Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2646-2653
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1993
A rotational torque calibration system is developed to measure rotational torque of power generating systems and to calibrate non-contact rotational torque measurement systems. The maximum capacity of the developed system is 4.5 N-m. It is composed of a DC motor, a DC generator, a control system, a master torque cell, a slip ling/brush set, supporters, a bed etc. The control system is characterized by the closed-loop control with differential intergrator. Rotational torque measurement test and unit response test are conducted to estimate the accuracy of the developed system. It is found that system maintain high consistency and accuracy with the maximum error of 0.25%, Therefore the developed system can be used to measure the rotational torque of power generating systems and to calibrate non-contact rotational torque measurement systems.
This paper presents a technique to evaluate torque and speed characteristics of induction motor with the Dynamometer. The simple Dynamometer controlled via microcontroller and displayed by computer. The Microcontroller generates the PWM (Pulse Width Modulation) signal and control the duty cycle of signal for control braking level. The Buck converter is a braking unit which uses IGBT as switch in circuit. The output current of the Buck converter and output voltage of tacho generator are converted to digital signals and analyzed by microcontroller. The signals are then sent to computer for displaying torque and speed responds independent on the braking time. The test results of the Dynamometer in this research can coreectly predict the torque and speed response under reasonable tests. Moreover, this Dynamometer is easy and inexpensive to make.
This paper presents the general results of the conceptual design of a 3MW class offshore wind turbine named WinDS 3000 under development. In WinDS 3000, an integrated drive train design, three stage gearbox and permanent magnet generator (PMG) with fully rated converters have been introduced. A pitch regulated variable speed power control with individual pitch control has been adopted to regulate rotor torque while generator reaction torque can be adjusted almost instantaneously by the associated power electronics. Through the introduction of WinDS 3000, it is expected that helpful to understanding of the development status of 3MW offshore wind turbine.
Park, Yonggyun;Han, Daesu;Suh, Yongsug;Choi, Wooyoung
Journal of Power Electronics
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v.13
no.6
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pp.1032-1041
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2013
This paper investigates control algorithms for a doubly fed induction generator with a back-to-back three-level neutral-point clamped voltage source converter in medium voltage wind power systems under unbalanced grid conditions. Three different control algorithms to compensate for unbalanced conditions have been investigated with respect to four performance factors; fault ride-through capability, instantaneous active power pulsation, harmonic distortions and torque pulsation. The control algorithm having a zero amplitude of torque ripple shows the most cost-effective performance concerning torque pulsation. The least active power pulsation is produced by the control algorithm that nullifies the oscillating component of the instantaneous stator active and reactive powers. A combination of these two control algorithms depending on the operating requirements and the depth of the grid unbalance presents the most optimized performance factors under generalized unbalanced operating conditions leading to high performance DFIG wind turbine systems.
In this paper the hardware implementation of the direct torque control based on the fuzzy logic technique of induction motor on the Field-Programmable Gate Array (FPGA) is presented. Due to its complexity, the fuzzy logic technique implemented on a digital system like the DSP (Digital Signal Processor) and microcontroller is characterized by a calculating delay. This delay is due to the processing speed which depends on the system complexity. The limitation of these solutions is inevitable. To solve this problem, an alternative digital solution is used, based on the FPGA, which is characterized by a fast processing speed, to take the advantage of the performances of the fuzzy logic technique in spite of its complex computation. The Conventional Direct Torque Control (CDTC) of the induction machine faces problems, like the high stator flux, electromagnetic torque ripples, and stator current distortions. To overcome the CDTC problems many methods are used such as the space vector modulation which is sensitive to the parameters variations of the machine, the increase in the switches inverter number which increases the cost of the inverter, and the artificial intelligence. In this paper an intelligent technique based on the fuzzy logic is used because it is allows controlling the systems without knowing the mathematical model. Also, we use a new method based on the Xilinx system generator for the hardware implementation of Direct Torque Fuzzy Control (DTFC) on the FPGA. The simulation results of the DTFC are compared to those of the CDTC. The comparison results illustrate the reduction in the torque and stator flux ripples of the DTFC and show the Xilinx Virtex V FPGA performances in terms of execution time.
We propose a torque and pitch control scheme for variable speed wind turbines with permanent magnet synchronous generator (PMSG). A torque controller is designed to maximize the power below the rated wind speed and a pitch controller is designed to regulate the output power above the rated wind speed. The controllers exploit the sliding mode control scheme considering the variation of wind speed. Since the aerodynamic torque and rotor acceleration are difficult to measure in practice, a finite time convergent observer is designed which estimates them. In order to verify the proposed control strategy, we present stability analysis as well as simulation results.
This paper investigates control algorithms for a doubly fed induction generator (DFIG) with back-to-back converter in medium-voltage wind power system under unbalanced grid conditions. Operation of DFIG under unbalanced grid conditions causes several problems such as overcurrent, unbalanced currents, active power pulsation and torque pulsation. Three different control algorithms to compensate for the unbalanced conditions have been investigated with respect to four performance factors; fault ride-through capability, efficiency, harmonic distortions and torque pulsation. The control algorithm having zero amplitude of negative sequence current shows the most cost-effective performance concerning fault ride-through capability and efficiency. The control algorithm for nullifying the oscillating component of the instantaneous active power generates least harmonic distortions. Combination of these two control algorithms depending on the operating requirements presents most optimized performance factors under the generalized unbalanced operating conditions.
This paper develops a coordinated control strategy of the doubly fed induction generator (DFIG) system based on repetitive control (RC) under generalized harmonic grid voltage conditions. The proposed RC strategy in the rotor side converter (RSC) is capable of ensuring smooth DFIG electromagnetic torque that will enable the possible safe functioning of the mechanical components, such as gear box and bearing. Moreover, the proposed RC strategy in the grid side converter (GSC) aims to achieve sinusoidal overall currents of the DFIG system injected into the network to guarantee satisfactory power quality. The dc-link voltage fluctuation under the proposed control target is theoretically analyzed. Influence of limited converter capacity on the controllable area has also been studied. A laboratory test platform has been constructed, and the experimental results validate the availability of the proposed RC strategy for the DFIG system under generalized harmonic grid voltage conditions.
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.
The detail simulation modeling of fully-fed induction generator is investigated through PC based MATLAB/Simulink environment. Generator's stator currents are controlled by indirect vector control method. In this method, generator side converter controls the maximum excitation (air gap flux) by stator d-axis current and controls generator torque by stator q-axis current. Induction generator speed is controlled by tip speed ratio (TSR) upon the wind speed variations in order to generate the maximum output power. The generator torque model is specified as a 3-blade wind turbine with rating, then, the model is simulated under normal operating condition and three different fault conditions. The matlab model designed for fully-fed induction generator based wind farm provides good performance under normal and grid fault conditions. It provides good results for different pwm techniques and fault conditions except the single-phase line to ground fault, which should be verified with real time data from wind farms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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