In this paper two modes of operating a wound rotor induction machine as a generator at sub-and super-synchronous speeds in wind energy conversion systems are investigated. In the first mode, known as double fed induction generator (DFIG), the rotor circuit is fed from the ac mains via a controlled rectifier and a forced commutated inverter. Adjusting the applied rotor voltage magnitude and phase leads to machine operation as a generator at sub-synchronous speeds. In the second mode, the machine is operated in a slip recovery scheme where the slip energy is fed back to the ac mains via a rectifier and line commutated inverter. This mode is described as double output induction generator (DOIG) leading to increase the efficiency of the wind-to electrical energy conversion system. Simulated results of both modes are presented. Experimental verification of the simulated results are presented for the DOIG mode of operation, showing larger amount of power captured and better power factor when compared to conventional induction generators.
When evaluating flutter instability, it is often assumed that incident wind is normal to the longitudinal axis of a bridge and the flutter critical wind speed estimated from this direction is most unfavorable. However, the results obtained in this study via oblique sectional model tests of four typical types of bridge decks show that the lowest flutter critical wind speeds often occur in the yaw wind cases. The four types of bridge decks tested include a flat single-box deck, a flat ${\Pi}$-shaped thin-wall deck, a flat twin side-girder deck, and a truss-stiffened deck with and without a narrow central gap. The yaw wind effect could reduce the critical wind speed by about 6%, 2%, 8%, 7%, respectively, for the above four types of decks within a wind inclination angle range between $-3^{\circ}$ and $3^{\circ}$, and the yaw wind angles corresponding to the minimal critical wind speeds are between $4^{\circ}$ and $15^{\circ}$. It was also found that the flutter critical wind speed varies in an undulate manner with the increase of yaw angle, and the variation pattern is largely dependent on both deck shape and wind inclination angle. Therefore, the cosine rule based on the mean wind decomposition is generally inapplicable to the estimation of flutter critical wind speed of long-span bridges under skew winds. The unfavorable effect of yaw wind on the flutter instability of long-span bridges should be taken into consideration seriously in the future practice, especially for supper-long span bridges in strong wind regions.
The Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) analysis of the 3-D steady flow around the NREL Phase VI horizontal axis wind turbine(HAWT) rotor was performed. The CFD analysis results were compared with experimental data at several different wind speeds. The present CFD model shows good agreements with the experiments both at low wind speed which formed well-attache flow mostly on the upper surface of the blade, and at high wind speed which blade surface flow completely separated. However, some discrepancy occurs at the relatively high wind speeds where mixed attached and separated flow formed on the suction surface of the blade. It seems that the discrepancy is related to the onset of stall phenomena and consequently separation prediction capability of the current turbulence model. It is also found that strong span-wise flow occurs in stalled area due to the centrifugal force generated by rotation of the turbine rotor and it prevents abrupt reduction of normal force for higher wind speed than the designed value.
To better understand how high-latitude electric fields influence thermospheric dynamics, we study winds in the high-latitude lower thermosphere using the Thermosphere-Ionosphere-Electrodynamics General Circulation Model of the National Center for Atmospheric Research (NCAR/TIEGCM). In order to compare with Wind Imaging Interferometer (WINDII) observations the model is run for the conditions of 1992-1993 southern summer. The association of the model results with the interplanetary magnetic field (IMF) is also examined to determine the influences of the IMF-dependent ionospheric convection on the winds. The wind patterns show good agreement with the WINDII observations, although the model wind speeds are generally weaker than the observations. It is confirmed that the influences of high-latitude ionospheric convection on summertime thermospheric winds are seen down to 105 km. For negative and positive IMF By the difference winds, with respect to the wind during null IMF conditions, show significantly strong anticyclonic and cyclonic vortices, respectively, down to 105 km. For positive IMF Bz the difference winds are largely confined to the polar cap, while for negative IMF Bz they extend to subauroral latitudes. The IMF Bz-dependent diurnal wind component is strongly correlated with the corresponding component of ionospheric convection velocity down to 108 km and is largely rotational. The influence of IMF By on the lower thermospheric summertime zonal-mean zonal wind is substantial at high latitudes, with maximum wind speeds being 60 m/s at 130 km around 77 magnetic latitude.
Probabilistic assessment of voltage stability margin (VSM) with existence of correlated wind speeds is investigated. Nataf transformation is adopted to establish wind speed correlation (WSC) model. Based on the saddle-node bifurcation transversality condition equations and Monte Carlo simulation technique, probability distribution of VSM is determined. With correlation coefficients range low to high value, the effect of WSC on VSM is studied. In addition, two risk indexes are proposed and the possible threat caused by WSC is evaluated from the viewpoint of risk analysis. Experimental results show that the presence of correlated wind speeds is harmful to safe and stable operation of a power system as far as voltage stability is concerned. The achievement of this paper gives a detailed elaboration about the influence of WSC on voltage stability and provides a potentially effective analytical tool for modern power system with large-scale wind power sources integration.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.24
no.4_2
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pp.443-451
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2021
It is essential to examine and analyze the power output and load responses together using real-world turbulent wind speeds. In this paper, the power controller and the drive train damper are simultaneously considered using the NREL 5MW wind turbine model, and the damage equivalent load(DEL) of the low speed shaft torque and power output responses according to the natural frequency of the second order low pass filter are simultaneously investigated. Numerical testing is carried out above rated wind speed using commercially available Bladed software. From the viewpoints of DEL reduction of the drive train shaft torque and power output responses, it is shown that the natural frequency of the low pass filter is appropriately about 6 to 10rad/s. And the reduction ratio of the DEL of the low-speed shaft torque decreases as the wind speed becomes higher, and it is confirmed that the reduction ratio is limited to about 20% at high wind speeds.
