Because of the nature of wind, the output power of wind turbines fluctuates according to wind speed variation. Therefore, many countries have set up wind-turbine interconnection standards usually named as Grid-Code to regulate the output power of wind farms to improve power system reliability and power quality. This paper proposes three operation modes of wind farms such as maximum power point tracking (MPPT) mode, single wind turbine control mode and wind farm control mode to control the output power of wind turbines as well as overall wind farms. This paper also proposes an operation scheme of wind farm to alleviate power fluctuation of wind farm by choosing the appropriate control mode and coordinating multiple wind turbines in consideration of grid conditions. The performance of the proposed scheme is verified via simulation studies in PSCAD/EMTDC with doubly-fed induction generator (DFIG) based wind turbine models.
A method for analyzing the coupled wind-vehicle-bridge system is proposed that also considers the shielding effect of the bridge tower with triangular wind barriers. The static wind load and the buffeting wind load for both the bridge and the vehicle are included. The shielding effects of the bridge tower and the triangular wind barriers are incorporated by taking the surface integral of the wind load. The inter-history iteration is adopted to solve the vehicle-bridge dynamic equations with time-varying external loads. The results show that after installing the triangular wind barriers in the area of the bridge tower, the bridge response and the vehicle safety factors change slightly. The peak value of the train car body acceleration is significantly reduced when the wind barrier size is increased.
Ricciardelli, Francesco;Maienza, Carmela;Vardaroglu, Mustafa;Avossa, Alberto Maria
Wind and Structures
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v.32
no.4
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pp.321-340
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2021
In 2019, 5.6% of the total energy produced worldwide came from wind. Offshore wind generation is still a small portion of the total wind generation, yet its growth is exponential. Higher availability of sites, larger producibility and potentially lower environmental impacts make offshore wind generation attractive. On the other hand, as the water depth increases, fixed foundations are no more viable, and the new frontier is that of floating foundations. This paper brings an overview of why and how offshore wind energy should move deep water; it contains material from the Keynote Lecture given by the first author at the ACEM20/Structures20 Conference, held in Seoul in August 2020. The paper is organized into four sections: the first giving general concepts about wind generation especially offshore, the second and the third considering economic and technical aspects, respectively, of offshore deep-water wind generation, in the fourth, some challenges of floating offshore wind generation are presented and some conclusions are drawn.
Wani, Abdul Haseeb;Varma, Rajendra K.;Ahuja, Ashok K.
Wind and Structures
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v.32
no.4
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pp.393-403
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2021
A comprehensive knowledge of the wind flow in hilly terrains is of great interest in many engineering applications, be it wind energy distribution for suitable site selection for wind farms, pollution dispersion, forest fire propagation or agrometerological studies. Several researchers have shown that wind flow over a hilly terrain may be significantly different when compared with the wind flow over a flat terrain. Complex hilly terrains may alter the wind speed to a great extent. Therefore, this effect of terrain must be properly assessed by designers and planners to arrive at a proper wind flow distribution. This paper reviews the work done in this area over the past three decades. Wind flow over two-dimensional hills and two-dimensional escarpments investigated in wind tunnels by various researchers is presented in this paper.
Haan, Fred L. Jr.;Sarkar, Partha P.;Spencer-Berger, Nicholas J.
Wind and Structures
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v.9
no.5
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pp.369-386
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2006
A combination Aerodynamic/Atmospheric Boundary Layer (AABL) Wind and Gust Tunnel with a unique active gust generation capability has been developed for wind engineering and industrial aerodynamics applications. This facility is a cornerstone component of the Wind Simulation and Testing (WiST) Laboratory of the Department of Aerospace Engineering at Iowa State University (ISU). The AABL Wind and Gust tunnel is primarily a closed-circuit tunnel that can be also operated in open-return mode. It is designed to accommodate two test sections ($2.44m{\times}1.83m$ and $2.44m{\times}2.21m$) with a maximum wind speed capability of 53 m/s. The gust generator is capable of producing non-stationary gust magnitudes around 27% of the mean flow speed. This paper describes the motivation for developing this gust generator and the work related to its design and testing.
