Optimizing the design of large-scale electric machines based on nonlinear finite element analysis (FEA) requires longer computation time than other applications of FEA, mainly due to the huge size of the machines. This paper addresses a new region decision method (RDM) with mesh adaptive direct search (MADS) for the optimal design of wind generators in order to reduce the computation time. The validity of the proposed algorithm is evaluated using Rastrigin and Goldstein-Price benchmark function. Moreover, the algorithm is employed for the optimal design of a 5.6MW interior permanent magnet synchronous generator to minimize the torque ripple. Additionally, mechanical stress analysis as well as electromagnetic field analysis have been implemented to prevent breakdown caused by large centrifugal forces of the modified design.
Super high speed motors and generators are increasing in various applications such as air compressor, gas turbine and fuel cell systems because of small size and light weight at the same power level. This paper presents an experiment and simulation for a permanent magnet synchronous motor(PMSM) in super high speed applications.
Cho Chang Hee;Park Min Kook;Ahn Jong Bo;Kwon Soon Man;Kim Sung Shin
Proceedings of the KIEE Conference
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summer
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pp.1103-1105
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2004
현대 도시인들에게 전력의 신뢰성있는 공급은 당연시되고 있다. 그러나, 2002년 캘리포니아에서 있었던 대규모의 정전 사고는 불안정한 전력의 공급이 현대 문명 생활에 있어서 얼마나 큰 영향을 끼치며, 개별적인 보완 전력 공급의 중요성에 대해서 일깨워주는 계기가 되었다. 지금까지 이러한 전력 공급의 중단에 대한 주요 대비책으로서 비상용 엔진 발전기 시스템은 보조 전원의 중요한 역할을 해왔다. 여기에서 더 높은 효율과, 첨두 부하 절감의 기능, 그리고 전력 계통과의 Co-generation 기능을 가지는 고기능의 제어 시스템에 대한 수요가 증대되어지고 있는 상태이다. 본 논문에서는 다수 비상용 발전기들의 병렬 운전 및 전력 계통과의 연계 운전을 지원하는 고기능의 디지털 전력제어 시스템과 운전 지원을 위한 감시 제어 시스템에 대해 소개한다.
Kim, Jihun;Lee, Hwanik;Lee, Byongjun;Kang, Yong Cheol
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.9
no.2
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pp.399-405
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2014
For stable integration of large-scale wind farms, integration standards (Grid codes) have been proposed by the system operator. In particular, voltage control of large-scale wind farms is gradually becoming important because of the increasing size of individual wind farms. Among the various voltage control methods, Secondary Voltage Control (SVC) is a method that can control the reactive power reserve of a control area uniformly. This paper proposes hybrid SVC when a large-scale wind farm is integrated into the power grid. Using SVC, the burden of a wind turbine converter for generating reactive power can be reduced. To prove the effectiveness of the proposed strategy, a simulation study is carried out for the Jeju system. The proposed strategy can improve the voltage conditions and reactive power reserve with this hybrid SVC.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.17
no.4
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pp.595-606
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2022
Korea has the characteristics of traditional power system such as large-scale power generation and large-scale power transmission systems, including 20 GW large-scale power generation complexes in several regions with unit generator capacity exceeding 1.4 GW, 2-3 ultra-high-voltage transmission lines that transport power from large-scale power generation complexes, and 6 ultra-high-voltage transmission lines that transport power from non-metropolitan areas to the metropolitan area. Due to the characteristics of the power system, the penetration level for renewable energy is low, but due to frequency stability issue, some generators are reducing the output of generators. In the future, the issue of maintaining the stability of the power system is expected to emerge as the most important issue in accordance with the policy of expanding renewable energy. When non-inertial inverter-based renewable energy, such as solar and wind power, surges rapidly, the means to improve the power system stability in an independent system is to install a natural inertial resource synchronous condenser (SC) and a virtual inertial resource BESS in the system. In this study, we analyzed the effect of renewable energy on power system stability and the BESS effect to maintain the minimum frequency through a power system simulation. It was confirmed that the BESS effect according to the power generation constraint capacity reached a maximum of 122.81 %.
Distributed generation systems (DGSs) have been getting more and more attention in terms of renewable energy use and new generation technologies in the past decades. The self-excited induction generator (SEIG) occupies an important role in the area of energy conversion due to its low cost, robustness and simple control. Unlike synchronous generators, the SEIG has to absorb capacitive reactive power from the outer device aiming to stabilize the terminal voltage at load changes. This paper presents a novel static VAR compensator (SVC) called a magnetic energy recovery switch (MERS) to serve as a voltage controller in SEIG powered DGSs. In addition, many small scale SEIGs, instead of a single large one, are applied and devoted to promote the generation efficiency. To begin with, an expandable mathematic model based on a d-q equivalent circuit is created for parallel SEIGs. The control method of the MERS is further improved with the objective of broadening its operating range and restraining current harmonics by parameter optimization. A hybrid control strategy is developed by taking both of the stand-alone and grid-connected modes into consideration. Then simulation and experiments are carried out in the case of single and double SEIG(s) generation. Finally, the measurement results verify that the proposed DGS with SVC-MERS achieves a better stability and higher feasibility. The major advantages of the mentioned variable reactive power supplier, when compared to the STATCOM, include the adoption of a small DC capacitor, line frequency switching, simple control and less loss.
