• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.1052-1053
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• 2015

풍력발전기의 대용량화와 전력변환장치를 이용한 출력 안정화로 인하여 그리드 코드에서는 상정 사고 시 풍력발전기를 탈락시키지 않고 전압제어에 참여하도록 요구하고 있다. 풍력발전단지의 전압제어참여는 크게 단지 레벨과 발전기 레벨로 나누어지며, 개별풍력발전기가 단지 급 제어기로부터 무효전력 지령신호를 받아 필요량을 출력하는 구조이다. 따라서 풍력발전단지와 기존발전기 및 FACTS 설비와의 협조제어 알고리즘 연구에 앞서 개별풍력발전기의 전압제어특성에 대한 선행연구가 필요하다. 풍력발전기는 상정사고 시 전압강하가 크게 발생하는 경우 전압제어 Slope 특성을 이용하여 무효전력출력량을 산정하여 제어하도록 구성되어있다. 본 논문에서는 서로 다른 무효전력 출력 전압제어 Slope를 갖는 영구 자석형 풍력발전기의 출력특성에 대하여 모의하였으며, 해외 독일 Grid Code인 E.ON 및 SDLWindV에서 제안하는 전압데드밴드 변경 및 K_slope 변경을 통해 풍력발전기가 전압제어에 효과적으로 참여하여 전압강하가 개선됨을 증명하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2015년도 제46회 하계학술대회
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• pp.922-923
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• 2015

풍력발전기는 2000년대 초반에 발전기 회전자 직경이 80m에 이르는 2MW급 풍력발전기들이 여러 회사에서 개발되면서 경제성 및 신뢰성도 향상되어 비약적인 발전을 이루게 되었다. 풍력발전시장의 신규발주와 설치장소가 한계점에 이르게 됨으로써 경제성이 뛰어난 대형 풍력발전기의 필요성이 대두되고 있다. 이와 같이 풍력발전기의 대형화 추세는 대형화를 통해 에너지 효율의 증대뿐만 아니라 단위 용량 당 건설비 및 설비비 절감이 가능하기 때문에 풍력발전기 대형화를 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 하지만 현재 풍력발전기에 사용되는 기계적 기어박스는 윤활유 주입 및 보수 점검의 문제점이나 소음, 진동, 마찰에 의한 열 발생 등의 문제점들을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 기계적 기어박스를 마그네틱 기어를 이용하여 구성하고자 한다. 따라서 본 논문에서는 마그네틱 기어를 이용하여 10MW급 풍력발전기의 기어박스를 설계하고 그 가능성을 검토하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.183.1-183.1
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• 2010

본 논문에서는 풍력발전기의 회전속도센서의 고장 발생 시 고장을 검출하고 회전속도센서의 사용 없이 Sensorless 제어로의 전환에 관한 연구를 기술하였다. 최근 풍력발전은 급속한 성장함에 따라 풍력발전기의 대형화 및 해상풍력화 추세에 있다. 특히 해상풍력발전은 바람 및 설치장소의 제약에서 벗어나는 이점에 반해 염해, 습도 및 파도에 의한 진동 발생으로 센서의 고장 발생률이 높을 것으로 예상된다. 이에 따라 풍력발전기의 회전속도센서 고장 발생 시 이를 검출하는 방법을 제시하였다. 또한 회전속도센서의 고장이 검출되면 회전속도센서를 이용한 풍력발전기 제어방식에서 Sensorless 제어로의 전환을 통해 안전하게 풍력발전기를 운전할 수 있도록 하였다. 연구된 제어기법은 PSIM을 이용한 시물레이션을 통해 결과를 검증하였다.

• 한국콘텐츠학회:학술대회논문집
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• 한국콘텐츠학회 2010년도 춘계 종합학술대회 논문집
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• pp.554-556
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• 2010

풍력발전기의 수요가 유럽에서 북미, 아시아로 확대되고 있으며, 육상 풍력발전에 비해 대형 발전기 설치에 공간적 제약이 없는 해상 풍력발전이 선진국들에 의해 채택되고 있고 발전기의 대형화(Repowering)를 통한 에너지효율 증대, 단위 용량당 건설비 감소 등의 유리한 점 때문에 풍력발전기가 대형화되는 추세이다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2010년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.235-235
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• 2010

풍력발전기의 공기역학적 비선형성은 풍력발전기 전체 시스템의 동적특성에 영향을 미친다. 풍력발전기의 드라이버-트레인의 감쇠가 매우 작으므로 풍력발전기를 제어함에 있어 드라이버-트레인의 동적특성은 중요하게 고려되어야 한다. 본 논문에서는 풍속에 따른 공기역학적 비선형성이 드라이버-트레인의 동적특성에 미치는 영향을 해석적으로 살펴보고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.182.2-182.2
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• 2010

