of SSSC is based on Transient Energy Function method. The proposed control strategy is insensitive to the operating conditions like power flow level because control law depends on the phase angles. The proposed analysis model and control strategy was confirmed by WSCC 9 bus system and two area system. Especially, the robustness of proposed control strategy is demonstrated with respect to multiple operating conditions in two area system.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.3B
no.1
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pp.1-9
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2003
This paper deals with the nodal admittance approach steady-state frequency domain analysis of the three-phase self-excited induction generator (SEIG) driven by the variable speed prime mover as the wind turbine. The steady-state performance analysis of this power conditioner designed for the renewable energy is based on the principle of equating the input mechanical power of the three-phase SEIG to the output mechanical power of the variable speed prime mover mentioned above. Us-ing the approximate frequency domain based equivalent circuit of the three-phase SEIG. The main features of the present algorithm of the steady-state performance analysis of the three-phase SEIG treated here are that the variable speed prime mover characteristics are included in the approximate equivalent circuit of the three-phase SEIG under the condition of the speed changes of the prime mover without complex computations processes. Furthermore, a feedback closed-loop voltage regulation of the three-phase SEIG as a power conditioner which is driven by variable speed prime movers such as the wind turbine(WT) employing the static VAR compensator(SVC) circuit composed of the thyristor phase controlled reactor(TCR) and the thyristor switched capacitor(TSC) controlled by the PI controller is designed and considered for wind-turbine driving power conditioner.
This paper presents the magnetic equivalent circuit analysis of a double-excited, two-degree-of-freedom (DOF) motor. The double-excited, 2-DOF motor is a laminated structure, making it easy to manufacture and giving it simple operating principles. We explain the structure of the 2-DOF motor and analyze the static characteristics using a magnetic equivalent circuit (MEC) to reduce analysis time. The feasibility of MEC analysis was confirmed by experimental results of the tilting, panning motion. We also confirmed the occurrence of holding torque in every motion.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.2
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pp.173-182
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2003
In equivalent static nonlinear analysis and in energy-based design, the structures are generally transformed into an equivalent SDOF system. In this study the seismic energy demands in multi story structures, such as three-, eight-, and twenty-story steel moment-resisting frames(MRF), buckling restrained braced frames(BRBF) and a damage tolerant braced frame(DTBF), are compared with those of equivalent single degree of freedom(ESDOF) systems. Sixty earthquake ground motions recorded In different soil conditions, which are soft rock, soft soil, and neat fault, were used to compute the input and hysteretic energy demands in model structures. In case the modal mass coefficient is less than 0.8, the effects of higher modes are considered in the process of converting into ESDOF According to the analysis results, the hysteretic and input energies obtained from 3 story and 8 story MRF and DTBF agreed well with the results from analysis of equivalent SDOF systems. However in the 20 story BRBF the results from ESDOF underestimated those obtained from the original structures.
A nonlinear static procedure considering work-energy principle and global failure mechanism to estimate base shears of reinforced concrete (RC) frame-type structures is presented. The relative energy equation comprising of elastic vibrational energy, plastic strain energy and seismic input energy is obtained. The input energy is modified with a factor depending on damping ratio and ductility, and the energy that contributes to damage is obtained. The plastic energy is decreased with a factor to consider the reduced hysteretic behavior of RC members. Given the pre-selected failure mechanism, the modified energy balance equality is written using various approximations for modification factors of input energy and plastic energy in scientific literature. External work done by the design lateral forces distributed to story levels in accordance with Turkish Seismic Design Code is calculated considering the target plastic drift. Equating the plastic energy obtained from energy balance to external work done by the equivalent inertia forces considering, a total of 16 energy-based base shears for each frame are derived considering different combinations of modification factors. Ductility related parameters of modification factors are determined from pushover analysis. Relative input energy of multi degree of freedom (MDOF) system is approximated by using the modal-energy-decomposition approach. Energy-based design base shears are compared with those obtained from nonlinear time history (NLTH) analysis using recorded accelerograms. It is found that some of the energy-based base shears are in reasonable agreement with the mean base shear obtained from NLTH analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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