KR20130047115A - 풍속 의존형 풍력발전기의 최대출력 추종 emtdc 해석모델 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍속에 따라서 출력이 급변하는 풍력발전기에서 특정한 풍속에서 최대 전기적 출력을 얻을 수 있는 풍력발전기의 블레이드 로터속도 목표치를 결정하고, 외부제어기(피치제어기 및 기타 제어방식)의 운용에 의해 해당 풍속에서 가능한 풍력발전기의 최대 출력을 구하는 EMTDC 해석 알고리즘에 관한 해석모델을 이용한 풍력발전기의 출력 해석 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 풍력발전기의 출력 해석 방법에 관한 것으로서, 풍속에 따라서 출력이 급변하는 풍력발전기에서 특정한 풍속에서 최대 전기적 출력을 얻을 수 있는 풍력발전기의 블레이드 로터 속도 목표치를 결정하고, 외부제어기(피치제어기 및 기타 제어방식)의 운용에 의해 해당 풍속에서 가능한 풍력발전기의 최대 출력을 구하는 EMTDC 해석 알고리즘을 통해 풍력발전기의 설계 및 실 계통 운전에 적용을 위한 풍력발전기의 출력 해석 방법에 관한 것이다.
풍력발전기는 친환경적인 신재생에너지이지만 풍속에 따라서 출력이 급변하는 발전력을 가지므로 풍속의 급변에 따른 원만한 출력제어가 대단히 중요하지만, 이와 더불어 평상시에 특정한 풍속조건에서 가능한 최대 출력을 획득하는 것이 최우선적인 제어의 목표이다. 풍력발전에서 최대출력제어(MPPT : Maximum Power Point Tracking)가 사용된 이유가 여기에 있다. 일반적으로 현재도 풍력발전기에서 최대출력제어가 적용되고 있지만, 단순히 풍속의 3제곱에 비례하여 출력을 변경하는 방식인데 피치제어기 등 풍력발전기의 제어기와는 무관하게 설정되며, 더군다나 과도해석용 프로그램에 대한 정밀 해석모델은 없는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 풍속에 따라서 출력이 급변하는 풍력발전기에서 특정한 풍속에서 최대 전기적 출력을 얻을 수 있는 풍력발전기의 블레이드 로터 속도 목표치를 결정하고, 외부제어기(피치제어기 및 기타 제어방식)의 운용에 의해 해당 풍속에서 가능한 풍력발전기의 최대 출력을 구하는 EMTDC(시뮬레이션 소프트웨어 프로그램) 해석 알고리즘을 통해 풍력발전기의 설계 및 실 계통 운전에 적용을 위한 풍력발전기의 출력 해석 방법을 제공하는 데 있다.
풍력발전기의 최적설계를 위해서는 최대 출력제어를 위한 과도현상 해석용 EMTDC 해석 모델이 필요하므로, 본 발명에서는 피치제어기 등 풍력발전기의 출력에 영향을 줄 수 있는 변수를 반영하였다. 과거에는 풍력발전기의 피치제어기는 단순히 출력을 감발하는 것에만 활용되었지만, 최근의 풍력발전기는 경우에 따라서 피치제어각을 (-)로 할 때 풍력발전기의 출력이 상향조정되는 전력계수(Power Coefficient) 곡선을 가지고 있어서, 본 발명에서는 풍력발전기의 설계는 물론이고 전력계통 접속에 필요한 제반 사항을 검토할 수 있는 (-) 피치제어각에 의한 출력 상승도 포함하고 풍력타워, 풍력제어기 등 제반 변수 요인을 반영한 EMTDC 과도해석용 모델을 통해 풍력발전기의 설계 및 실 계통 운전에 적용을 위한 풍력발전기의 출력 해석 방법을 제공하고자 하였다.
먼저, 본 발명의 특징을 요약하면, 본 발명에 따른 풍력발전기의 출력 해석 방법에서는, 풍속, 풍력타워의 기본 데이터(높이, 블레이드 반경 등)와 로터속도 및 피치각을 입력으로 하여 해당 풍속에 맞는 최적의 전력계수 값과 최적 블레이드 로터속도를 출력하며 이에 맞는 최적 풍력발전기 출력전력과 최적토크 값을 구할 수 있도록 하고, 더불어, 피치제어기를 통한 로터 속도제어를 통하여 최대전력과 최대토크를 출력할 수 있도록 하였다.
