Because concern on the problem of the limited energy is growing and the wind energy is considered as one of the biggest solutions, the researches on the wind energy and turbine are accomplished vigorously. The simulation tools on the non-linear characteristics of wind turbine system are various and it could describe the non-linear characteristics well but, the tool and methodology to apply non-linear control theory rarely exist. In this paper, the application procedure of sliding mode control theory to 2-DOF non-linear wind turbine system is suggested and the application results of it are also shown as compared with a torque loop control theory.
The paper presents a speed control algorithm for a full pitch-controlled wind turbine system. Torque of a blade generated by wind energy is non-linear function of a wind speed, angular velocity, and pitch angle of the blade. The design of a cor_troller, in general, is performed by linearizing the torque in the vicinity of a operating point assuming the angular velocity of the blade is constant. For speed control, however, the angular velocity is no longer a constant, so that linearization of the torque in terms of a wind speed and pitch angle is impossible. In this study, a reference pitch model is derived in terms of a wind speed, angular velocity, and pitch angle, which makes it possible to design a controller without linearizing the non-linear torque model of the blade. The validity of the algorithm is demonstrated with the results produced through sets of experiments.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.5
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pp.431-438
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2012
Non-linear turbojet engine controller with high operational performance has been designed for the high maneuverability UAV. The turbojet engine dynamic performance code has been developed to reflect the non-linear characteristics on controller design, by which the necessity of non-linear controller design was justified by investigating the limitation of linear model derived from the dynamic performance. The PI-like fuzzy controller was designed and enhanced by combining with conventional derivative control. This designed fuzzy controller proves its effectiveness by showing superior control performances over the conventional PID controller along with guaranteeing the safe operation within compressor surge, flame out and turbine temperature limits etc.
This paper deals with a voltage and frequency (VF) controller for an isolated power generation system based on an asynchronous generator (AG) driven by a pico hydro turbine. The proposed controller is a combination of a static compensator (STATCOM) and an electronic load controller (ELC) for decoupled control of the reactive and active powers of the AG system to control the voltage and frequency respectively. The proposed generating system along with its VF controller is modeled in MATLAB using SIMULINK and PSB (Power System Block Sets) toolboxes. The performance of the controller is verified for the proposed system and feeding various types of consumer load such as linear/non-linear, balanced/unbalanced and dynamic loads.
In the variable-speed wind energy system, to achieve maximum power point tracking (MPPT), the wind turbine should run close to its optimal angular speed according to the wind speed. Non-linear control methods that consider the dynamic behavior of wind speed are generally used to provide maximum power and improved efficiency. In this perspective, the mechanical power is estimated using Kalman filter. And then, from the estimated mechanical power, the wind speed is estimated with Newton-Raphson method to achieve maximum power without anemometer. However, the blade shape and air density get changed with time and the generator efficiency is also degraded. This results in incorrect estimation of wind speed and MPPT. It causes not only the power loss but also incorrect wind resource assessment of site. In this paper, the adaptive maximum power point tracking control algorithm for wind turbine system based on the estimation of wind speed is proposed. The proposed method applies correction factor to wind turbine system to have accurate wind speed estimation for exact MPPT. The proposed method is validated with numerical simulations and the results show an improved performance.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.8
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pp.681-689
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2013
The commercial tools to simulate the non-linear dynamic characteristics of wind turbine system are various but, the tool take much time to simulate the control algorithm and require many input variables. In this paper, the procedures to derive the simplified 4-degree-of-freedom mathematical model of a 2-MW wind turbine which could be used at the initial design stage of the controller are proposed based on RISO's suggested method. In this model, the 1st tower fore-after bending motion and 1st blade flapping motion are also considered in addition to the rotor-generator rotation motion in the 2-DOF model. The effectiveness of the 4-DOF model is examined comparing with the 2-DOF model and verification of the simplified model is accomplished through modal analysis for whole wind turbine system.
