Dual-Rotor 풍력 발전 시스템 모델링 및 성능 해석에 관한 연구 = Modeling and Performance Analysis of Dual-Rotor Wind Turbine Generator System

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Wind energy is derived from solar energy. As a result of irregular heating of the earth's surface by the sun, air currents are created which flow between areas of differing temperature. The wind power which these air currents generate can be converted in a rotational motion via a wind turbine. This motion can be harnessed for human energy needs.
In this thesis, steady state and transient response of dual rotor wind turbine generator system is proposed. And performance analysis based on aerodynamic force by rotor blade, system dynamic modeling, generator and pitch control logic. The wind turbine is treated as a collection of rotor blade, high and low speed shaft, generator and gear system. Blade Element-Momentum Theory is used to evaluate the characteristics of dual rotor wind turbine generator system and multi-body dynamics is used to modeling dual rotor wind turbine generator system. Computer program is developed using FORTRAN to implement the proposed modeling method and is used to investigate the system response of dual rotor wind turbine generator system. Closed-Loop type pitch control strategy is established for prevent a generator over running when higher than rated wind speed is applied and for a leveled power output. And its efficiency is tested by non-linear simulation program.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• Abstract = ⅰ
• 목차 = ⅲ
• 그림목차 = ⅵ
• 표 목차 = ⅸ
• 제 1장 서론 = 1
• 제 1절 연구의 배경 및 동향 = 1
• 제 2절 연구의 내용 및 목적 = 3
• 제 2장 시스템 성능 해석 및 시뮬레이션 = 4
• 제 1절 풍력 발전 시스템 개요 = 4
• 제 2절 풍력 발전 시스템 모델링의 필요성 = 6
• 제 3장 다몸체 역학을 이용한 운동 방정식 형성 방법 = 7
• 제 1절 다몸체 시스템 기구학 = 7
• 1. 다몸체 시스템의 정의 및 기호 = 7
• 2. 상대 운동 변수와 절대 운동 변수 = 12
• 제 2절 다몸체 시스템 운동 방정식 = 17
• 1. 다몸체 시스템 구성 단위 몸체의 운동 방정식 = 17
• 2. 다몸체 시스템의 운동 방정식 = 19
• 3. 구성 몸체간 구속식 및 시스템 구속식 = 21
• 4. 속도 변환 행렬을 이용한 시스템 운동 방정식의 변환 = 22
• 5. 직교 행렬을 이용한 시스템 운동 방정식의 변환 = 23
• 제 3절 운동 방정식의 풀이 절차 = 25
• 제 4절 시뮬레이션 프로그램 WINSIM의 작성 = 27
• 제 5절 시뮬레이션 프로그램 WINSIM의 검증 = 29
• 제 4장 Dual-Rotor 풍력 시스템 모델링 = 32
• 제 1절 공력 모델링 = 32
• 1. 블레이드 요소-모멘텀 이론 = 32
• 2. 에너지 등가 개념 = 37
• 3. 공력 계산 모듈의 작성 = 41
• 제 2절 Dual-Rotor 풍력 터빈 시스템의 구성 = 42
• 제 3절 Dual-Rotor 풍력 발전 시스템의 구성 = 47
• 제 4절 부하 모델링 = 50
• 제 5절 타워 그림자 효과 모델링 = 52
• 제 6절 대기 밀도 변화 모델링 = 54
• 제 7절 풍황 모델링 = 56
• 1. Gauss 분포함수 = 57
• 2. 풍황 모델링 = 58
• 제 5장 Dual-Rotor 풍력 시스템 성능 해석 = 59
• 제 1절 Dual-Rotor 풍력 터빈 시스템 정상 상태 성능 해석 = 59
• 제 2절 Dual-Rotor 풍력 발전 시스템 과도 응답 성능 해석 = 64
• 1. Gear Ratio 설계 = 64
• 2. 무부하 운전 = 66
• 3. 부하 운전 = 67
• 4. 타워 그림자 효과 = 69
• 5. 대기 밀도 변화 = 71
• 제 6장 피치 제어 = 76
• 제 1절 피치 제어의 필요성 = 76
• 제 2절 피치 제어의 기본 전략 = 78
• 제 3절 시뮬레이션 예제 = 81
• 1. 주 로터 피치각 적용 = 81
• 2. 보조 로터 피치각 적용 = 81
• 제 7장 결론 = 86
• 참고 자료 = 88
• WINSIM_BEM Source Code List = 88
• 보퍼트의 풍력 계급 = 98
• 참고 문헌 = 99