International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.3
no.4
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pp.533-541
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2005
In this paper, a wind turbine with power splitting transmission, which is realized through a novel three-shaft planetary, is presented. The input shaft of the transmission is driven by the rotor of the wind turbine, the output shaft is connected to the grid via the main generator (asynchronous generator), and the third shaft is driven by a control motor with variable speed. The dynamic models of the sub systems of this wind turbine, e.g. the rotor aerodynamics, the drive train dynamics and the power generation unit dynamics, were given and linearized at an operating point. These sub models were integrated in a multidisciplinary dynamic model, which is suitable for control syntheses to optimize the utilization of wind energy and to reduce the excessive dynamic loads. The important dynamic behaviours were investigated and a wind turbine with a soft main shaft was recommend.
Wind turbine industry is booming and spending a lot on research for improving the performance of its present machines and increasing their capacity. Wind turbine requires service life of about 20 years and each components of wind turbine requires high durability, because installation and maintenance costs are more expensive than generated electricity by wind-turbine. So the design of wind turbine must be verified in various condition before production step. For this work, high reliability model for analysis is required. Drivetrain model is modeled by multibody dynamic modeling method. The model constituted with rotor blades, hub, main shaft, gear box, high speed shaft and generator. Natural frequency and torsional stiffness of drivetrain are calculated and analyzed.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.53
no.11
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pp.589-595
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2004
This paper presents a modeling and simulation of a grid-connected wind turbine generation system with respect to wind variations, starting of large induction motor and three-phase fault in the system, and investigates voltage variations of the system for disturbances. It describes the modeling of the wind turbine system including the drive train model, induction generator model, and grid-interface model on MATLAB/Simulink. The simulation results show the variation of the generator torque, the generator rotor speed, the pitch angle, terminal voltage, system voltage, fault current, and real/reactive power output, etc. Case studies demonstrate that the pitch angle control is carried out to achieve maximum power extraction for wind speed variations, starting of a large induction motor causes a voltage sag due to a large starting current, and a fault on the system influences on the output of the wind turbine generator.
A numerical simultaneous solution involving a linear elastic model was applied to study the fluid-structure interaction (FSI) of membrane structures under wind actions, i.e., formulating the fluid-structure system with a single equation system and solving it simultaneously. The linear elastic model was applied to managing the data transfer at the fluid and structure interface. The monolithic equation of the FSI system was formulated by means of variational forms of equations for the fluid, structure and linear elastic model, and was solved by the Newton-Raphson method. Computation procedures of the proposed simultaneous solution are presented. It was applied to computation of flow around an elastic cylinder and a typical FSI problem to verify the validity and accuracy of the method. Then fluid-structure interaction analyses of a saddle membrane structure under wind actions for three typical cases were performed with the method. Wind pressure, wind-induced responses, displacement power spectra, aerodynamic damping and added mass of the membrane structure were computed and analyzed.
Renewable energy resources such as wind, wave, solar, micro hydro, tidal and biomass etc are becoming important stage by stage, considering the effect of environment. Wind energy is one of the most successful sources of renewable energy for the production of electrical energy. What's more, due to wind speed random variation the wind turbine generators can not make two-state model as conventional generators. The method of obtaining reliability evaluation indices of wind turbine generators is different from the conventional generators. This paper presents a study on the reliability evaluation of power system considering wind turbine generators with a simplified multi-state model.
This study compared the sea surface wind pattern between model results from KMA operational model (RDAPS) and retrieved results from QuickSCAT in the 2006-2007 year. The mean spatial distributions of sea surface wind of RDAPS and QuikSCAT show the prominent seasonal patterns of summer and winter season adjacent to Korean Peninsular. The magnitude of sea surface wind predicted by RDAPS is weaker than that of QuikSCAT in most north Pacific ocean. In summer of 2006 positive bias with the maximum of 1 m/s is appeared in broad region of north Pacific ocean, however. the positive bias region is decreased to small region in 2007. Even though the predicted sea wind by RDAPS is stronger(weaker) than observed one by QuikSCAT in summer (winter), the RDAPS model simulate well the sea surface wind adjacent to Korean peninsular.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.10a
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pp.583-586
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2012
Wind turbine industry is booming and spending a lot on research for improving the performance of its present machines and increasing their capacity. Wind turbine requires service life of about 20 years and each canponents of wind turbine requires high durability, because installation and maintenance costs are more expensive than generated electricity by wind-turbine. So the design of wind turbine must be verified in various condition before production step. For this work, high reliability model for analysis is required. Drivetrain model is modeled by multibody dynamic modeling method. The model constituted with rotor blades, hub, main shaft, gear box, high speed shaft and generator. Natural frequency and torsional stiffness of drivetrain are calculated and analyzed.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.7
no.2
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pp.109-116
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2001
The paper presents a speed control algorithm for a full pitch-controlled wind turbine system. Torque of a blade generated by wind energy is a nonlinear function of wind speed, angular velocity, and pitch angle of the blade. The design of the controller, in general, is performed by linearizing the torque in the vicinity of the operating point assuming the angular velocity of the blade is constant. For speed control, however the angular velocity is on longer a constant, so that linearization of the torque in terms of wind speed and pitch angle is impossible. In this study, a reference pitch model is derived in terms of a wind speed, angular velocity, and pitch angle, which makes it possible to design a controller without linearizing the nonlinear torque model of the blade. This paper also suggests a method of designing a hydraulic control system for changing the pitch angle of the blade.
Tiger Gate Bridge, a steel suspension bridge with a main span of 888 m and a stiffening box girder, is located at the Pearl River Estuary, Guangdong Province, one of the typhoon-prone area in China. Focusing on the developing of the full aeroelastic model of the bridge and simulation of the wind field of the bridge site in a large boundary wind tunnel at Tongji University, Shanghai, China, some main results about the wind resistant properties of the bridge including aerodynamic instability, buffeting responses both being in operation and erection stages by using of a full aeroelastic model wind tunnel testing are introduced. Some of analytical approaches to those aerodynamic behaviours are also presented, and compared with experimental data of the testing.
This paper presents a beam finite element model of a vibrate wind blade in large elastic deformation subjected to the aerodynamic, centrifugal, gyroscopic and gravity loads. The gyroscopic loads applied to the blade are induced by her simultaneous vibration and rotation. The proposed beam finite element model is based on a simplex interpolation method and it is mainly intended to the numerical analysis of wind blades vibration in large elastic deformation. For this purpose, the theory of the sheared beams and the finite element method are combined to develop the algebraic equations system governing the three-dimensional motion of blade vibration. The applicability of the theoretical approach is elucidated through an original case study. Also, the static deformation of the used wind blade is assessed by appropriate software using a solid finite element model in order to show the effectiveness of the obtained results. To simulate the nonlinear dynamic response of wind blade, the predictor-corrector Newmark scheme is applied and the stability of numerical process is approved during a large time of blade functioning. Finally, the influence of the modified geometrical stiffness on the amplitudes and frequencies of the wind blade vibration induced by the sinusoidal excitation of gravity is analyzed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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