설계단계의 풍력발전시스템 하중계산은 20년이 넘는 시스템 수명과 효율을 결정하는 중요한 부분이다. 일반적인 규정서 기반의 설계하중 계산은 실제 풍황 조건인 발전기 상호 간섭, 설치 지형의 특성 등을 상세히 묘사하기 어렵다. 풍력발전기 설계 단계에서 검토된 평균풍속 또는 난류강도 등이 규정(IEC, GL 등)을 만족한다 하더라도 설계값과 실제값은 서로 다른 결과를 나타낼 수 있다. 본 연구에서는 기 설계된 풍력발전기가 최적 효율을 낼 수 있는 풍력단지의 풍황 특성(평균풍속과 난류강도 등)의 범위를 보다 정확하게 제시하여 설치되는 풍력발전기의 수명과 효율을 높이는 방법을 연구하였다. 이를 위하여 당사의 2MW급 IEC Class II-A로 설계된 직접 구동형 풍력발전기에 대해, 다양한 평균 풍속(7m/s~10m/s)과 난류강도(14%~20%)를 고려한 하중 계산을 수행하였다. 하중 분석을 통해 실제 풍황 조건에 따른 극한하중 산출 및 피로수명의 민감도를 검토하여 풍력발전기 운용의 풍속과 난류강도의 최적범위 제시하여 발전단지 설계에 활용할 수 있도록 하였다.

• 기계와재료
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• 제23권3호
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• pp.182-189
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• 2011

전 세계적으로 대체에너지 개발이 활발해지면서 국내에서도 풍력발전에 대한 관심이 높아지고 있다. 풍력발전을 신재생에너지 중에서 가장 상업화에 앞서 있으며 급속한 시장 확대와 산업의 발전을 가져온 분야이다. 1990년대에 개발되어 설치 운용되고 있는 약 20만대의 0.5 MW ~ 3 MW급 중대형 풍력발전기가 세계 여러 곳에서 상업발전을 하고 있으며, 국내에서는 제주도 행원풍력발전단지에 1998년부터 2003년 4월까지 총 15기(약 203억 원 투입)의 풍력 발전기가 도입되어 세워져 있으며, 1998년 8월에 600kW 풍력발전기 1 2호기의 상업운전을 최초로 시작하였다. 최근 풍력발전기의 설치 환경이 육상에서 해상으로 변하면서 5MW급 초대형 풍력발전기의 상용화가 시도되고 있으며 수요 또한 급증하고 있다. 본고에서는 전량 수입에 의존하고 있는 풍력발전기의 핵심 부품인 Yaw system(yaw bearing & drive)의 국내외 시장 동향과 초대형 요 베어링 및 고 강성 유성기어 감속기의 특성을 분석하였으며, 특히 전략적 국산화 개발필요성을 강조하였다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.83-83
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• 2015

