This paper proposes a new control technique of energy storage system (ESS) for smoothing the active power of renewable energy sources (RES) such as photovoltaic and wind turbine generation. As the penetration of RES into grid increases, it is difficult to maintain the permissible level of power quality, that is, voltage and frequency fluctuation in power systems. To solve this problem, ESS control methods using low pass filter (LPF) have been proposed for mitigating the fluctuation of RES output. However, those have a lot of drawbacks which need to be supplemented. Hence, this paper presents the improved active power control with additional reactive power control for maintaining power quality properly. The proposed method minimizes the capacity of ESS to be required for smoothing RES output fluctuation through mitigation of phase delay problem in LPF. In addition, the voltage regulation improves by using additional reactive power control. The proposed method was verified through simulation analysis using PSCAD/EMTDC.
Non-stationary extreme winds such as thunderstorm downbursts are responsible for many structural damages. This research presents a time domain approach for estimating along-wind load effects on tall buildings using multiple wind speed time history samples, which are simulated from evolutionary power spectra density (EPSD) functions of non-stationary wind fluctuations using the method developed by the authors' earlier research. The influence of transient wind loads on various responses including time-varying mean, root-mean-square value and peak factor is also studied. Furthermore, a simplified model is proposed to describe the non-stationary wind fluctuation as a uniformly modulated process with a modulation function following the time-varying mean. Finally, the probabilistic extreme response and peak factor are quantified based on the up-crossing theory of non-stationary process. As compared to the time domain response analysis using limited samples of wind record, usually one sample, the analysis using multiple samples presented in this study will provide more statistical information of responses. The time domain simulation also facilitates consideration of nonlinearities of structural and wind load characteristics over previous frequency domain analysis.
Solari, Giovanni;Burlando, Massimiliano;De Gaetano, Patrizia;Repetto, Maria Pia
Wind and Structures
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v.20
no.6
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pp.763-791
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2015
"Wind and Ports" is a European project that has been carried out since 2009 to handle wind forecast in port areas through an integrated system made up of an extensive in-situ wind monitoring network, the numerical simulation of wind fields, the statistical analysis of wind climate, and algorithms for medium-term (1-3 days) and short term (0.5-2 hours) wind forecasting. The in-situ wind monitoring network, currently made up of 22 ultrasonic anemometers, provides a unique opportunity for detecting high resolution thunderstorm records and studying their dominant characteristics relevant to wind engineering with special concern for wind actions on structures. In such a framework, the wind velocity of thunderstorms is firstly decomposed into the sum of a slowly-varying mean part plus a residual fluctuation dealt with as a non-stationary random process. The fluctuation, in turn, is expressed as the product of its slowly-varying standard deviation by a reduced turbulence component dealt with as a rapidly-varying stationary Gaussian random process with zero mean and unit standard deviation. The extraction of the mean part of the wind velocity is carried out through a moving average filter, and the effect of the moving average period on the statistical properties of the decomposed signals is evaluated. Among other aspects, special attention is given to the thunderstorm duration, the turbulence intensity, the power spectral density and the integral length scale. Some noteworthy wind velocity ratios that play a crucial role in the thunderstorm loading and response of structures are also analyzed.
This paper presents the analysis of wind speeds data measured on top of three neighboring high-rise buildings close to a beach in Xiamen city, China, during Typhoon "Usagi" 2013. Wind tunnel simulation was carried out to validate the field measurement results. Turbulence intensity, turbulence integral scale, power spectrum and cross correlation of recorded wind speed were studied in details. The low frequency trend component of the typhoon speed was also discussed. The field measurement results show turbulence intensity has strong dependence to the wind speed, upwind terrain and even the relative location to the Typhoon center. The low frequency fluctuation could severely affect the characteristics of wind. Cross correlation of the measured wind speeds on different buildings also showed some dependence on the upwind terrain roughness. After typhoon made landfall, the spatial correlation of wind speeds became weak with the coherence attenuating quickly in frequency domain.
