본 연구에서는 다물체 동역학 해석 소프트웨어인 RecurDyn 을 이용하여 풍력 발전기를 쉽게 모델링하고 동적 거동 해석을 수행할 수 있는 기법을 개발하였다. 풍력 발전기는 타워, 너셀, 허브, 그리고 블레이드로 구성되어 있다. 타워와 블레이드는 탄성체로 가정하였고 탄성효과를 고려하기 위하여 탄성체 이론을 이용하여 모델링 하였다. 바람의 속도는 일정하다고 가정하였고 날개 요소 운동량 이론을 이용하여 공력하중을 모델링 하였다. 이를 통해 계산된 공력을 풍력 발전기에 적용시키고 동적 거동 해석을 수행하였다. 해석의 타당성을 검증하기 위하여 풍력 발전 시스템 상용 소프트웨어인 GH-Bladed를 이용한 해석결과와 비교하였다.
본 연구에서는 다물체 동역학 해석 소프트웨어인 RecurDyn 을 이용하여 풍력 발전기를 쉽게 모델링하고 동적 거동 해석을 수행할 수 있는 기법을 개발하였다. 풍력 발전기는 타워, 너셀, 허브, 그리고 블레이드로 구성되어 있다. 타워와 블레이드는 탄성체로 가정하였고 탄성효과를 고려하기 위하여 탄성체 이론을 이용하여 모델링 하였다. 바람의 속도는 일정하다고 가정하였고 날개 요소 운동량 이론을 이용하여 공력하중을 모델링 하였다. 이를 통해 계산된 공력을 풍력 발전기에 적용시키고 동적 거동 해석을 수행하였다. 해석의 타당성을 검증하기 위하여 풍력 발전 시스템 상용 소프트웨어인 GH-Bladed를 이용한 해석결과와 비교하였다.
In this study, a module is developed for modeling and analyzing dynamic behavior of a wind turbine using RecurDyn, which is a commercial multi-body dynamics software developed by FunctionBay, Inc. The wind turbine consists of tower, nacelle, hub and blades. Tower and blades are regarded as flexible ...
In this study, a module is developed for modeling and analyzing dynamic behavior of a wind turbine using RecurDyn, which is a commercial multi-body dynamics software developed by FunctionBay, Inc. The wind turbine consists of tower, nacelle, hub and blades. Tower and blades are regarded as flexible bodies for considering elastic effect using beam theory and spring force. In this paper, a constant speed wind was assumed and aerodynamic force is modeled using BEM theory. Dynamic analysis applying this aerodynamic force is carried out. To verify the validity of analysis results, these results are compared to those of GH-Bladed which is a commercial software for analyzing wind turbine system distributed by Garrad Hassan.
In this study, a module is developed for modeling and analyzing dynamic behavior of a wind turbine using RecurDyn, which is a commercial multi-body dynamics software developed by FunctionBay, Inc. The wind turbine consists of tower, nacelle, hub and blades. Tower and blades are regarded as flexible bodies for considering elastic effect using beam theory and spring force. In this paper, a constant speed wind was assumed and aerodynamic force is modeled using BEM theory. Dynamic analysis applying this aerodynamic force is carried out. To verify the validity of analysis results, these results are compared to those of GH-Bladed which is a commercial software for analyzing wind turbine system distributed by Garrad Hassan.
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문제 정의
본 연구에서는 다물체 동역학 해석 소프트웨어인 RecurDyn을 이용하여 풍력 발전기를 쉽게 모델링하고 동적 거동 해석을 수행할 수 있는 기법을 개발하였다. 오재원(1) 의 연구결과를 통해 새로운 풍력 발전기 모델링 방법이 제안되었으며 이를 기반으로 전체 풍력 발전기 구조물은 모델링하였다.
본 연구에서는 다물체 동역학 해석 소프트웨어인 리커다인을 이용하여 풍력 발전기를 쉽게 모델링하고 동적 거동 해석을 수행할 수 있는 기법을 개발하였다. 검증을 위하여 GH-Bladed를 이용한 해석결과와 비교해 보았다.
제안 방법
너셀은 풍력발전기의 중요 부품들을 포함하고 있고 타워는 시스템을 지탱하는 하부 구조물이다. 그러므로 GH-Bladed v4.2(6)에서 추출한 하중을 뽑아 RecurDyn 모델에 적용하고 너셀과 타워의 가속도를 비교함으로서 구조물 모델링 검증을 수행하였다.
너셀에는 메인 샤프트 축과 기어박스와 같이 동력을 전달하는 부품이 많이 있으므로 안정성에 대한 해석이 필요하다. 그러므로 너셀의 가속도 응답과 변위를 비교 분석하였다.
그리고 증가하는 하중을 방지하기 위하여 공력을 제어해야 한다. 그러므로 본 논문에서는 Fig. 5 와 같이 RecurDyn과 Simulink 의 연동 해석을 이용하여 풍력발전 시스템의 제어를 수행하였다. RecurDyn 모델에서 출력되는 값은 로터의 속도와 가속도이며 Matlab 에서 작성한 공력코드를 거쳐 계산된 힘이 RecurDyn 모델에 입력된다.
