When the wind speed rises above the rated wind speed, the produced power of the wind turbines exceeds the rated power. Even more, the excessive power results in the undesirable mechanical load and fatigue. A solution to this problem is pitch control of the wind turbines. This paper presents a systematic design method of a collective pitch controller for the wind turbines using a discrete fuzzy Proportional-Integral (PI) controller. Unlike conventional PI controllers, the fuzzy PI controller has variable gains according to its input variables. Generally, tuning the parameters of fuzzy PI controller is complex due to the presence of too many parameters strongly coupled. In this paper, a systematic method for the fuzzy PI controller is presented. First, we show the fact that the fuzzy PI controller is a superset of the PI controller in the discrete-time domain and the initial parameters of the fuzzy PI controller is selected by using this relationship. Second, for simplicity of the design, we use only four rules to construct nonlinear fuzzy control surface. The tuning parameters of the proposed fuzzy PI controller are also obtained by the aforementioned relationship between the PI controller and the fuzzy PI controller. As a result, unlike the PI controller, the proposed fuzzy PI controller has variable gains which allow the pitch control system to operate in broader operating regions. The effectiveness of the proposed controller is verified with computer simulations using FAST, a NREL's primary computer-aided engineering tool for horizontal axis wind turbines.
Studies of unsymmetrical blade H-Darrieus rotors at low wind speeds in terms of starting time, static torque, and power performances for different blade parameters: thickness-to-chord (t/c), camber position, and solidity are scarce. However these are required for knowing insights of rotor performances to obtain some design guidelines for the selection of these rotors. Here, an attempt is made to quantify the effects of these blade parameters on the performances of three different H-Darrieus rotors at various low wind streams. Different blade profiles, namely S815, EN0005 (both unsymmetrical), and NACA 0018 (symmetrical blade for comparison) are considered. The rotors are investigated rigorously in a centrifugal blower apparatus. Firstly the dynamic and static performances of the rotors are evaluated to determine the best performing rotor and their optimum solidity. Generalised performance equations are developed based on selected blade parameters which are validated for the unsymmetrical rotors. Further, the starting time is quantified with respect to the rotor inertia to determine the suitable range of inertia that helps the unsymmetrical blade rotor to self-start earlier than the symmetrical one. This study can work as a benchmark for the selection of optimum blade parameters while designing an unsymmetrical blade rotor at low wind speeds.
This paper presents a study on amplitude-dependent self-excited aerodynamic forces of a 5:1 rectangular cylinder through free vibration wind tunnel test. The sectional model was spring-supported in a single degree of freedom (SDOF) in torsion, and it is found that the amplitude of the free vibration cylinder model was not divergent in the post-flutter stage and was instead of various stable amplitudes varying with the wind speed. The amplitude-dependent aerodynamic damping is determined using Hilbert Transform of response time histories at different wind speeds in a smooth flow. An approach is proposed to extract aerodynamic derivatives as nonlinear functions of the amplitude of torsional motion at various reduced wind speeds. The results show that the magnitude of A2*, which is related to the negative aerodynamic damping, increases with increasing wind speed but decreases with vibration amplitude, and the magnitude of A3* also increases with increasing wind speed but keeps stable with the changing amplitude. The amplitude-dependent aerodynamic derivatives derived from the tests can also be used to estimate the post-flutter response of 5:1 rectangular cylinders with different dynamic parameters via traditional flutter analysis.
This manuscript illustrates the comparative study between ARIMA and Exponential Smoothing modeling to develop forest fire forecasting system using different weather parameters. In this paper, authors have developed the most suitable and closest forecasting models like ARIMA and Exponential Smoothing techniques using different weather parameters. Authors have considered the extremes of the Wind speed, Radiation, Maximum Temperature and Deviation Temperature of the Summer Season form March to June month for the Ranchi Region in Jharkhand. The data is taken by own resource with the help of Automatic Weather Station. This paper consists a deep study of the effect of extreme values of the different parameters on the weather fluctuations which creates forest fires in the region. In this paper, the numerical illustration has been incorporated to support the present study. Comparative study of different suitable models also incorporated and best fitted model has been tested for these parameters.
The design of high-rise building is often influenced by wind-induced motions such as accelerations and lateral deflections. Consequently, the building's structural stiffness and dynamic (vibration periods and damping) properties become important parameters in the determination of such motions. The approximate methods and empirical expressions used to quantify these parameters at the design phase tend to yield values significantly different from each other. In view of this, there is a need to examine how actual buildings in the field respond to dynamic wind loading in order to ascertain a more realistic model for the dynamic behavior of buildings. This paper describes the findings from full-scale measurements of the wind-induced response of typical high-rise buildings in Singapore, and recommends an empirical forecast model for periods of vibration of typical buildings in Singapore, an appropriate computer model for determining the periods of vibration, and appropriate expressions which relate the wind speed to accelerations in buildings based on wind tunnel force balance model test and field results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.28
no.4A
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pp.431-438
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2008
An updated Monte Carlo procedure for Typhoon simulation is presented to estimate the extreme wind speed at typhoon prone southern and western coasts in Korea. The reconstructed wind field model for typhoon in this study is compared with measured typhoon data for validation. The fitness of the proposed probability distribution models for typhoon parameters are tested by using data for the typhoon passed near the specific site. The simulated maximum wind speed associated with various return periods along southern and western coasts indicate that the extreme wind speed gradually increases inversely according to latitude of the coast, and that the basic wind speeds given in Korea Bridge Design Code are excessive compared with present results.
