Indonesian Journal of Electrical  Engineer ing and Computer Scien ce   V o l. 9, N o . 2 ,  Febr u ar y 201 8, pp .  29 4 ~ 29 8  ISSN: 2502-4752, DOI: 10. 11591/ijeecs .v9. i 2 .pp294-298          2 94     Jo urn a l  h o me pa ge : http://iaescore.c om/jo urnals/index.php/ijeecs  Evalu a ti on of En ergy in Wi nd Turbine System Using  Probability Distribution      Kal y an  S ag ar  K ad al i 1 , L.  R a jaji 2   1  Res ear ch S cho l ar, D epartm ent   o f  E EEM,   A MET  Unive r sity ,  Chenna i   2  P rofes s o r, Dep artm ent of  E lec t r i ca l and   E l ec tron ics   Eng i neer in g, ARM College of   Engin eer ing   & Techno log y , Ch ennai      Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Oct 2, 2017  Rev i sed   D ec 10 , 20 17  Accepte d Ja n 1, 2018      In  t his  work,  annual  energ y   o utput  o f  a  v a riable  s peed  w in d  tur bin e   i s   anal y z ed  u sing  annual  Weibull  w i nd  speed  p robabilit y   distr i buti on   f u n c t i o n.  The  power  c oef f icient  v ariety   w ith  tip  s peed  p roportion  in  t o r q ue  c ontrol  district  a nd  p itch  point  v ariety   f or  m ost  extre m e  power  y ield   f rom  wind   turbine  ar e  examined  f or  d istinguishing  control  framework  p aram eters .   T he   wind  turbin e  po wer  output  a nd   v ariation  of   pow er  c o e fficien t  wi th  tip   s peed   ratio  a s   well  as   p itch  angle  are  exam ined  /   r epo r ted  us ing  annu al  W ei  b u l l   distribution  f u n c tion .   F inal l y   t h e   v ari a tion   of  t he  e stim at ed  a n nual  en er g y   output of   the giv e n wind turbin e  w ith th e  m ean  w ind s p eed  is   pr es ented .   K eyw ords :   Wei Bu ll Distrib u tion   Fun c tion  W i nd  Pow er Pr e d i ction   W i nd  Sp e ed  Pro b a b ility  Distribu tio n Fun c tio n   Copyright ©  201 8 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d .  Co rresp ond i ng  Autho r :  Kalyan Sa g a r  Kadali,   Research Sc h olar, Depa rtm e nt of EEEM,   AM ET  Uni v er sity ,   Ch enn a i.      1.   INTRODUCTION  The  est i m ati o n   of   t he  a n nual   ener gy   o ut p u t   of  a   w i nd  t u r b i n e  t o   b e  installed   at  a   p articu l ar  s ite  i s  v e ry  i m p o r tan t   i n   th e  assessmen t   o f  economic  f easib ilit y   o f   w in d   tu rb i n e  in stallatio n  [1 ],[2 ].  T h e   o u t p u t   po we r  o f   a   w i nd  p o we r  pl a n t   depe n d s  o n   m any   pa ram e t e rs  ( e.g .   a v ailable  wind  s pee d   r e s ources ,  operat ional   and power cha racteristics  of t h e  wind   turb ine).      2.   BA C KGR OUN D   W i n d   s pee d   c i r cul a t i o n  i nves t i g at i on  i s   r eq ui re d  fo r  ch oi ce  of  wi n d   t u r bi ne  a nd  fu rt herm ore  t o   d e sign   its  c on tro l   f ram e wo rk .  Th e  Weibu ll  cap acity  i s  th e  o n e   t h a t  m o st   u sually  u tiliz ed   f o r   w ind   v italit y   forecast  despite  t he  f act  t hat  num erous  numerical  capacities  ha v e   b een   p ro po sed   fo r   w i n d   sp eed   lik elih ood  ap pro p riatio n cap acities [3 ].      3.   THE PROBLEM  The  rene wa ble   ene r gy  i s  use d   i n  rece nt  d a y s  especially  s olar  i s   w i d ely  used.  T h e  s o lar  powe r  gene rat i o n  i s   onl y   i n   d ay   h ou rs  b ut   i n   wi nd   h a s   g ene r at es  p o w er   i n   bo th   d u r i n g  d a y   and   n i gh t.  T he  w ind  gene rat e s  hi g h   p o w e r  c om pared t o  ot h er  re n ewabl e  e ne rgy .