KR20120109211A - Optimal design method of direct-driven pm wind generator for decreasing pm using rsm - Google Patents

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정상용
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안현모
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Abstract

PURPOSE: An optimal design method of a wind power generator is provided to shorten optimal performance time by using a reaction surface method for applying internet distribution computing. CONSTITUTION: An axis direction length, a height, and a magnetic pole angle are selected as a design variable for a permanent magnet wind generator rotor. Driving efficiency and permanent magnet surface are set up as an object function. The calculated result is selected after interpretation. The selected result is used as an initial model. The selected result is inputted to the entire processing. Final design variable is determined.

Description

반응표면법을 이용한 영구자석형 풍력발전기의 최적설계방법{Optimal Design Method of Direct-driven PM Wind Generator for Decreasing PM using RSM}Optimal Design Method of Direct-driven PM Wind Generator for Decreasing PM using RSM}

본 발명은 반응표면법을 이용한 영구자석형 풍력발전기의 최적설계방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 영구자석형 풍력발전기의 최적화 기법을 적용하여 영구자석의 크기를 줄이기 위해 실험계획법에 기반한 반응표면법을 이용하여 최대 연간 에너지 생산량 및 자석량 최소화를 위한 반응표면법을 이용한 영구자석형 풍력발전기의 최적설계방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an optimal design method of a permanent magnet wind power generator using a response surface method, and more particularly, to a response surface method based on an experimental design method to reduce the size of a permanent magnet by applying an optimization technique of a permanent magnet wind power generator. The optimum design method of permanent magnet wind power generator using the response surface method for minimizing the maximum annual energy production and magnet amount by using.

현대사회에 들어서면서 천연자원이 고갈되고, 가전제품 사용의 증가로 전력사용이 급증하여 대체 에너지 개발이 시급하다. 이러한 현상과 더불어 최근 풍력 발전 시스템이 에너지 생산 비용의 감소와 친환경적인 특성을 장점으로 비약적으로 발전하고 있다. 특히 전력부족현상을 해결하기 위해 MW급 이상의 중대형 풍력 발전기가 각광받고 있으며 실제로 지리적 특성과 풍속을 고려한 맞춤형 발전기가 세계적으로 설치되고 있는 실정이다. 특히 풍력 발전 시스템은 운전방식에 따라 증속기(Gear box)를 갖는 경우와 갖지 않는 경우인 직접 구동(Direct-drive)형으로 구분한다. 증속기를 갖는 풍력발전 시스템의 경우 증속기로 인해 많은 기계적 손실이 발생되며 풍력 발전 시스템의 수명이 단축되는 단점을 지니고 있으므로, 최근 풍력 발전 시스템은 고효율, 고성능 관점에서 직접 구동형이 많이 채택되고 있다. 또한 직접 구동형 풍력 발전 시스템의 발전기는 저속에서 운전되어 상대적으로 높은 토크 밀도를 가져야 하므로 고 토크 밀도와 고 효율의 특성을 가지는 다극 영구자석 동기발전기를 주로 사용한다.
Entering the modern society, natural resources are depleted, and the use of electric appliances is rapidly increasing due to the increase in the use of home appliances. Along with this phenomenon, the wind power generation system is rapidly developing with advantages of reducing energy production costs and eco-friendly characteristics. In particular, in order to solve the power shortage phenomenon, MW-class medium and large sized wind power generators are in the spotlight, and in reality, customized generators considering geographical characteristics and wind speed are being installed worldwide. In particular, the wind power generation system is classified into a direct drive type with or without a gear box according to a driving method. In the case of a wind power generation system having a speed increaser, many mechanical losses are generated due to the speed increaser, and thus, the lifespan of the wind power generation system is shortened. Recently, the wind power generation system has been adopted a lot of direct drive type in terms of high efficiency and high performance. In addition, since the generator of the direct-driven wind power generation system must operate at a low speed and have a relatively high torque density, a multipole permanent magnet synchronous generator having high torque density and high efficiency is mainly used.

일반적으로 풍력발전기의 설계 목적으로는 정격 풍속에서의 출력 특성이나 재료비 등이 선택되어 왔다. 하지만 풍력 발전 시스템은 항상 정격 풍속에서만 운전되는 것이 아니므로 운전 풍속 영역 모두를 고려하여야 한다. 운전 풍속영역을 고려하는 방법으로 Grauers는 정격 풍속에서 발전기의 손실을 기준으로 하여 각 풍속에서의 손실 비례계수를 구할 때 풍속분포를 고려하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 그 계산법이 복잡하여 실용적이지 못하다. 반면 Inoue는 풍속 확률 분포함수로서 Weibull function을 사용하고 있으나 이 경우에는 발전기가 설치되는 지역의 풍속 분포에 대한 자세한 데이터 shape factor와 scale factor 등을 필요로 한다.
In general, for the purpose of designing a wind power generator, output characteristics and material cost at rated wind speed have been selected. However, wind power generation systems are not always operated at rated wind speeds, so the full range of operating wind speeds should be considered. As a method to consider the operating wind speed range, Grauers uses the wind speed distribution method to calculate the loss ratio coefficient at each wind speed based on the generator loss at the rated wind speed. However, the calculation is complicated and not practical. Inoue, on the other hand, uses the Weibull function as the wind speed probability distribution function. However, in this case, detailed data shape factor and scale factor of the wind speed distribution in the region where the generator is installed are needed.

기존에는 풍력 발전기 설계를 수행할 때 연간 에너지 생산량(AEP)을 목적함수로 사용하여 전 운전 풍속영역에서 특성해석을 수행해야 함으로 많은 반복 계산이 필요하여 연산 시간이 많이 소요되었고, 연간 에너지 생산량에 초점을 두고 설계를 수행하기에 풍력 발전기의 제작시 상대적으로 가격이 높은 영구 자석을 많이 사용할 수밖에 없다는 문제점이 있었다.
Conventionally, when performing the wind turbine design, the characteristic analysis is performed in the entire wind speed range using the annual energy production (AEP) as the objective function. In order to carry out the design, there was a problem that a lot of permanent magnets have to be used, which is relatively high in the manufacture of a wind generator.