현재 인류가 직면한 에너지 부문의 큰 난제는 화석연료의 한정된 매장이기도 하지만 그 사용에 따른 환경오염으로 인한 피해들이 더 큰 문제로 대두되고 있다. 그중 지구 온난화의 영향으로 최근 세계에 국지적인 홍수, 가뭄, 태풍등의 기후 불안정으로 피해보는 상황이 가속화 되고 있다. 또한, 북극지방의 해빙으로 해수면 상승이 예상되며 머지않은 시간에 해수면 상승의 직접적인 피해가 인류에게 오리라는 보고가 많이 발표되고 있다. 그런데 우리가 더욱 중요한 것은 지구촌83의 관성이 크기 때문에 지구 온난화 와 해수면 상승이 인류에 큰 피해를 미치기 시작할 때는 이미 돌이킬 수 없는 상황에 진입해버린다는 사실을 간과하고 있는다는 것이다. 그러므로 과학적 분석에 근거하여 피해를 축소하기위한 활동을 실천해야할 시기이다. 특히, 우리나라의 경우 에너지의 97% 이상을 해외에서 수입하고 있으며, 세계에너지 소비 10위, 석유 소비 7위의 열악한 에너지 자원 빈국인 만큼, 중장기적인 관점에서 석유의존도를 개선하고 신재생에너지원을 확보하는 등 대책마련이 시급한 실정이다. 신재생에너지원으로 현재까지 가장 큰 역할을 해왔던 것 중의 하나가 풍력발전기인데, 오늘날 세계 풍력에 의한 발전량은 세계 총 발전량의 2% 미만에 불과하이다. 이러한 풍력 시장에 발맞춰 국내에서도 풍력발전기 개발에 많은 힘을 쏟고 있는데, 2002년부터 750 kW급 풍력발전기가 처음 개발되기 시작하였고, 이후 2 MW급 풍력발전기와 3 MW급 풍력발전기가 개발되었으며, 최근에는 5 MW와 7.5 MW급등 초대형 풍력발전기가 대기업 중심으로 개발 진행되고 있었으나, 2008년 세계 금융위기 이후 세계 경기침체의 영향으로 국내 풍력산업도 적지않은 영향으로 구조조정되어 기존 7~8개 풍력발전기 제조사들이 3개사 이하로 축소되고 있다. 이에 정부 및 전라남도는 해상풍력산업을 침체기를 겪는 조선산업의 대체산업으로 육성하기위해, 정부 주도로 부안 앞바다에 2.5 GW 해상풍력발전단지개발을 준비 중에 있으며, 전라남도는 전남 서해안에 4 GW 해상풍력발전단지 개발을 서두드고 있다. 특히, 전라남도는 국내에서 가장 많은 풍력에너지 포텐셜을 가지고 있으며, 바람의 질 또한 우수하여 이를 지역산업 활성화의 모멘텀으로 가져가기위해 많은 노력을 기울이고 있다. 그 일례로 영광군 백수읍 하사리 바닷가 $4,342m^2$ 부지에 "풍력테스트베드"를 개발하여 국내 풍력발전기 제조사들이 활용하도록 도움을 주고 있다. 종래의 테스트베드는 해외지역을 이용하였는데, 이는 국내에서 개발된 풍력발전기들이 국제인증을 받기위해 바람의 질이 좋은 해외 테스트베드에 설치되어 평가받았으며 고가의 비용이 소모되었다. 제주도에 테스트베드 장소가 있긴 하지만 수용 규모가 작아 풍력발전기 제조사들이 대기할 수 없어 해외로 나가는 실정에 전라남도의 내륙 테스트베드를 개발함으로서 풍력발전기 제조사들에게 큰 도움을 주고 있다. 본 보고에서는 국가 해상풍력 산업발전의 단계별 전략과 전라남도의 해상풍력산업의 방향 그리고 풍력테스트베드의 현황을 소개하고자 한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2005년도 제36회 하계학술대회 논문집 B
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• pp.1731-1732
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• 2005

본 논문은 풍력발전기 안정된 출력발전을 위하여 풍력 동기발전기 여자기 설계에 중점을 두었다. 풍력발전기 최대 발전을 얻기 위해 동기발전기 속도제어와 여자제어가 필요하다. 속도제어에서 AC/DC 정류기는 전력 다이오드로 구성하고 DC/AC 인버터는 IGBT로 구성하였다. 여자제어 구성은 AC/DC는 전력 다이오드로 구성하고 DC단은 DC/DC 부스트로 구성하였다. 또한, 동기발전기 여자 제어기 제어신호에 동기발전기 출력 AC/DC의 전력과 동기발전기 속도로 적절하게 조절함으로서 안정되고 최대 출력이 되도록 하였다. 또한, 제안된 제어기가 우수한 성능을 보임을 시뮬레이션으로 증명하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.64.2-64.2
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• 2011

해상용(offshore) 부이(bouy)는 선박의 항로를 지시하거나 암초, 침몰선 등 항해상의 위험물을 알리기 위해 사용 되며, 야간을 위해 등화장치를 설치한 것을 등부표라 한다. 등부표는 야간 점등을 위해 자체 전력 생산시스템을 갖추고 있으나, 기존의 태양광을 이용한 전력 시스템은 해상 환경에 따른 제약이 많아 안정적인 운영이 어려우므로 풍력 발전기(wind turbine)를 이용한 하이브리드 전력 생산시스템으로의 전환이 필요한 실정이다. 선행 연구는 수직축(vertical axis) 양력(lift) 및 항력(drag) 조합형 해상용 풍력발전기 개발에 대하여 수행하였으나, 본 논문에서는 풍력발전기의 효율 증대를 위해 날개 길이 및 후면부 절개 비율에 따른 수직축 풍력발전기 특성에 대하여 연구하였다. 풍력발전기의 설치조건은 선행연구와 동일하게 등명구 교체 작업을 원활하게 하기 위하여 설치 공간을 $1m{\times}1m$로 제한하였으며, 등부표의 구조를 고려하여 최상단에 지지 프레임을 별도로 구성 하였다. 풍력발전기의 블레이드는 0.6mm의 알루미늄 박판을 절곡하여 NACA 4418의 외형을 가지도록 제작하였고, 블레이드 설계 시 에어포일의 후면부를 절개하여 양력과 항력을 효과적으로 이용하며 저속과 고속에서 높은 효율을 가지도록 설계하였다. 또한 블레이드 날개 길이와 후면부 절개 비율에 따른 풍력발전기 특성을 실험을 통해 비교하여 기준 해상 풍속에서 블레이드 설계 최적화를 수행하였으며 비교 모델 대비 약32% 발전량이 증가한 설계변수 조합을 구하였다.