In the strong wind shutdown state, the blade position significantly affects the streaming behavior and stability performance of wind turbine towers. By selecting the 3M horizontal axis wind turbine independently developed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics as the research object, the CFD method was adopted to simulate the flow field of the tower-blade system at eight shutdown positions within a single rotation period of blades. The effectiveness of the simulation method was validated by comparing the simulation results with standard curves. In addition, the dynamic property, aerostatic response, buckling stability and ultimate bearing capacity of the wind turbine system at different shutdown positions were calculated by using the finite element method. On this basis, the influence regularity of blade shutdown position on the wind-induced response and stability performance of wind turbine systems was derived, with the most unfavorable working conditions of wind-induced buckling failure of this type of wind turbines concluded. The research results implied that within a rotation period of the wind turbine blade, when the blade completely overlaps the tower (Working condition 1), the aerodynamic performance of the system is the poorest while the aerostatic response is relatively small. Since the influence of the structure's geometrical nonlinearity on the system wind-induced response is small, the maximum displacement only has a discrepancy of 0.04. With the blade rotating clockwise, its wind-induced stability performance presents a variation tendency of first-increase-then-decrease. Under Working condition 3, the critical instability wind speed reaches its maximum value, while the critical instability wind speed under Working condition 6 is the smallest. At the same time, the coupling effect between tower and blade leads to a reverse effect which can significantly improve the ultimate bearing capacity of the system. With the reduction of the area of tower shielded by blades, this reverse effect becomes more obvious.
In this study, the vertical characteristics of wind were analyzed using the horizontal wind, vertical wind, and vertical wind shear, which are generated from a wind profiler during concentrated heavy rain, and the quantitative characteristics of concentrated heavy rain were analyzed using CAPE, SWEAT, and SRH, among the stability indexes. The analysis of the horizontal wind showed that 9 cases out of 10 had a low level jet of 25 kts at altitudes lower than 1.5 km, and that the precipitation varied according to the altitude and distribution of the low-level jet. The analysis of the vertical wind showed that it ascended up to about 3 km before precipitation. The analysis of the vertical wind shear showed that it increased up to a 1 km altitude before precipitation and had a strong value near 3 km during heavy rains. In the stability index analysis, CAPE, which represents thermal buoyancy, and SRH, which represents dynamic vorticity, were used for the interpretation of the period of heavy rain. As SWEAT contains dynamic upper level wind and thermal energy, it had a high correlation coefficient with concentrated-heavy-rain analysis. Through the case studies conducted on August 12-13, 2012, it was confirmed that the interpretation of the prediction of the period of heavy rain was possible when using the intensive observation data from a wind profiler and the stability index.
The introduction of renewable energy sources into the AC grid can change and weaken the strength of the grid, which will in turn affect the stability and robustness of the doubly-fed induction generator (DFIG) wind farm. When integrated with weak grids, the DFIG wind turbine with vector power control often suffers from poor performance and robustness, while the DFIG wind turbine with synchronized control provides better stability. This paper investigates the critical short circuit ratios of DFIG wind turbine with vector power control and synchronized control, to analyze the stability boundary of the DFIG wind turbine. Frequency domain methods based on sensitivity and complementary sensitivity of transfer matrix are used to investigate the stability boundary conditions. The critical capacity of DFIG wind farm with conventional vector power control at a certain point of common coupling (PCC) is obtained and is further increased by employing synchronized control properly. The stability boundary is validated by electromagnetic transient simulation of an offshore wind farm connected to a real regional grid.
Climatic characteristics were described using the LiDAR (Light Detection and Ranging) and the met-mast on Dongbok·Bukchon region. The influences of meteorological conditions on the power performance of wind turbines were presented using the data of Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) and met-mast of the Dongbok·Bukchon Wind Farm (DBWF) located in Jeju Island. The stability was categorized into three parameters (Richardson number, Turbulence intensity, and Wind shear exponent). DBWF was dominant in unstable atmospheric conditions. At wind speeds of 14 m/s or more, the proportion of slightly unstable conditions accounted for more than 50%. A clear difference in the power output of the wind turbine was exhibited in the category of atmospheric stability and turbulence intensity (TI). Particularly, a more sensitive difference in power performance was showed in the rated wind speeds of the wind turbine and wind regime with high TI. When the flow had a high turbulence at low wind speeds and a low turbulence at rated wind speeds, a higher wind energy potential was produced than that in other conditions. Finally, the high-efficiency of the wind farm was confirmed in the slightly unstable atmospheric stability. However, when the unstable state become stronger, the wind farm efficiency was lower than that in the stable state.