[문헌 1] J. F. Manwell, J. G. McGowan and A. L. Rogers, "Wind Energy Theory, Design and Application," John Wiley & Sons, 1st Ed.. 2002. [1] J. F. Manwell, J. G. McGowan and A. L. Rogers, "Wind Energy Theory, Design and Application," John Wiley & Sons, 1st Ed .. 2002. [문헌 2] Y. Chen, P. Pillay and M. A. Khan, "PM wind generator comparison of different topologies," Proc. of 39th IAS Annual Meeting Conference, Vol. 3, No. 3-7, pp. 1405-1412. October, 2004. [2] Y. Chen, P. Pillay and M. A. Khan, "PM wind generator comparison of different topologies," Proc. of 39th IAS Annual Meeting Conference, Vol. 3, No. 3-7, pp. 1405-1412. October, 2004. [문헌 3] M. A. Khan, P. Pillay and M. Malengret, "Impact of direct-drive WEC Systems on the design of a small PM wind generator," Proc of IEEE Power Tech Conference, Vol. 2, pp. 23-26, June, 2003. [3] M. A. Khan, P. Pillay and M. 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본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 최적화 알고리즘을 사용하여 풍력 발전기 설계시 사용되는 자석량을 줄임과 동시에 인터넷 분산 컴퓨팅을 활용하여 반복 계산이나 명령 실행부분을 병렬처리 함으로써 유한요소해석법을 사용하는 풍력발전기의 최적설계시에 발생하는 과도한 계산시간 문제를 해결하는 반응표면법을 이용한 영구자석형 풍력발전기의 최적설계방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention has been made to solve the problems described above, by using an optimization algorithm to reduce the amount of magnets used in the design of wind power generators and at the same time utilizing the Internet distributed computing finite by repeating the calculation process or the execution part of the instruction It is an object of the present invention to provide an optimal design method of a permanent magnet wind turbine using the response surface method that solves the problem of excessive calculation time that occurs during the optimal design of the wind turbine using the element analysis method.

또한, 인터넷 분산 컴퓨팅을 적용할 때 문제점이 되는 다수의 컴퓨터 사용과 실험계획법을 기반으로 하는 반응표면법의 단점을 보완하기 위해서 설계변수에 따른 시뮬레이션 결과를 데이터 베이스화 하여 풍력발전기의 최적설계 수행시간을 단축하고 자석양을 줄이기 위한 반응표면법을 이용한 영구자석형 풍력발전기의 최적설계방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
In addition, in order to make up for the shortcomings of the response surface method based on the use of computer and experimental design, which are a problem when applying the internet distributed computing, the simulation results according to the design variables are databased to optimize the optimal design execution time of the wind turbine. Another object of the present invention is to provide an optimal design method for a permanent magnet wind turbine using a response surface method for shortening and reducing the amount of magnets.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반응표면법을 이용한 영구자석형 풍력발전기의 최적설계방법은, (a) 영구자석형 풍력발전기 회전자에 있어서 영구자석의 축방향 길이, 높이, 자극 각도를 설계변수를 선정하고 운전 효율과 영구자석의 면적을 목적함수로 둔 후 해석을 수행한 뒤 계산된 결과를 선정하는 단계와; (b) 상기 선정된 결과를 초기모델로 하여 전체 프로세싱에 입력하고 이를 통하여 최종 설계변수를 결정하는 단계;를 포함한다.
In order to achieve the above object, the optimum design method of the permanent magnet wind turbine using the reaction surface method according to the present invention is (a) the axial length, height, and pole angle of the permanent magnet in the rotor of the permanent magnet wind turbine. Selecting the design variables, operating efficiency and the area of permanent magnets as the objective function, performing analysis and selecting the calculated results; and (b) inputting the selected result as an initial model to the entire processing and determining final design variables therethrough.

이때, 최적화 프로그램을 수행하는 메인 컴퓨터와 인터넷으로 연결된 복수 개의 서버 컴퓨터의 수만큼 개체 집단을 분할하여 목적함수를 병렬적으로 수행하는 것이 바람직하다.
In this case, it is preferable to divide the object group by the number of the main computer executing the optimization program and the plurality of server computers connected to the Internet and perform the objective function in parallel.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면 첫째, 전기기기 최적설계를 위한 최적화 방법으로서 반응표면법을 이용하는 한편, 인터넷 분산 컴퓨팅을 적용하여 유한요소 해석이 사용되는 최적설계의 문제점인 막대한 최적화 수행시간을 단축할 수 있는 유리한 효과가 있다.
According to an embodiment of the present invention as described above, first, the response surface method is used as an optimization method for the optimum design of electric equipment, and the enormous optimization that is a problem of the optimal design using finite element analysis is applied by applying the Internet distributed computing. There is an advantageous effect that can shorten the time.

둘째, 목적함수의 Multimodal한 특성에 대해서는 준 최적화로 수렴될 가능성이 높기 때문에, 반응표면법을 이용한 최적 수행을 중첩해서 사용함으로써 더욱 만족스러운 결과값을 도출할 수 있는 장점이 있다.
Second, the multimodal characteristics of the objective function are highly likely to converge with quasi-optimization, which results in a more satisfactory result by overlapping the optimal performance using the response surface method.

셋째, 유한요소법과 반응표면법을 결합하여 영구자석형 풍력발전기의 최적설계를 구현할 수 있으며, 설계변수에 따른 시뮬레이션 결과를 데이터 베이스화하여 유한요소 해석이 사용되는 최적설계의 문제점인 최적화 수행시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
Third, the optimal design of the permanent magnet wind turbine can be realized by combining the finite element method and the response surface method, and shortening the optimization execution time, which is a problem of the optimal design using the finite element analysis, by making a database of simulation results according to the design variables. There is an advantage to this.

도 1은 프로펠라형의 일반적인 주속비(tip speed ratio)에 따른 출력계수

Figure pat00001
의 관계를 나타낸 도면,
도 2는 일반적인 풍력 발전 시스템의 출력 특성을 나타낸 도면,
도 3은 인터넷 분산 컴퓨팅과 최적화 수행의 결합 체계를 나타낸 도면,
도 4는 반응표면분석 흐름도를 나타낸 도면,
도 5는 최적화 설계된 표면부착형 영구자석 동기발전기의 정격(509.32kW, 13.5[m/s])조건에서의 자속분포를 비교한 도면,
도 6은 풍속별 효율 비교 결과를 나타낸 도면이다.1 is a power factor according to the general tip speed ratio of the propeller type
Figure pat00001
Drawing showing the relationship between,
2 is a view showing the output characteristics of a typical wind power generation system,
3 is a diagram showing a combination of Internet distributed computing and optimization performance;
4 is a flowchart illustrating a response surface analysis flow chart;
FIG. 5 is a comparison of magnetic flux distribution under rated (509.32kW, 13.5 [m / s]) condition of an optimized designed surface-mounted permanent magnet synchronous generator.
6 is a view illustrating a result of comparing wind speed and efficiency.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which are intended to describe in detail enough to be able to easily carry out the invention by those skilled in the art to which the present invention belongs, This does not mean that the technical spirit and scope of the present invention is limited.

