[논문]터빈의 동특성을 고려한 풍력 터빈 시뮬레이터

박홍극; 아보칼릴 아메드; 이동춘

터빈의 동특성을 고려한 풍력 터빈 시뮬레이터
Wind Turbine Simulators Considering Turbine Dynamic Characteristics 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.57 no.4, 2008년, pp.617 - 624

박홍극 (Assiut대학교 전기공학과) , 아보칼릴 아메드 (영남대학교 전기공학과) , 이동춘 (영남대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes design and implementation of wind turbine simulators which incorporate the turbine dynamic characteristics. At first, the turbine output characteristic in steady state is modelled as a function of wind speed and then dynamic characteristics are modelled such as pitch angle control, torsional vibration, tower shadow effect, wind shear effect, and inertia effect. In addition, a wind speed simulator is developed which can generate the real wind speed pattern. The wind turbine simulator is implemented with 3[kW] M-G set(cage-type induction motor coupled with doubly-fed induction generator) at laboratory.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

농형 유도전동기 축에 직결된 DFIG의 출력을 통해 앞에서 모델링 된 터빈의 특성을 고찰하고자 한다. 이에 DFIG의 제어에 관해 간략히 기술한다[19R20].
본 연구에서는 위에서 언급한 터빈의 정특성 및 동특성을 포함하는 풍력터빈 시뮬레이터를 농형 유도전동기의 토크제어를 통해 구현하며 이를 이중여자 유도발전기 (DFIG: doubly-fed induction generator)를 구동시킴으로써 그 성능을 검증하고자 한다.

제안 방법

토크제어를 이용하여 구현하였다. 또한 실제 풍속 특성을 발생할 수 있는 풍속 시뮬레이터도 개발하였다. 이러한 실제 풍력터빈 특성을 모의할 수 있는 시뮬레이터는 3[kW]급 농형 유도전동기와 DFIG를 이용한 실험을 통해 그 성능이 검증되었다.
본 연구에서는 터빈 블레이드의 타워 효과, 전단 효과뿐만 아니라 관성 효과, 축 비틀림 효과, 피치각 제어 등의 동특성을 제대로 모의하는 풍력 터빈 시뮬레이터를 농형 유도전동기의 토크제어를 이용하여 구현하였다. 또한 실제 풍속 특성을 발생할 수 있는 풍속 시뮬레이터도 개발하였다.
또한 실제 풍속 특성을 발생할 수 있는 풍속 시뮬레이터도 개발하였다. 이러한 실제 풍력터빈 특성을 모의할 수 있는 시뮬레이터는 3[kW]급 농형 유도전동기와 DFIG를 이용한 실험을 통해 그 성능이 검증되었다. 본 연구에서 개발된 풍력터빈 시뮬레이터는 풍력발전기 제어 알고리즘이나 보호 기술의 테스트를 위해 대용량 실증 시험에 앞서 실험실 단계에서 유용하게 활용될 것으로 전망된다.
이를 위해 터빈의 정상상태 모델링으로부터 주어진 풍속에 대해 토크를 계산하고 이를 전동기 토크제어를 통해 풍력터빈의 특성을 모의하는 시뮬레이터가 구현되었다[5][6]. 또한 시스템의 가감속시 실제 터빈 블레이드와 전동기의 관성모멘트의 상대적인 차이에 기인하는 시스템 특성을 관찰하고 효과를 보상하는 알고리즘이 개발된 바 있다[7][81 그러나 풍속이 고도에 따라 변하는 전단효과 (wind shear effect), 블레이드가 타워 앞을 통과할 때 토크 맥동이 발생하는 타워효과(tower effect)[10][ll], 동력전달장치의 진동현상, 정격 풍속 이상에서 터빈의 출력을 제한하기 위한 피치각 제어 등은 이전의 시뮬레이터에서는 구현되지 않았다.
풍력터빈 시뮬레이터는 M-G세트를 이용하여 구현되는데 본 연구에서는 농형 유도전동기의 토크제어를 통해 터빈의 특성을 모의하고 출력은 DFIG(doubly-fed induction generator)의 제어를 통해 관찰된다.

