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문제 정의
- 본 연구에서는 풍력발전기의 설계 및 인증시험에 필요한 풍력발전기의 하중 측정을 위해 하중측정 및 모니터링 시스템을 구성하고 하중측정 및 모니터링 시스템을 풍력발전기에 설치하였다. 설치된 하중측정 장비들의 보정실험에 대한 절차를 수립하였다.
제안 방법
- 하중 보정 실험이 끝난 2004년 7월 29일 이후부터 풍력발전기 운전 중에 가해지는 하중 및 풍속을 포함한 데이터들을 T-Mon 시스템으로부터 모니터링하고 있다. 2004년 8월 19일에 10분간 측정된 데이터로부터 가해진 하중을 측정하였다. 참고문헌 2의 IEC 61400-13은 정상상태 MLC (Measurement Load Case) 를 정의하고 있으며 측정속도범위에 대해 10분간의 데이터를 모니터링하도록 규정하고 있다.
- 3 절에서 구한 edge방향, flap방향 타워의 센서 민감도를 이용하여 100 kW급 풍력발전기의 로터블레이드와 타워에 작용하는 하중을 측정하였다. 하중 보정 실험이 끝난 2004년 7월 29일 이후부터 풍력발전기 운전 중에 가해지는 하중 및 풍속을 포함한 데이터들을 T-Mon 시스템으로부터 모니터링하고 있다.
- Edge방향(leadTag 방향)의 하중보정실험을 위해 블레이드를 그림 4와 같이 9시 방향에 고정시키고, 와이어와 렌치를 이용해 하중을 가하였다. 하중은 5 kg에서 200 kg까지 4회 반복하여 가하였고, 하중이 가해진 지점은 로터 허브축에서 7.
- TBM의 PSD를 보여준다. 그림 11의 측정된 10분간의 하중데이터를 10초간 총 60개 구역으로 나누어서 PSD를 구한 후 평균을 구하였다. PSD를 구하기 위해 MATLAB의 Toolbox 중 'periodogram'을 사용하였다.
- 본 연구에서는 풍력발전기의 로터 블레이드와 타워의 하중 측정 및 모니터링을 위한 하중 측정 장비 및 모니터링 시스템을 풍력발전기에 설치하고, 하중 모니터링을 수행하였다. 하중 측정 및 모니터링 시스템은 스트레인 게이지, telemetry 시스템, DAU, T-Mon 시스템으로 구성되었다.
- 설치된 하중 측정 시스템의 하중 보정을 위한 실험을 수행하여 하중 센서의 민감도를 측정하였다. 설치된 하중 측정 시스템을 사용하여 , Vestas 100 kW급 풍력발전기의 운전 시 블레이드와 타워에 작용하는 하중을 모니터링하였다. 저장된 하중 신호들로 부터 EBM, FBM, TBM를 구하고, PSD를 구하였다.
- 하중 측정 및 모니터링 시스템은 스트레인 게이지, telemetry 시스템, DAU, T-Mon 시스템으로 구성되었다. 설치된 하중 측정 시스템의 하중 보정을 위한 실험을 수행하여 하중 센서의 민감도를 측정하였다. 설치된 하중 측정 시스템을 사용하여 , Vestas 100 kW급 풍력발전기의 운전 시 블레이드와 타워에 작용하는 하중을 모니터링하였다.
- 블레이드 및 타워의 하중 측정 장비는 스트레인 게이지 (strain gauge), 원격측정장치 (telemetry) 등으로 구성되었다. 설치된 하중센서 및 모니터링 시스템에 대한 보정실험을 수행하여 센서민감도(sensor sensitivity, 하중/센서줄력의 관계)를 구하였다. 센서의 보정 후, 풍력 발전기를 운전하여, 데이터를 수집/저장하였다.
- 설치된 하중센서 및 모니터링 시스템에 대한 보정실험을 수행하여 센서민감도(sensor sensitivity, 하중/센서줄력의 관계)를 구하였다. 센서의 보정 후, 풍력 발전기를 운전하여, 데이터를 수집/저장하였다. 측정/저장된 데이터로부터 로터 블레이드와 타워에 가해지는 하중을 구하고, 하중의 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 얻었다.
- 5 Hz, 7 Hz, 10 Hz 등의 하중이 존재한다. 이상과 같이 설치된 하중 측정 장비 및 모니터링 시스템을 이용하여 풍력발전기의 하중신호를 모니터링하고 있으며, 저장된 신호로부터 블레이드와 타워에 가해지는 하중을 구하고, 신호처리하여 하중의 PSD를 구하였다.