Vibrational problems in the domestic Small Horizontal Axis Wind Turbines (SHAWT) are due to flap wise vibrations caused by varying wind velocities acting perpendicular to its blade surface. It has been reported that monitoring the structural health of the turbine blades requires special attention as they are key elements of a wind power generation, and account for 15-20% of the total turbine cost. If this vibration problem is taken care, the SHAWT can be made as commercial success. In this work, Shape Memory Alloy (SMA) wires made of Nitinol (Ni-Ti) alloys are embedded into the Glass Fibre Reinforced Polymer (GFRP) wind turbine blade in order to reduce the flapwise vibrations. Experimental study of Nitinol (Ni-Ti) wire characteristics has been done and relationship between different parameters like current, displacement, time and temperature has been established. When the wind turbine blades are subjected to varying wind velocity, flapwise vibration occurs which has to be controlled continuously, otherwise the blade will be damaged due to the resonance. Therefore, in order to control these flapwise vibrations actively, a non-linear current controller unit was developed and fabricated, which provides actuation force required for active vibration control in smart blade. Experimental analysis was performed on conventional GFRP and smart blade, depicted a 20% increase in natural frequency and 20% reduction in amplitude of vibration. With addition of active vibration control unit, the smart blade showed 61% reduction in amplitude of vibration.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.52
no.6
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pp.307-315
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2003
This paper proposes a novel simulation method of WPGS (Wind Power Generation System). The rotation speed control method of turbine under variable wind speed using the pitch control is proposed. Moreover, when wind speed exceeds the cut-out wind speed, the turbine will be stopped by controlling pitch angle to 90$^{\circ}$, otherwise it will be controlled to steady-state operation. For the purpose of effective simulation, the SWRW (Simulation method for WPGS using Real Weather condition) is used for the utility interactive WPGS simulation in this paper, in which those of three topics for the WPGS simulation: user-friendly method, applicability to grid-connection and the utilization of the real weather conditions, are satisfied. It is impossible to consider the real weather conditions in the WPGS simulation using the EMTP type of simulators and PSPICE, etc. External parameter of the real weather conditions is necessary to ensure the simulation accuracy. The simulation of the WPGS using the real weather conditions including components modeling of wind turbine system is achieved by introducing the interface method of a non-linear external parameter and FORTRAN using PSCAD/EMTDC in this paper. The simulation of long-term, short-term, over cut-out and under cut-out wind speeds will be peformed by the proposed simulation method effectively. The efficiency of wind power generator, power converter and flow of energy are analyzed by wind speed of the long-term simulation. The generator output and current supplied into utility can be obtained by the short-term simulation. Finally, transient-state of the WPGS can be analyzed by the simulation results of over cut-out and under cut-out wind speeds, respectively.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.12
no.2
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pp.69-76
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1998
This paper presents a novel algorithm for determining the optimal operation of a cogeneration plant with back-pressure and extraction-condensing turbine/generators. The proposed algorithm determines the optimum load of boilers and turbine/generators, using only one parameter, the steam mass flow rate, which can be obtained directly from on-line measurement during plant operation. The proposed algorithm consists of the non -linear operating cost function, and its correlated constraints. Furthermore, it has been successfully applied to an actual industrial cogeneration plant, with satisfactory results. Comparison of these results with actual operating data has revealed that using the proposed algorithm results in at least 1.2~4.5[%] operating cost saving, depending on the process steam load. Furthermore the proposed algorithm can be easily installed in a process control computer because the required input data can be easily obtained from information available on-line.n-line.
In this paper, a novel maximum power point tracking (MPPT) for a PMSG-based variable speed wind power system is proposed using the fuzzy logic algorithm. The control algorithm is developed based on the normal hill climb searching (HCS) method, commonly used in wind energy conversion systems (WECS). The inputs of fuzzy-based controller are the derivations of DC output power and the step size of DC/DC converter duty cycles. The main advantages of the proposed MPPT method are no need to measure the wind velocity and the generator rotational speed. As such, the control algorithm is independent of turbine characteristics, achieving the fast dynamic responses with non-linear fuzzy systems. The effectiveness of the proposed MPPT strategy has been verified through the simulated results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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