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NREL 5MW 풍력터빈 제어용 저주파 통과 필터와 드라이브 트레인 댐퍼의 효과 고찰
임채욱 ( Chae-wook Lim ) 한국산업융합학회 2021 한국산업융합학회 논문집 Vol.24 No.4
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.
임채욱(Chae-Wook Lim),조준철(Jun-Chul Jo) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.5
Pitch control of wind turbines is very important above rated wind speed. The main objective of pitch control is to limit the generated power at the rated value. In this paper, PI controller is designed and applied to adjust pitch angle for a 2.75 ㎿ wind turbine. Simulation results for the wind turbine of an one-mass model applying PI controller are presented and compared according to gains of pitch controller
임채욱(Chae Wook Lim) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7
MW급 풍력터빈의 출력 응답의 확인 및 검증을 위하여 피치 제어기뿐만 아니라 피치 구동기의 동특성을 고려하여 수치실험을 수행하는 것이 필요하다. MW급 풍력터빈에 사용되는 피치 구동기는 전기식과 유압식 두 종류가 있고, 실제 피치 구동기에서 피치각을 조절할 때 시간지연이 존재한다. 이 시간지연에는 피치 구동기 자체의 시간지연과 피치 베어링에서 쿨롱마찰에 의해 발생하는 시간지연 등이 있다. 쿨롱마찰에 의한 시간지연의 경우 전기식 피치 구동기는 최대 100 ms 정도이고 유압식 피치 구동기는 최대 150 ms 정도이다. 쿨롱마찰에 의해 발생하는 시간지연을 고려한 피치 구동기의 대역폭이 MW급 풍력터빈의 출력응답에 미치는 영향을 수치실험을 통하여 정량적으로 확인하였다. 2MW급 풍력터빈을 대상으로 수치실험을 수행하였는데, 2 MW급 풍력터빈의 출력응답 확인을 위해 1-질량 모델을 고려하였다. 평균풍속은 16 m/s이고 난류강도는 17.6%인 난류풍속에 대한 수치실험 결과를 분석하였다. 피치 구동기의 쿨롱마찰에 의한 시간지연이 출력의 평균과 표준편차 그리고 로터속도의 평균에 미치는 영향은 매우 적으나, 로터속도의 표준편차와 과속에는 약간의 영향을 미침을 확인할 수 있었다. 시간지연이 있으면 피치 구동기의 응답은 더 느려지기 때문에 피치 구동기의 대역폭은 더 크게 사용해야 한다. 쿨롱마찰에 의한 로터속도의 표준편차와 과속의 영향을 최소화할 수 있는 피치 구동기의 대역폭을 확인하였다.
난류풍속에 대한 ㎿급 풍력터빈의 토크제어 방법에 따른 응답 특성 비교
임채욱(Chae Wook Lim),서강윤(Kang Yoon Seo) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.12
풍력터빈의 토크제어는 정격풍속 이하에서 매우 중요하다. 토크제어의 주된 목적은 바람이 가진 공기역학적 파워로부터 최대의 파워를 얻도록 하는 것이다. 풍력터빈의 토크제어 방법은 토크모드 제어와 속도모드 제어로 크게 두 경우로 구분된다. 토크모드 제어는 풍력터빈에서 잘 알려지고 전통적으로 사용되는 방법으로 발전기 회전속도의 제곱에 비례하도록 발전기의 토크크기를 발생시킨다. 속도모드 제어에서는 발전기의 토크크기를 발생하기 위하여 PI 제어기를 사용한다. 본 논문에서는 실제 풍속이 난류인 점을 고려하여 2.75 ㎿ 풍력터빈을 대상으로 두 토크제어 방법을 적용한 수치실험 결과를 제시하고 응답특성을 비교한다. Torque control of wind turbines is important when the wind speed is below the rated speed. The main objective of torque control is to extract the maximum power from the potential aerodynamic power of the wind. Torque control methods for wind turbines are classified as torque-mode control and speed-mode control. In torque-mode control, which is well known and traditionally used in many wind turbines, the torque demand of the generator is proportional to the square of the generator speed. In speed-mode control, a PI controller is used to generate the appropriate torque demand of the generator. In this study, the two torque control methods mentioned above are applied to a 2.75-㎿ wind turbine; simulation results for real turbulence wind speeds are presented, and the response properties are compared.