This paper investigates characteristics of high power semiconductor device losses in 5MW-class Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) Medium Voltage (MV) wind turbines. High power semiconductor device of press-pack type IGCT of 6.5kV is considered in this paper. Analysis is performed based on neutral point clamped (NPC) 3-level back-to-back type voltage source converter (VSC) supplied from grid voltage of 4160V. This paper describes total loss distribution at worst case under inverter and rectifier operating mode for the power semiconductor switches. The loss analysis is confirmed through PLECS simulations. In addition, the loss factors due to di/dt snubber and ac input filter are presented. The investigation result shows that IGCT type semiconductor devices generate the total efficiency of 97.74% under the rated condition.
The importance of energy is growing according to the energy shortage and environmental concerns. Accordingly, in order to solve the problems about the use of fossil fuel, a renewable energy sources are needed. Global renewable energy power industry's position in the renewable energy market becomes important and new technology development is also essential. MG set composed by the induction motor and permanent magnet synchronous generator for simulating a renewable energy source is based on a suitable experiment equipment. The torque generated by applying a voltage to the induction motor in MG set is used as an input of the permanent magnet synchronous generator. In Psim simulation, the characteristics of the induction motor model was formulated and the output torque characteristics of the motor was controlled using the induction motor side inverter, In this paper, the comparison analysis between Psim simulation and the output characteristics of the MG set is performed in order to identify a renewable energy power system more accurately.
About supply and demand to see that you need to match, the limitations of wind power capacity is low demand and the commitment of the general generator will exist between the minimum generation. if the turbine's output can be controlled, The limitation of wind power capacity will be adopted based on instant power generation. Namely, The minimum limits of wind power generation based load operation by calculating the amount that is higher than if the output should be restricted to highest operation. in this paper, we committed to the demand for low enough that the combination of the general generator of wind power capacity to accommodate the operation of determining whether the limit is intended to. For this, power system analysis program PSS/E was used, Jeju system by implementing the model simulations were performed.
This paper describes the operation analysis results of a communication-based DC micro-grid using a hardware simulator developed in the lab. The developed hardware simulator is composed of distributed generation devices such as wind power, photovoltaic power and fuel cells, and energy storage devices such as super-capacitors and batteries. Whole system monitoring and control was implemented using a personal computer. The power management scheme was implemented in a main controller based on a TMS320F28335 chip. The main controller is connected with the local controller in each of the distributed generator and energy storage devices through the communication link based on a CAN or an IEC61850. The operation analysis results using the developed hardware simulator confirm the ability of the DC micro-grid to supply the electric power to end users.
Kececioglu, O. Fatih;Acikgoz, Hakan;Yildiz, Ceyhun;Gani, Ahmet;Sekkeli, Mustafa
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제12권1호
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pp.207-216
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2017
Wind energy conversion systems (WECS) which consist of wind turbines with permanent magnet synchronous generator (PMSG) and full-power converters have become widespread in the field of renewable power systems. Generally, conventional diode bridge rectifiers have used to obtain a constant DC bus voltage from output of PMSG based wind generator. In recent years, together advanced power electronics technology, Pulse Width Modulation (PWM) rectifiers have used in WECS. PWM rectifiers are used in many applications thanks to their characteristics such as high power factor and low harmonic distortion. In general, L, LC and LCL-type filter configurations are used in these rectifiers. These filter configurations are not exactly compensate current and voltage harmonics. This study proposes a hybrid passive filter configuration for PWM rectifiers instead of existing filters. The performance of hybrid passive filter was tested via MATLAB/Simulink environment under various operational conditions and was compared with LCL filter structure. In addition, neuro-fuzzy controller (NFC) was preferred to increase the performance of PWM rectifier in DC bus voltage control against disturbances because of its robust and nonlinear structure. The study demonstrates that the hybrid passive filter configuration proposed in this study successfully compensates current and voltage harmonics, and improves total harmonic distortion and true power factor.