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In d onesi a n  J  E l ec En g &   C o m p  Sci    ISS N :   2 5 0 2 - 47 52       Eva l ua tion   o f   En erg y  in Wind  Tu rb in e S y st em  Using  Proba b ility Distributio n  (Ka l yan   Sa ga r K a d a li)  29 5 4.   PROP OSE D   S OLUTI O N   T h i s  p a p e r  i n t r o d u c e s  t h e  p o r t r a y s  an  a pproach  o f  asses s ing  the   y early  v i t ality  yield  for  a  varia b le   spee d  FRC  wi nd  t u rbine  c o m b ined  w ith  a   s ynchronous  g ene r ator  u t ilizin g   Weibu ll  factu a l  ap pro p ri atio n   of  wind   s p e ed   E xp erim en tal  Investig at i ons   o n  The  Per f o r m a nce  o f   A   S o l a r   Po nd   b y   usi n g   Enca ps ul at ed  P cm   with   N ano   p a rt icles  is  d iscu ssed   i n   [4 ]-[6 ] .  Add itio n a lly  i n  th is  w o r k ,   v ariety  o f  th e  yearly  v italit y  yie l d   wit h   t h e m ean wi n d  spee d i s  c on si d e red   f o r   au gm ent i n g   t h e  wi n d   t ur bi ne c ontr ol yield [ 7] .          Fi gu re  1 .   Ty pi cal  FR C   W i n d   T ur bi ne  C o n fi gu rat i o n       W i n d   t u r bi ne  s ho ul d  be  ope rat e d  bet w ee n   cut - i n   w i n d  s p eeda n d  ra t e d   w i n d  s p e e d  t o   e x t r a c t  t h e   m a xim u m   pow er f r o m   t h ewi n d  by  kee pi n g  t he  p i t c h a ngl e   and   t h e t ip sp e ed  ratio  at th ei ro p tim u m  v alu e s [8 ].      5.   WIND S PEED DIST R IBUTION  Th e  wi n d   d a t a   can   b e  well  fitted   in to   W eib u ll  d i stribu t i o n fun c t ion .   T h e   e xp r e ssion  o f   W eibu ll   d i stribu tio n  fun c tio nwh i ch   d escrib es  t h e   p ro b a b ility  o f  hav i ng   a  wind  s peed  u  duri ng  t h e  year  i s  expre ssed  in  ( 1 )   [ 9 ] .  F o r  t h e  e x a m p l e ,   i t  i s   characterize d   w ith  s pecified  W e i bullpa r ameters:  a  =  8 . 3  ms − 1 , k  =  1 . 9  and  illu strated   in Fi g ure 2 .           Fig u re 2 . W ei bu ll Prob ab ility Den s ity Distribu tio n of Wind   Sp ee d   at 9 0 m  A bov egro und      6.   OPERATIONAL CHARACTERISTI CS OF THE WIND  TUR BIN E   Th e  op eration   o f   t h e   w ind  tu rb in e  is  d i v id ed  i n t o  fewreg ion s ,  i n  o r de r  wi nd   t u r bi ne  t o  b e   o perat e d  t o   m a xim i zet he powe r   o ut p u t   w h i l e  ens uri n g   t h e sa fet y  o f t h e   sy st e m   asillu st rated   i n  Fi g ure 3   [8 ].    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        ISS N :  2502- 4 752  In d onesi a n  J  E l ec En g &   C o m p  Sci , Vol .   9 ,  N o.  2 ,   Fe br uar y  20 1 8   :   2 94 – 298  29 6     Fi gu re  3 .   O p er at i onal   R e gi on s o f  a  W i n d  Tu rbi n e       Th e ou tpu t  pow er of   a w i nd  t u r b i n e  is expr essed   i n  ( 1)  [ 8 ] .    Pout  =1/ 2 ρ Au 3 Cp ( λ ,  β )    ( 1 )     whe r e,   ρ   :   t h e ai r   de ns i t y  (1. 25   kg/ m 3)  A  :   t h e a r ea s w ept   by  t he  r ot or  i n  m 2  u  : th e wi n d  speed  in  ms − 1  Cp : the powe r coefficient   β   : p itch   ang l e in  d egrees  λ   : tip  sp e ed  rat io   In   t h i s  work ,  MOD-2   wind   t u r b i n e   i s  u tilized   a nd   a fter  t hat  th e  p o w e r  c o e f f i c i e n t  ( C p )   o f  M O D - 2   wi n d  t u r bi ne a nd  t he t i p  s pee d   p r o po rt i o n   o f  t he t u r bi ne a re  co m m unicated in  (4 )  [1 0]  an d   ( 5 ) s e pa rately .      7.   