- 설치된 하중 측정 시스템을 사용하여 , Vestas 100 kW급 풍력발전기의 운전 시 블레이드와 타워에 작용하는 하중을 모니터링하였다. 저장된 하중 신호들로 부터 EBM, FBM, TBM를 구하고, PSD를 구하였다. 따라서, 풍력발전기에 설치된 본 연구의 하중 측정 장비 및 모니터링 시스템은 풍력발전기의 운전 중 성공적으로 하중을 모니터링하고 있음을 알 수 있으며, 현재 측정 하중 케이스(measurment load case)〔2〕의 하중을 측정하는데 사용되고 있다.
- 센서의 보정 후, 풍력 발전기를 운전하여, 데이터를 수집/저장하였다. 측정/저장된 데이터로부터 로터 블레이드와 타워에 가해지는 하중을 구하고, 하중의 파워 스펙트럼 밀도(PSD)를 얻었다.
대상 데이터
- 따라서, 블레이드와 타워에 작용하는 굽힘 모멘트 (BM)를 측정하기 위해 스트레인 게이지 (strain gauge) 와 로드 셀을 사용하였다. 스트레인 게이지의 출력과 가해지는 하중의 정적 보정 관계를 수립하여, 블레이드와 타워에 작용하는 하중을 즉정하게 된다.
- 본 연구에서 하중이 측정된 풍력발전기는 1994 년에 제주도 월령에 설치/운전되고 있는 덴마크 Vestas 사의 100 kW급 V20이다(그림 1 참조). 정격출력이 100 kW이며, 3개의 블레이드를 가진 upwind 방식의 풍력발전기이다.
- 설치된 하중측정 장비들의 보정실험에 대한 절차를 수립하였다. 하중 측정 대상 풍력 발전기는 한국에너지기술연구원의 제주도 월령 성능평가기지에 설치되어 운영 중인 VESTAS 사의 100 kW급 풍력발전기 (그림 1 참조)이다. 블레이드 및 타워의 하중 측정 장비는 스트레인 게이지 (strain gauge), 원격측정장치 (telemetry) 등으로 구성되었다.
- 하중 모니터링을 수행하였다. 하중 측정 및 모니터링 시스템은 스트레인 게이지, telemetry 시스템, DAU, T-Mon 시스템으로 구성되었다. 설치된 하중 측정 시스템의 하중 보정을 위한 실험을 수행하여 하중 센서의 민감도를 측정하였다.
이론/모형
- 그림 11의 측정된 10분간의 하중데이터를 10초간 총 60개 구역으로 나누어서 PSD를 구한 후 평균을 구하였다. PSD를 구하기 위해 MATLAB의 Toolbox 중 'periodogram'을 사용하였다. 그림 13의 EBM 과 FBM의 경우, 약 0.
- 설치가 불가능하였다. 따라서, Manner사의 4채널 telemetry system을 사용하였다(그림 7 참고). 센서는 사의 스트레인 게이지를 사용하였다.
- 5 m 떨어진 지점이다. 하중 보정 실험으로부터 얻은 데이터를 선형 곡선적합(curve-fitting)하였다. 그림 8은 edge 방향의 하중-스트레인 선도를 보여준다.
성능/효과
- 저장된 하중 신호들로 부터 EBM, FBM, TBM를 구하고, PSD를 구하였다. 따라서, 풍력발전기에 설치된 본 연구의 하중 측정 장비 및 모니터링 시스템은 풍력발전기의 운전 중 성공적으로 하중을 모니터링하고 있음을 알 수 있으며, 현재 측정 하중 케이스(measurment load case)〔2〕의 하중을 측정하는데 사용되고 있다. 향후, 본 연구의 하중측정 시스템에 대한 설치/보정 및 모니터링 기술은 풍력발전기의 성능평가 및 인증을 위한 연구에 사용될 수 있을 것이다.
후속연구
- 따라서, 풍력발전기에 설치된 본 연구의 하중 측정 장비 및 모니터링 시스템은 풍력발전기의 운전 중 성공적으로 하중을 모니터링하고 있음을 알 수 있으며, 현재 측정 하중 케이스(measurment load case)〔2〕의 하중을 측정하는데 사용되고 있다. 향후, 본 연구의 하중측정 시스템에 대한 설치/보정 및 모니터링 기술은 풍력발전기의 성능평가 및 인증을 위한 연구에 사용될 수 있을 것이다.
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