Wind speed is measured on the nacelle at the location of wind turbines are installed. The wind speed is transformed to inlet wind speed at the front of hub using newly developed algorithm derived from energy conservation. Wind energy potential is analyzed using the inlet air velocity in the region of Bieung-do wind farm. As results, wind speed depending on the month, yearly averaged wind speed, wind speed distribution, and energy density are showed in this study. Bieung-do area is close to Saemankeum, and the analysis of wind energy potential in Bieung area will be helpful to understand and develop wind energy industry in Saemankeum area.
본 연구는 두 가지 목표를 가지고 수행하였다. 하나는 수치해석과 Design-FOIL Pro.를 이용해 블레이드 에어포일 모델개발이고, 다른 하나는 이 모델을 Folding blade에 적용하는 것이다. 일반적으로 1MW이상 대형풍력터빈용 블레이드는 강풍시에 피칭제어로 풍향에 대해서 평형상태를 유지하여 로터를 회전시키지 않는 방법으로 블레이드의 손상을 방지 하였지만, 소형풍력터빈용 블레이드는 설비비, 유지비등 경제성을 이유로 피칭제어를 채택하지 않아 블레이드의 파손 문제가 심각하다. 그래서 본 연구에서는 유지보수가 필요 없고 강풍에서도 파손이 없는 Spring pack을 이용한 로터를 직접설계(Direct-Design) 방법으로 설계하여, 그 성능을 검증 하고 변화 풍속에 맞는 폴딩각을 이용해 강풍시에도 Wind turbine이 Cut-out 없이 계속발전을 유지할 수 있도록 하는 점에 집중 연구하고자 한다.
Aresti, Lazaros;Tutar, Mustafa;Chen, Yong;Calay, Rajnish K.
Wind and Structures
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제17권6호
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pp.647-670
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2013
The paper presents a numerical approach to study of fluid flow characteristics and to predict performance of wind turbines. The numerical model is based on Finite-volume method (FVM) discretization of unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes (URANS) equations. The movement of turbine blades is modeled using moving mesh technique. The turbulence is modeled using commonly used turbulence models: Renormalization Group (RNG) k-${\varepsilon}$ turbulence model and the standard k-${\varepsilon}$ and k-${\omega}$ turbulence models. The model is validated with the experimental data over a large range of tip-speed to wind ratio (TSR) and blade pitch angles. In order to demonstrate the use of numerical method as a tool for designing wind turbines, two dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) simulations are carried out to study the flow through a small scale Darrieus type H-rotor Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). The flows predictions are used to determine the performance of the turbine. The turbine consists of 3-symmetrical NACA0022 blades. A number of simulations are performed for a range of approaching angles and wind speeds. This numerical study highlights the concerns with the self-starting capabilities of the present VAWT turbine. However results also indicate that self-starting capabilities of the turbine can be increased when the mounted angle of attack of the blades is increased. The 2-D simulations using the presented model can successfully be used at preliminary stage of turbine design to compare performance of the turbine for different design and operating parameters, whereas 3-D studies are preferred for the final design.
In this study, an automatic command mode transition strategy of direct power control (DPC) is proposed for permanent magnet synchronous generators (PMSGs) medium-voltage (MV) offshore wind turbines (WTs). Benchmarking against the control methods are performed based on a three-level neutral-point-clamped (NPC) back-to-back type voltage source converter (VSC). The ramping rate criterion of complex power is utilized to select the switching vector in DPC for a three-level NPC converter. With a grid command and an MPPT mode transition strategy, the proposed control method automatically controls the generated output power to satisfy a grid requirement from the hierarchical wind farm controller. The automatic command mode transition strategy of DPC is confirmed through PLECS simulations based on Matlab. The simulation result of the automatic mode transition strategy shows that the proposed control method of VOC and DPC achieves a much shorter transient time of generated output power than the conventional control methods of MPPT and VOC under a step response. The proposed control method helps provide a good dynamic performance for PMSGs MV offshore WTs, thereby generating high quality output power.
The integration of the large-scale wind power brings great challenge to the stability of the power grid. This paper investigates and studies the fault on May 14, 2012 of the large-scale cascading trip-off of wind turbines in North China. According to the characteristics of the voltage variation, the fault process is divided into three stages: the pre-event stage, the critical stage before cascading, and the cascading stage. The scenes in the fault are reproduced, using the full-size actual power system model. Simulation models of double-fed induction generators (DFIGs) and SVCs including protection settings and controller strategies are carefully chosen to find out the reason of voltage instability in each stage. Some voltage dynamic that have never been observed before in the faults of the same kind are analyzed in detail, and an equivalent voltage sensitive dynamic model of DFIG is proposed for the fast computation. The conclusions about the voltage dynamics are validated by the actual PMU observation evidence.
