Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제3권2호
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pp.229-234
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2014
In this paper, a design problem of the flywheel energy storage system controller using genetic algorithm (GA) is investigated for a frequency control of the wind diesel hybrid power generation system in an isolated power system. In order to select parameters of the FESS controller, two performance indexes are used. We evaluated a frequency control effect for the wind diesel hybrid power system according to change of the weighted values of a performance index. To verify performance of the FESS controller according to the weighted value of the performance index, the frequency domain analysis using a singular value bode diagram and the dynamic simulations for various weighted values of performance index were performed. To verify control performance of the designed FESS controller, the eigenvalue analysis and the dynamic simulations were performed. The control characteristics with the two designed FESS controller were compared with that of the conventional pitch controller. The simulation results showed that the FESS controller provided better dynamic responses in comparison with the conventional controller.
본 논문은 도서지역에서 운용되고 있는 풍력-디젤 하이브리드 발전시스템의 풍속변화 등으로 인한 주파수변동 문제를 해결할 수 있는 플라이휘일 저장장치의 모델링 및 제어기 설계 방법을 제안하였다. 플라이휘일 저장장치는 효율측면에서 유리한 영구자석 동기기형 플라이휘일로 선정하여 모델링하였고, 주파수보상 제어기는 AC/DC/AC 양방향컨버터로 구성하되 동기기측 컨버터는 연계계통의 주파수변동에 대하여 충방전운전을 하도록 하고, 계통측 컨버터는 직류버스전압 일정제어를 통하여 출력을 하도록 설계하였다. 제안된 모델링 및 제어기 설계방법을 풍력-디젤 하이브리드 독립운전계통에 적용한 결과 풍속변화에 따른 주파수변동을 적정범위내로 유지할 수 있었다.
Nowadays high-cost energy storage system using flywheel or secondary battery is applying to hybrid generation system with WT(Wind Turbine) and diesel generator in island areas for stable operation. This paper proposes an operating algorithm and modeling method of the hybrid generation system that can operate for variable wind speed and load, which is composed of energy storage system, variable-speed PMSG(Permanent Magnet Synchronous Generator) WT and diesel generator applied in island areas. Initially, the operating algorithm was proposed for frequency and voltage to be maintained within the proper ranges for load and wind speed changes. Also, the modeling method is proposed for variable speed PMSG WT, diesel generator and BESS(Battery Energy Storage System). The proposed operating algorithm and modeling method were applied to a typical island area. The frequency and voltage was kept within the permissible ranges and the proposed method was proven to be appropriate through simulations.
Saib, Samia;Gherbi, Ahmed;Kaabeche, Abdelhamid;Bayindir, Ramazan
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제13권2호
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pp.659-668
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2018
This paper proposes an optimization approach of a grid-connected photovoltaic and wind hybrid energy system including energy storage considering voltage fluctuation in the electricity grid. A techno-economic analysis is carried out in order to minimize the size of hybrid system by considering the benefit-cost. Lithium-ion battery type is used for both managing the electricity selling to the grid and reducing voltage fluctuation. A new technique is developed to limit the voltage perturbation caused by the solar irradiance and the wind speed through determining the state-of-charge of battery for every hour of a day. Improved particle swarm optimization (PSO) methods, referred to as FC-VACPSO which combines Fast Convergence Particle Swarm Optimization (FCPSO) method and Variable Acceleration Coefficient Based Particle Swarm Optimization (VACPSO) method are used to solve the optimization problem. A comparative study has been performed between standard PSO method and PSO based methods to extract the best size with the benefit cost. A sensitivity analysis has been studied for different kinds and costs of batteries, by considering variable and constant state-ofcharge of battery. The simulations, performed under Matlab environment, yield good results using the FC-VACPSO method regarding the convergence and the benefit cost of the hybrid system.
A wireless tram which runs without catenary and instead uses batteries installed in the tram has been recently researched actively. This paper presents a new method maximizing absorption of regenerative energy of a wireless tram and extending life cycle of the energy storage device in the wireless tram by applying line-optimized charging and discharging scenario. Energy efficiency and life cycle of energy storage system (ESS) are highly dependent on the characteristic of operating conditions. For example, frequent charge and discharge with high power cause the problems that decrease the battery life cycles. Hybrid energy storage system (HESS) is combination of two ESSs which have complementary characteristics to each other. HESS can provide even better functionality and performance than the battery only ESS due to the synergy effect of two ESSs. This paper also provides a power distribution strategy and driving scenarios which increase the life cycle and energy efficiency of the HESS consisting of a battery and an ultra-capacitor. The developed strategy was tested and verified by a hardware-in-the-loop-simulation (HILS) system which emulates the a wireless tram.
