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NREL 5MW 풍력터빈의 제어시스템 설계
Control System Design of NREL 5MW Wind Turbine 원문보기

한국태양에너지학회 논문집 = Journal of the Korean Solar Energy Society, v.32 no.5, 2012년, pp.31 - 40  

남윤수 (강원대학교 기계메카트로닉스공학과) ,  임창희 (강원대학교 대학원 기계메카트로닉스공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper introduces a methodology for NREL 5MW wind turbine, which is the variable speed and variable pitch(VSVP) control system. This control strategy maximizes the power extraction capability from the wind in the low wind speed region and regulates the wind turbine power as the rated one for the...

주제어

#풍력터빈   #토크 제어   #공진회피 구간   #타워 하중   #피치 제어   #하중저감   #동력전달축 감쇄기  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이와 아울러, 5MW 풍력터빈의 구조 진동모드, 즉 축진동 모드와 블레이드 평면내 진동모드들이 풍력터빈 구조물에 미치는 영향을 차단시키기 위하여 BPF와 노치필터의 적용에 대하여 논의하였다. 또한 로터회전에 의한 타워의 공진현상 가능성을 분석해 보고, 이를 방지하는 공진회피 제어기법에 대하여 논의하였다. 설계된 제어 알고리즘은 풍력터빈 전용해석 소프트웨어인 GH Bladed를 사용하여 검증되었다.
  • 본 논문에서는 NREL 5MW 풍력터빈의 제어시스템의 구조와 설계 이론에 대하여 논의하였다. 토크제어와 피치제어 루프 각각에 대하여 제어시스템 설계 요구조건과 이를 만족시키는 제어기 설계 방법을 제시하였다.
  • 본 논문은 NREL 5MW WT을 대상으로 토크제어, 피치 제어시스템을 설계하는 절차와 함께 구조물 하중 저감을 위한 제어기에 대하여 논의한다.
  • 토크제어와 피치제어 루프 각각에 대하여 제어시스템 설계 요구조건과 이를 만족시키는 제어기 설계 방법을 제시하였다. 이와 아울러, 5MW 풍력터빈의 구조 진동모드, 즉 축진동 모드와 블레이드 평면내 진동모드들이 풍력터빈 구조물에 미치는 영향을 차단시키기 위하여 BPF와 노치필터의 적용에 대하여 논의하였다. 또한 로터회전에 의한 타워의 공진현상 가능성을 분석해 보고, 이를 방지하는 공진회피 제어기법에 대하여 논의하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
풍력 터빈의 설치 장소의 변화 추세는? 풍력 터빈은 바람이 갖고 있는 에너지를 전기로 변화시키기 때문에 풍황 자원이 좋은 장소에 설치될 수밖에 없고, 많은 양의 전기 에너지를 얻기 위해 풍력 터빈의 크기도 점점 대형화되어지고 있다. 설치 장소 또한 육지에서 해상으로 옮겨가는 추세이다. 그에 따라 풍력 터빈의 효율과 성능을 결정하는 중요한 요소인 풍력 터빈의 제어 전략과 제어 시스템에 대한 중요성이 높아지고 있다.
풍력 터빈이란? 풍력 터빈(WT,windturbine)은 바람 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기계 시스템이다. 풍력 터빈은 바람이 갖고 있는 에너지를 전기로 변화시키기 때문에 풍황 자원이 좋은 장소에 설치될 수밖에 없고, 많은 양의 전기 에너지를 얻기 위해 풍력 터빈의 크기도 점점 대형화되어지고 있다.
풍력 터빈의 특징은? 풍력 터빈(WT,windturbine)은 바람 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기계 시스템이다. 풍력 터빈은 바람이 갖고 있는 에너지를 전기로 변화시키기 때문에 풍황 자원이 좋은 장소에 설치될 수밖에 없고, 많은 양의 전기 에너지를 얻기 위해 풍력 터빈의 크기도 점점 대형화되어지고 있다. 설치 장소 또한 육지에서 해상으로 옮겨가는 추세이다.
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참고문헌 (12)

  1. Jonkman, J., Butterfield, S., Musial, W., and Scott, G., Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development, Technical Report NREL/TP-500-38060, February 2009 

  2. van der Hooft, E.L, Schaak, P., van Engelen, T. G., "Wind Turbine Control Algorithm," ECN-C-03-111, 2003 

  3. van der Hooft, E. and van Engelen, T., "Feedforward control of estimated wind speed," ECN-C-03-137, 2003. 

  4. Wright, A. D., Modern Control Design for flexible Wind Turbines, Technical Report NREL/TP-500-35816, July 2004 

  5. Wright, A.D. and Fingersh, L.J., Advanced Control Design for Wind Turbines Part I: Control Design, Implementation, and Initial Tests, Technical Report NREL/TP-500-42437, March 2008 

  6. Bossanyi, E., Controller for 5MW reference turbine, Project UpWind Report, 11593/BR/04, 2009. 

  7. Bossanyi, E. (2000). The design of closed loop controllers for wind turbines. Wind Energy, No.3, pp. 149-163, ISSN: 1099-1824 

  8. Bossanyi, E. (2009). GH Bladed user manual (version3.81), Garrad Hassan and Partners, 282-BR-010 

  9. Nam, Y., Control of wind turbine, GS intervision, 2009 

  10. Burton, T., Sharpe, D., Jenkins, N., Bossanyi, E., Wind Energy Handbook, John Wiley & Sons, 2nd Edition, 2011 

  11. IEC 61400 1, "Wind turbine generator systems, Part 1: safety requirements, " International Electrotechnical Commission, 1999 

  12. Cho, J.H. and Nam, Y.S. and Kim, H.G. "The effects of gain scheduling, pitch loop bandwidth, and torque schedule change on the performance & mechanical load of MW wind turbine", 2010, Koera energy association conference 

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