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소형 풍력발전기의 과풍속 영역 제어 방법 원문보기

설비저널 = The magazine of the Society of Air-conditioning and Refrigerating Engineers of Korea, v.44 no.1, 2015년, pp.40 - 46  

이장호 (군산대학교 기계자동차공학부)

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후속연구

  • 국내에서도 익형주변에서 발생되는 피치모멘트로 작동되고 스프링의 힘으로 복원되는 새로운 형태의 수동형 피치 제어 모듈이 개발되고 있는바, 향후 소형 풍력발전기의 과출력 제어에 중요한 장치로 활용될 전망이다.
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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
풍력발전기의 정격 발전량 어떻게 결정되는가? 풍력발전기의 정격 발전량은 정격 풍속에서 작동하는 정격 회전수와 토크에 의해서 결정된다. 풍속이 증가하면 바람에너지는 풍속의 3승에 비례하여 증가하고 정격 풍속 이상이 되면, 로터나 발전기 보호를 위해 발전량이 더 이상 증가하지 않도록 제어된다(그림 2).
피치제어의 단점은? 그림 3에서 보는 바와 같이 가로축의 받음각을 왼쪽으로 이동시키면 양력 계수가 감소하는 특성을 이용하여 피치 각도를 조정함에 따라 발생되는 회전 토크를 제어할 수 있으며, 받음각을 조절할 수 있기 때문에 정격풍속 이상에서 과출력 제어를 효율적으로 할 수 있어 풍력발전기에서는 필수적으로 채용되고 있는 방식이다. 하지만 피치제어는 실속제어에 비해 장치가 복잡하고 설치비용이 많이 든다는 단점이 있어 소형 풍력시스템에 적용되지 않는 것이 일반적이다.
실속제어의 장점은? 실속 영역에서의 날개는 익형에서 발생되는 양력이 낮아지면(그림 3), 날개 전체의 회전 토크를 감소시키게 됨으로써 회전수 증가를 억제하고, 과출력이 일어나지 않도록 제어할 수 있게 된다. 이 방법은 회전날개 설계 시 고려하면 되는 것으로 별도의 제어장치가 필요하지 않기 때문에 가격이 저렴한 소형 풍력 발전기에 일반적으로 적용된다(일반적으로 100 kW 이하의 풍력발전기를 소형으로 분류되고, 국내 규격에서는 30 kW 이하로 정의되어 있음). 하지만 돌풍의 발생이나 설계 방법의 오류가 발생하는 경우 그림 4와 같이 날개의 파손이나 발전기의 고장 등 시스템에 치명적인 고장의 사유가 될 수 있으며, 난류강도가 높은 영역에서 발생되는 실속지연 현상 때문에 발전시스템이 소손될 수도 있다는 단점이 있다.
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