Kim, Dooyeon;Kim, Jinho;Lee, Jinshik;Kim, Yeon-Hee;Chun, Yeong-Han;Kang, Yong Cheol
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.7
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pp.918-924
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2013
In a conventional power system, the frequency is recovered to the nominal value by the inertial, primary, and secondary responses of the synchronous generators (SGs) after a large disturbance such as a generator tripping. For a power system with high wind penetration, the system inertia is significantly reduced due to the maximum power point tracking control based operation of the variable speed wind generators (WGs). This paper proposes a virtual inertial control for a wind power plant (WPP) based on the maximum rate of change of frequency to release more kinetic energy stored in the WGs. The performance of the proposed algorithm is investigated in a model system, which consists of a doubly fed induction generator-based WPP and SGs using an EMTP-RV simulator. The results indicate that the proposed algorithm can improve the frequency nadir after a generator tripping. In addition, the algorithm can lead the instant of a frequency rebound and help frequency recovery after the frequency rebound.
Yoon, Gihwan;Lee, Hyewon;Lee, Jinsik;Yoon, Gi-Gab;Park, Jong Keun;Kang, Yong Cheol
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.10
no.5
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pp.1950-1957
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2015
Modern wind generators (WGs) are forced or encouraged to participate in frequency control in the form of inertial and/or primary control to improve the frequency stability of power systems. To participate in primary control, WGs should perform deloaded operation that maintains reserve power using speed and/or pitch-angle control. This paper proposes an optimization formulation that allocates the required reserve to WGs to maximize the kinetic energy (KE) stored in a wind power plant (WPP). The proposed optimization formulation considers the rotor speed margin of each WG to the maximum speed limit, which is different from each other because of the wake effects in a WPP. As a result, the proposed formulation allows a WG with a lower rotor speed to retain more KE in the WPP. The performance of the proposed formulation was investigated in a 100-MW WPP consisting of 20 units of 5-MW permanent magnet synchronous generators using an EMTP-RV simulator. The results show that the proposed formulation retains the maximum amount of KE with the same reserve and successfully increases the frequency nadir in a power system by releasing the stored KE in a WPP in the case of a disturbance.
The frequency of a power system should be maintained within the allowed limits for stable operation. When a disturbance such as generator tripping occurs in a power system, the frequency is recovered to the nominal value through the inertial, primary, and secondary responses of the operating synchronous generators (SGs). However, for a power system with high wind penetration, the system inertia will decrease significantly because wind generators (WGs) are operating decoupled from the power system. This paper proposes a dynamic droop-based inertial control for a WG. The proposed inertial control determines the dynamic droop depending on the rate of change of frequency (ROCOF). At the initial period of a disturbance, where the ROCOF is large, the droop is set to be small to release a large amount of the kinetic energy (KE) and thus the frequency nadir can be increased significantly. However, as times goes on, the ROCOF will decrease and thus the droop is set to be large to prevent over-deceleration of the rotor speed of a WG. The performance of the proposed inertial control was investigated in a model system, which includes a 200 MW wind power plant (WPP) and five SGs using an EMTP-RV simulator. The test results indicate that the proposed scheme improves the frequency nadir significantly by releasing a large amount of the KE during the initial period of a disturbance.
Park, Ji-Kyung;Kim, Kwang-Hyun;Kim, Chul-Hwan;Lyu, Young-Sik;Yang, Jeong-Jae
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.10
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pp.1466-1473
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2017
Generally, electrical torque in synchronous generator is balanced with the rotor mechanical torque under steady-state condition. Thus, the synchronous generator rotor rotates at constant speed. However, under fault condition, the electrical torque output is suddenly decreased and the sum of both torques does not remain constant. If the mechanical torque is not decreased at the same time, the generator rotor would accelerate. Therefore, this accelerating generator rotates at different speeds with respect to other generators in the power system. This phenomena is called as Out-of-Step (OOS). In this paper, we presented a certain two-step type quadrilateral OOS relay setting, which is applicable in actual field, and examined the validity of its setting value with OOS simulation conditions due to delayed fault clearing in transmission line. In order to conduct the study of OOS relay characteristics, we checked the impedance locus and generator output characteristics under the various delayed fault clearing conditions. Moreover, we proposed a countermeasure for avoiding the misoperation of OOS relay during the stable swing by modifying the setting values.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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