보고서 정보
주관연구기관 |
기초전력연구원 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2010-03 |
과제시작연도 |
2009 |
주관부처 |
지식경제부 Ministry of Knowledge Economy |
과제관리전문기관 |
한국에너지기술평가원 Korea Energy Technology Evaluation Institute |
등록번호 |
TRKO201300024408 |
과제고유번호 |
1415101336 |
사업명 |
전력산업원천기술개발 |
DB 구축일자 |
2013-09-14
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초록
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Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구개발과제에서는 산업용 전력기기 최적설계시스템 개발을 위하여 기초해석 및 지식기반 설계기술개발을 중심으로 전력용 변압기, 중대형 풍력발전기, 대용량 영구자석형 전동기 등에 대하여 기초해석기술개발, 응용설계기술, 검증기술 개발을 진행하였다.
1. 전력용 변압기
본 연구에서는 송배전 계통에서 중요한 역할을 하는 전력기기 중 하나인 전력용 변압기의 해석기법과 특성화된 설계 시스템 개발이 수행되었다. 연구 내용은 변압 기의 구조, 사양 및 설계 특성 등의 분석이 이루어졌고, C++ 언어로
Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구개발과제에서는 산업용 전력기기 최적설계시스템 개발을 위하여 기초해석 및 지식기반 설계기술개발을 중심으로 전력용 변압기, 중대형 풍력발전기, 대용량 영구자석형 전동기 등에 대하여 기초해석기술개발, 응용설계기술, 검증기술 개발을 진행하였다.
1. 전력용 변압기
본 연구에서는 송배전 계통에서 중요한 역할을 하는 전력기기 중 하나인 전력용 변압기의 해석기법과 특성화된 설계 시스템 개발이 수행되었다. 연구 내용은 변압 기의 구조, 사양 및 설계 특성 등의 분석이 이루어졌고, C++ 언어로 장하분배법을 적용한 전력용 변압기 설계 시스템 개발이 수행되었다. 설계된 시스템을 Windows 운영체제에서 사용이 가능하도록 하는 사용자 기반 설계 시스템이 연구되었다. 또한 설계 전문가의 설계 지식과 know-how를 접목 시킨 지식기반 설계 시스템이 연구되었다. 그리고 설계된 시스템의 검증을 위해 전자계해석과 열유동계 해석 개발이 진행되었다.
개발된 지식기반 설계시스템을 이용해 400kVA 전력용 변압기를 설계 하였고, 유한요소법을 이용한 전자계해석을 하고 열유동계 해석을 하여 그 결과를 비교하였다.
2. 중대형 풍력발전기
본 연구에서는 유지보수가 용이하고, 효율을 높일 수 있는 직접 구동형 풍력발전기 설계 시스템 개발을 수행하였다. 주요 개발내용으로는 통계적 풍속과 손실을 고려한 설계기법 개발, GA(Genetic Algorithm) 기반 확률론적(Stochastic) 최적화 알고리즘 개발, 확률론적 방법과 결정론적 방법을 혼합한 최적설계 알고리즘 개발 연구가 진행되었다. 또한 중대형 풍력발전기 개발사례 적용 검증을 수행하였고, 전력기기용 최적 설계 알고리즘을 적용한 맞춤형 지식기반 설계시스템 개발이 진행되었다.
풍력발전기의 설계 자동화 프로그램과 혼합형 알고리즘(GA+MADS) 적용한 최적설계 시스템 개발이 진행되었다. 또한 전문가의 설계 지식을 접목시킨 지식 기반설계 시스템과 사용자가 편리하게 간편하게 설계할 수 있는 사용자 기반 설계 시스템이 연구 되었다. 500kW급 직구동형 영구자석 동기발전기(SPMSG) 를 개발된 시스템에 적용해 설계해 보았고, 그 결과를 비교하였다.
3. 대용량 영구자석형 전동기
본 연구에서는 5MW급 영구자석 전동기 설계 및 해석에 관한 연구를 진행하였다. 설계는 기본적으로 자기회로법과 장하분배법을 이용하였으며, 전동기의 주요 치수는 영구자석 전동기의 기본 설계 이론인 출력 방정식을 이용하여 계산하였다.
