The pitch control system in wind turbines becomes more and more important as the wind turbines are larger in multi-MW size. PI controller has been applied in most pitch controllers and it has been known that gain-scheduling is essential for pitch control of wind turbines. A demo model of 2 MW wind turbine which represents the whole dynamics of wind turbine including dynamic behaviors of blade, tower and rotational shaft is given in the commercial Bladed S/W for real wind turbines. In this paper, some results on step responses of the pitch PI controller and effectiveness of gain-scheduled pitch PI controller are presented through the Bladed S/W for the 2 MW wind turbine.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.9
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pp.26-33
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2010
A multi-MW wind turbine is a huge mechanical structure, of which the rotor diameter is more or less than 100 m. Rotor blades experience unsymmetric mechanical loads caused by the interaction of incoming wind with the tower and wind shear effect. These mechanical loads are transferred to the entire structure of the wind turbine and are known as the major reasons for shortening the life span of the wind turbine. Therefore, as the size of wind turbine gets bigger, the mitigation of mechanical loads becomes more important issue in wind turbine control system design. In this paper, a concept of an individual pitch control(IPC), which minimizes the mechanical loads of rotor blades, is introduced, and simulation results using IPC are discussed.
Torque control methods of wind turbine are mainly classified into two methods: torque-mode and speed-mode methods. The traditional torque-mode method, in which generator torque proportional to square of generator speed is determined, has been chosen in many wind turbines but its response is slower as they are larger in multi-MW size. Torque control methods based on both speed-mode and torque-mode can be used to make response of wind turbine faster. In this paper, two torque control methods based on the traditional torque-mode method are applied to a 2.75 MW wind turbine. It is shown through some simulation results for real turbulence wind speeds that torque control method based on torque-mode has the merit of reducing fluctuations of generated power than PI controller based on speed-mode.
This paper addresses linear quadratic regulation (LQR) for variable speed variable pitch wind turbines. Because of the inherent nonlinearity of wind turbines, a set of operating conditions is identified and then a LQR controller is designed for each of the operating points. The feedback controller gains are then interpolated linearly to get a control law for the entire operating region. In addition, the aerodynamic torque and effective wind speed are estimated online to get the gain-scheduling variable for implementing the controller. The potential of this method is verified through simulation with the help of MATLAB/Simulink and GH Bladed. The performance and mechanical load when using LQR are also compared with those obtained when using a PI controller.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.3
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pp.173-180
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2017
The main objective of a torque controller below rated wind speed is to extract maximum power from the potential wind energy. To do this, the torque control method, which adjusts the torque magnitude and makes it proportional to the square of the generator speed, has been applied. However, this method makes the response slower as the wind turbines are getting larger in size with multi-MW capacities. In this paper, a torque control method that uses the nonlinear parameter of rotor speed for aerodynamic torque as a control gain is discussed to improve the response by adjusting an additional torque magnitude. The nonlinear parameter of the rotor speed could be calculated both online and offline. It is shown that the offline case is more practical and effective in producing power through the numerical simulation of a 2MW wind turbine by considering the real turbulence wind speed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.4
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pp.407-414
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2016
As wind turbines are getting larger in size with multi-MW capacity, the blades are getting longer, over 40 m, and hence the asymmetric loads produced during the rotation of the rotor blades are increasing. Some factors such as wind shear, tower shadow, and turbulence have an effect on the asymmetric loads on the blades. This paper focuses on a method of modeling the dynamic load acting on a blade because of thrust variation under wind shear. A method that uses thrust coefficient is presented. For this purpose, "wind shear coefficient of thrust variation" is defined and introduced. Further, we calculate the values of the "wind shear coefficient of thrust variation" for a 2 MW on-shore wind turbine, and analyze them for speeds below the rated wind speed. Then, we implement a dynamic model that represents the thrust variation under wind shear on a blade, using MATLAB/Simulink. It is shown that it is possible to express thrust variations on three blades under wind shear by using both thrust coefficient and "wind shear coefficient of thrust variation."
The effect of wake on the performance and load of a downstream wind turbine on a floating platform is investigated with a computer simulation in this study. The floating platform consists of a square platform having a dimension of $200m{\times}200m$ with four 2 MW wind turbines installed. For the simulation, only two wind turbines in series with the wind direction were considered and the floating platform was assumed to be stationary due to its large size. Also, a commercial program based on multi-body dynamics and eddy viscosity wake model was used. It was found from simulation that the power from the downstream wind turbine could be reduced by more than 50% of the power from the upstream wind turbine. However, due to the increase in the turbulence intensity, the power is greater but more fluctuating than the power produced by a wind turbine experiencing the same wind speed without wake. Also, it was found that the load of the down stream wind turbine be comes lower than the load of the upstream wind turbine but higher than the load of a wind turbine experiencing the same wind speed without wake.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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