OUTPUT CHARACTERISTI CS  O F TH E SY NC HR O N O U S  GENE RATO R   The  s h aft  of  t he  w ind  turbi n e  is  c onnected  t o  the  ge nerat o rt hro ugh  a  gear  b ox.The n  at  t he  g ene r ator,  the  transm ittedmechani cal  e nergy  is  t ransfe red  into  e lectrical  energy   t hr o u gha  m agnet i c   m edi u m   Anal y s i s   o n   So lar  Pan e l  C r ack   D etectio n  Using   Op timizatio n   Techn i q u e s. Jou r nal   of  N a n o - &  El ect ro ni c  Phy s i c s  i s   expl ai ne d   i n  [ 1 1 ] . Hence , t h e t o t a l   p o we r o u t put  f rom   t h et ur bi n e  is n o t   c onv erted   in t o   e lectrical  p ower  a s  it  is,  due  t othe  m echanical  a nd  el ectrical   l osses  in  t he  e nergy  conve r sion process  [8 ].  I n   th i s   w o r k ,   t yp ical   p ow er   characte r istic  o f  an  m edium   s cale  syn c h r on ou sgen er ator   c ou p l ed   wi t h   a n  AC - D C - AC   l i nk  s h ow n  i n   F i g u r e   4   i s  use d  [1 2] .           Fi gu re  4 .   Va ri at i on  of  t he  E f f i c i e ncy   o f  Sy n c h r o no us  G e n er at or  with t he R elative m echanical   Po wer  o f  T ur bi ne   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In d onesi a n  J  E l ec En g &   C o m p  Sci    ISS N :   2 5 0 2 - 47 52       Eva l ua tion   o f   En erg y  in Wind  Tu rb in e S y st em  Using  Proba b ility Distributio n  (Ka l yan   Sa ga r K a d a li)  29 7 8.   ESTIMATI O N  O F  AN NU AL ENE RG Y   OUTP UT  O F   THE WI ND   T URBI N E   B y   i n-co ope rat i ng  t h e   W e i b u l l   di st ri but i o n,   t he  e ne rgy   c o nt ri b u t i o nat   wi nd  spee d  u  t o   t he  e ne rgy   out put   o f t h e   s y st em can be e x p r esse d i n  ( 2 )  [ 12] .     P ( u ) =   w ( u ) Pel ectrical  (2 )     whe r e,   P ( u ) :   Pre d i c t e d e n er gy   out pu t   [ W h]   w ( u ) : Prob ab ility o f h a v i n g  a wind   sp eed   u  Pelectrical : The ou tpu t  power of th e syn c h r on ou sg en er ator  at w i nd  sp e ed  ( u )  For  eac h  set   o f   W ei b u l l   para m e t e rs,  t h e  vari at i on  o f   t hee n er gy   co nt ri b u t i on  t o   t he  a n nual   ene r gy   out put   i s  c o n s i d ere d wi t h   t he  1 . 0  ms − 1  clas s  intervals  ove r   t he  r an ge  o f  wi n d   s peed 0  −   30   ms − 1.  T he n  t h e   total  annual  energy  g e n eration  of  t he  s ystem   foreach  s et  o f  W e i bul l   pa r a m e t e rs  over  t h e  co nsi d e r ed  r an g e   ofm ean  s pee d ,  can  b e  calcula ted  by   t aki n g  s u m m a t i on  of  t heest i m a t ed   e ner g y  ou tpu t   o f   th e  w i nd   t ur b i n e   o f   wind s peed  u o v er t he  r an ge  o f p o ssi bl e wi nd  spee d   0 −∞ . T he est i m at edt o tal   ann u al  e ner g y   out put   o f   t h e  wi n d   t u r b i n e  ove r  t h e  ran g e o f  m e an  w i nd  s p ee d  5  −   15  ms − 1  for  differe n t  shape  fact ors r anging  f rom   1 . 4  −   1 . 9  i s   illu strated   in Fi g ure 5 .           Fi gu re  5 .   Va ri at i on  of  Est i m ated T ot al  A n n u a l   Ener gy   O ut p u t   o f   t h e  W i n d   T ur bi ne     wi t h  t he  M ean   W i n d S p ee d at   D i ffe re nt  S hap e  Fact o r s       9.   CO NCL USI O N   Thi s  w or k i n t r od uces a m et hod  of est i m at i n g t h e an n u al en ergy  o u t p ut  f or  a vari a bl e s p e e d FR C   wi n d   tu rb in e  coup led w ith   a   s yn chrono u s   g enerat or  u sing  W ei bull  stati stica l   d istrib u tion o f  win d   sp eed.  So   a s  to  su rv ey  t he  m o n e tary  a ttain abilit y,  o p e rational  ex ecu tio n  of  a   t wi st   t u r bi ne  t o  be  i nt ro duce d ,   ass u ra n ce  o f   yearly  v italit y   yield   b y   t h e   fram e wo rk   i s  essen tial.  