A variable electromotive-force generator (VEG), which is a modified generator with an adjustable overlap between the rotor and the stator, is proposed to expand the operational range of a regular generator through a simple and robust active control strategy. It has a broad range of applications in hybrid vehicles, wind turbines, water turbines, and similar technologies. A mathematical model of the VEG is developed, and a novel prototype is designed and fabricated. The performance of the VEG with an active control system, which adjusts the overlap ratio based on the desired output power at different rotor speeds for a specific application, is theoretically and experimentally studied. The results show that reducing the overlap between the rotor and the stator of the generator results in reduced torque loss of the generator and an increased rotational speed of the generator rotor. A VEG can improve the fuel efficiency of hybrid vehicles; it can also expand operational ranges of wind turbines and water turbines and harness more power.
In this paper, a 1.5 kW Interior Permanent Magnet Synchronous Generator (IPMSG) with a power conditioner for the grid integration of a variable-speed wind turbine is developed. The power-conditioning system consists of a series-type 12-pulse diode rectifier powered by a phase shifting transformer and then cascaded to a PWM voltage source inverter. The PWM inverter is utilized to supply sinusoidal currents to the utility line by controlling the active and reactive current components in the q-d rotating reference frame. While the q-axis active current of the PWM inverter is regulated to follow an optimized active current reference so as to track the maximum power of the wind turbine. The d-axis reactive current can be adjusted to control the reactive power and voltage. In order to track the maximum power of the wind turbine, the optimal active current reference is determined by using a simple MPPT algorithm which requires only three sensors. Moreover, the phase angle of the utility voltage is detected using a simple electronic circuit consisting of both a zero-crossing voltage detecting circuit and a counter circuit employed with a crystal oscillator. At the generator terminals, a passive filter is designed not only to decrease the harmonic voltages and currents observed at the terminals of the IPMSG but also to improve the generator efficiency. The laboratory results indicate that the losses in the IPMSG can be effectively reduced by setting a passive filter at the generator terminals.
A semi-active algorithm for edgewise vibration control of the spar-type floating offshore wind turbine (SFOWT) blades, nacelle and spar platform is developed in this paper. A tuned mass damper (TMD) is placed in each blade, in the nacelle and on the spar to control the vibrations for these components. A Short Time Fourier Transform algorithm is used for semi-active control of the TMDs. The mathematical formulation of the integrated SFOWT-TMDs system is derived by using Euler-Lagrangian equations. The theoretical model derived is a time-varying system considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar, mooring system and the TMDs, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force. The aerodynamic loads on the nacelle and the spar due to their coupling with the blades are also considered. The effectiveness of the semi-active TMDs is investigated in the numerical examples where the mooring cable tension, rotor speed and the blade stiffness are varying over time. Except for excessively large strokes of the nacelle TMD, the semi-active algorithm is considerably more effective than the passive one in all cases and its effectiveness is restricted by the low-frequency nature of the nacelle and the spar responses.
본 논문에서는 PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator)의 가변속-고정피치(Variable-Speed Fixed-Pitch) 풍력발전시스템을 위한 FLC를 기반으로 하는 최대 전력점제어(MPPT) 알고리즘을 제시한다. 최근에는 풍속변화에 대응하여 최대전력을 발생할 수 있는 가변속 풍력발전 시스템에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 국내의 지형적 조건에 따른 바람의 영향으로 풍력발전 시스템의 MPPT제어가 반드시 필요하다. 종래의 풍력발전 MPPT 제어는 응답속도 등에 대한 문제점이 나타난다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 파라미터 변동에 강인한 FLC를 기반으로 하는 최대 전력점 제어(MPPT)를 제시한다. 또한 본 논문에서 제시한 알고리즘은 시뮬레이션 결과를 통해 타당성을 입증한다.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.12
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pp.88-92
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2017
Owing to the depletion of fossil energy, wind power is attracting attention as a promising environmentally friendly alternative energy source, because it is abundant, renewable, and non-polluting. Wind turbines are divided into horizontal axis wind turbines (HAWTs) and vertical axis wind turbines (VAWTs) according to the direction of the rotating shaft. VAWTs have a low power generation efficiency, but are not affected by the wind direction and, thus, no yaw system is required and their structure is simple. Small VAWTs are attracting much attention because they can generate power even at low wind speeds. In this study, the output voltages and output currents of small VAWTs with gyromill type, hinge type and double door type blades capable of generating power even at low wind speeds were analyzed at variable wind speeds in the range of 1~11 m/s. At the maximum wind speed of 11m/s, the application of the double door type blades achieved 67% and 9% higher wind turbine output voltages than that of the gyromill type and hinge type blades, respectively. As regards the wind turbine output currents, the application of the double door type blades gave rise to 93% and 5% higher results than that of the gyromill type and hinge type blades, respectively. Through this study, the excellent output characteristics and commercialization potential of the double door type blades, which can generate power both at low and high wind speeds, were confirmed.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.1
no.1
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pp.8-16
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2012
Fixed speed wind turbine generators system that uses induction generator as a wind generator has the stability problem similar to a synchronous generator. On the other hand, doubly fed induction generator (DFIG) has the flexibility to control its real and reactive powers independently while being operated in variable speed mode. This paper focuses on a scheme where IG is stabilized by using DFIG during grid fault. In that case, DFIG will be heavily stressed and a remedy should be found out to protect the frequency converter as well as to allow the independent control of real and reactive powers without loosing the synchronism. For that purpose, a crowbar protection switch or DC-link protecting device can be considered. This paper presents a comparative study between two protective schemes, a crowbar circuit connected across the rotor of the DFIG and a protective device connected in the DC-link circuit of the frequency converter. Simulation analysis by using PSCAD/EMTDC shows that both schemes could effectively protect the DFIG, but the latter scheme is superior to the former, because of less circuitry involved.