SAR has provided weather independent images on land and sea surface, which can be used for extracting various useful informations. Recently attempts to estimate wind field parameters from SAR images over the oceans have been made by various groups over the world. Although scatterometer loaded in ERS-1 and ERS-2 observes the global wind vector field at spatial resolution of 50 Km with accuracies of $\pm$2m/s in speed, the spatial resolution may not be good enough for applications in coastal regions. It is weil known the sea surface roughness is closely correlated to the wind field, but the wind retrieval algorithms from SAR images are yet in developing stage. Since the radar backscattering properties of the SAR images are principally the same as that of scatterometer, some previous studies conducted by other groups report the success in mesoscale coastal wind field retrievals using ERS SAR images. We have tested SWA (SAR Wind Algorithm) and CMOD4 model for estimation of wind speed using an ERS-1 SAR image acquired near Cheju Island, Korea, in October 11, 1994. The precise estimation of sigma nought and the direction of wind are required for applying the CMOD4 model to estimate wind speed. The wind speed in the test sub-image is estimated to be about 10.5m/s, which relatively well agrees to the observed wind speed about 9.0m/s at Seoguipo station. The wind speed estimation through the SWA is slightly higher than that of CMOD4 model. The sea surface condition may be favorable to SWA on the specific date. Since the CMOD4 model requires either wind direction or wind speed to retrieve the wind field, we should estimate the wind speed first using other algorithm including SWA. So far, it is not conclusive if the SWA can be used to provide input wind speed data for CMOD4 model or not. Since it is only initial stage of implementing the wind field retrieval algorithms and no in-situ observed data is currently avaliable, we are not able to evaluate the accuracy of the results at the moment. Therefore verification studies should be followed in the future to extract reliable wind field information in the coastal region using ERS SAR images.
This study purposed to predict wind energy for small size wind power generators at 50m above the ground in each area using mean wind speed data for 10 minutes collected from 2001 to 2011 by meteorological data in large cities having over 60% of 15 story (50m) or higher apartments including Seoul, Daejeon, Gwangju and Daegu representing the inland region, and Busan, Incheon and Ulsan representing the coastal region. In the results of analysis, we confirmed close agree ment between observatory weather data and probability density distribution obtained using Weibull's parameters, and this suggests that Weibull's parameter is applicable to the estimation of wind energy. Hourly output energy using the mean wind speed for 10 minutes and output energy obtained from Weibull's parameter showed an error less than 5%, and thus it was found that wind energy can be evaluated using Weibull's modulus.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.1
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pp.50-62
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2011
In this paper, analytical techniques for performance characteristics analysis of wind power generator with outer permanent magnet rotor are proposed. Furthermore, the proposed analytical techniques are validated by performance experiments of the manufactured generator. In this part, characteristic equations of losses such as copper loss, core loss are derived. Using the derived loss characteristic equations, electrical parameters obtained in [15] and d-q axes method, constant load and constant speed characteristics of wind power generator are analyzed. And then, to analyze performance of wind power system according to wind speed, d-q analysis model considering wind turbine characteristics is proposed. Finally, the obtained performance characteristics results are validated in comparison with those by experiments.
Objective: The aim of this study was to explore the influence of outdoor weather conditions on subjective responses during physical activity. Background: The largest difference between indoor and outdoor conditions is the existence of the sun. The heat load from the sun has an influence on the heat gain of the human body and the intense degree of solar radiation affected thermal comfort. Method: Thirty eight people were exposed to a range of climatic conditions in the UK. Weather in England does not have extremely hot and cold temperature, and the current study was conducted under warm (summer and autumn) and cool (spring and summer) climates. Measurements of the climate included air temperature, radiant temperature (including solar load), humidity and wind around the subjects. Subjective responses were taken and physiological measurements included internal body temperature, heart rate and sweat loss. Results: This study was conducted under four kinds of environmental conditions and the environmental measurement was performed in September, December, March, and June. The values for sensation, comfort, preference, and pleasantness about four conditions were from 'neutral' to 'warm', from 'not uncomfortable' to 'slightly comfortable', from 'slightly cooler' to 'slightly warmer', and from 'neither pleasant nor unpleasant' and 'slightly unpleasant', respectively. All subjective responses showed differences depending on air temperature and wind speed, and had correlations with air temperature and wind speed (p<0.05). However, subjective responses showed no differences depending on the radiant temperature. The combined effects of environmental parameters were showed on some subjective responses. The combined effects of air temperature and radiant temperature on thermal sensation and pleasantness were significant. The combined effects of metabolic rate with air temperature, wind speed and solar radiation respectively have influences on some subjective responses. In the case of the relationships among subjective responses, thermal sensation had significant correlations with all subjective responses. The largest relationship was shown between preference and thermal sensation but acceptance showed the lowest relationship with the other subjective responses. Conclusion: The ranges of air temperature, radiant temperature, wind speed and solar radiation were $6.7^{\circ}C$ to $24.7^{\circ}C$, $17.9^{\circ}C$ to $56.6^{\circ}C$, $0.84ms^{-1}$ to $2.4ms^{-1}$, and $123Wm^{-2}$ to $876Wm^{-2}$ respectively. Each of air temperature and wind speed had significant relationships with subjective responses. The combined effects of environmental parameters on subjective responses were shown. Each radiant temperature and solar radiation did not show any relationships with subjective responses but the combinations of each radiant temperature and solar radiation with other environmental parameters had influences on subjective responses. The combinations of metabolic rate with air temperature, wind speed and solar radiation respectively have influences on subjective responses although metabolic rate alone hardly made influences on them. There were also significant relationships among subjective responses, and pleasantness generally showed relatively high relationships with comfort, preference, acceptance and satisfaction. Application: Subjective responses might be utilized to predict thermal stress of human and the application products reflecting human subjective responses might apply to the different fields such as fashion technology, wearable devices, and environmental design considering human's response etc.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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