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.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.11
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pp.1897-1904
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2008
In this paper, the method for effective stability analysis of Jeju power system in 2011 is proposed. The stability analysis of Jeju power system was carried out by using proposed method In case of Jeju power system with wind turbine generators or without wind turbine generators, including CSC HVDC or VSC HVDC. The steady-state stability is validated by SCR and ESCR, PV curve, QV curve. And the transient stability is analyzed by CCT(Critical Clearing Time). VSC HVDC has more advantages than CSV HVDC on the stability. Also, Jeju power system without wind turbine generators has more advantages than Jeju power system with Wind Turbine Generators on the stability.
Rehman, Shafiqur;Rafique, Muhammad M.;Alam, Md. Mahbub;Alhems, Luai M.
Wind and Structures
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v.29
no.1
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pp.15-32
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2019
Much advancement has been made in wind power due to modern technological developments. The wind energy technology is the world's fastest-growing energy option. More power can be generated from wind energy by the use of new design and techniques of wind energy machines. The geographical areas with suitable wind speed are more favorable and preferred for wind power deployment over other sources of energy generation. Today's wind turbines are mainly the horizontal axis wind turbines (HAWTs) and vertical axis wind turbines (VAWTs). HAWTs are commercially available in various sizes starting from a few kilowatts to multi-megawatts and are suitable for almost all applications, including both onshore and offshore deployment. On the other hand, VAWTs finds their places in small and residential wind applications. The objective of the present work is to review the technological development, available sizes, efficiencies, structural types, and structural stability of VAWTs. Structural stability and efficiencies of the VAWTS are found to be dependent on the structural shape and size.
Sarmasti, Hadi;Abedi, Karim;Chenaghlou, Mohammad Reza
Wind and Structures
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v.31
no.6
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pp.509-522
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2020
Wind load is the principal cause for a large number of the collapse of transmission lines around the world. The transmission line is traditionally designed for wind load according to a linear equivalent method, in which dynamic effects of wind are not appropriately included. Therefore, in the present study, incremental dynamic analysis is utilized to investigate the stability behavior of a 400 kV transmission line under wind load. In that case, the effects of vibration of cables and aerodynamic damping of cables were considered on the stability behavior of the transmission line. Superposition of the harmonic waves method was used to calculate the wind load. The corresponding wind speed to the beginning of the transmission line collapse was determined by incremental dynamic analysis. Also, the effect of the yawed wind was studied to determine the critical attack angle by the incremental dynamic method. The results show the collapse mechanisms of the transmission line and the maximum supportable wind speed, which is predicted 6m/s less than the design wind speed of the studied transmission line. Based on the numerical modeling results, a retrofitting method has been proposed to prevent failure of the tower members under design wind speed.
The analytical approach for stability and response of iced conductor under uniform wind or turbulent wind is presented in this study. A nonlinear dynamic model is established to describe the motion of iced conductor galloping. In the case of uniform wind, the stability condition is derived by analyzing the eigenvalue associated with linearized matrix; The first order and second order approximation of galloping amplitude are obtained using multi-scale method. However, real wind has random characteristics essentially. To accurately evaluate the performance of the galloping iced conductor, turbulence wind should be described by random processes. In the case of turbulence wind, the Lyapunov exponent is conducted to judge the stability condition; The probability density of displacement is obtained by using the path integral method to predict galloping amplitude. An example is proposed to verify the effectiveness of the previous methods. It is shown that the fluctuating component of wind has little influence on the stability of iced conductor, but it can increase galloping amplitude. The analytical results on stability and response are also verified by numerical time stepping method.
To investigate the nonlinear aerostatic stability of the Hutong cable-stayed rail-cum-road bridge with ultra-kilometer main span, a FEM bridge model is established. The tri-component wind loads and geometric nonlinearity are taken into consideration and discussed for the influence of nonlinear parameters and factors on bridge resistant capacity of aerostatic instability. The results show that the effect of initial wind attack-angle is significant for the aerostatic stability analysis of the bridge. The geometric nonlinearities of the bridge are of considerable importance in the analysis, especially the effect of cable sag. The instable mechanism of the Hutong Bridge with a steel truss girder is the spatial combination of vertical bending and torsion with large lateral bending displacement. The design wind velocity is much lower than the static instability wind velocity, and the structural aerostatic resistance capacity can meet the requirement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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