The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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제56권12호
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pp.2109-2115
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2007
The wind generators have been installed with high output power to increase the energy production and efficiency. Hence, Optimal design of the direct-driven PM wind generator, coupled with F.E.M(Finite Element Method) and Genetic Algorithm(GA), has been performed to maximize the Annual Energy Production(AEP) over the whole wind speed characterized by the statistical model of wind speed distribution. Particularly, the parallel computing via internet web service has been applied to loose excessive computing times for optimization. The results of the optimal design of Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Generator(SPMSG) are compared with each other candidates to verify the usefulness of the maximizing AEP model.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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한국전산구조공학회 1990년도 봄 학술발표회 논문집
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pp.31-36
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1990
The probabilistic characteristics of wind loads have been analyzed using statistical data on wind speeds, pressure coefficient, exposure coefficient, and gust factor. The wind speed data collected in 25 nationwide weather stations have been modified to be consistent in measuring height, exposure condition as well as averaging time, Having performed Monte Carlo simulation for various heights and site conditions, the statistical models of wind loads were determined, in which Type-I extreme value distribution has been applied. The models also incorporate a reduction factor of 0.85 to account for the reduced probability that the maximum wind speed will occur in a direction most unfavorable to the response of structure.
We investigated the wind characteristics in the near-surface layer during the landfall of Typhoon Mujigae (2015) based on observations from wind towers in the coastal areas of Guandong province. Typhoon Mujigae made landfall in this region from 01:00 UTC to 10:00 UTC on October 4, 2015. In the region influenced by the eyewall of the tropical cyclone, the horizontal wind speed was characterized by a double peak, the wind direction changed by >180°, the vertical wind speed increased by three to four times, and the angle of attack increased significantly to a maximum of 7°, exceeding the recommended values in current design criteria. The vertical wind profile may not conform to a power law distribution in the near-surface layer in the region impacted by the eyewall and spiral rainband. The gust factors were relatively dispersed when the horizontal wind speed was small and tended to a smaller value and became more stable with an increase in the horizontal wind speed. The variation in the gust factors was the combined result of the height, wind direction, and circulation systems of the tropical cyclone. The turbulence intensity and the downwind turbulence energy spectrum both increased notably in the eyewall and spiral rainband and no longer satisfied the assumption of isotropy in the inertial subrange and the -5/3 law. This result was more significant in the eyewall area than in the spiral rainband. These results provide a reference for forecasting tropical cyclones, wind-resistant design, and hazard prevention in coastal areas of China to reduce the damage caused by high winds induced by tropical cyclones.
To improve AEP, wind turbine blade lengths are increasing every year. As the length of blades increases, the blade tip speed also increases. Because of the increased tip speed, the impact energy between the leading edge and raindrops also increases. The increased impact energy is the primary factor contributing to erosion of the blade's leading edge. Blade leading edge erosion reduces aerodynamic performance, increases repair costs, and causes downtime. Therefore, numerous studies are being conducted on protective solutions and RET systems to prevent and delay erosion of the blade's leading edge. However, few institutions in Korea research protective solutions and RET systems. In this study, we aim to develop a laboratory-scale RET system. The developed RET system was based on the ASTM G73-10 standard. As a result of the RET, it was confirmed that the erosion tendency was similar to that of overseas institutions. In addition, the effectiveness of the RET system was verified by a maximum erosion rate of 0.0023 for an epoxy-based protective solution.
Kim, Kwansu;Paek, Insu;Kim, Cheol-Jin;Kim, Hyun-Gyu;Kim, Hyoung-Gil
Journal of the Korean Solar Energy Society
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제36권6호
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pp.1-12
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2016
A control algorithm for a 100 kW wind turbine is designed in this study. The wind turbine is operating as a variable speed variable pitch (VSVP) status. Also, this wind turbine is a permanent magnet synchronous generator (PMSG) Type. For the medium capacity wind turbine considered in this study, it was found that the optimum tip speed ratios to achieve the maximum power coefficients varied with wind speeds. Therefore a commercial blade element momentum theory and multi-body dynamics based program was implemented to consider the variation of aerodynamic coefficients with respect to Reynolds numbers and to find out the power and thrust coefficients with respect tip speed ratio and blade pitch angles. In the end a basic power controller was designed for below rated, transition and above rated regions, and a load reduction algorithm was designed to reduce tower vibration by the nacelle motion. As a result, damage equivalent Load (DEL) of tower fore-aft has been reduced by 32%. From dynamic simulations in the commercial program, the controller was found to work properly as designed. Experimental validation of the control algorithm will be done in the future.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제37권4호
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pp.344-350
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2013
The purpose of this study is to examine the structural stability of a low speed 200 W class gyromill type vertical axis wind turbine system. For the analysis, a commercial code is adopted. The pressure distribution on the rotor blade surface is examined in detail. In order to perform unidirectional FSI(Fluid-Structure Interaction) analysis, the pressure resulted from CFD analysis has been mapped on the surface of wind turbine as load condition. The rotational speed and gravitational force of wind turbine are also considered. The results of FSI analysis show that the wind turbine reveals an enough structural margin. The maximum structural displacement occurs at trailing edge of blade and the maximum stress occurs at the strut.