풍력발전 시스템Wind power generation system

1. 풍력발전 시스템 출력특성1. Wind power generation system output characteristics

풍력 발전 시스템에 적용되는 풍력 발전기의 최적설계는 풍력 발전 시스템의 출력 특성이 함께 고려되어 져야 한다. 따라서 표면 부착 영구자석 동기발전기(Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Generator ; SPMSG)의 최적설계를 수행하기 전에 풍력 발전 시스템의 특성에 대해서 살펴보기로 한다.
The optimal design of the wind generators applied to the wind power generation system should be considered together with the output characteristics of the wind power generation system. Therefore, the characteristics of the wind power generation system will be discussed before the optimal design of the Surface-Mounted Permanent Magnet Synchronous Generator (SPMSG).

가. 풍력 에너지의 특성end. Characteristics of Wind Energy

공기 중에 질량 m이 속도 v로 이동할 때 운동에너지는 SI 단위로 수학식 1과 같다.
When the mass m in the air moves at a velocity v, the kinetic energy is expressed in Equation 1 in SI units.

Figure pat00002
Figure pat00002

그러므로 공기의 흐름에 의한 에너지는 단위 시간당 운동에너지의 변화량이 되므로, 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Therefore, the energy due to the flow of air is the amount of change in the kinetic energy per unit time, it can be expressed as Equation 2.

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서,

Figure pat00004
는 풍력에 에너지의 총량[W],
Figure pat00005
는 공기밀도 [kg/m3], A는 블레이드 통과면적 [m2], v는 풍속 [m/s]라 한다면, 단위시간에 대한 공기의 부피변화는
Figure pat00006
이며, 질량의 변화는
Figure pat00007
가 되므로, 풍력 에너지는 다음과 같다.
here,
Figure pat00004
Is the total amount of energy in wind [W],
Figure pat00005
Where is the air density [kg / m 3 ], A is the blade passage area [m 2 ], and v is the wind speed [m / s],
Figure pat00006
, The change in mass is
Figure pat00007
Since the wind energy is as follows.

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
의 에너지는 터빈에 의해 기계적인 동력으로 변환되는데, 터빈의 이상적인 회전의 경우 즉, 각 운동량의 변화가 없고 터빈 끝의 간섭흐름이 없는 경우 변환효율을 표시하는 출력계수
Figure pat00010
는 이론적으로 0.593임을 Betz가 밝힌 바 있으나, 공기의 점성과 회전자 끝의 간섭 흐름 등 여러 가지 원인에 의해서 설계와 운전 상태에 따라 달라진다. 따라서 풍력터빈에 따른 출력계수
Figure pat00011
를 적용하면 풍속이 갖는 에너지는 수학식 4와 같다.
Figure pat00009
The energy of is converted into mechanical power by the turbine. The output coefficient indicates the conversion efficiency in the case of ideal rotation of the turbine, that is, when there is no change in the angular momentum and no interference flow at the end of the turbine.
Figure pat00010
Betz stated that the theory is 0.593, but it depends on the design and operating conditions due to various factors such as air viscosity and interference flow at the rotor end. Therefore, output coefficient according to wind turbine
Figure pat00011
If you apply the energy of the wind speed is shown in Equation 4.

Figure pat00012
Figure pat00012

도 1은 프로펠라형의 일반적인 주속비(tip speed ratio)에 따른 출력계수

Figure pat00013
의 관계를 보여준다.1 is a power factor according to the general tip speed ratio of the propeller type
Figure pat00013
Shows the relationship.

또한, 실제 풍력 발전 시스템의 운전 시에는 시스템의 기계적 관성, 마찰 및 전기적 손실 등에 의해 시동풍속

Figure pat00014
이상의 풍속에서만 시스템의 출력이 생산되기 시작하고, 정격풍속
Figure pat00015
에서의 정격출력
Figure pat00016
까지는
Figure pat00017
에 비례하여 출력을 나타내며, 그 이상의 풍속에서는 시스템의 출력이 일정하게 유지된다. 이러한 정격 상태에서 정격출력의 일정한 유지는 터빈의 날개 각도를 변경하는 즉, 피치제어(pitch control)시스템을 통하여 이루어지며, 결국 날개 각도의 변경을 통하여 터빈의 출력계수
Figure pat00018
를 조정함으로써 이루어진다. 풍속이 정지풍속
Figure pat00019
이상이 되면 터빈의 파손방지나 내부시스템의 안정을 위하여 공회전상태가 되어 더 이상 발전을 하지 않는다.
In addition, during the operation of the actual wind power generation system, the starting wind speed may be caused by mechanical inertia, friction, and electrical losses.
Figure pat00014
Only above this wind speed, the output of the system starts to be produced.
Figure pat00015
Rated output at
Figure pat00016
by
Figure pat00017
The output is proportional to, and at higher wind speeds the system output remains constant. In this rated state, constant maintenance of the rated output is made by changing the blade angle of the turbine, that is, through a pitch control system, and finally, the output coefficient of the turbine by changing the blade angle.
Figure pat00018
By adjusting it. Wind speed
Figure pat00019
If it is abnormal, in order to prevent damage to the turbine or stabilize the internal system, the engine is idle and no further power generation is performed.

도 2는 일반적인 풍력 발전 시스템의 출력 특성을 나타내고 있다. 이와 같은 풍력 발전 시스템의 출력특성을 바탕으로 실제 발전기의 설계를 수행하고자 한다.
2 shows output characteristics of a general wind power generation system. Based on the output characteristics of such a wind power generation system, the actual generator design is to be performed.

2. 풍력 시스템의 구성2. Composition of Wind Power System

본 발명에서는 이러한 특성을 이용하여 풍력발전기의 전 운전영역에서 통계학적 풍속 확률밀도를 적용 계산된 출력과 연간 운전시간을 고려하여 SPMSG의 연간에너지 생산량(AEP : annual energy production)을 계산할 것이다. In the present invention, the annual energy production (AEP) of the SPMSG will be calculated in consideration of the calculated output and annual operating time by applying the statistical wind speed probability density in the entire operating range of the wind turbine.

아래 표 1은 본 발명에서 설계할 영구자석 풍력발전기가 사용되는 풍력 발전 시스템의 구성 및 사양을 나타내었다
Table 1 below shows the configuration and specifications of a wind power generation system using a permanent magnet wind power generator to be designed in the present invention.