Samuel, Paulson;Naik, M. Kishore;Gupta, Rajesh;Chandra, Dinesh
Journal of Power Electronics
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v.14
no.2
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pp.271-281
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2014
Fluctuating wind conditions necessitate the use of a variable speed wind turbine (VSWT) with a AC/DC/AC converter scheme in order to harvest the maximum power from the wind and to decouple the synchronous generator voltage and frequency from the grid voltage and frequency. In this paper, a combination of a three phase diode bridge rectifier (DBR) and a modified topology of the diode clamped multilevel inverter (DCMLI) has been considered as an AC/DC/AC converter. A control strategy has been proposed for the DCMLI to achieve the objective of grid interface of a wind power system together with local load compensation. A novel fixed frequency current control method is proposed for the DCMLI based on the level shifted multi carrier PWM for achieving the required control objectives with equal and uniform switching frequency operation for better control and thermal management with the modified DCMLI. The condition of the controller gain is derived to ensure the operation of the DCMLI at the fixed frequency of the carrier. The converter current injected into the distribution grid is controlled in accordance with the wind power availability. In addition, load compensation is performed as an added facility in order to free the source currents being fed from the grid of harmonic distortion, unbalance and a low power factor even though the load may be unbalanced, non-linear and of a poor power factor. The results are validated using PSCAD/EMTDC simulation studies.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.6
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pp.985-993
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2008
This paper proposes a new DFIG(Doubly-Fed Induction Generator) system using matrix converter, which is very effectively used for interconnecting the wind power system to the power grid. The operation of proposed system was verified by computer simulations with PSCAD/EMTDC software. The feasibility of hardware implementation was conformed by experimental works with a laboratory scaled-model of wind power system. The laboratory scaled-model was built using a motor-generator set with vector drive system, and a matrix converter with DSP(Digital Signal Processor). The operation of scaled-model was tested by modeling the specific variable-speed wind turbine using the real wind data in order to make the scaled-model simulate the real wind power system as close as possible. The simulation and experimental results confirm that matrix converter can be applied for the DFIG system.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.23
no.7
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pp.29-40
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2009
This paper proposes a modeling and controller design approach for a hybrid wind power generation system that considers a fixed wind-turbine and a dump load. Since operating conditions are kept changing, it is challenge to design a control for reliable operation of the overall system To consider variable operating conditions, Takagi-Sugeno (TS) fuzzy model is taken into account to represent time-varying system by expressing the local dynamics of a nonlinear system through sub-systems, partitioned by linguistic rules. Also, each fuzzy model has uncertainty. Thus, in this paper, a modem nonlinear control design technique, the sliding mode nonlinear control design, is utilized for robust control mechanism In the simulation study, the proposed controller is compared with a proportional-integral (PI) controller. Simulation results show that the proposed controller is more effective against disturbances caused by wind speed and load variation than the PI controller, and thus it contributes to a better quality wind-hybrid power generation system.
The short circuit ratio (SCR) of a given grid is able to show the stability of the system in the case of unwanted elements, such as wind turbulence. This paper presents the simulation of a model of the doubly fed induction generator in the simulation software PSCAD/EMTDC. This model has been used to study flicker during continuous operation and the effect of SCR and grid impedance angle on flicker emission. Simulation results show that compensation of the stator reactive power is an effective method to considerably reduce the flicker levels, irrespective of the grid conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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