This paper presents a design of vertical axis Darrieus wind turbine combine with Savonius for wind-power generating system to be adapted for variable wind speed. The wind turbine consists of two troposkien- and four Savonius-blades. Darrieus turbine is designed with diameter 9.4[m], chord length 380[mm], tip speed ratio 5. Savonius turbine is designed with diameter 1.8[m], height 2[m], tip speed ratio 0.95. The design of turbine is laid for the main data of rated wind speed 10[m/s], turbine speed 101.4[rpm]. The generating power is estimated to maximum power 20[kW], and this is converted to commercial power line by means of three phase synchronous generator-inverter system. Generating system is designed for operation on VSVF(variable speed variable frequency) condition and constant voltage system.
A wind generator (WG) maximum power point tracking (MPPT) system is presented here. It comprises of a variable-speed wind generator, a high-efficiency boost-type dc/dc converter and a control unit. The advantages of the aimed system are that it does not call for the knowledge of the wind speed or the optimal power characteristics and that it operates at a variable speed, thus providing high efficiency. The WG operates at variable speed and thus suffers lower stress on the shafts and gears compared to constant-speed systems. It results in a better exploitation of the available wind energy, especially in the low wind-speed range of 2.5-4.5 m/s. It does not depend on the WG wind and rotor-speed ratings or the dc/dc converter power rating. Higher reliability, lower complexity and cost, and less mechanical stress of the WG. It can be applied to battery-charging applications.
KIEE International Transactions on Power Engineering
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제4A권2호
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pp.51-57
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2004
This paper describes the dynamic performance of a variable speed wind turbine system responding to a wide variety of wind variations. Modeling of the wind generation using power electronics interface is proposed for dynamic simulation analysis. Component models and equations are addressed and their incorporations into a transient analysis program, PSCAD/EMTDC are provided. A wind model of four components is described, which enables observing dynamic behaviors of the wind turbine resulting from wind variations. Controllable power inverter strategies are intended for capturing the maximum power under variable speed operation and maintaining reactive power generation at a pre-determined level for constant power factor control or voltage regulation control. The components and control schemes are modeled by user-defined functions. Simulation case studies provide variable speed wind generator dynamic performance for changes in wind speed
KIEE International Transactions on Power Engineering
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제3A권4호
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pp.206-213
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2003
The main purpose of this paper is to present a simulation model for assessing the impacts of a variable speed wind turbine (VSWT) on the distribution network and perform a simulation analysis of voltage profiles along the wind turbine installed feeder using the presented model. The modeled wind energy conversion system consists of a fixed pitch wind turbine, a synchronous generator, a rectifier and a voltage source inverter (VSI). Detailed study on the voltage impacts of a variable speed wind turbine is conducted in terms of steady state and dynamic behaviors. Various capacities and different modes of variable speed wind turbines are simulated and investigated. Case studies demonstrate how feeder voltages are influenced by capacity and control modes of wind turbines and changes in wind speed under different network conditions. Modeling and simulation analysis is based on PSCAD/EMTDC a software package.
최근 풍력발전 시스템은 가장 빨리 발전하고 있는 신재생 에너지원중 하나로 각광을 받고 있으며, 풍력발전 시스템의 주된 관심사는 어떻게 광범위한 풍속의 변화에서도 효율적으로 시스템을 동작시키는 가에 있다. 가변속 풍력발전 시스템은 고정속 풍력발전 시스템에 비해 더 높은 에너지 효율, 낮은 컴포넌트 스트레스를 달성할 수 있다는 장점을 갖는다. 일반적으로 가변속 풍력발전 시스템의 제어를 위해서는 풍속정보의 취득이 필수적으로 요구된다. 하지만 풍속계 등에 의해 측정된 풍속은 여러 요인에 의해 정확하지 않다는 문제점을 갖는다. 이에 본 연구에서는 풍속의 추정을 위한 칼만 필터와 칼만 필터에 의해 추정된 정보를 사용하여 학습된 인공신경망으로부터 최적의 로터 회전 속도를 유추할 수 있는 새로운 형태의 가변속 풍력발전 시스템을 위한 제어 알고리듬을 제안하고자 한다. 또한 Matlab의 시뮬링크를 사용하여 다양한 시뮬레이션 수행하여 제안된 기법의 유용성을 확인하고자 한다.