Yi, Jin-Hak;Kim, Sun-Bin;Yoon, Gil-Lim;Andersen, Lars Vabbersgaard
Wind and Structures
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제21권6호
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pp.625-639
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2015
Monopiles have been most widely used for supporting offshore wind turbines (OWTs) in shallow water areas. However, multi-member lattice-type structures such as jackets and tripods are also considered good alternatives to monopile foundations for relatively deep water areas with depth ranging from 25-50 m owing to their technical and economic feasibility. Moreover, jacket structures have been popular in the oil and gas industry for a long time. However, several unsolved technical issues still persist in the utilization of multi-member lattice-type supporting structures for OWTs; these problems include pile-soil-interaction (PSI) effects, realization of dynamically stable designs to avoid resonances, and quick and safe installation in remote areas. In this study, the effects of PSI on the dynamic properties of bottom-fixed OWTs, including monopile-, tripod- and jacket-supported OWTs, were investigated intensively. The tower and substructure were modeled using conventional beam elements with added mass, and pile foundations were modeled with beam and nonlinear spring elements. The effects of PSI on the dynamic properties of the structure were evaluated using Monte Carlo simulation considering the load amplitude, scouring depth, and the uncertainties in soil properties.
In order to investigate low frequency swishing noise of wind turbines, acoustic source model using a singularity in circular motion is introduced to derive analytic solution of Lowson acoustic analogy in time domain. Results in time and frequency domains computed by the solution show apparent modulation of amplitude and frequency. The solution indicates that time histories of acoustic pressure at receiver points varied significantly according to receiver's directional location, even when the retarded time distributions are similar. However, the corresponding time-averaged spectra of sound pressure at the receiver locations where the retarded time distributions are almost same are not significantly different. It can be inferred from these results that the time-averaged sound pressure spectra which cannot take into account the detailed difference in the time-variation of wind turbine noise may not represent the sound quality of wind turbines due to its swishing. Finally, as an introduction of procedure to quantify low frequency swishing noise level, relative variation of overall sound pressure level is obtained using tonal low frequency noise model.
Converters employing IGCTs usually require di/dt snubber and Over Voltage Protection (OVP) circuit for the protection of IGCTs and fast diodes. In these IGCT-based converters, conventional di/dt snubber and OVP circuit dissipates a significant amount of power loss. To reduce this loss of conventional di/dt snubber and OVP circuit, this paper proposes a flyback type snubber circuit with di/dt limiting characteristic for IGCT-based converters in medium voltage wind turbines. This flyback type snubber circuit simply consists of a flyback type transformer and diode. The proposed circuit reduces loss and simplifies conventional di/dt snubber by adopting the flyback type transformer. Loss analysis of conventional di/dt snubber and OVP circuit is performed for the 3-level NPC type back-to-back VSC supplied from grid voltage of 6.9kV. The proposed flyback type snubber circuit can save the loss of conventional snubber circuit in the 3L-NPC type back-to-back VSC in multi-MW MV wind turbine. The proposed snubber circuit has a fewer number of components and improved efficiency leading to a reliable and efficient wind turbine systems.
In this paper, a study on the vibration characteristics of the pitch gearbox of 8 MW large capacity wind turbines was conducted. The vibration analysis method of the pitch gearbox was proposed by combining the planetary gear train vibration model with the housing and carrier finite element model using the substructural synthesis method. We modeled the vibration excitation source for mass unbalance, gear mesh frequency, and bearing defect error action on the pitch gearbox, and performed a critical speed analysis. As a result of analyzing the critical speed of the pitch gearbox, the critical speed for the excitation source did not occur within the operation speed (84.87 rpm). In addition, as a result of applying 10 %, 20 %, …, 100 % of the largest load duration distribution (LDD) load, it was found that the bearing stiffness and the primary natural frequency were larger as the LDD load was larger. The primary natural frequency was 81.47 Hz for the lowest load among LDD data, which exceeded an operating speed of 84.87 rpm (5.09 Hz), so it was found that vibration caused by the change of LDD load did not occur in the operating speed range.
Chalamcharla, Seshaiah C.V.;Doraiswamy, Indhumathy D.
Wind and Structures
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제23권4호
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pp.351-366
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2016
Nowadays, wind energy is the most rapidly developing technology and energy source and it is reusable. Due to its cleanliness and reusability, there have been rapid developments made on transferring the wind energy systems to electric energy systems. Converting the wind energy to electrical energy can be done only with the wind turbines. So installing a wind turbine depends on the wind speed at that location. The expected wind power can be estimated using a perfect probability distribution. In this paper Weibull and Weibull distribution with multiple parameters has been used in deriving the mathematical expression for estimating the wind power. Statistically the parameters of Weibull and Weibull distribution are estimated using the maximum likelihood techniques. We derive a probability distribution for the power output of a wind turbine with given rated wind speeds for the regions where the wind speed histograms present a bimodal pdf and compute the first order moment of this distribution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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