Iov Florin;Hansen Anca Daniela;Jauch Clemens;Sorensen Poul;Blaabjerg Frede
Journal of Power Electronics
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v.5
no.2
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pp.83-98
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2005
As wind turbine technology and control has advanced over the last decade, this has led to a high penetration of wind turbines into the power system. Whether it be for a large wind turbine or an offshore wind farm with hundreds of MW power capacity, the electrical system has become more and more important in controlling the interaction between the mechanical system of the wind turbine and the main power system. The presence of power electronics in wind turbines improves their controllability with respect not only to its mechanical loads but also to its power quality. This paper presents an overview of a developed simulation platform for the modeling, design and optimization of wind turbines. The ability to simulate the dynamic behavior of wind turbines and the wind turbine grid interaction using four simulation tools (Matlab, Saber, DIgSILENT and HAWC) is investigated, improved and extended.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.3
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pp.210-216
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2013
Rotor blades experience mechanical loads caused by the turbulent wind shear and an impulse-like wind due to the tower shadow effect. These mechanical loads shorten the life of wind turbine. As the size of wind turbine gets bigger, a control system design for mitigating mechanical loads becomes more important. In this paper, individual pitch control(IPC) for the mechanical loads reduction of rotor blades in a transition wind speed region is introduced, and simulation results verifying IPC performance are discussed.
Offshore wind turbines are divided into an upper wind turbine and a lower support structure. Offshore wind turbine system is required to secure high reliability for a variety of external environmental conditions compared to ground wind turbines because of additional periodic loads due to ocean wave and current effects. In this study, extreme load analyses have been conducted for the designed offshore wind turbine foundation with weight control functionality using computational fluid dynamics (CFD) then structural analyses have been also conducted to investigate the structural design requirement.
A variable speed wind turbine simulator is designed and implemented for the simulation of wind power generation system. The control algorithm decides the shaft torque delivered to generator taking into consideration the wind speed, the generator rpm, and the rotor blade inertia. It is shown that the proposed control algorithm can emulate the dynamic behavior of actual wind turbine through simulations and experimental.
Kim, Hyungyu;Kim, Kwansoo;Paek, Insu;Yoo, Neungsoo
Journal of Power Electronics
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v.15
no.4
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pp.1047-1053
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2015
A time-domain simulation tool to predict the dynamic power output of wind turbines in an offshore wind farm was developed in this study. A wind turbine model consisting of first or second order transfer functions of various wind turbine elements was combined with the Ainslie's eddy viscosity wake model to construct the simulation tool. The wind turbine model also includes an aerodynamic model that is a look up table of power and thrust coefficients with respect to the tip speed ratio and pitch angle of the wind turbine obtained by a commercial multi-body dynamics simulation tool. The wake model includes algorithms of superposition of multiple wakes and propagation based on Taylor's frozen turbulence assumption. Torque and pitch control algorithms were implemented in the simulation tool to perform max-Cp and power regulation control of the wind turbines. The simulation tool calculates wind speeds in the two-dimensional domain of the wind farm at the hub height of the wind turbines and yields power outputs from individual wind turbines. The NREL 5MW reference wind turbine was targeted as a wind turbine to obtain parameters for the simulation. To validate the simulation tool, a Danish offshore wind farm with 80 wind turbines was modelled and used to predict the power from the wind farm. A comparison of the prediction with the measured values available in literature showed that the results from the simulation program were fairly close to the measured results in literature except when the wind turbines are congruent with the wind direction.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.2
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pp.1059-1065
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2014
Wind turbine system can obtain the maximum wind energy using torque control under the rated wind speed, and wind turbine power is controlled as the rated power using pitch control over the rated wind speed. In this paper, we present a method for wind turbine pitch controller using neural networks. The purpose of the pitch control is to control generator speed and power in the above rated wind speed. To improve the neural network pitch controller, the difference between a rated and current speed of generator has been used for another input of neural networks as well as wind speed. Error back-propagation algorithm is used for training the neural network pitch controller and simulation and Matlab/Simulink is used for verifying that this system is controlled well.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.2
no.4
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pp.240-247
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2013
The main aim of this study was to suppress the angular velocity against strong winds during storms and analyze the stability and performance of the phase plane method. The utilization of small-scale wind turbine system has become common in agriculture, houses, etc. Therefore, it is considered to be a scheme for preserving the natural energy or avoiding the use of fossil fuels. Moreover, settling small-scaled wind turbines is simpler and more acceptable compared to ordinary huge wind turbines. In addition, after converting the energy there is no requirement for distribution. Therefore, a much lower cost can be expected for small-scaled wind turbines. On the other hand, this system cannot be operated continuously because the small-scaled wind turbine consists of a small blade that has low inertia momentum. Therefore, it may exceed the boundary of angular velocity, which may cause a fault in the system due to the centrifugal force. The aim of this study was to reduce the angular velocity by controlling the stall factor. Stall factor control consists of two control methods. One is a shock absorber that is loaded in the junction of the axis of the blade of the wind turbine gear wheel and the other is pitch angle control. Basically, the stall factor itself exhibits nonlinear behavior. Therefore, this paper confirmed the feasibility of stall factor control in producing desirable performance whilst maintaining stability.
This paper presents an active use of doubly-fed induction-generator(DFIG)-based variable-speed wind-turbine for voltage control in power system operation. For reasonable simulation studies, a detail dynamic model of a DFIG-based wind-turbine grid-connected system is presented. For the research objective, an innovative reactive power control scheme is proposed that manipulates dynamically the reactive power from the voltage source converter(VSC) with taking into account its operating state and limits.
A study on the available power of a wind turbine to be used for wind farm control was performed in this study, To accurately estimate the available power it is important to obtain a suitable wind which represents the three dimensional wind that the wind turbine rotor faces and also used to calculate the power. For this, two different models, the equivalent wind and the wind speed estimator were constructed and used for dynamic simulation using matlab simulink. From the comparison of the simulation result with that from a commercial code based on multi-body dynamics, it was found that using the hub height wind to estimate available power from a turbine results in high frequency components in the power prediction which is, in reality, filtered out by the rotor inertia. It was also found that the wind speed estimator yielded less error than the equivalent wind when compared with the result from the commercial code.
Sundaresan, Aakhash;Arunvinthan, S.;Pasha, A.A.;Pillai, S. Nadaraja
Wind and Structures
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v.32
no.3
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pp.205-217
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2021
Cold regions with high air density and wind speed attract wind energy producers across the globe exhibiting its potential for wind exploitation. However, exposure of wind turbine blades to such cold conditions bring about devastating impacts like aerodynamic degradation, production loss and blade failures etc. A series of wind tunnel tests were performed to investigate the effect of icing on the aerodynamic properties of wind turbine blades. A baseline clean wing configuration along with four different ice accretion geometries were considered in this study. Aerodynamic force coefficients were obtained from the surface pressure measurements made over the test model using MPS4264 Simultaneous pressure scanner. 3D printed Ice templates featuring different ice geometries based on Icing Research Tunnel data is utilized. Aerodynamic characteristics of both the clean wing configuration and Ice accreted geometries were analysed over a wide range of angles of attack (α) ranging from 0° to 24° with an increment of 3° for three different Reynolds number in the order of 105. Results show a decrease in aerodynamic characteristics of the iced aerofoil when compared against the baseline clean wing configuration. The key flow field features such as point of separation, reattachment and formation of Laminar Separation Bubble (LSB) for different icing geometries and its influence on the aerodynamic characteristics are addressed. Additionally, attempts were made to understand the influence of Reynolds number on the iced-aerofoil aerodynamics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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