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[국내논문] MW급 풍력터빈의 출력 제어
Power Control of MW Wind Turbine 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.35 no.1, 2011년, pp.11 - 15  

남윤수 (강원대학교 공과대학 기계메카트로닉스공학과) ,  김정기 (강원대학교 공과대학 기계메카트로닉스공학과) ,  최한순 (강원대학교 공과대학 기계메카트로닉스공학과) ,  조장환 (강원대학교 공과대학 기계메카트로닉스공학과)

초록
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본 논문은 풍력터빈의 출력 제어 방법에 관한 논문이다. MW급 풍력 터빈 출력제어의 기본 제어 구조는 가변속도 가변피치 방식을 사용한다. 가변속도 가변피치 제어는 파워 커브를 추종하기 위한 방법으로서, 풍속변화에 따라 이 제어방식이 어떻게 적용되는지 논의한다. 제어 시스템 설계를 위하여 단순화된 드라이브 트레인 모델이 사용되었다. 제어 시스템은 토크제어와 피치제어로 구성되고, 제시된 동적 모델을 사용하여 설계된 제어 시스템의 시뮬레이션 결과에 대하여 논의한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a methodology for the power control of a wind turbine, which is the variable-speed and variable-pitch (VSVP) control system, is introduced. This control methodology maximizes the capability of the turbine to extract maximum power from the wind in the regions with low wind speeds. Furt...

Keyword

#풍력터빈   #토크명령 생성   #피치 제어   #파워커브  

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

문제 정의

  • 본 논문에서는 MW급 풍력터빈의 출력제어에 있어서 가변속도 피치제어를 사용하는 시스템의 제어전략을 소개하고, 제어시스템의 구성 및 원리에 대해 설명하였다. 또한, 수치 시뮬레이션 결과를 바탕으로, 정격풍속 이전과 이후의 영역에 대하여, 제안된 알고리즘대로 풍력터빈의 출력제어가 적절히 수행되는 것을 확인하였다.
  • 본 논문에서는 MW급 풍력터빈의 출력 제어 방식에 있어서 널리 쓰이는 가변속도 피치제어(variable speed pitch control) 방식에 관한 논문이다.(3) 가변속도 피치제어는 정격풍속 이전에서는 로터의 회전속도를 조절하여 최대 출력을 얻도록 하고, 정격풍속 이상에서는 피치를 사용하여 풍력터빈의 출력을 일정하게 유지하도록 하는 작동 방식이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
풍력터빈이란 무엇인가? 풍력터빈은 바람이 갖고 있는 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 바람의 운동에너지가 풍력 터빈의 로터(rotor)를 회전시키는 기계적 에너지로 변환되고, 변환된 기계적 에너지는 발전기를 회전시켜 전기 에너지를 출력하게 된다.
바람의 운동에너지가 전기 에너지로 출력되는 과정은 무엇인가? 풍력터빈은 바람이 갖고 있는 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 바람의 운동에너지가 풍력 터빈의 로터(rotor)를 회전시키는 기계적 에너지로 변환되고, 변환된 기계적 에너지는 발전기를 회전시켜 전기 에너지를 출력하게 된다. 이때, 풍력터빈의 입력인 바람의 운동에너지에 대한 전기적 출력을 파워계수(power coefficient)라 불리는 Cp로 그 효율을 나타낼 수 있다.
파워계수를 유지하기 위해 로터의 회전속도를 증가시키는데, 이 때 발생하게되는 문제는 무엇인가? 일정한 Cp값을 유지하기 위해서는 풍속변화에 비례하여 로터의 회전속도를 증가시켜야 한다. 그러나, 로터의 회전속도가 계속적으로 증가하게 되면, 풍력터빈의 각 기계요소에 대한 기계적 부하가 증가하고 소음을 발생시킬 수 있다. 또한, 풍속의 분포를 확률적으로 볼 때, 정격풍속(rated wind speed) 이상의 풍속이 불 확률은 상대적으로 작기 때문에 풍력터빈의 출력을 풍속에 따라 지속적으로 증가시키는 것은 비용적, 효율적인 면에서 바람직하지 못하다.
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참고문헌 (6)

  1. Hau, E., 2005, Windturbines: Fundamentals, 

  2. van der Hooft, E.L., Shaak, P. and van Engelen, 

  3. Bianchi, F. D., De Battista, H. and Mantz, R. J., 

  4. Leloudas, G., Zhu, W., Sorensen, J., Shen, W., and 

  5. Nam, Y., 2009, Wind Turbine Control, GSintervision. 

  6. Bossanyi, E. A., 2008, GH Bladed Theory Manual, 

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