4 와 같이 9 개의 요소로 나누었다. 그리고 GH-Bladed 에서 계산된 강성을 적용시켜 요소간을 연결시켜 모델링하였다.
풍력 발전 시스템은 바람을 이용하여 발전하는 것이므로 공력하중 모델링이 반드시 필요하다. 날개 요소 운동량 이론을 이용하여 공력하중을 모델링하였으며 계산한 공력하중을 적용시켜 동적 거동 해석을 수행하였다. 모델링에 관련된 이론적 배경은 2장에 서술하였고, 해석결과를 3장에 기술하였다.
을 사용하여 각 블레이드의 요소에 작용하는 축 방향 힘과 수직방향 힘을 계산하였다. 본 논문에서는 풍속은 12m/s 로 일정한 속도로 설정하였으며 WindShear, 타워의 간섭 효과 그리고 난류의 영향은 포함하지 않았다.
상부 구조물을 지지하는 역할을 하는 타워는 탄성 효과를 고려하기 위하여 Fig. 2 와 같이 10 개의 요소로 나누어 Timoshenko 빔에서 정의되는 강성 행렬을 적용시켜 연결하였다. Timoshenko 빔에서 정의되는 강성행렬은 식 (1)과 같다.
본 연구에서는 다물체 동역학 해석 소프트웨어인 RecurDyn을 이용하여 풍력 발전기를 쉽게 모델링하고 동적 거동 해석을 수행할 수 있는 기법을 개발하였다. 오재원(1) 의 연구결과를 통해 새로운 풍력 발전기 모델링 방법이 제안되었으며 이를 기반으로 전체 풍력 발전기 구조물은 모델링하였다. 풍력 발전 시스템은 바람을 이용하여 발전하는 것이므로 공력하중 모델링이 반드시 필요하다.
대상 데이터
구조물 모델링 검증을 위하여 비교할 대상을 선정하였다. 너셀은 풍력발전기의 중요 부품들을 포함하고 있고 타워는 시스템을 지탱하는 하부 구조물이다.
데이터처리
본 연구에서는 다물체 동역학 해석 소프트웨어인 리커다인을 이용하여 풍력 발전기를 쉽게 모델링하고 동적 거동 해석을 수행할 수 있는 기법을 개발하였다. 검증을 위하여 GH-Bladed를 이용한 해석결과와 비교해 보았다.
이론/모형
공력은 BEM 이론(5)을 사용하여 각 블레이드의 요소에 작용하는 축 방향 힘과 수직방향 힘을 계산하였다. 본 논문에서는 풍속은 12m/s 로 일정한 속도로 설정하였으며 WindShear, 타워의 간섭 효과 그리고 난류의 영향은 포함하지 않았다.
후속연구
본 연구에서 개발한 풍력 발전기 모델링 및 해석 기법을 기초로 향후 파랑하중 또한 모델링하여 해상 풍력 발전기의 동적 거동 해석에 활용 될 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 실험에서는 공력하중을 모델링하여 구한 공력을 어떻게 이용하였는가?
바람의 속도는 일정하다고 가정하였고 날개 요소 운동량 이론을 이용하여 공력하중을 모델링 하였다. 이를 통해 계산된 공력을 풍력 발전기에 적용시키고 동적 거동 해석을 수행하였다. 해석의 타당성을 검증하기 위하여 풍력 발전 시스템 상용 소프트웨어인 GH-Bladed를 이용한 해석결과와 비교하였다.
풍력 발전기를 탄성체 이론을 이용하여 모델링한 이유는 무엇인가?
풍력 발전기는 타워, 너셀, 허브, 그리고 블레이드로 구성되어 있다. 타워와 블레이드는 탄성체로 가정하였고 탄성효과를 고려하기 위하여 탄성체 이론을 이용하여 모델링 하였다. 바람의 속도는 일정하다고 가정하였고 날개 요소 운동량 이론을 이용하여 공력하중을 모델링 하였다.
풍력 발전기는 어떻게 구성되어 있는가?
본 연구에서는 다물체 동역학 해석 소프트웨어인 RecurDyn 을 이용하여 풍력 발전기를 쉽게 모델링하고 동적 거동 해석을 수행할 수 있는 기법을 개발하였다. 풍력 발전기는 타워, 너셀, 허브, 그리고 블레이드로 구성되어 있다. 타워와 블레이드는 탄성체로 가정하였고 탄성효과를 고려하기 위하여 탄성체 이론을 이용하여 모델링 하였다.
참고문헌 (6)
Oh, J., Bae, D., Cho, H., Rim, C. and Song, J., 2012, "Development of Sea Wind Turbine System Structure Analysis Method by Using Multi-Body Dynamics," Conference of KSAE, pp.1120-1123.
Jonkman, J., Butterfield, S., Musial, W. and Scott, S., 2009, "Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development," NREL/TP-500-38060, National Renewable Energy Laboratory.
Park, K.-P., Cha, J.-H., Ku, N., Jo, A. and Lee, K.-Y., 2012, "Structural Analysis of Floating Offshore Wind Turbine Tower based on Flexible Multibody Dynamics," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. A, Vol. 36, No. 12, pp.1489-1495.
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