High spatial and temporal surface pressure measurements were carried out in the state-of-the-art tornado simulator, the Wind Engineering, Energy and Environment (WindEEE) Dome, to explore the characteristics of stationary and translating tornado-like vortices (TLV) for a wide range of swirl ratios (S=0.21 to 1.03). The translational speed of the TLV and the surface roughness were varied to examine their effects on tornado ground pressures, wandering, and vortex structure. It was found that wandering is more pronounced at low swirl ratios and has a substantial effect on the peak pressure magnitude for stationary TLV (error percentage ≤ 35%). A new method for removing wandering was proposed which is applicable for a wide range of swirl ratios. For translating TLV, the near-surface part lagged behind the top of the vortex, resulting in a tilt of the tornado vertical axis at higher translating speeds. Also, a veering motion of the tornado base towards the left of the direction of the translation was observed. Wandering was less pronounced for higher translation speeds. Increasing the surface roughness caused an analogous effect as lowering the swirl ratio.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.431-438
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2008
An updated Monte Carlo procedure for Typhoon simulation is presented to estimate the extreme wind speed at typhoon prone southern and western coasts in Korea. The reconstructed wind field model for typhoon in this study is compared with measured typhoon data for validation. The fitness of the proposed probability distribution models for typhoon parameters are tested by using data for the typhoon passed near the specific site. The simulated maximum wind speed associated with various return periods along southern and western coasts indicate that the extreme wind speed gradually increases inversely according to latitude of the coast, and that the basic wind speeds given in Korea Bridge Design Code are excessive compared with present results.
The sea surface wind field has long been obtained from satellite scatterometers or passive microwave radiometers. However, the importance of satellite altimeter-derived wind speed has seldom been addressed because of the outstanding capability of the scatterometers. Satellite altimeter requires the accurate wind speed data, measured simultaneously with sea surface height observations, to enhance the accuracy of sea surface height through the correction of sea state bias. This study validates the wind speeds from the satellite altimeters (GFO, Jason-1, Envisat, Jason-2, Cryosat-2, SARAL) and analyzes characteristics of errors. In total, 1504 matchup points were produced using the wind speed data of Ieodo Ocean Research Station (IORS) and of Korea Meteorological Administration (KMA) buoys at Marado and Oeyeondo stations for 10 years from December 2007 to May 2016. The altimeter wind speed showed a root mean square error (RMSE) of about $1.59m\;s^{-1}$ and a negative bias of $-0.35m\;s^{-1}$ with respect to the in-situ wind speed. Altimeter wind speeds showed characteristic biases that they were higher (lower) than in-situ wind speeds at low (high) wind speed ranges. Some tendency was found that the difference between the maximum and minimum value gradually increased with distance from the buoy stations. For the improvement of the accuracy of altimeter wind speed, an equation for correction was derived based on the characteristics of errors. In addition, the significance of altimeter wind speed on the estimation of sea surface height was addressed by presenting the effect of the corrected wind speeds on the sea state bias values of Jason-1.
Kim, Dong-Ju;Wang, Jang-Woon;Park, Soo-Jin;Kim, Jae-Jin
Korean Journal of Remote Sensing
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v.34
no.5
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pp.763-775
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2018
In this study, the effects of wind fences on the dispersion of the particles emitted from a constructing site located in the building-congested area in Busan, Korea, using geographic information system (GIS) and a computational fluid dynamics (CFD) model. We averaged the wind speeds observed for 10 years at the Busan automated synoptic observing system (ASOS) and we used the averaged wind speed as the wind speed at the reference height (10 m above the ground level). The numerical simulations were performed for 16 inflow directions, before and after the construction of wind fences with the heights of 5 m and 10 m (total 48 simulations). The detailed flows were analyzed for the northeasterly and south-southwesterly cases which predominantly observed at the Busan ASOS. In the northeasterly case, high concentration appeared at the elementary school next to the construction site due to transport by the airflow coming from the northeast. In the 5-m wind fence case, the wind speeds were slightly weaker and the spread of the fugitive dust was slightly less than those in the no wind fence case. In the 10-m wind fence case, the dust concentration at the elementary school has the maximum reduction of 37%. In the south-southwesterly case, the flow pattern became complicated in the construction site due to the terrain and buildings. Fugitive dust was stagnant at the south side of the construction site but rather spread to the north, increasing the concentration at the elementary school. After the wind fence was built, the concentrations inside the construction site became high as the wind speeds decreased inside, but, the concentrations in the elementary school rather decreased.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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