[논문]NREL 5MW 풍력터빈 제어용 저주파 통과 필터와 드라이브 트레인 댐퍼의 효과 고찰

임채욱

doi:10.21289/ksic.2021.24.4.443

NREL 5MW 풍력터빈 제어용 저주파 통과 필터와 드라이브 트레인 댐퍼의 효과 고찰
A Study on the Effect of Low Pass Filter and Drive Train Damper for the NREL 5MW Wind Turbine Control 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.24 no.4/2, 2021년, pp.443 - 451

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It is essential to examine and analyze the power output and load responses together using real-world turbulent wind speeds. In this paper, the power controller and the drive train damper are simultaneously considered using the NREL 5MW wind turbine model, and the damage equivalent load(DEL) of the low speed shaft torque and power output responses according to the natural frequency of the second order low pass filter are simultaneously investigated. Numerical testing is carried out above rated wind speed using commercially available Bladed software. From the viewpoints of DEL reduction of the drive train shaft torque and power output responses, it is shown that the natural frequency of the low pass filter is appropriately about 6 to 10rad/s. And the reduction ratio of the DEL of the low-speed shaft torque decreases as the wind speed becomes higher, and it is confirmed that the reduction ratio is limited to about 20% at high wind speeds.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1 MW wind turbine and its main components
표 Table 1. Parameters of the NREL 5MW wind turbine
그림 Fig. 2 Frequency responses for the drive-train damper
그림 Fig. 3 DEL of low speed shaft torque
그림 Fig. 4 Mean generator torque
그림 Fig. 5 Mean generator speed
그림 Fig. 6 Mean power
그림 Fig. 7 Mean pitch angle
그림 Fig. 8 Overpower of generator
그림 Fig. 9 Overspeed of rotor
그림 Fig. 10 DEL and reduction ratio of low speed shaft torque at 12m/s
그림 Fig. 11 Time responses of low speed shaft torque at 12m/s
그림 Fig. 12 DEL and reduction ratio of low speed shaft torque at 12∼25m/s

AI 본문요약
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제안 방법

다음으로 2차 저주파 통과 필터의 고유진동수가 10rad/s이고 드라이브 트레인 댐퍼의 게인 값 이 1,600Nm/(rad/s)인 경우에 대하여 풍속별로 드라이브 트레인 댐퍼의 제어 효과를 확인하였다. Fig.
본 논문에서는 NREL 5MW 풍력터빈을 대상으로 출력 제어기와 드라이브 트레인 댐퍼를 동시에 적용하여, 되먹임 신호인 발전기 회전 속도에 대한 2차의 저주파 통과 필터의 영향과 드라이브 트레인 댐퍼의 축 진동 하중 저감 효과를 확인하 였다.

성능/효과

드라이브 트레인 축의 등가 피로 하중 저감과 출력 응답 관점에서 저주파 통과 필터의 고유 진동수는 6∼10rad/s 정도가 적절함을 확인할 수 있었다. 고유진동수가 5rad/s 이하이면 저속 축 토크의 등가피로 하중, 발전기의 초과파워, 로터의 초과속도가 매우 커질 수 있음으로 적절하지 않음을 확인할 수 있었다. 그리고 고유진동수가 10rad/s 이상이면 모든 풍속에서 저속 축 토크의 등가피로 하중, 발전기의 초과파워, 로터의 초과 속도가 거의 동일함을 확인할 수 있었다.
고유진동수가 5rad/s 이하이면 저속 축 토크의 등가피로 하중, 발전기의 초과파워, 로터의 초과속도가 매우 커질 수 있음으로 적절하지 않음을 확인할 수 있었다. 그리고 고유진동수가 10rad/s 이상이면 모든 풍속에서 저속 축 토크의 등가피로 하중, 발전기의 초과파워, 로터의 초과 속도가 거의 동일함을 확인할 수 있었다.
다음으로 드라이브 트레인 댐퍼의 게인 값은 1,000∼2,000Nm/(rad/s) 정도가 효과적이고 충분함을 확인할 수 있었다
드라이브 트레인 축의 등가 피로 하중 저감과 출력 응답 관점에서 저주파 통과 필터의 고유 진동수는 6∼10rad/s 정도가 적절함을 확인할 수 있었다
다음으로 드라이브 트레인 댐퍼의 게인 값은 1,000∼2,000Nm/(rad/s) 정도가 효과적이고 충분함을 확인할 수 있었다. 저속 축 토크의 등가 피 로 하중은 대체로 고풍속이 될수록 커지는 경향을 보였다. 정격 풍속 이상에서 저속 축 토크의 등가피로 하중의 감소율은 약 20∼60% 정도이었고, 고풍속에서는 감소율이 20% 정도로 한계가 있음을 확인할 수 있었다.
정격 풍속 이상에서 저속 축 토크의 등가피로 하중의 감소율은 약 20∼60% 정도이었고, 고풍속에서는 감소율이 20% 정도로 한계가 있음을 확인할 수 있었다.

참고문헌 (12)

S. H. Lee, "Development of onshore offshore tower elevator with load distribution endless winder and integrated control panel", Journal of the Korean Society of Industry Convergence, vol. 22, no. 6, pp. 711-719, (2019).

원문보기 상세보기
J. Jonkman, S. Butterfield, W. Musial, and G. Scott, "Definition of a 5-MW reference wind turbine for offshore system development", Technical Report NREL/TP -500-38060, (2009).
Y. S. Nam, J. G. Kim, H. S. Choi, and J. H. Cho, "Power control of MW wind turbine", Transactions of the KSME(A), vol. 35, no. 1, pp. 11-15, (2011).
F. J. Tai, K. W. Kang, and J. H. Lee, "Study on the aerodynamics and control characteristics of 5MW wind turbine", New & Renewable Energy, vol. 7, no. 2, pp. 59-69, (2011).

원문보기 상세보기
Y. S. Nam and C. H, Im, "Control system design of NREL 5MW wind turbine", Solar Energy, vol. 32, no. 5, pp. 31-40, (2012).
C. J. Kim, K. S. Kim, Y. A. Song, and I. S. Paek, "Tower load reduction control by pitch loop individual gain scheduling", Journal of Wind Energy, vol. 9, no. 3, pp. 25-32, (2018).

상세보기
W. Han, M. Jeon, and S. Lee, "Aerodynamics and structural dynamics of floating offshore wind turbine under different degrees of freedom", New & Renewable Energy, vol. 15, no. 4, pp. 11-20, (2019).

상세보기
E. A. Bossanyi, "The design of closed loop controllers for wind turbines", Wind Energy, vol. 3, pp. 149-163, (2000).

상세보기
T. Burton, N. Jenkins, D. Sharpe, and E. Bossanyi, "Wind energy handbook (2nd ed.)", Jonh Wiley & Sons, Ltd., (2011).
Y. S. Nam, "Wind turbine system control", GS-Intervision, (2013).
IEC 61400-1 Third Edition, "Wind Turbines - Part 1: Design Requirements", (2005).
Bladed User Manual Version 4.9, (2018).

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