먼저 선진국에서 진행되고 있는 연구 동향 및 설계 모델의 주요 사양을 조사하였고, 본 연구에서 설계할 전동기와 유사한 모델을 선정, 설계 사양을 결정 진행되었다. 선정된 모델은 Jeumont사의 6MW급 영구자석형 전동기와 Siemens사의 5MW급 영구자석형 전동기이다.
영구자석 전동기 최적설계를 위해 설계이론과 설계특성이론을 정리하였고, 이를 이용한 사용자 편의의 지식기반 최적설계 프로그램 및 설계 시스템 개발이 진행되었다. 개발한 설계 프로그램을 이용하여 5MW급 영구자석형 전동기를 설계하고 이를 전자기 유한요소법과 기타 전기기기 수치해석법을 적용하여 설계 모델의 특성을 해석하여 설계프로그램의 타당성을 검증하였다.
Abstract
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Recently, huge interest on large powered electric machines(power transformers, wind generators, and permanent magnetic motors) are growing according to the emerging utilization of large powered electric equipment, apparatus, facilities for increasing alternative energy application. These electric ma
Recently, huge interest on large powered electric machines(power transformers, wind generators, and permanent magnetic motors) are growing according to the emerging utilization of large powered electric equipment, apparatus, facilities for increasing alternative energy application. These electric machinery are the key elements for the national power industry infrastructure, and required to meet various design specifications. But, the in-house design technology and development process is not established yet, mainly due to the short design experience and knowledge which should be adaptively well-specified for the various design specifications of the high powered power apparatus and electric machines. Accordingly, optimal design process and systematization matched into the every application of industrial power apparatus and electric machines are favorably needed to meet the diversification of design environments actively.
Moreover, knowledge based optimal design technology is recommended to reflect the special design uniqueness for high power electric application.
Thereupon, this research covers the development of the fundamental analysis technology, the applied design technology, and the proving technology on the real industry field for power transformer(400kVA), permanent magnet wind generator(500kW), and permanent magnet synchronous motor(5MW), mainly emphasizing on the building up the foundation technology for the high powered electric apparatus and electric machinery.
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 요 약 문 ... 3
- SUMMARY ... 9
- CONTENTS ... 11
- 목 차 ... 12
- 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 13
- 1 절. 연구개발의 목적 ... 13
- 2 절. 연구개발의 필요성 ... 13
- 3 절. 연구개발의 범위 ... 15
- 제 2 장 국내ㆍ외 기술개발 현황 ... 16
- 1 절. 국외 기술현황 ... 16
- 2 절. 국내 기술현황 ... 16
- 3 절. 국내・외 특허현황 ... 18
- 4 절. 국내・외 기술수준 ... 18
- 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 20
- 1 절. 400kVA급 전력용 변압기 지식기반 설계시스템 구축 ... 20
- 1. 서론 ... 20
- 2. 전력용 변압기의 개요 ... 21
- 3. 전력용 변압기의 전자계해석 ... 39
- 4. 전력용 변압기의 열계 해석 ... 55
- 5. 장하분배법에 의한 전력용 변압기 설계 ... 58
- 6. 결과 및 검증 ... 72
- 2 절. 400kW급 중대형 풍력발전기 지식기반 설계시스템 구축 ... 86
- 1. 전력기기 해석기법 및 설계 알고리즘 체계화 ... 86
- 2. 중대형 풍력발전기 맞춤형 지식기반 설계시스템 개발 ... 120
- 3. 산업용 전력기기 지식기반 최적설계시스템 구축 ... 145
- 3 절. 5MW급 영구자석형 전동기 최적설계시스템 개발 ... 173
- 1. 서론 ... 173
- 2. 선진 연구 동향 및 사양 ... 175
- 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 212
- 1 절. 목표달성도 ... 212
- 2 절. 관련분야 기여도 ... 216
- 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 218
- 1. 기술적 측면 ... 218
- 2. 산업・경제적 측면 ... 218
- 3. 정책적 측면 ... 218
- 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 220
- 제 7 장 참고문헌 ... 229
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