A three-dimensional flow simulation was performed to investigate the wind flow around wind-power generation facilities on mountainous area of complex terrain. A digital map of eastern mountainous area of Korea including a wind farm was used to model actual complex terrain. Rotating wind turbines in the wind farm were also modeled in the computational domain with detailed geometry of blade by using the frozen rotor method. Wind direction and speed to be used as a boundary condition were taken from local meteorological reports. The numerical results showed not only details of flow distribution in the wind farm but also the variation in the performance of the wind turbines due to the installed location of the turbines on complex terrain. The wake effect of the upstream turbine on the performance of the downstream one was also examined. The methodology presented in this study may be used in selecting future wind farm site and wind turbine locations in the selected site for possible maximum power generation.
Aerodynamic measures have been widely used for improving the flutter stability of long-span bridges, and this paper focuses their windproof ability to improve the wind environment for vehicles. The whole wind environment around a long-span bridge located in high altitude mountainous areas is first studied. The local wind environment above the deck is then focused by two perspectives. One is the windproof effects of aerodynamic measures, and the other is whether the bridge with aerodynamic measures meets the requirement of flutter stability after installing extra wind barriers in the future. Furthermore, the effects of different wind barriers are analyzed. Results show that aerodynamic measures exert potential effects on the local wind environment, as the vertical stabilizer obviously reduces wind velocities behind it while the closed central slot has limited effects. The suggested aerodynamic measures have the ability to offset the adverse effect of the wind barrier on the flutter stability of the bridge. Behind the wind barrier, wind velocities decrease in general, but in some places incoming flow has to pass through the deck with higher velocities due to the increase in blockage ratio. Further comparison shows that the wind barrier with four bars is optimal.
Due to the significant aerodynamic interference from sub-towers and surrounding tall buildings, the wind loads and dynamic responses on main tower of three-tower connected tall building typically change especially compared with those on the isolated single tall building. This paper addresses the wind load effects and equivalent static wind loads (ESWLs) of three-tower connected tall building based on measured synchronous surface pressures in a wind tunnel. The variations of the global shape coefficients and extremum wind loads of main tower structure with or without interference effect under different wind directions are studied, pointing out the deficiency of the traditional wind loads based on the load codes for the three-tower connected tall building. The ESWLs calculation method based on elastic restoring forces is proposed, which completely contains the quasi-static item, inertia item and the coupled effect between them. Then the wind-induced displacement and acceleration responses for main tower of three-tower connected tall building in the horizontal and torsional directions are investigated, subsequently the structural basal and floor ESWLs under different return periods, wind directions and damping ratios are studied. Finally, the action mechanism of interference effect on structural wind effects is investigated. Main conclusions can provide a sientific basis for the wind-resistant design of such three-tower connected tall building.
Kwon, Soon-Duck;Kim, Dong Hyawn;Lee, Seung Ho;Song, Ho Sung
Wind and Structures
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v.14
no.1
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pp.55-70
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2011
This study investigates the design criteria required for wind barriers to protect vehicles running on an expressway under a high side wind. At the first stage of this study, the lateral deviations of vehicles in crosswinds were computed from the commercial software, CarSim and TruckSim, and the critical wind speeds for a car accident were then evaluated from a predefined car accident index. The critical wind speeds for driving stability were found to be 35 m/s for a small passenger car, yet 30 m/s for a truck and a bus. From the wind tunnel tests, the minimum height of a wind barrier required to reduce the wind speed by 50% was found to be 12.5% of the road width. In the case of parallel bridges, the placement of two edge wind barriers plus one wind barrier at center was recommended for a separation distance larger than 20 m (four lanes) and 10 m (six lanes) respectively, otherwise two wind barriers were recommended.
The lack of controllability over the wind causes fluctuations in the output power of the wind generators (WGs) located at the wind farms. Distribution Static Compensator (DSTATCOM) equipped with Battery Energy Storage System (BESS) can significantly smooth these fluctuations by injecting or absorbing appropriate amount of active power, thus, controlling the power flow of WGs. But because of the component aging and thermal drift, its harmonic filter parameters vary, resulting in performance degradation. In this paper, Quantitative Feedback Theory (QFT) is used as a robust control scheme in order to deactivate the effects of filter parameters variations on the wind power generation power smoothing performance. The proposed robust control strategy of the DSTATCOM is successfully applied to a microgrid, including WGs. The simulation results obviously show that the proposed control technique can effectively smooth the fluctuations in the wind turbines' (WT) output power caused by wind speed variations; taking into account the filter parameters variations (structural parameter uncertainties).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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