풍력발전시스템의 사양Specification of Wind Power Generation System Rated Power output(Ps)Rated Power output (Ps) 500kW500 kW
Design speed

Design speed
Cut-in wind speedCut-in wind speed 3.5m/s3.5 m / s
Rated wind speedRated wind speed 13.5m/s13.5 m / s Cut-out wind speedCut-out wind speed 26m/s26 m / s
Generator

Generator

Type

Type
Surface-mouned
Permanent Magent
Synchronous Generator
Surface-mouned
Permanent magent
Synchronous Generator

Turbine Rotor

Turbine rotor
DiameterDiameter 39m39 m
Ratational speed rangeRatational speed range 0~32rpm0 to 32 rpm Swept areaSwet area 1207m2 1207m 2 Control systemControl system Pitch controlPitch control

3. 중대형 풍력발전기의 손실계산3. Loss Calculation of Medium and Large Wind Generators

SPMSG의 설계 시 출력을 예측하여 효율을 개선 시키기 위해 무엇보다도 각 손실의 계산이 먼저 수행 되어져야 한다. 따라서 본 연구에서는 SPMSG의 각 손실 계산법에 대해 살펴보기로 한다.
In the design of the SPMSG, the calculation of each loss must be performed first of all to improve the efficiency by predicting the output. Therefore, in this study, we will examine each loss calculation method of SPMSG.

가. 고정자 end. Stator 동손Dongson

전기기기의 전기회로에는 주로 동이 사용되며, 드문 일이지만 알루미늄 또는 황동도 사용되고 있다. 권선의 온도를 75 °C (권선온도이며, 기기의 특성산출은 권선이 이 온도에 있는 것으로 해서 행한다. 다만, 이것은 A종, E종, B종의 경우이고, F종, H종 절연의 기계에서는 115 °C로 한다)로 가정하고, 단면적 q [㎟], 길이 1 [m]인 동선의 전기저항

Figure pat00020
는 다음과 같이 표시된다.
Copper is mainly used in electrical circuits of electrical equipment, and in rare cases aluminum or brass is also used. The winding temperature is 75 ° C (the winding temperature, and the characteristics of the device are calculated with the windings at this temperature. However, this is the case for Class A, E, and B Class F and H class insulation machines). Is assumed to be 115 ° C), and the electrical resistance of the copper wire with a cross-sectional area q [mm2] and length 1 [m]
Figure pat00020
Is displayed as follows.

Figure pat00021
Figure pat00021

동선에 전류 I [A]가 흐를 때의 전류밀도는 Δ = I/q [A/㎟]이며, 동손

Figure pat00022
는 다음과 같이 정의된다.
The current density when current I [A] flows through the copper wire is Δ = I / q [A / mm2], and the copper loss
Figure pat00022
Is defined as

Figure pat00023
Figure pat00023

여기서, ql은 동선의 용적[cm2]Where ql is the volume of the copper wire [cm 2 ]

동의 비중은 대략 8.9이므로, 동선의 중량은

Figure pat00024
이며, 1[kg]당 동손
Figure pat00025
는 다음과 같이 계산된다.
Since copper specific gravity is approximately 8.9, the weight of copper wire
Figure pat00024
Copper loss per kilogram
Figure pat00025
Is calculated as follows.

Figure pat00026
Figure pat00026

또한, 식 (17)의 저항은 직류에 대한 저항이고, 동선에 교류가 흐를 때는 표피효과로 인해 단면에 균일한 전류분포가 되지 않으므로 외관상의 저항이 증가하여, 1[kg]당의 동손은

Figure pat00027
배(
Figure pat00028
)가 되어 다음과 같이 근사적으로 나타낼 수 있다.
In addition, the resistance of equation (17) is a resistance to direct current, and when alternating current flows in a copper wire, there is no uniform current distribution in the cross section due to the skin effect, so that the apparent resistance increases, resulting in a copper loss per 1 [kg].
Figure pat00027
ship(
Figure pat00028
) Can be approximated as

Figure pat00029
Figure pat00029

Figure pat00030
의 값은 동선 단면의 형태, 전류의 주파수 등에 따라서 변하지만, 실제 기기에서는
Figure pat00031
=1.0~1.3이다. 따라서 사전에
Figure pat00032
의 값을 추정하여 이것에 맞는 형상과 치수를 가지는 도선을 선정하며, 결과적으로 동손을 원하는 범위 내로 들어오게 하는 것이 필요하다.
Figure pat00030
The value of depends on the shape of the copper cross section, the frequency of the current, etc.
Figure pat00031
= 1.0 to 1.3. So in advance
Figure pat00032
It is necessary to estimate the value of, select the conductor with the shape and dimensions that fit it, and consequently bring the copper loss into the desired range.

나. I. 철손Iron loss

SPMSG의 경우 공극 자속밀도는 영구자석과 고정자 전류에 의한 자속밀도의 합으로 나타낸다. 때문에 유도전동기와는 달리 고정자 철손이 고정자 전류의 함수로 표시된다. 일반적으로 그 값은 무시할 수 있을 정도로 작다. 하지만 고속 회전시와 같이 전체 손실에서 차지하는 비중이 커지는 경우와 기기의 특성을 정확하게 해석해야 할 필요가 있는 경우에는 고정자 전류의 변화에 따른 고정자 철손을 보다 정확한 예측이 필요하다. 따라서 정확한 철손 계산을 위해 기기의 자속밀도 분포를 정확하게 파악하여야 하며, 결국 유한 요소 해석과 연관하여 구해야 한다.In the case of SPMSG, the pore magnetic flux density is expressed as the sum of the magnetic flux densities caused by the permanent magnet and stator current. Thus, unlike induction motors, stator iron losses are expressed as a function of stator current. In general, the value is small enough to be ignored. However, when the proportion of the total loss is large, such as in high-speed rotation, and when the characteristics of the device need to be accurately interpreted, it is necessary to more accurately predict the stator iron loss due to the change in the stator current. Therefore, the magnetic flux density distribution of the device must be accurately known for accurate iron loss calculations and finally obtained in connection with the finite element analysis.

할 수 있다.
can do.

