In this paper, a 1.5 kW Interior Permanent Magnet Synchronous Generator (IPMSG) with a power conditioner for the grid integration of a variable-speed wind turbine is developed. The power-conditioning system consists of a series-type 12-pulse diode rectifier powered by a phase shifting transformer and then cascaded to a PWM voltage source inverter. The PWM inverter is utilized to supply sinusoidal currents to the utility line by controlling the active and reactive current components in the q-d rotating reference frame. While the q-axis active current of the PWM inverter is regulated to follow an optimized active current reference so as to track the maximum power of the wind turbine. The d-axis reactive current can be adjusted to control the reactive power and voltage. In order to track the maximum power of the wind turbine, the optimal active current reference is determined by using a simple MPPT algorithm which requires only three sensors. Moreover, the phase angle of the utility voltage is detected using a simple electronic circuit consisting of both a zero-crossing voltage detecting circuit and a counter circuit employed with a crystal oscillator. At the generator terminals, a passive filter is designed not only to decrease the harmonic voltages and currents observed at the terminals of the IPMSG but also to improve the generator efficiency. The laboratory results indicate that the losses in the IPMSG can be effectively reduced by setting a passive filter at the generator terminals.
A wind power heat generation system that converts wind power directly to heat instead of electric power is considered in this study. The system consists of a wind turbine part and a heat generation part. The heat generation part is materialized by a hydraulic system including a hydraulic pump, a flow control valve, a hydraulic oil tank, etc. The flow control valve primarily converts hydraulic energy generated in the pump to heat energy. It should have a function of overspeed protection under excessive wind speeds. In this study, a novel flow control valve design is proposed for excellent flow control characteristics under excessive pump driving torque (excessive wind speed). The performance of the suggested valve is analyzed using numerical simulation.
The yaw gearbox is a key device in a wind power generator that improves power generation efficiency by rotating hundreds of tons (400 to 600 tons) of nacelle so that the blade reaches 90 degrees in the wind direction. Recently, installation sites have been advancing from land to sea as they have become super-large at (8-12) MW to increase the economic feasibility of wind power generators and utilize excellent wind resources, and the target life of large wind power generators is 25 to 30 years. The yaw gearbox of 6 to 12 sets is installed in a very complex place inside the nacelle on the tower with parallels, and it is important to secure the reliability of the yaw gearbox because if a failure occurs after installation, it costs tens to hundreds of times the price of a new product to restore. In this study, equivalent loads were calculated by analyzing failure mode and field data, accelerated life test conditions were established, and a test device was constructed to perform the accelerated life tests and performance tests to ensure the reliability of the gearbox.
본 논문에서는 독립된 풍력 복합발전 시스템을 대상으로 시스템의 모델링과 다양한 환경에서 체계적으로 동작시키기 위한 멀티에이전트 기반의 제어방법을 제안한다. 멀티에이전트 제어는 풍력발전기, 디젤발전기, 배터리, 부하로 구성되는 새로운 형식의 하이브리드 제어방법이고, 풍속과 배터리의 충전상태에 따라 풍력 복합발전 시스템의 운전은 14개의 모드로 나누어 수행된다. 시뮬레이션 성능평가를 통해 제안된 알고리즘이 독립된 풍력 복합발전 시스템에서 다양한 풍속변화가 존재하는 경우에도 효율적으로 운전될 수 있음을 보여준다.
This paper describes a recurrent neural network (RNN) for the fault classification of a blade pitch system of a spar-type floating wind turbine. An artificial neural network (ANN) can effectively recognize multiple faults of a system and build a training model with training data for decision-making. The ANN comprises an encoder and a decoder. The encoder uses a gated recurrent unit, which is a recurrent neural network, for dimensionality reduction of the input data. The decoder uses a multilayer perceptron (MLP) for diagnosis decision-making. To create data, we use a wind turbine simulator that enables fully coupled nonlinear time-domain numerical simulations of offshore wind turbines considering six fault types including biases and fixed outputs in pitch sensors and excessive friction, slit lock, incorrect voltage, and short circuits in actuators. The input data are time-series data collected by two sensors and two control inputs under the condition that of one fault of the six types occurs. A gated recurrent unit (GRU) that is one of the RNNs classifies the suggested faults of the blade pitch system. The performance of fault classification based on the gate recurrent unit is evaluated by a test procedure, and the results indicate that the proposed scheme works effectively. The proposed ANN shows a 1.4% improvement in its performance compared to an MLP-based approach.
