Wind plant interaction with series-compensated power systems

Wind power based generation has been rapidly growing world-wide during the recent past. In order to transmit large amounts of wind power over long distances, system planners may often add series compensation to existing transmission lines owing to several benefits such as improved steady-state power transfer limit, improved transient stability, and efficient utilization of transmission infrastructure. Application of series capacitors has posed resonant interaction concerns such as through subsynchronous resonance (SSR) with conventional turbine-generators. Wind turbine-generators may also be susceptible to such resonant interactions. However, not much information is available in literature and even engineering standards are yet to address these issues. The motivation problem for this research is based on an actual system switching event that resulted in undamped oscillations in a 345-kV series-compensated, typical ring-bus power system configuration. Based on time-domain ATP (Alternative Transients Program) modeling, simulations and analysis of system event records, the occurrence of subsynchronous interactions within the existing 345-kV series-compensated power system has been investigated. Effects of various small-signal and large-signal power system disturbances with both identical and non-identical wind turbine parameters (such as with a statistical-spread) has been evaluated. Effect of parameter variations on subsynchronous oscillations has been quantified using 3D-DFT plots and the oscillations have been identified as due to electrical self-excitation effects, rather than torsional interaction. Further, the generator no-load reactance and the rotor-side converter inner-loop controller gains have been identified as bearing maximum sensitivity to either damping or exacerbating the self-excited oscillations. A higher-order spectral analysis method based on modified Prony estimation has been successfully applied to the field records identifying dominant 9.79 Hz subsynchronous oscillations. Recommendations have been made for exploring countermeasures.

Auslegung, Konstruktion und Fertigung von strömungsmechanischen Funktionsprototypen mittels Rapid Manufacturing

Bei der Fertigung von Funktionsbauteilen für Strömungsversuche spielt das Design und die Komplexität der Bauteilgeometrie eine wesentliche Rolle. Ziel der interdisziplinären Zusammenarbeit der Lehrstühle Strömungsmaschinen, Rechnereinsatz in der Konstruktion und Fertigungstechnik mit dem Rapid Technology Center (RTC) an der Universität Duisburg-Essen ist es, das Potenzial der additiven Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Funktionsprototypen für strömungsmechanische Anwendungen effektiv zu nutzen. An verschiedenen, auf dieser Kooperation beruhenden, Best Practise Beispielen wird gezeigt wie das Laser-Sintern in die Prozesskette zur Herstellung von Laufrädern u. Ä. in unterschiedlichen Größenordnungen integriert werden kann. In diesem Zusammenhang werden auch die Vorüberlegungen (z. B. durch Simulation), Wechselwirkungen und Folgeprozesse, die mit dieser Fertigungstechnologie verbunden sind, aufgezeigt.

Auslegung, Konstruktion und Fertigung von strömungsmechanischen Funktionsprototypen mittels Rapid Manufacturing

Bei der Fertigung von Funktionsbauteilen für Strömungsversuche spielt das Design und die Komplexität der Bauteilgeometrie eine wesentliche Rolle. Ziel der interdisziplinären Zusammenarbeit der Lehrstühle Strömungsmaschinen, Rechnereinsatz in der Konstruktion und Fertigungstechnik mit dem Rapid Technology Center (RTC) an der Universität Duisburg-Essen ist es, das Potenzial der additiven Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Funktionsprototypen für strömungsmechanische Anwendungen effektiv zu nutzen. An verschiedenen, auf dieser Kooperation beruhenden, Best Practise Beispielen wird gezeigt wie das Laser-Sintern in die Prozesskette zur Herstellung von Laufrädern u. Ä. in unterschiedlichen Größenordnungen integriert werden kann. In diesem Zusammenhang werden auch die Vorüberlegungen (z. B. durch Simulation), Wechselwirkungen und Folgeprozesse, die mit dieser Fertigungstechnologie verbunden sind, aufgezeigt.

Probing the Structure, Pseudorotation, and Radial Vibrations of Cyclopentane by Femtosecond Rotational Raman Coherence Spectroscopy

Femtosecond time-resolved Raman rotational coherence spectroscopy (RCS) is employed to determine accurate rotational, vibration–rotation coupling constants, and centrifugal distortion constants of cyclopentane (C⁵H¹⁰). Its lowest-frequency vibration is a pseudorotating ring deformation that interconverts 10 permutationally distinct but energetically degenerate “twist” minima interspersed by 10 “bent” conformers. While the individual twist and bent structures are polar asymmetric tops, the pseudorotation is fast on the time scale of external rotation, rendering cyclopentane a fluxionally nonpolar symmetric top molecule. The pseudorotational level pattern corresponds to a one-dimensional internal rotor with a pseudorotation constant Bps ≈ 2.8 cm⁻¹. The pseudorotational levels are significantly populated up to l = ± 13 at 298 K; <10% of the molecules are in the l = 0 level. The next-higher vibration is the “radial” ν²³ ring deformation mode at 273 cm⁻¹, which is far above the pseudorotational fundamental. Femtosecond Raman RCS measurements were performed in a gas cell at T = 293 K and in a pulsed supersonic jet at T ≈ 90 K. The jet cooling reduces the pseudorotational distribution to l < ±8 and eliminates the population of ν²³, allowing one to determine the rotational constant as A0 = B0 = 6484.930(11) MHz. This value is ∼300 times more precise than the previous value. The fit of the RCS transients reveals that the rotation–pseudorotation coupling constant αe,psB = −0.00070(1) MHz is diminutive, implying that excitation of the pseudorotation has virtually no effect on the B0 rotational constant of cyclopentane. The smallness of αe,psB can be realized when comparing to the vibration–rotation coupling constant of the ν²³ vibration, αe,23B = −9.547(1) MHz, which is about 10⁴ times larger.