T h e   w ind   t ur bi ne  c ont rol   y i el d  and  vari et y   of  e ner g y   co efficien t  with   tip   s p e ed   p ro portio n   an d   also   p itch   po in t   are  analyzed.  It  h as  b ee n  observe d  that  t he   p ower  reg u l a t i on  of  t hewi nd  t u r b i n e   sy st em   can  b e  im prove d  usi n g  pi t c h  co nt r o l l i ngab o v e  t h e  r a t e d  wi n d   s pee d   a n d   bel o w t h e   cut - of f  wi n d  s pee d .       REFERE NC ES   [1]   Haque  M .   H.,   et al. ,   “Estimatio n  of  a nnual  en erg y   d eliv ered  b y   a  var i able  s peed  w ind   g en era t ing  s y s t em   u s i ng  historical  w ind  data,”  i n   Develo pments in Renewable Energy  T echnology ( I CDRET) ,  2014 3 r d Internationa l  Confer enc e ,   pp. 1-6, 2014 .    [2]   Sunderland  K.,  et al. ,  “Small  wind  turbines  i n  turbulent  (urb an )  environments:  A  con sideratio n  of  normal  and   Weibull  distribu tions  f or  power  p rediction,”  Jou r nal of Wind Engineering and I ndustrial Aerodynamics , vo l .  12 1,   pp. 70-81 , 2013 .   [3]   Olim po  A.  L .,  et al. ,  “Wind  Energ y   G ener ation  Modelling  and  Control,”  in  Lib r ary of Congress Cataloguing-in- Publica tion  Dat a ,  2009 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        ISS N :  2502- 4 752  In d onesi a n  J  E l ec En g &   C o m p  Sci , Vol .   9 ,  N o.  2 ,   Fe br uar y  20 1 8   :   2 94 – 298  29 8 [4]   Sarathkumar  P .,  et al. ,  “Experimental  I nvestig ations  on  The  Performance  of  a   S olar  P o nd  by   u sing  Encapsulated  P c m   with Nanop arti cles , ”  Ma terials Today: Proceedings,  vol/issue: 4(2) , pp . 2314 -2322, 2017 .  [5]   N.   M .   Ahmed,   et al. ,  “Optimal  S izing  and  Eco nomical   A naly sis  of  P V-Wind  H y brid  P ow er  S y s tem  for  Water  Irrigation  using   Genetic  Algorithm,”  Internatio nal Journal of  Electr ica l  and  Computer Engineering ,  vo l/iss u e:  7(4), pp . 1797 , 2 017.  [6]   M.  A .  Ebr a him,  “ Towards  Robust  Non-Fragile  C ontrol  in  W ind  Ener g y   E ngi neering , ”  Indo n e sian Journal o f   E l ec t r i c al  E n gi ne e r i n g   and  Computer Science , v o l/issue: 7 (1), pp . 29-42 , 2017 .  [7]   A.  S undaram  an d  G.  P .  Ra mesh,  “Sen sor  less  C o n trol  o f  BLDC  M oto r  using  Fuz z y   log i c  contro ller  f or  S olar  power   Generation,”  IJM S R , vo l/issue: 9(2), pp . 70-79 , 2017.  [8]   Celik  A .  N .,  et a l . ,  “Critical  e v a luation  of  w ind  speed  frequen c y   distribution  fun ctions,”  Journal o f  renewable and   sustainable ener gy , vo l/issue: 2( 1 ), pp . 013102 , 2010.   [9]   Anderson  P.  M .  and   Bose  A .,   “ Stabili t y   s im ulation   of  w ind   turbi ne   s y s t e ms, ”   IEEE transactions on  pow er   apparatus and systems , vol. 12 ,  pp. 3791-3795 , 1983.  [10]   K onara  K .  M .   S .  Y .,  et al. ,  “Estimation  of  a nnu al  e nerg y   outpu t  of  a   w ind  turbine  using  w ind  speed  p robability   distribution , ”   in   Electrica l  En erg y  Systems ( I CEES) ,  2016 3 rd  Inter national Con f erence,  pp. 117-121 , 2016 .  [11]   L y d i a M . D .,  et al. , “Analy s is on Solar Panel Crack  Detec tion Usi ng Optim ization  T echn i ques , ”  Jo urnal of Nano- &   E l ec t r oni c P h y s ic s , vol/issue: 9(2 ), 2017 .  [12]   Celik  A .  N.  a n d   K olhe  M .,  “ G eneral iz ed  f ee d-forward  bas e d  m e tho d  for  wind  energ y   p r e diction,”  Applied  ener gy , vol.  101 , pp . 582-588 , 2 013.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.