This study is for the pitch control of blade, used in most horizontal-axis wind turbine systems, to sustain the maximum power output supplied to grid. The control of a blade can be divided into a stall regulation and a pitch control methods. The stall regulation method using an aerodynamic stall is simple and cheap, but it suffers from fluctuation of the resulting power. Pitch control method is mechanically and mathematically complicated, but the control performance is better than that of the stall regulation method. In this paper 2.5MW MOD-2 wind turbine system is adopted to be controlled by a pitch controller with PI method. The simulation performed by MA TLAB will show the variation of frequency, generator output, and pitch angle.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.1
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pp.1-7
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2015
This paper proposes probabilistic reliability evaluation model of power system considering Wind Turbine Generator(WTG) integrated with Energy Storage System(ESS). Monte carlo sample state duration simulation method is used for the evaluation. Because the power output from WTG units usually fluctuates randomly, the power cannot be counted on to continuously satisfy the system load. Although the power output at any time is not controllable, the power output can be utilized by ESS. The ESS may make to smooth the fluctuation of the WTG power output. The detail process of power system reliability evaluation considering ESS cooperated WTG is presented using case study of Jeju island power system in the paper.
Kim, Seong Hyun;Jin, Kyung-Min;Oh, Sung-Bo;Kim, Eel-Hwan
Journal of the Korean Solar Energy Society
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v.33
no.4
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pp.23-30
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2013
This paper presents the determination method of the hybrid energy storage capacity for compensating the output of wind power when disconnecting from the grid. In the wind power output compensation, a lot of charging and discharging time with lithium-ion battery will be deteriorated the life time. And also, this fluctuation will cause some problems of the power quality and power system stability. To solve these kind of problems, many researchers in the world have been studied with BESS(Battery Energy Storage System) in the wind farm. But, BESS has the limitation of its output during very short term period, this means that it is difficult to compensate the very short term output of wind farm. Using the EDLC (Electric Double Layer Capacitor), it is possible to solve the problem. Installing the battery system in the wind farm, it will be possible to decrease the total capacity of BESS consisting of HESS (Hybrid Energy Storage System). This paper shows simulation results when not only BESS is connected to wind farm but also to HESS. To verify the proposed system, results of computer simulation using PSCAD/EMTDC program with actual output data of wind farms of Jeju Island will be presented.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.12
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pp.1885-1891
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2010
Torque control of wind turbines is important when the wind speed is below the rated speed. The main objective of torque control is to extract the maximum power from the potential aerodynamic power of the wind. Torque control methods for wind turbines are classified as torque-mode control and speed-mode control. In torque-mode control, which is well known and traditionally used in many wind turbines, the torque demand of the generator is proportional to the square of the generator speed. In speed-mode control, a PI controller is used to generate the appropriate torque demand of the generator. In this study, the two torque control methods mentioned above are applied to a 2.75-MW wind turbine; simulation results for real turbulence wind speeds are presented, and the response properties are compared.
Kim, Yong-Chul;Kanda, Jun;Tamura, Yukio;Yoon, Sung-Won
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.13
no.1
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pp.97-104
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2013
Recent tall buildings tend to have unconventional shapes as a prevailing, which is effective for suppressing across-wind responses. Suppression of across-wind responses is a major factor in tall building projects, and the so called aerodynamic modification method is comprehensively used. The purpose of the present study is to investigate the pressure fluctuations on tapered and setback tall buildings, including peak pressures, power spectra and coherences through the synchronous multi-pressure sensing system techniques. And flow measurements around the models were conducted to investigate the condition of vortex shedding. The results show that by tapering and setback, different distributions of mean pressure coefficients at leeward surface were found, which is caused by the geometric characteristics of the models. And the power spectra of wind pressures at sideward surface become wideband and the peak frequencies are different depending on heights, which makes the correlation near the Strouhal component low or even negative. The differences in shedding frequencies were also confirmed by the flow fields around the models.
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.10
no.2
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pp.21-28
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2017
Wind turbulence data is required for engineering calculations of gust speeds, mean and fluctuating loading. Spectral densities are required as input data for methods used in assessing dynamic response. This study is concerned with the estimation of daily instantaneous maximum wind velocity in the meteorological major cities (selected each 6 points) during the yearly 1987-2016.12.1. The purpose of this paper is to present the power spectral densities of the daily instantaneous maximum wind velocity. In the processes of analysis, used observations data obtained at Korea Meteorological Adminstration(KMA), it is assumed as a random processes. From the analysis results, in the paper estimated power spectral densities function(Blunt model) shows a very closed with von Karman and Solari's spectrum models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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