다. All. 동손Dongson

앞 절에서 제안된 손실계산법을 이용하여 정격시의 동손(

Figure pat00033
)을 계산하여 정격전류(
Figure pat00034
)와 해당풍속에서의 전류(
Figure pat00035
)의 제곱비로 구성된 동손의 g-fuction을 곱하여 전 운전영역에서의 동손(
Figure pat00036
)을 아래와 같이 구할 수 있다.
By using the loss calculation method suggested in the previous section,
Figure pat00033
Calculate the rated current (
Figure pat00034
) And the current at the wind speed (
Figure pat00035
By multiplying the g-fuction of the copper loss by the square ratio of),
Figure pat00036
) Can be obtained as

Figure pat00037
Figure pat00037

Figure pat00038
Figure pat00038

여기서

Figure pat00039
: 출력전류(정격 풍속시)here
Figure pat00039
: Output current (at rated wind speed)

Figure pat00040
: 출력전류(특정 풍속시)
Figure pat00040
: Output current (at specific wind speed)

라. la. 히스테리시스손Hysteresis

앞 절에서 제안된 실 계산법을 이용하여 정격시의 히스테리시스손 (

Figure pat00041
)을 계산하여 정격주파수(
Figure pat00042
)와 해당풍속에서의 주파수(
Figure pat00043
)의 비로 구성된 히스테리시스손의 g-fuction을 곱하여 전 운전영역에서의 히스테리시스손 (
Figure pat00044
)을 아래와 같이 구할 수 있다.
Hysteresis loss at nominal rating using the thread calculation method proposed in the previous section
Figure pat00041
) To calculate the rated frequency (
Figure pat00042
) And the frequency at that wind speed (
Figure pat00043
The hysteresis loss over the entire operating range by multiplying the g-fuction of the hysteresis loss
Figure pat00044
) Can be obtained as

Figure pat00045
Figure pat00045

여기서

Figure pat00046
: 주파수(정격 풍속시)here
Figure pat00046
: Frequency (at rated wind speed)

Figure pat00047
: 주파수(특정 풍속시)
Figure pat00047
: Frequency (at specific wind speed)

Figure pat00048
: 쇄교자속(정격 풍속시)
Figure pat00048
: Flux bridge flux (at rated wind speed)

Figure pat00049
: 쇄교자속(특정 풍속시)
Figure pat00049
: Fluctuation flux (at certain wind speed)

마. hemp. 와전류손Eddy current loss

앞 절에서 제안된 손실계산법을 이용하여 정격시의 와전류손(

Figure pat00050
)을 계산하여 정격주파수()와 해당풍속에서의 주파수(
Figure pat00051
)의 제곱비로 구성된 와전류손의 g-fuction을 곱하여 전 운전영역에서의 와전류손(
Figure pat00052
)을 아래와 같이 구할 수 있다.
Eddy current loss at nominal rating using the loss calculation method proposed in the previous section.
Figure pat00050
Calculate the rated frequency () and the frequency at the corresponding wind speed (
Figure pat00051
By multiplying the g-fuction of the eddy current loss composed of the square ratio of
Figure pat00052
) Can be obtained as

Figure pat00053
Figure pat00053

Figure pat00054
Figure pat00054

여기서

Figure pat00055
: 주파수(정격 풍속시) here
Figure pat00055
: Frequency (at rated wind speed)

Figure pat00056
: 주파수(특정 풍속시)
Figure pat00056
: Frequency (at specific wind speed)

Figure pat00057
: 쇄교자속(정격 풍속시)
Figure pat00057
: Flux bridge flux (at rated wind speed)

Figure pat00058
: 쇄교자속(특정 풍속시)
Figure pat00058
: Fluctuation flux (at certain wind speed)

바. bar. 기계손Mechanical hand

앞 절에서 제안된 손실계산법을 이용하여 정격시의 기계손(

Figure pat00059
)을 계산하여 마찰계수와 손실계수로 구성된 와전류손의 g-fuction을 곱하여 전 운전영역에서의 기계손(
Figure pat00060
)을 아래와 같이 구할 수 있다.
Machine loss at nominal rate using loss calculation method suggested in the previous section.
Figure pat00059
) And multiply the g-fuction of the eddy current loss, which consists of the friction coefficient and the loss coefficient,
Figure pat00060
) Can be obtained as

Figure pat00061
Figure pat00061

Figure pat00062
Figure pat00062

여기서

Figure pat00063
here
Figure pat00063

Figure pat00064
: 마찰계수(속도에 비례)
Figure pat00064
: Coefficient of friction (proportional to speed)

Figure pat00065
: 손실계수(속도에 세제곱에 비례)
Figure pat00065
= Loss factor (proportional to speed)

Figure pat00066
: 속도(정격 풍속시)
Figure pat00066
: Speed (at rated wind speed)

Figure pat00067
: 속도(특정 풍속시)
Figure pat00067
: Speed (at specific wind speed)

사. 총 손실 계산 four. Total loss calculation

풍력발전기의 출력과 효율을 계산하기 위해서는 발전기의 전 운전영역을 고려한 총 손실 계산이 필요하다. 총 손실을 계산할 때 각 풍속에서 손실 계산을 수행해야하는 문제점이 발생하는데 문제점을 개선하기 위해서 g-fuction을 이용하여 연간최대에너지 생산량을 구하기 위한 총 손실을 다음과 같이 계산하였다.
To calculate the output and efficiency of a wind turbine, it is necessary to calculate the total losses that take into account the entire operating area of the generator. When calculating the total loss, there is a problem that the loss calculation needs to be performed at each wind speed. To solve the problem, the total loss to calculate the annual maximum energy production using g-fuction is calculated as follows.

Figure pat00068
Figure pat00068

여기서

Figure pat00069
: 동손here
Figure pat00069
Dongson

Figure pat00070
: 히스테리시스손
Figure pat00070
Hysteresis

Figure pat00071
: 와전류손
Figure pat00071
: Eddy current loss

Figure pat00072
: 기계손
Figure pat00072
Machine hand

4. 풍력 발전시스템의 연간 에너지 생산량(4. Annual energy output of wind power generation system ( AEPAEP ))

풍력 발전기 최적화 시 목적함수로 선정되는 연간 에너지 생산량(AEP)은 각 풍속에 대한 확률과 발전기의 출력(

Figure pat00073
)을 통해서 예측된다. 특정 풍속
Figure pat00074
가 1년 동안 부는 시간과 연간 에너지 생산량을 구하는 식은 다음과 같다.
The annual energy output (AEP), which is selected as the objective function when optimizing a wind generator, is based on the probability of each wind speed and the output of the generator.
Figure pat00073
Is predicted through). Specific wind speed
Figure pat00074
The formula for calculating the time spent in a year and the annual energy output is:

Figure pat00075
Figure pat00075

여기서,

Figure pat00076
는 365×12(=8760시간),
Figure pat00077
특정 풍속
Figure pat00078
가 1년간 부는 시간,
Figure pat00079
특정 풍속
Figure pat00080
의 확률here,
Figure pat00076
Is 365 × 12 (= 8760 hours),
Figure pat00077
Specific wind speed
Figure pat00078
A year blowing time,
Figure pat00079
Specific wind speed
Figure pat00080
Probability

풍속

Figure pat00081
일 때 연간 에너지 생산량은 아래의 수학식 17과 같다.
Wind speed
Figure pat00081
When the annual energy production is expressed by Equation 17 below.