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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제34권6호
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pp.303-314
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2022
The persistence analysis of marine physical environment factors is a basic analysis that must precede the use of sea areas as an analysis required in the coastal engineering such as downtime and design. In this study, the persistence analysis was implemented for wind speed and significant wave height data from four observation points of Deokjeokdo, Oeyeondo, Geomundo, and Geojedo among the marine meteorological observation buoys of the Korea Meteorological Administration. The persistence time means the consecutive time of observation data beyond specific level. The threshold wind speed and significant wave height were set in the range of 1~15 m/s and the range of 0.25~3.0 m, respectively. Then, the persistence time was extracted. As a result of the analysis, the persistence time of wind speed and significant wave height decreased rapidly as the reference value increased. The median persistence times under the maximum reference thresholds were assessed as a maximum of 5 hours for wind speed and a maximum of 8 hours for significant wave height. When the reference wind speed and significant wave height were 15 m/s and 3 m, respectively, the persistence time that could occur with a 1% probability were 52 and 56 hours. This study can be expanded to all coastal areas in Korea, and it is expected that various engineering applications by performing a persistence analysis of the metocean data.
Journal of the Korean Society for Geothermal and Hydrothermal Energy
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제17권1호
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pp.23-32
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2021
Conventional wind power generators have limited installation sites due to low efficiency due to reverse resistance or high cut-in speed. To compensate for these problems, this study proposed another new type of tilting wind turbine. The key to this method is the structural design of a cylindrical cam with a guide groove that allows the blade to tilt. As the blade rotates by the cam, it tilts according to the angle. In the section that generates torque by receiving drag, the blade is made perpendicular to the wind. And it is a structure that creates a parallel state with the wind in the section where reverse resistance occurs. We prepared six types of cams considering the length of the section subject to drag, reverse resistance, tilting section. The performance was analyzed as the maximum value of the output, torque coefficient, and efficiency coefficient, which is indicated by setting different wind speed and low TSR.
Shi, Kai;Xu, Peifeng;Wan, Zengqiang;Bu, Feifei;Fang, Zhiming;Liu, Rongke;Zhao, Dean
Journal of Power Electronics
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제16권4호
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pp.1455-1468
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2016
This paper presents a grid-connected dual stator-winding induction generator (DWIG) wind power system suitable for wide wind speed ranges. The parallel connection via a unidirectional diode between dc buses of both stator-winding sides is employed in this DWIG system, which can output a high dc voltage over wide wind speed ranges. Grid-connected inverters (GCIs) do not require booster converters; hence, the efficiency of wind energy utilization increases, and the hardware topology and control strategy of GCIs are simplified. In view of the particularities of the parallel topology and the adopted generator control strategy, we propose a novel excitation-capacitor optimization solution to reduce the volume and weight of the static excitation controller. When this excitation-capacitor optimization is carried out, the maximum power tracking problem is also considered. All the problems are resolved with the combined control of the DWIG and GCI. Experimental results on the platform of a 37 kW/600 V prototype show that the proposed DWIG wind power system can output a constant dc voltage over wide rotor speed ranges for grid-connected operations and that the proposed excitation optimization scheme is effective.
By using a computational program of three-dimensional aerostatic and aerodynamic stability analysis of long-span bridges under skew wind, the dynamic characteristics and structural stability(including the aerostatic and aerodynamic stability) of a three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge with main span of 1 400 meters are investigated numerically under skew wind, and the skew wind and aerostatic effects on the aerostatic and aerodynamic stability of three-tower cable-stayedsuspension hybrid bridge are ascertained. The results show that the three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge is a longspan structure with greater flexibility, and it is more susceptible to the wind action. The aerostatic instability of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridges is characterized by the coupling of vertical bending and torsion of the girder, and the skew wind does not affect the aerostatic instability mode. The skew wind has positive or negative effects on the aerostatic stability of the bridge, the influence is between -5.38% and 4.64%, and in most cases, it reduces the aerostatic stability of the bridge. With the increase of wind yaw angle, the critical wind speed of aerostatic instability does not vary as the cosine rule as proposed by the skew wind decomposition method, the skew wind decomposition method may overestimate the aerostatic stability, and the maximum overestimation is 16.7%. The flutter critical wind speed fluctuates with the increase of wind yaw angle, and it may reach to the minimum value under the skew wind. The skew wind has limited effect on the aerodynamic stability of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge, however the aerostatic effect significantly reduces the aerodynamic stability of the bridge under skew wind, the reduction is between 3.66% and 21.86%, with an overall average drop of 11.59%. The combined effect of skew and static winds further reduces the critical flutter wind speed, the decrease is between 7.91% and 19.37%, with an overall average decrease of 11.85%. Therefore, the effects of skew and static winds must be comprehensively considered in the aerostatic and aerodynamic stability analysis of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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