본 논문에서는 농형유도발전기를 이용한 독립형 풍력발전시스템의 최대전력 추종제어기법을 제안한다. 농형 유도발전기는 벡터제어 방식으로 동작되는데 d-축 전류에 의해 여자가 제어되고 q-측 전류에 토크가 제어된다. 이 토크제어에 의해 발전기는 풍속의 변화에 따라 최대전력을 발생하도록 가변속 제어된다. 발전된 전력은 ac/dc PWM 컨버터에 의해 직류 출력단 배터리뱅크로 충전된다. 제안된 기법은 M-G세트로 구성된 터빈시뮬레이터를 이용하여 실험적으로 검증된다.
Shi, Qiaoming;Wang, Gang;Fu, Lijun;Liu, Yang;Wu, You;Xu, Li
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제10권5호
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pp.1969-1982
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2015
The virtual inertia control (VIC) of wind turbine with directly-driven permanent-magnet synchronous generator (D-PMSG) can act similarly to the conventional synchronous generator in inertia response and frequency control, thereby supporting the system frequency stability. However, because the wind speed is inconstant and changeable to a certain extent and the D-PMSG is a complex nonlinear system, there are great difficulties in the virtual inertia optimal control of the D-PMSG. Based on the design principle of the active disturbance rejection control (ADRC), this paper presents a new VIC strategy for the D-PMSG from the perspective of power disturbance suppression in the system. The strategy helps fulfill the power grid disturbance estimation and compensation by means of the extended state observer (ESO) so as to improve the disturbance-resisting performance of the system. Compared with conventional proportional-derivative virtual inertia control (PDVIC), this method, which is of better adaptability and robustness, can not only improve the property of the D-PMSG responding to the system frequency but also reduce the influence of wind speed disturbance. The simulation and experiment results have verified the effectiveness and feasibility of the VIC based on the ADRC.
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.
Maximum Power Point Tracking(MPPT) is used in wind power generation systems to maximize wind power turbin output power, irrespective of wind speed conditions and of the load electrical characteristics. In this paper we do the equivalent modeling the mechanical energy of wind power turbine according to wind speed into the synchronous generator. We analyse the equivalent modeling output part of rectifier into DC/DC converter input part theoretically. We design a control algorithm for variable voltage according to wind speed intensity and density so that load voltage of chopper is controlled steadily using the maximum power point tracking (MPPT) control method. We analyse a battery charging characteristics and a charging circuit for power storage enabling the supply of stable power to the load. We design a system and do the modeling of it analytically so that it supplies a stable power to the load by constructing a DC-AC inverter point. Also we design a charging circuit usable in actual wind power generation system of 30kW and confirm its validity.
Maximum Power Point Tracking(MPPT) Is used in wind power generation systems to maximize wind power turbin output power, irrespective of wind speed conditions and of the load electrical characteristics. In this paper we do the equivalent modeling the mechanical energy of wind power turbine according to wind speed into the synchronous generator. We analyse the equivalent modeling output part of rectifier into DC/DC converter input part theoretically. We design a control algorithm for variable voltage according to wind speed intensity and density so that load voltage of chopper is controlled steadily using the maximum power point tracking(MPPT) control method. We analyse a battery charging characteristics and a charging circuit for power storage enabling the supply of stable power to the load. We design a system and do the modeling of it analytically so that it supplies a stable power to the load by constructing a DC-AC inverter point. Also we design a charging circuit usable in actual wind power generation system of 30kW and confirm its validity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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