Figure pat00082
Figure pat00082

따라서, 전 풍속 영역에 의한 전체 연간 에너지 생산량은 아래의 수학식 18과 같다.
Therefore, the total annual energy production by the entire wind speed range is expressed by Equation 18 below.

Figure pat00083
Figure pat00083

본 발명에서는 이러한 연간 에너지 생산량(AEP total)을 발전기 최적설계시 목적함수로 선정하였으며, 이를 통하여 풍속의 전 운전영역에서 최대 에너지를 획득하고자 하였다. 풍속 구간을 많이 나누게 되는 경우 즉,

Figure pat00084
가 작을 수록 AEP의 계산은 정확하게 되나 최적화 시에 계산시간이 증가하기 때문에 절충해서 선정할 필요가 있다. 본 발명에서는 2.5[m/s]로 선정하였다.
In the present invention, the annual energy production (AEP total) was selected as the objective function for the optimal design of the generator, and through this, the maximum energy was obtained in the entire operating region of the wind speed. If you divide a lot of wind speed intervals,
Figure pat00084
The smaller the value is, the more accurate the calculation of the AEP is, but the calculation time increases during optimization. In the present invention, 2.5 [m / s] was selected.

인터넷 분산 컴퓨팅과 최적화 기법Internet Distributed Computing and Optimization Techniques

기존의 풍력발전기 설계는 대부분 설계자의 경험에 의존하여 설계를 수행하였다. 하지만 설계를 수행할 때 해석의 정확성 확보와 목적에 적합한 설계에 대한 어려움이 있다. 따라서 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해서 풍력 발전기 설계를 할 때 반응표면법을 이용한 최적화를 수행하여 해석의 정확도와 목적을 만족하는 풍력발전기 설계를 수행하였다.Most existing wind turbine designs were designed based on the designer's experience. However, there are difficulties in ensuring the accuracy of analysis and designing for the purpose when carrying out the design. Therefore, in the present invention, in order to solve this problem, the wind turbine design was performed to satisfy the accuracy and purpose of the analysis by optimizing the response surface method when designing the wind generator.

특히, 본 발명에서는 자계 해석 시 과도한 연산수행시간이 발생하는 풍력발전기의 최적설계 문제에서 설계변수에 따른 목적함수 수렴을 통하여 풍력발전기 최적설계를 수행하였다. 이하, 인터넷 분산 컴퓨팅 방법과 반응표면법의 특징에 대해서 설명하기로 한다.
In particular, in the present invention, the optimum design of the wind power generator was performed by converging the objective function according to the design variable in the optimal design problem of the wind power generator which generates excessive computational time in the magnetic field analysis. Hereinafter, the features of the Internet distributed computing method and the response surface method will be described.

1. 인터넷 분산 컴퓨팅1. Internet Distributed Computing

도 3과 같이, 메인 컴퓨터와 서버 컴퓨터와의 데이터 교환은 인터넷 웹(internet web) 서비스를 통해서 구현하였다. 이러한 인터넷 분산 컴퓨팅을 활용하여 목적함수 계산을 병렬화함으로써 유한요소해석법을 사용하는 풍력발전기의 최적설계시에 발생하는 과도한 계산시간 문제를 해결하였다. 참고로, 본 발명에서는 10대의 서버 컴퓨터를 메인 컴퓨터와 연결하여 계산시간을 단축하였다. 여기서는 최적화 알고리즘을 인터넷 분산 컴퓨팅과 결합하는 기법을 제안하고 이를 통한 실제 기기에 적용하기 위한 과정에 대해서 논한다. 도 3은 인터넷 분산 컴퓨팅과 최적화수행의 결합체계를 보여준다.As shown in FIG. 3, data exchange between a main computer and a server computer is implemented through an internet web service. The parallel computation of the objective function using the internet distributed computing solves the problem of excessive computation time in the optimal design of the wind power generator using the finite element analysis method. For reference, in the present invention, 10 server computers are connected to the main computer to reduce the calculation time. Here, we propose a technique that combines the optimization algorithm with Internet distributed computing and discuss the process for applying it to real devices. 3 shows a combination of internet distributed computing and optimization.

인터넷 분산 컴퓨팅과 최적화 알고리즘의 결합을 위한 주요 구성요소는 메인(MAIN), 클라이언트(CLIENT), 서버(SERVER)의 3부분으로 나누어진다. 구체적으로, 메인은 최적화 프로그램이 수행되는 부분으로 전력기기의 최적설계 시 설계변수(x1....xn)를 생성하는 역할을 수행한다. 클라이언트는 메인에서 생성된 설계변수들을 각 서버로 분배하는 역할을 수행한다. 또한, 각 서버들은 분배된 설계변수를 입력받아 전력기기의 특성해석을 유한 요소 해석을 통하여 수행한다.The main components for combining Internet distributed computing and optimization algorithms are divided into three parts: MAIN, CLIENT, and SERVER. Specifically, the main is a part where the optimization program is performed and plays a role of generating design variables (x1 .... xn) during the optimal design of the power device. The client distributes design variables created in the main to each server. In addition, each server receives the distributed design variables and performs the finite element analysis of the characteristic of the power equipment.

유한 요소 해석을 적용한 전력 기기의 특성해석을 수행한 후 그 계산결과 즉, 목적함수(F(x1....xn))는 클라이언트를 통하여 메인으로 반환되고 메인에서는 최적화 연산을 통하여 최적 후보 해를 판별한다. 이러한 과정을 최적화 수렴조건이 만족 될 때까지 반복수행하여 최적 해를 도출한다.
After the characteristic analysis of the power equipment applying the finite element analysis, the result of the calculation, that is, the objective function (F (x1 .... xn)) is returned to the main through the client, and the main optimizes the optimal candidate solution through the optimization operation. Determine. This process is repeated until the optimal convergence condition is satisfied to derive the optimal solution.