For the application into a 1 kWh flywheel energy storage system(FESS), this paper presents the design scheme of radial and axial hybrid magnetic bearings which use bias fluxes generated by permanent magnets. In particular, the axial hybrid magnetic bearing is newly proposed in this paper, in which a permanent magnet is arranged in axial direction so that it can support the rotor weight as well as provide a bias flux for axial magnetic bearing. Such hybrid magnetic bearings consume very low power, compared with conventional electromagnetic bearings. In this paper, to stably support a 140 kg flywheel rotor without contact, design process is explained in detail, and magnetic circuit analysis and three-dimensional finite element analysis are carried out to determine the design parameters and predict the performance of the magnetic bearings.
Ko, Heesang;Yang, Su-Hyung;Lee, Young Il;Boo, Chang-Jin;Lee, Kwang Y.;Kim, Ho-Chan
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제10권2호
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pp.688-698
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2015
This paper presents a modeling and a controller design for a hybrid wind turbine generator, especially with an operating mode of battery energy-storage system and a dumpload that contribute to the frequency control of the system while diesel-synchronous unit is not in operation. The proposed control scheme is based on a robust tracking controller, which takes an account of system uncertainties due to the wind flow and load variations. In order to provide robustness for system uncertainties, the range of operation is partitioned into three operating conditions as sub-models in the controller design. In the simulation study, the proposed robust tracking controller (RTC) is compared with the conventional proportional-integral (PI) controller. Simulation results show that the effectiveness of the RTC against disturbances caused by wind speed and load variation. Thus, better quality of the hybrid wind power system is achieved.
A flywheel system is an electromechanical energy storage device that stores energy by rotating a rotor. The rotating part, supported by magnetic bearings, consists of the metallic shaft, composite rims of fiber-reinforced materials, and a hub that connects the rotor to the shaft. The delamination in the fiber wound composite rotor often lowered the performance of the flywheel energy storage system. In this work, an advanced hybrid composite rotor with a split hub was designed to both overcome the delamination problem in composite rim and prevent separation between composite rim and metallic shaft within all range of rotational speed. It was analyzed using a three-dimensional finite clement method. In order to demonstrate the predominant perfom1ance of the hybrid composite rotor with a split hub, a high spin test was performed up to 40,000 rpm. Four radial strains and another four circumferential strains were measured using a wireless telemetry system. These measured strains were in excellent agreement with the FE analysis. Most importantly, the radial strains were reduced using the hybrid composite rotor with a split hub, and all of them were compressive. As a conclusion, a compressive pressure on the inner surface of the proposed flywheel rotor was achieved, and it can lower the radial stresses within the composite rotor, enhancing the performance of the flywheel rotor.
Electric vehicles (EV) demands for greater acceleration, performance and vehicle range in pure electric vehicles plus mandated requirements to further reduce emissions in hybrid electric vehicles (HEV) increase the appeal for combined on-board energy storage systems and generators. And the power electronics plays an important role in providing an interface between fuel cells (FC) and loads. This paper deals with a multiple input DC-DC power converter devoted to combine the power flowing of multi-source on energy systems. The multi-source is composed of (i) FC system as a prime power demands, (ii) super capacitor banks as energy storage devices for high and intense power demands, (iii) superconducting magnetic energy storage system (SMES), (iv) multiple input DC-DC power converter and (v) a three phase inverter-fed permanent magnet synchronous motor as a drive. In this system, It is used super capacitor banks and superconducting magnetic energy replaces from the battery system. The modeling and transient performance simulation is effective for reducing transient influence caused by sudden charge of effective load. The main purpose of power electronic converters is to convert the DC power output from the fuel cell and other to a suitable AC voltage, which can be connected to electric loads directly (PMSM). The fuel cell and other output is connected to the DC-DC converter, which regulates the DC link voltage.
This paper proposes a flywheel hybrid vehicle to solve the energy crisis problem by the exhaustion of a fossil fuel and air pollution for the conservation of environment. The proposed flywheel hybrid vehicle is composed of an accumulator and a flywheel as the energy generation and storage component and three variable displacement hydraulic pump/motors as the energy transfer devices. Flywheel has the characteristics of high energy density and easy energy absorption and consumption. The effectiveness of the energy-saving of the proposed flywheel hybrid vehicle is verified by simulation using Matlab/simulink. First of ail, analytical modeling for the flywheel hybrid vehicle is presented and simulations are performed based on the experimental efficiency data of a variable displacement pump/motor. The results of the simulation show that the effect of energy savings is realized by the proposed hybrid vehicle in 3 different city driving patterns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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