• 대한기계학회논문집A
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• 제38권5호
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• pp.575-584
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• 2014

본 연구에서는 NREL 5MW 풍력발전기 타워 설계 모델을 다물체 동역학과 신뢰성 기반 최적 설계를 이용하여 최적화하는 연구를 수행하였다. 타워 모델은 티모센코 빔 이론을 이용하여 얻은 동특성을 내포한 링크와 조인트로 이루어진 수학적 모델로 표현하였다. 최적화 문제에서는 높이가 일정한 타워에서 두께, 내 외곽 지름이 변할 때 나타나는 민감도 변화를 비교하여 결과를 도출하였으며, 비교 기준으로 굽힘 응력과 좌굴 안정성을 사용하였다. 일계 이차 모멘트법을 이용한 최적화 알고리즘에서 얻은 최종 모델은 유한요소법을 이용한 정하중 해석에서 최대 응력 분포를 이용한 안전성을 고려를 통해 유효성을 검증하였다. 본 연구 방법을 통해 동역학적 모델과 유한요소 모델간의 연계성을 확인하고, 낮은 타워 설치 비용으로 더 강건한 시스템을 구축할 수 있는 설계 방향을 제시하였다.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제19권2호
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• pp.124-130
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• 2005

본 논문에서는 Psim프로그램을 이용하여 가변속 풍력터빈 시스템의 시뮬레이션 모델링과 해석을 수행하였다. 시뮬레이션에서는 제주 행원 풍력발전 단지에 설치되어 운영되고 있는 Vestas V47 660[kW] 시스템을 모델로 하여, 바람 모델, 블레이드 모델, 피치 제어모델과 계통선에 연계된 발전기를 모델링 하였다. 풍속의 변화에 따라 원하는 출력을 얻을 수 있도록 피치각 제어를 수행하여 정격풍속 이하에서는 최대 출력이 발생하도록 하고, 정격풍속 이상에서는 회전자 속도를 일정하게 운전하여 정격출력을 유지할 수 있도록 제어하였다. 제안한 해석방법의 타당성을 검증하기 위하여 풍속변화에 따른 모델 시스템의 실측출력 데이터와 시뮬레이션 결과 값을 서로 비교 검증하였으며, 이 결과 서로 잘 일치함을 알 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권3호
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• pp.173-180
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• 2017

정격풍속 이하에서 풍력발전기의 토크 제어기는 최대 출력 파워를 얻기 위하여 중요하다. 토크 제어의 주된 목적은 바람이 가진 에너지로부터 최대의 출력 파워를 얻도록 하는 것이다. 이를 위하여 최적모드게인을 이용하여 발전기 속도의 제곱에 비례하도록 발전기의 토크 크기를 조절하는 방법이 많이 적용되었다. 그러나 이 제어 방법은 풍력발전기가 수 MW급으로 대형화될수록 응답이 느려진다. 본 논문에서는 토크 제어기의 응답을 빠르게 하기 위하여 공력 토크의 로터 속도 비선형 파라미터를 제어 게인으로 이용하여 추가적인 토크 크기를 조절하는 방법을 고려하였다. 로터 속도 비선형 파라미터의 계산 시에 온라인 경우와 오프라인 경우를 각각 살펴보았다. 2MW 풍력발전기에 대하여 실제 난류 풍속에 대하여 수치실험을 수행하여 오프라인 경우가 출력 파워를 더 향상시키고 실용적임을 보인다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.163-170
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• 2011

해상풍력단지 설계과정의 일환으로 실험계획법의 일종인 반응표면분석법을 이용하여 풍력터빈의 최적 배치조건을 연구하였다. 총 36기 터빈을 해상에 설치한다는 가정 하에 터빈들의 행렬조합, 행간 및 열간거리를 반응표면 분석시의 설계변수로 사용하였으며, 터빈 후류손실에 의해 저하되는 발전효율과 내부 전력선 공사비를 목적함수로 고려하였다. 이러한 설계변수와 목적함수간의 관계를 이용한 반응 최적화 분석을 통해 목표 설계조건을 도출하였으며, 해상풍력단지의 경제성을 확보하기 위한 풍력터빈의 배치조건은 "설계범위에서 행수 및 행간거리를 최소화하고, 최적 열간거리를 산정하여 적용해야 한다"는 결과를 얻을 수 있었다.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제18권6호
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• pp.350-358
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• 2017

Recently, owing to increased interest in low-carbon energy supplies, renewable energy sources such as photovoltaics and wind turbines in distribution networks have received considerable attention for generating clean and unlimited energy. The presence of energy storage systems (ESSs) in the promising field of active distribution networks (ADNs) would have direct impact on power system problems such as encountered in probabilistic distributed generation (DG) model studies. Hence, the optimal procedure is offered herein, in which the simultaneous placement of an ESS, photovoltaic-based DG, and wind turbine-based DG in an ADN is taken into account. The main goal of this paper is to maximize the net present value of the loss reduction benefit by considering the price of electricity for each load state. The proposed framework consists of a scenario tree method for covering the existing uncertainties in the distribution network's load demand as well as DG. The collected results verify the considerable effect of concurrent installation of probabilistic DG models and an ESS in defining the optimum site of DG and the ESS and they demonstrate that the optimum operation of an ESS in the ADN is consequently related to the highest value of the loss reduction benefit in long-term planning as well. The results obtained are encouraging.