2. 2. 반응표면법Response surface method

최근 설계 문제가 점점 복잡해지고 이에 따라 해석 시간이 기하수적으로 증가함에 따라 근사 최적설계 방법이 주목을 받기 시작하였다. 근사 최적설계는 원래 문제를 근사 함수 문제로 치환하고 이 변환된 근사 함수 문제를 이용하여 최적설계를 수행하는 방법으로, 이를 통해 해석에 드는 비용을 감소시킬 수 있다. 근사 함수의 생성은 크게 국소근사화(localapproximation)와, 전역근사화(global approximation)로 나뉘어진다. 국소 근사화는 민감도 정보를 이용하여 현재 설계점 근처에서 근사 함수를 생성하는 것으로 현재 설계점 부근에서는 근사 함수가 매우 정확하지만 현재 설계점에서 멀어질수록 그 정확도가 급속히 떨어지는 단점이 있다. 그러나 국소 근사화를 적절히 이용하더라도 근사 함수를 사용하지 않은 최적설계에 비해 해석 계산 횟수를 상당히 감소시킬 수 있어 그 동안 많은 연구에서 사용되었고, 지금도 활발히 연구되고 있다. 이에 반해 전역 근사화는 어느 설계 영역에 대하여 근사 함수를 생성하는 것으로 어느 한 설계점에 대해서는 그 정확도가 부정확할 수도 있지만, 설계 영역 전체에 대하여 근사화 하고자 하는 해석치의 일반적인 경향을 보여 줄 수 있는 장점이 있어, 최근에 활발히 연구되기 시작하였다.Recently, as the design problem becomes more complex and the analysis time increases exponentially, the approximate optimal design method has started to attract attention. The approximate optimal design replaces the original problem with the approximate function problem and performs the optimal design using the transformed approximation function problem, thereby reducing the cost of analysis. The generation of the approximation function is largely divided into localapproximation and global approximation. Local approximation generates an approximation function near the current design point using sensitivity information. The approximation function is very accurate near the current design point, but the accuracy decreases rapidly as it moves away from the current design point. However, proper use of local approximation can significantly reduce the number of computational calculations compared to the optimal design without the approximation function, which has been used in many studies. On the other hand, global approximation generates an approximation function for a certain design area, which may be inaccurate for one design point, but has the advantage of showing the general tendency of the analysis to approximate the whole design area. In recent years, it has been actively studied.

도 4는 반응표면분석 흐름도를 나타낸 도면으로, 먼저 1차 예측 방정식을 결정한 후 설계의 근본적인 만족여부를 판단하고 만족 여부에 따라 다음 실험으로 진행된다. 마지막으로 최종 실험 목표 달성여부에 따라 설계를 마치거나 다음 단계의 실험을 고려한다. 그림에서 보듯이 반응표면식의 추정이 2차례 이상 이루어진다는 특징을 가진다.
4 is a flowchart illustrating a response surface analysis. First, the first-order prediction equation is determined, and then the fundamental satisfaction of the design is determined, and the next experiment is performed according to the satisfaction. Finally, depending on whether or not the final experimental goal is achieved, finish the design or consider experiments in the next step. As shown in the figure, the response surface equation is estimated more than two times.

가. end. 반응표면법의Response surface method 개념 concept

복수의 변수 작용으로 반응이 복합적으로 나타나는 문제를 수학적으로, 통계적으로 분석하는 방법이라고 하며, 여러 개의 설계변수가 복합적인 작용을 함으로써 어떤 목적함수에 영향을 주고 있을 때 이러한 반응의 변화가 이루는 반응 표면에 대한 통계적 분석방법을 말한다. It is a method of mathematically and statistically analyzing a problem in which a response is caused by a plurality of variable actions, and a response surface of a change of the response when a plurality of design variables are influencing an objective function by performing a complex action. Statistical analysis method for.

또한, 반응표면법은 어떠한 요인들이 영향을 미치는가 뿐만 아니라 그 요인들이 어떠한 조합을 이루었을 때 가장 큰 효과를 줄 수 있는가를 추정할 수 있다. 일반적인 실험계획에서 요인들의 조합을 통한 효과의 유무를 측정한다고 하면, 반응표면법은 어떤 요인이 영향을 미치며 그 요인들이 가장 큰 효과를 보여줄 때의 식을 추정할 수 있으며, 그 식이 실제 현장에서도 가장 알고 싶어하는 값이 된다는 점에서 반응표면법의 특징은 다음과 같다.In addition, the response surface method can estimate not only which factors affect the most, but also what combinations can have the greatest effect. In a typical experimental design, a measure of the effects of a combination of factors would give a response surface method to estimate the equation when a factor affects and the factors show the greatest effect, and that equation is the most The reaction surface method has the following characteristics in that it becomes a desired value.

(1) 독립변수가 여러 개 있을 때 어떤 독립변수의 조합으로 반응량이 최적이 될 것인가를 찾는다.(1) When there are several independent variables, find out which combination of independent variables will give the best response.

2) 독립변수간의 교호작용이 있는지 결정한다.2) Determine if there is an interaction between independent variables.

3) 2수준의 배치법으로 반응곡면을 만들 수 없다. 즉 반응곡면을 위하여 3수준이상을 사용한다.3) The response surface cannot be made by the two-level batch method. In other words, more than 3 levels are used for the response surface.

4) 3개 이상의 인자에 대하여 3수준 완전배치법보다 적은 실험횟수로 실시할 수 있다.
4) Three or more factors may be performed with fewer experiments than the three-level complete batch method.

나. I. 반응표면법의Response surface method 적용 apply

본 발명에서 적용된 반응표면법은 3인자 3수준의 실험으로 최적화를 수행한다. 이때 설계변수는 영구자석의 길이, 폭, 넓이 3가지로 선정하여 목적함수를 영구자석의 체적과 연간 에너지 생산량으로 두고 반응표면법을 시행한다.
The response surface method applied in the present invention performs optimization by experiment of 3 factor 3 level. At this time, the design variables are selected as the length, width, and width of the permanent magnet, and the response surface method is implemented with the objective function as the volume of the permanent magnet and the annual energy production.

