This paper reveals both the operational situation and the cause of the error occurred in wind turbine generator system of Hangwon wind farm in Jeju island. The four wind turbines were selected for this work, and the monitored period was for six months. Wind resource in the wind farm was analyzed, and the estimated energy production was compared with the actual energy production. As a result, with a decrease of system error, the estimated energy production was in good agreement with the actual energy production. The errors occurring in components such as gearbox and hydraulic motor affected the Availability of the wind turbine. Also, poor external conditions such as a strong wind, lightning and gust caused a standstill of wind turbines.
In the present study, the wind characteristics were analyzed according to the time averages to evaluate the performance of small wind turbines required for the development of energy independent village. Measuring data of wind speed were recorded between January 2016 and April 2016 every second. Experimental data is averaged out using 5, 10, 15, 20 and 30 minute time steps. Throughout the experimental data analysis, 5 minutes averaged data is used to analyze the performance of the wind turbine, because it produces a minimum turbulence intensity in wind speed. The measuring power of the wind turbine is less than the designed value due to the unsteady nature wind of sudden changes in magnitude of wind speed and wind angle. Detailed wind conditions are also analysed using two variable Weibull probability density functions.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.1
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pp.51-59
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2021
In this paper, the effect of the turbulence intensity in across-wind direction on the wind load in CFD(Computational fluid dynamics) simulation was analyzed. 'Ansys fluent' software was used for CFD simulation. And the fluctuating wind speed applied to the simulation was generated according to Korean Design Standard and Von Karman wind turbulence model. The turbulence intensity in across-wind direction for simulation was applied from 0 to 100% of the turbulence intensity in along-wind direction. The analysis results showed that the turbulence intensity in across-wind direction had a particularly great effect on the wind load in across-wind direction.
Wind farm which are composed with wind turbine generators can be a good alternatives to solve environmental problem and solutions to cope with energy crisis for using wind energy. Until now, these wind turbine generators have been being studied on the viewpoint of only active power control for reducing the burden of main grid. In this control scheme, we might demand a reactive power compensator in order to make reparation for the reactive power produced from wind turbine generator itself. Therefore, if the reactive power as well as active power of wind turbine generator were controlled according to the demand of reactive power, the installation of a additional reactive power compensator could be reduced. This paper presents the control method of a active and reactive power for wind turbine generators by means of SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation) inverting method and describes a operational coordination of wind turbine generators. The proposed power control algorithm can simply produce the output power of wind turbine generator needed in wind farm, which can reduce the power of main grid more and exclude a supplementary reactive power compensator. We assumed that wind farm are composed with two kinds of wind turbine generators, AC/DC/AC and induction generator types.
Lou, Wenjuan;Bai, Hang;Huang, Mingfeng;Duan, Zhiyong;Bian, Rong
Wind and Structures
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v.31
no.2
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pp.165-183
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2020
The first step of performance-based design for transmission lines is the determination of wind fields as well as wind loads, which are largely depending on local wind climate and the surrounding terrain. Wind fields in a mountainous area are very different with that in a flat terrain. This paper firstly investigated both mean and fluctuating wind characteristics of a typical mountainous wind field by wind tunnel tests and computational fluid dynamics (CFD). The speedup effects of mean wind and specific turbulence properties, i.e., turbulence intensity, power spectral density (PSD) and coherence function, are highlighted. Then a hybrid simulation framework for generating three dimensional (3D) wind velocity field in the mountainous area was proposed by combining the CFD and proper orthogonal decomposition (POD) method given the properties of the target turbulence field. Finally, a practical 220 kV transmission line was employed to demonstrate the effectiveness of the proposed wind field generation framework and its role in the performance-based design. It was found that the terrain-induce turbulence effects dominate the performance-based structural design of transmission lines running through the mountainous area.
An investigation on lightning characteristics and damage to wind turbines was performed on Jeju and Gangwon regions. The lightning data from January 2010 to September 2013 detected by IMPACT ESP were collected and analyzed in detail. Hangyeong and Seongsan wind farms of Jeju province and Taebaek, Changjuk, Taegisan and Gangwon wind farms of Gangwon province were selected for this study. Lightning rates and lightning damage events at the six wind farms were compared with each other. Lightning maps for the two regions were drawn using lightning frequency data. As a result, lightning frequency of Gangwon region was higher than that of Jeju region, while lightning strength of Gangwon was weaker than that of Jeju. Lightning rates were assessed to be good for all of the six wind farms. No lightning damage to wind turbines occurred at the two wind farms of Jeju, while some lightning damage to wind turbines took place at the four wind farms of Gangwon.
The Yingxian wooden tower in China is currently the tallest wooden tower in the world. It was built in 1056 AD and is 65.86 m high. Field measurements of wind speed and wind-induced response of this tower are conducted. The wind characteristics, including the average wind speed, wind direction, turbulence intensity, gust factor, turbulence integral length scale and velocity spectrum are investigated. The power spectral density and the root-mean-square wind-induced acceleration are analyzed. The structural modal parameters of this tower are identified with two different methods, including the Empirical Mode Decomposition (EMD) combined with the Random Decrement Technique (RDT) and Hilbert transform technique, and the stochastic subspace identification (SSI) method. Results show that strong wind is coming predominantly from the West-South of the tower which is in the same direction as the inclination of the structure. The Von Karman spectrum can describe the spectrum of wind speed well. Wind-induced torsional vibration obviously occurs in this tower. The natural frequencies identified by EMD, RDT and Hilbert Transform are close to those identified by SSI method, but there is obvious difference between the identified damping ratios for the first two modes.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.980-992
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2019
This paper describes a model test and numerical simulation of a 750-kW-semi-submersible platform wind turbine under several wind and wave conditions for validation of the numerical simulation model. The semi-submersible platform was designed to support the 750-kW-wind turbine class and operate at a water depth of 50 m. The model tests were performed to estimate the performance characteristics of the wind turbine system in the wide tank of the University of Ulsan. Motions and loads of the wind turbine system under the wind and wave conditions were measured and analyzed. The NREL-FAST code was used to simulate the wind turbine system, and the results were compared with those of the test model. The results demonstrate that the numerical simulation captures noticeably the fully coupled floating wind turbine dynamic responses. Also, the model shows a good stability and small responses during waves, wind, and operation of the 750-kW-floating offshore wind turbine.
A phase delay spectrum model towards the representation of spatial coherence of stochastic wind fields is proposed. Different from the classical coherence functions used in the spectral representation methods, the model is derived from the comprehensive description of coherence of fluctuating wind speeds and from the thorough analysis of physical accounts of random factors affecting phase delay, building up a consistent mapping between the simulated fluctuating wind speeds and the basic random variables. It thus includes complete probabilistic information of spatial stochastic wind fields. This treatment prompts a ready and succinct scheme for the simulation of fluctuating wind speeds, and provides a new perspective to the accurate assessment of dynamic reliability of wind-induced structures. Numerical investigations and comparative studies indicate that the developed model is of rationality and of applicability which matches well with the measured data at spatial points of wind fields, whereby the phase spectra at defined datum mark and objective point are feasibly obtained using the numerical scheme associated with the starting-time of phase evolution. In conjunction with the stochastic Fourier amplitude spectrum that we developed previously, the time history of fluctuating wind speeds at any spatial points of wind fields can be readily simulated.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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