본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기의 출력 해석 방법은, 풍력발전기의 과도현상 해석을 위해 모델링된 해석기를 이용하여, 풍력타워의 높이(Ht), 풍력블레이드의 로터 반경(R), 풍속 (Vw), 풍력 블레이드 로터회전속도(W=ωR), 로터의 피치제어각(β)을 포함한 입력 파라미터들로 입력받아, 풍력발전기의 최적 풍력로터 속도에서의 최대출력(PWopt) 및 이때의 토크(TWopt)를 포함하는 출력 파라미터들을 산출하기 위한, 풍력발전기의 출력 해석 방법으로서, 풍력터빈의 운전정지 상태인 최저풍속(Vcut-in)과 정격풍속(Vn) 사이의 풍속 영역에서 피치제어기를 통한 피치제어각(β) 제어를 통해 풍력터빈이 최대출력(PWopt)을 발생하도록 제어하되, 하기하는 [수학식1]에 따라 비선형함수(Cp)의 최대값이 되는 로터회전속도(ωR)의 값 ωRopt를 구하고, 이때의 λopt(ωRopt,Vw)와 Cp(λopt, β)을 이용하여, 하기하는 [수학식3], [수학식4]에 따라, 최대출력(PWopt) 및 이때의 토크(TWopt)를 산출하고, 디스플레이 수단을 통해 표시하며, 계산된 ωRopt와 최대출력(PWopt)에 대하여 상기 피치제어기에 의한 상기 피치제어각(β)의 보정을 통해 각각 실제 로터회전속도(ωR)와 실제 풍력터빈 출력(Pw)을 추정하도록 시점별로 반복 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전기의 출력 해석 방법에 따르면, 풍력발전기의 최대출력제어를 통하여 신재생에너지의 이용효율을 높일 수 있도록, 풍력발전기 제어계의 설계는 물론이고 전력계통 접속에 따른 순시치 해석프로그램의 풍력 과도현상을 해석할 수 있다.
도 1은 본 발명의 풍력발전기의 풍속에 따른 출력을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기 최대 출력 추종 제어 EMTDC 해석을 위한 파라미터들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에서 제안한 해석모델의 최대전력 출력 값을 도출하기 위한 입력변수와 해당 알고리즘을 프로그램화한 예시이다.
도 4는 본 발명에서 제안한 해석모델의 최대전력 출력 값을 도출하기 위한 전력함수의 계수 값을 입력 항목을 나타내며, 구체적인 전력함수는 풍력발전기의 출력특성에 따라서 가변시킬 수 있다.
도 5는 최대출력을 구하기 위한 본 발명에서 제안한 해석모델의 입력변수인 피치제어각을 구하는 피치제어기의 예시이다.
도 6은 5(MW) 풍력터빈의 풍속변동에 따른 본 발명의 최대출력 추종제어 해석의 예시 모델이다.
도 7은 풍속변동에 따른 본 발명의 풍력터빈의 전력계수, 최적 로터속도 및 최대출력 해석 결과의 예시이다.
도 8은 정격풍속(12[m/s])시의 본 발명의 전력계수, 최적 로터속도 및 최대출력값의 해석 결과의 예시이다.
도 9는 본 발명의 최대출력, 최대 전력계수 값 계산 알고리즘의 일례이다.
도 10은 로터 회전속도에 따른 본 발명의 풍속조건별 전력계수 및 풍력출력의 해석 결과의 예시이다.
도 11은 피치각(β=-5o) 일때의 본 발명의 출력특성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기 최대 출력 추종 제어 EMTDC 해석을 위한 파라미터들을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에서 제안한 해석모델의 최대전력 출력 값을 도출하기 위한 입력변수와 해당 알고리즘을 프로그램화한 예시이다.
도 4는 본 발명에서 제안한 해석모델의 최대전력 출력 값을 도출하기 위한 전력함수의 계수 값을 입력 항목을 나타내며, 구체적인 전력함수는 풍력발전기의 출력특성에 따라서 가변시킬 수 있다.
도 5는 최대출력을 구하기 위한 본 발명에서 제안한 해석모델의 입력변수인 피치제어각을 구하는 피치제어기의 예시이다.
도 6은 5(MW) 풍력터빈의 풍속변동에 따른 본 발명의 최대출력 추종제어 해석의 예시 모델이다.
도 7은 풍속변동에 따른 본 발명의 풍력터빈의 전력계수, 최적 로터속도 및 최대출력 해석 결과의 예시이다.
도 8은 정격풍속(12[m/s])시의 본 발명의 전력계수, 최적 로터속도 및 최대출력값의 해석 결과의 예시이다.
도 9는 본 발명의 최대출력, 최대 전력계수 값 계산 알고리즘의 일례이다.