영구자석형 풍력발전기의 최적설계 결과Optimal Design Results of Permanent Magnet Wind Generators

1. 인터넷 분산 컴퓨팅 1. Internet Distributed Computing 반응표면법을Response surface method 적용한 최적설계 결과 Optimal Design Result

발전기의 정확한 특성해석과 최적설계를 수행하기 위하여 유한요소법과 반응표면법을 기반으로 하고 병렬 분산 컴퓨팅을 통해 영구자석의 체적 최소화와 연간 최대 에너지 생산량을 목표로 하는 표면부착형 영구자석 동기발전기의 최적설계 결과를 표 2에 나타내었다. 참고로 기존모델과의 비교검토용으로 목적함수를 AEP 모델 외에 일반적인 설계에 주로 적용되는 영구자석 체적 최소화 모델을 별도로 수행하여 제시하였다. AEP 최대설계 모델은 연간 에너지 생산량(1234.5MWh)에서 기존모델 대비 2.2%, 자석 체적 최소화 모델에서는 1.5% 개선효과를 나타내었다.In order to perform accurate characteristics analysis and optimal design of generators, it is based on finite element method and response surface method and optimized for surface-mounted permanent magnet synchronous generator aiming to minimize the volume of permanent magnet and maximum annual energy output through parallel distributed computing. The design results are shown in Table 2. For reference, the objective function is presented by comparing the AEP model with the permanent magnet volume minimization model which is mainly applied to general design. The maximum AEP design model improved 2.2% over the previous model and 1.5% for the minimizing magnet volume in the annual energy output (1234.5MWh).

최적화 모델의 결과 비교 (정격풍속=13.5[m/s])Comparison of results of the optimization model (rated wind velocity = 13.5 [m / s])
목적함수

Objective function
설계 변수Design variables

AEP[MWh]


AEP [MWh]

극당
영구자석 체적
[㎣]

Per pole
Permanent Magnet Volume
[㎣]

축 방향 길이
(X1)

Axial length
(X1)

영구자석높이
(X2)

Permanent Magnet Height
(X2)

자극 각도
(X3)

Stimulation angle
(X3)

기존
모델

existing
Model

550

550

12.5

12.5

2.50

2.50

1193.4

1193.4

17187.5

17187.5

자석 체적
최소화

Magnetic volume
minimization

545

545

10.1

10.1

1.92

1.92

1218.3

1218.3

10568.64

10568.64

AEP
최대화

AEP
Maximize

548

548

12.2

12.2

2.3

2.3

1234.5

1234.5

15376.88

15376.88

도 5는 최적 설계된 영구자석형 풍력발전기의 자석체적 최소화 모델과, AEP최대화 모델의 정격속도에서의 자속밀도 분포이며 표 2와 같이 AEP 최대화 모델 대비 자석체적 최소화 모델은 영구자석의 축방향 길이, 높이, 각도의 감소의 영향으로 자속밀도 분포의 조밀성에 차이가 난다.5 is a magnetic volume minimization model of an optimally designed permanent magnet wind turbine and a magnetic flux density distribution at a rated speed of an AEP maximization model. As shown in Table 2, the magnet volume minimization model compared to an AEP maximization model has an axial length and height of a permanent magnet. However, due to the reduction of the angle, the density of the magnetic flux density distribution is different.

도 6에서는 각 설계모델의 풍속에 따른 효율특성을 비교하였는데, 특히 AEP 최대화 모델은 사용빈도가 높은 평균 풍속 근처(6[m/s])에서 효율이 최대(96.66%)가 되었다. 정격풍속에서만 영구자석 최소화 모델이 AEP최대화 모델에 비해 효율이 조금 앞섰지만, 대체적으로 전 운전영역에서 AEP 최대화 모델의 효율이 다른 모델들과 대비 개선되었다. 또한, AEP 최대화 모델은 기존모델의 11%에 가까운 자석량을 줄일 수 있어 결과적으로 최소한의 제작비용으로 최대의 효율을 기대 할 수 있다. 특히 풍력 발전기의 궁극적인 목적이 연간 에너지의 총생산량 최대화이고 제작비용을 출일수 있다는 측면에서 본 발명이 큰 의미를 가지고 있다.In FIG. 6, the efficiency characteristics according to the wind speed of each design model were compared. In particular, the AEP maximization model had the maximum efficiency (96.66%) near the high wind speed (6 [m / s]). Although the permanent magnet minimization model slightly outperforms the AEP maximization model only at rated wind speed, the efficiency of the AEP maximization model is improved compared to other models in all operating areas. In addition, the AEP maximized model can reduce the amount of magnets close to 11% of the existing model, resulting in maximum efficiency with minimum manufacturing cost. In particular, the present invention has a great meaning in that the ultimate purpose of the wind generator is to maximize the total output of the annual energy and to produce the production cost.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진(당업자)라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed to solve the technical problem, and various modifications, changes, additions, etc. within the spirit and scope of the present invention may be made by those skilled in the art to which the present invention pertains. It will be possible, and such modifications and changes should be considered to be within the scope of the following claims.

Claims (2)

(a) 영구자석형 풍력발전기 회전자에 있어서 영구자석의 축방향 길이, 높이, 자극 각도를 설계변수를 선정하고 운전 효율과 영구자석의 면적을 목적함수로 둔 후 해석을 수행한 뒤 계산된 결과를 선정하는 단계와;
(b) 상기 선정된 결과를 초기모델로 하여 전체 프로세싱에 입력하고 이를 통하여 최종 설계변수를 결정하는 단계;를 포함하는 반응표면법을 이용한 영구자석형 풍력발전기의 최적설계방법.
(a) In the rotor of the permanent magnet wind turbine, the results were calculated after selecting the design variables for the axial length, height, and magnetic pole angle of the permanent magnet, placing the operating efficiency and the area of the permanent magnet as the objective function, and performing the analysis. Selecting a step;
(b) inputting the selected result as an initial model to the entire processing and determining final design variables therethrough; and an optimum design method of the permanent magnet wind turbine using the response surface method.
제 1항에 있어서,
최적화 프로그램을 수행하는 메인 컴퓨터와 인터넷으로 연결된 복수 개의 서버 컴퓨터의 수만큼 개체 집단을 분할하여 목적함수를 병렬적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반응표면법을 이용한 영구자석형 풍력발전기의 최적설계방법.
The method of claim 1,
An optimal design method of a permanent magnet wind power generator using a response surface method characterized in that the object function is performed in parallel by dividing the population by the number of the main computer performing the optimization program and the plurality of server computers connected to the Internet.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200080903A (en) * 2018-12-27 2020-07-07 주식회사 포스코건설 Method for designing refractory and cooling plate of blast furnace
CN113792417A (en) * 2021-08-23 2021-12-14 鞍钢集团矿业有限公司 Strong magnet motor current optimization method based on feeding parameters and intelligent algorithm

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