This paper presents experimental results and its assessment of a variable-speed wind power generation system (VSWPGS) using permanent magnet synchronous generator (PMSG) and boost chopper circuit (BCC). Experimental results are obtained by a test bench with a wind turbine emulator (WTE). WTE reproduces the behaviors of a windmill by using servo motor drives. The mechanical torque references to drive the servo motor are calculated from the windmill wing profile, wind velocity, and windmill rotational speed. VSWPGS using PMSG and BCC has three speed control modes for the level of wind velocity to control the rotational speed of the wind turbine. The control mode for low wind velocity regulates an armature current of generator with BCC. The control mode for middle wind velocity regulates a DC link voltage with a vector-controlled inverter. The control mode for high wind velocity regulates a pitch angle of the wind turbine with a pitch angle control system. The hybrid of three control modes extends the variable-speed range. BCC simplifies the maintenance of VSWPGS while improving reliability. In addition, VSWPGS using PMSG and BCC saves cost compared with VSWPGS using a PWM converter.
Control algorithms and implementation issues for a wind turbine simulator are presented for realistic emulation of variable wind characteristics using a lab-scale motor and generator set. When the average wind speed nd turbulence level is given, the torque reference of prime mover is decided through various blocks, such as random wind speed generator, blade characteristic curves, and tower effect compensation. The variable nature of wind can be implemented and tested by not only the computer simulation but also the hardware-in-loop-simulator (HILS). Some application examples of HILS include the development and test of turbine control software for more efficient and stable operation. Feasibility of the proposed simulator has verified by computer simulations and experiment.
his dissertation is on power control system for MW-class wind turbine. Especially, the control purpose is reduction in electrical power and rotor speed. The base control structure is power curve tracking control using variable speed variable pitch operational type. For the reduction of fluctuations, more control algorithm is needed in above rated wind conditions. Because general pitch control system is low dynamic response as compared with the wind speed change. So, this paper introduces about the pitch feed forward control to minimize fluctuations of the electrical power and rotor speed. To maintain rated electrical power, the algorithm of feed forward control adds feed forward pitch amount to the pitch command of power curve tracking control. The effectiveness of the feed forward control is verified through the simulation.
As constantly increasing wind power penetrates power grid, wind power plants (WPPs) are exerting a direct influence on the traditional power system. Most of WPPs are using variable speed constant frequency (VSCF) wind turbines equipped with doubly fed induction generators (DFIGs) due to their high efficiency over other wind turbine generators (WTGs). Therefore, the analysis of DFIG has attracted considerable attention. Precisely measuring optimum reference speed is basis of utilized maximum wind power in electric power generation. If the measurement of wind speed can be easily taken, the reference of rotation speed can be easily calculated by known system's parameters. However, considering the varying wind speed at different locations of blade, the turbulence and tower shadow also increase the difficulty of its measurement. The aim of this study is to design fuzzy controllers to replace the wind speedometer to track the optimum generator speed based on the errors of generator output power and rotation speed in varying wind speed. Besides, this paper proposes the fuzzy adaptive PID control to replace traditional PID control under rated wind speed in variable-pitch wind turbine, which can detect and analyze important aspects, such as unforeseeable conditions, parameters delay and interference in the control process, and conducts online optimal adjustment of PID parameters to fulfill the requirement of variable pitch control system.
Aerodynamic power and torque of wind turbine are highly nonlinear and its operation mode depends on control strategies. Therefore, it is essential to define steady-state curves for the purpose of control and operation of wind turbine system. The steady-state curves of wind turbine can be defined by determining its operating points. In this paper, an algorithm to determine operating points of variable-speed variable-pitch wind turbine is presented on the basis of pitch-to-feather control strategy. And this algorithm is applied to obtain steady-state curves for an 1.5MW wind turbine.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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