대상 데이터

농형 유도기와 DFIG를 제어하기 위해 사용된 컨버터의 스위칭 주파수는 각각 5[kHz]이고 전류 제어 루프와 속도 제어 루프의 샘플링 주파수는 각각 lOORs], l[ms]이다. 실험 장치는 농형 유도기와 DFIG를 구동하기 위해 3상 Back-to-Back PWM 컨버터와 TMS320C₃₃ DSP 칩을 탑재한 제어보드로 구성된다. 두대의 제어보드가 각각의 컨버터 장치를 제어한다.

후속연구

이러한 실제 풍력터빈 특성을 모의할 수 있는 시뮬레이터는 3[kW]급 농형 유도전동기와 DFIG를 이용한 실험을 통해 그 성능이 검증되었다. 본 연구에서 개발된 풍력터빈 시뮬레이터는 풍력발전기 제어 알고리즘이나 보호 기술의 테스트를 위해 대용량 실증 시험에 앞서 실험실 단계에서 유용하게 활용될 것으로 전망된다.

참고문헌 (20)

"Wind power outlook 2007", AWEA press, available http://www.awea.org/pubs/documents/Outlook_2007.pdf
"General news," EWEA press, available : http://www.ewea.org
에너지관리공단, 한일 신재생 에너지 공동세미나 자료 집, 11. 2006
H. M. Kojaba,outot, "Development of a novel wind turbine simulator for wind energy conversion systems using an inverter-controlled induction motor," IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 19, no. 3, pp. 547-522, 2005

상세보기
정병창, 송승호, 노도환, 김동용, "풍력 터빈 모의 실험 을 위한 가변 토오크 입력 시뮬레이터", 전기학회논문지, vol. 51, no. 8, pp. 467-474, 2002
P. E. Battaiotto, R. J. Mantz and P. F. Puleston, "A wind turbine emulator based on a dual DSP processor system," Control Engineering Practice, vol. 4, pp. 1261-1266, 1996

상세보기
정병창, 정세종, 송승호 "가변성 모의 기능을 가진 풍력 터빈 시뮬레이터의 제어 알고리즘", 전력전자학회 논문지, 제 8권, 제 3호, pp. 266-273, 2003. 6

원문보기 상세보기
A. Abo-Khalil and D.-C. Lee, "Development of wind turbine simulators using PSCAD", PELINCEC proc., in Warsaw, CD-ROM format, 2005. 10
C. Carrillo, A. E. Feijoo, J. Cidras, J. Gonzalez, "Power fluctuations in an isolated wind plant," IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 19, issue. 1, pp. 217 - 221, March. 2004

상세보기
T. Thiringer and J.-A Dahlberg, "Periodic pulsations from a three-bladed wind turbine," IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 16, pp. 128-133, June. 2001

상세보기
T. Thiringer,"Power quality measurements performed on a low-voltage grid equipped with two wind turbines", IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 11, pp. 601 - 606, September. 1996

상세보기
Y. Matsumoto, H. Umida, and S. Ozaki, "Dynamic simulator of the mechanical system", IEEE IECON proc., vol. 1, pp. 527-532, October. 1991
P. Sorensen, A. D. Hansen, and P. A. C. Rosas, "Wind models for simulation of power fluctuation from wind farms," Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 90, pp. 1381 - 1402, December. 2002

상세보기
D. S. L. Dolan, "Real-time wind turbine emulator suitable for power quality and dynamic control studies", M. S. Thesis, Dept. of Electrical and Computer Eng, University of Toronto, April, 2005
M. Chinchilla, S. Amaltes, and J. L. Rodriguez - Amenedo, "Laboratory set-up for wind turbine emulation", IEEE ICIT Conf. proc., vol. 1, pp. 553-557, 2004
E. Muljadi and C. P. Butterfield, "Pitch-controlled variable speed wind turbine generation", IEEE Trans. Ind. Appl, vol. 37, no. 1, pp. 240-246, February 2001

상세보기
Z. Lubosny, Wind turbine operation in electric power systems, Springer, 2003
설승기, "전기기기 제어론", 브레인코리아, 2002
A. Abo-Khalil and D.-C. Lee, Se-Hyun Lee, "Grid connection of doubly-fed induction generators in Wind energy conversion system", IPEMC proc., in Shanghai, CD-format, 2006. 8
A. Tapia, G. Tapia, J. X. Ostolaza, and J. R. Saenz, "Modeling and control of a wind turbine driven doubly-fed induction generator," IEEE Trans. Energy Conv., vol. 18, no. 2, pp. 149-204, June 2003

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증