In this paper, an algorithm is suggested to detect an offset angle of the absolute rotor position sensor after the initial assembly of a PMSG. Unlike previous studies in a stationary state, this one is not designed to detect an electrical angle but rather the absolute position of the rotor is detected while operating the generator. Also,a position sensor, current sensors and voltage sensor were used to ensure reliability. This technique completes the detection of the sensor offset in two steps. In the first step, a zero-crossing of the EMF is measured using a voltage sensor to detect the electrical angle offset when the alternator is actuated by the engine. In the second step, a high frequency current is injected along the d-axis on-line during the control of the generation, eventually to obtain the inductance using a DFT (Discrete Fourier Transform), and then to ultimately extract the final electrical angle offset through the comparison of the inductance magnitude. The suggested algorithm was validated with PSIM simulation and, furthermore, was tested with actual experiments on a dynamometer.
In order to support various studies for assessment of onshore and offshore wind turbine system including foundations, the land-based version of 2MW PMSG direct drive wind turbine has been analyzed using HAWC2 that account for the coupled dynamics of the wind inflow, elasticity, and controls of the turbine. this work presents the steady-state response of the system and natural frequency of the first thirteen structure turbine modes as a function of wind speed. Rotor, generator speeds, pitch angle, power production, thrust force, deflections of tower and blade are compared for one case below and one case above the rated wind speed.
In the process of virtual inertia control (VIC), the frequency regulation capability of the directly-driven wind turbine with permanent-magnet synchronous generator (D-PMSG) on wind farm is related to its rotor kinetic energy and capacity margin. This paper proposes the method for assessing the D-PMSG frequency regulation capability and defining its coefficient according to the operating state of wind power generators. In addition, the calculating method of parameters in VIC is also discussed according to the principles of primary frequency regulation and inertia response of synchronous generators. Then, by introducing the capability coefficient into the proportion-differential virtual inertia control (PD-VIC) for power coordination, a coordinated virtual inertia control (C-VIC) strategy is developed, with the consideration of the difference in frequency regulation capability between wind power generators. The proposed control method can not only give full play to the frequency regulation capability of wind power generators, decrease the movements of the pitch angle control system but also bring some self-coordination capability to different wind power generators thus to avoid a secondary drop in system frequency. The simulations and experiments prove the proposed method to be effective and practicable.
This paper provides a loss analysis and comparison of high power semiconductor devices in 5MW Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) Medium Voltage (MV) Wind Turbine Systems (WTSs). High power semiconductor devices of the press-pack type IGCT, module type IGBT, press-pack type IGBT, and press-pack type IEGT of both 4.5kV and 6.5kV are considered in this paper. Benchmarking is performed based on the back-to-back type 3-level Neutral Point Clamped Voltage Source Converters (3L-NPC VSCs) supplied from a grid voltage of 4160V. The feasible number of semiconductor devices in parallel is designed through a loss analysis considering both the conduction and switching losses under the operating conditions of 5MW PMSG wind turbines, particularly for application in offshore wind farms. This paper investigates the loss analysis and thermal performance of 5MW 3L-NPC wind power inverters under the operating conditions of various power factors. The loss analysis and thermal analysis are confirmed through PLECS Blockset simulations with Matlab Simulink. The comparison results show that the press-pack type IGCT has the highest efficiency including the snubber loss factor.
본 논문에서는 마이크로그리드 적용을 위한 50kW 풍력발전기를 설계하였으며, 발전기의 해석은 maxwell 2D 상용프로그램을 사용하였다. 특히 제안된 PMSG는 코깅토크를 줄이고자 offset과 skew를 적용하였다. 최적의 옵셋과 스큐는 2mm와 전기각 60도를 제안하였다. 부하운전시 모의결과는 평균 고조파 1.3%, 전압 322.41V, 전류 94.95A, 철손 9.73W, 와류손 73.68W, 동손 3.52kW로 나타났다. 계산된 발전기 용량은 61.56kW이며, 제안된 설계절차는 더 큰 용량의 발전기설계에 적용할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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