• 비파괴검사학회지
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• 제35권3호
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• pp.179-184
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• 2015

본 연구에서는 풍력 블레이드의 피로손상으로 발생하는 음향방출신호의 특성을 살펴보기 위하여 길이 48 m의 풍력 블레이드 flap fatigue test를 100만 회까지 실시하였다. 60만 회까지는 hit수와 total energy가 꾸준히 증가하는 것으로 보아 블레이드의 손상이 지속되는 것으로 보이며, 주 손상기구는 rise time의 분석결과 기지균열의 생성과 성장으로 판단되었다. 또한 채널별 신호 분석을 통해 가장 손상을 많이 받은 부위가 체결부 20 m 지점의 skin과 spar의 접합 부위로 추정하였고 실제 손상 부위는 육안검사를 통해서도 확인되었다. Event source location 결과는 각 채널의 total energy 변화와 관련이 있었으며, 이러한 결과가 반영됨으로써 풍력 블레이드의 최적 설계에 유용할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.693-702
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• 2015

본 논문은 NACA 익형의 블레이드를 가지는 다리우스 수직축 풍력발전기(VAWT)의 성능특성에 대한 연구이다. 다양한 설계변수를 이용한 다리우스 VAWT 의 최적 형상을 예측하기 위해서 블레이드 근처에서 나타나는 공력특성 및 박리유동, 유동과 블레이드 간의 상호작용, 이로 인해 유도되는 토크 및 출력특성 등을 분석하였다. 블레이드의 최적 형상 설계 및 주변 유동과의 상호작용 특성을 보기 위하여 다양한 인자들 (즉, 코드길이, 로터직경, 피치각, 블레이드의 두께비 및 비틀림각 등)을 고려하였다. 본 연구에서 연구결과로는 TSR 가 낮은 영역에서는 솔리디티가 큰 로터가 높은 출력계수를 가지는 반면, TSR 이 높은 영역에서는 솔리디티가 작은 로터가 높은 출력계수를 가진다. 블레이드의 익형이 안쪽으로 향하는 피치각은 $-2^{\circ}$와 비틀림각이 $0^{\circ}$ 일 때, 다리우스형 VAWT 가 최대 출력을 발생하였다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제30권4호
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• pp.9-14
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• 2010

The main cause of global warming is carbon dioxide generated from the use of fossil fuels, and active research on the reduction of carbon is in progress to slow down the increasing global warming. Wind turbines generate electricity from kinetic energy of wind and are considered as representative for an energy source that helps to reduce carbon emission. Since the kinetic energy of wind is proportional to the cube of the wind speed, the intensity of wind affects wind farm construction validity the most. Therefore, to organize a wind farm, validity analysis should be conducted first through measurement of the wind resources. To facilitate the approval and permission and reduce installation cost, measuring sensors should be installed at locations below the actual wind turbine hub. Wind conditions change in shape with air density, and air density is most affected by the variable sterrain and surface type. So the magnitude of wind speed depends on the ground altitude. If wind conditions are measured at a location below the wind turbine hub, the wind speed has to be extrapolated to the hub height. This correction of wind speed according to height is done with the Deacon equation used in the statistical analysis of previously observed data. In this study, the optimal Deacon equation parameter was obtained through the analysis of the correction of the wind speed error with the Deacon equation based on the characteristics of terrain.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제19권8호
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• pp.150-157
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• 2005

본 논문에서는 이중여자 유도발전기의 회전자에 back to back 컨버터가 채용된 가변속 풍력터빈 시스템의 모델링과 해석을 나타내었다. 제어시스템의 특성을 파악하기 위해서 시뮬레이션에서는 Psim 프로그램을 사용하여 660[kW] 의 출력정격을 갖는 시스템을 모델로 하였다. 모델링에서는 블레이드 제어 시스템 모델과 회전자와 계통선에 연결된 컨버터 시스템을 모델링 하였다. 풍속의 변화에 따라 원하는 출력을 얻을 수 있도록 피치각을 제어하여 정격풍속 이하에서도 최대출력이 발생하도록 하였고, 정격풍속 이상에서는 회전자 속도를 일정하게 하여 정격출력을 유지할 수 있도록 하였다. 또한 무효전력을 제어하여 출력의 역률을 제어하였다. 제안한 해석방법의 타당성을 검증하기 위하여 풍속변화에 따른 모델 시스템의 시뮬레이션 결과 값들과 제주행원 풍력발전 단지에서 운용되고 있는 V47 660[kW] 시스템의 실측 결과들과 서로 비교 검증하여 제안한 해석 방법의 타당성을 입증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권2호
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• pp.202-209
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• 2008

풍력발전시스템의 실제 운용을 위해서는 성능 예측, 피치 제어, 운용 기법 최적화 등에 관한 연구가 필요하다. 최근에는 새로운 형태의 이중 로터 풍력발전시스템이 개발되어 시험 운전 중에 있다. 이 풍력발전시스템의 특징은 upwind와 downwind 형태의 두개의 로터 시스템이 수평으로 결합되어 있으며, 발전기는 타워 안쪽에 수직으로 설치되어 있다는 점이다. 본 논문에서는 이러한 새로운 형식의 풍력발전시스템의 성능 예측 및 제어 시스템 실험을 위한 시뮬레이션 소프트웨어를 소개하고자 한다. 특히 이 소프트웨어는 FORTRAN과 Matlab/Simulink를 이용하여 계산의 신속성 및 사용자 편의 제공을 고려하여 개발되었다.