도 10은 로터 회전속도에 따른 본 발명의 풍속조건별 전력계수 및 풍력출력의 해석 결과의 예시이다.
도 11은 피치각(β=-5o) 일때의 본 발명의 출력특성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 일반적인 풍력발전기의 풍속에 따른 출력을 나타내는 그래프이다.
보편적인 풍력발전기는 풍속에 따라서 출력(Pw)이 급변하는데 이를 도 1과 같이 풍속(Vw)에 따라서 4단계(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ) 동작구간으로 구분할 수 있다. 도 1에서, Ⅰ단계 영역과 Ⅳ 단계 영역은 최저풍속(Vcut-in) 이하 혹은 운전가능 풍속(Vcut-out)을 초과하여 풍력터빈이 운전정지되는 단계이다. Ⅱ 단계 영역은 최대전력출력제어가 요구되는 부분이며, Ⅲ 단계 영역은 정격풍속(Vn)을 초과하는 경우 피치제어를 통해 정격출력(Pn)을 유지하는 단계이다.
예를 들어, 하기 [Ⅰ단계 영역의 제어전략]과 같이, 풍속(Vw)이 최저풍속(Vcut-in)이하에서는 풍력터빈이 운전정지되어 로터의 회전속도 ωR=0, 풍력 출력(전력)(Pw)=0가 되도록 제어한다.
또한, 하기 [Ⅱ단계 영역의 제어전략]과 같이, 풍속(Vw)이 최저풍속(Vcut-in)과 정격풍속(Vn) 사이의 과도 영역에서는 피치제어기(도 5참조)의 피치제어를 통해 입력 풍속에 대해 가능한 한 최대출력을 내도록 제어한다.
또한, 하기 [Ⅲ단계 영역의 제어전략]과 같이, 풍속(Vw)이 정격풍속(Vn)과 운전가능 최대풍속(Vcut-out) 사이에서는 피치제어기(도 5참조)의 피치제어를 통해 정격출력(Pn)이 유지되도록 제어한다.
또한, 하기 [Ⅳ단계 영역의 제어전략]과 같이, 풍속(Vw)이 운전가능 최대풍속(Vcut-out)을 초과하면 풍력터빈 안전을 위하여 운전이 정지되도록 제어한다.
[Ⅰ단계 영역의 제어전략]
[Ⅱ단계 영역의 제어전략]
[Ⅲ단계 영역의 제어전략]
[Ⅳ단계 영역의 제어전략]
본 발명에 따른 풍력발전기의 출력 해석 방법에서 위와 같은 제어 전략에 따라, 풍속입력에 따라서 Ⅰ단계, Ⅳ단계 영역에서는 풍력터빈이 운전 정지되도록, 풍력 발전기 로터(rotor)의 회전속도(ωR)가 0이 되도록 제어하고, Ⅲ 단계 영역에서는 피치제어기(도 5참조)의 피치제어를 통해 풍력터빈의 출력(Pw)이 정격출력(Pn)이 유지되도록 제어한다. 반면에 본 발명의 핵심사항인 Ⅱ 단계 영역에서는, 피치제어기(도 5참조)에 의해 풍력터빈의 최대출력 토크제어에 따라 입력 풍속에 대해 가능한 한 최대출력을 내도록 풍력로터 속도를 제어하는 전략이 사용된다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 풍력발전기의 출력 해석 방법에서는, 개별스텝(t=kΔt)마다 아래와 같은 계산이 EMTDC(Electromagnetic Transient DC Analysis Program) 내부에서 동시에 수행되도록 하고, 이를 좀 더 자세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따라 EMTDC 를 이용한 풍력발전기의 출력 해석을 위하여, 도 2와 같이, 지상으로부터 풍력타워의 블레이드 중심까지에 해당하는 풍력타워의 수평축 부위 높이(Ht), 풍력블레이드에서 허브부위를 제외한 로터 반경(R), 풍속(Wind Velocity)(Vw), 풍력 블레이드 로터의 회전속도(W), 특정 계통조건과 시점별로 별도의 피치제어기(도 5 참조)에 의하여 결정되는 풍력출력을 증감발시키는 로터의 피치제어각(β: Beta) 등을 입력 파라미터들로 입력받아, 위와 같은 전략에 따라 계산되도록 모델링된 해석기를 통하여, 풍력발전기의 출력과 관련된 다양한 출력 파라미터들(Wopt, Cpmax, Pmax, Tmax, Cpop, Pop, Top 등)을 출력할 수 있다. 이와 같은 본 발명에 따라 EMTDC 를 이용한 풍력발전기의 출력 해석을 위한 해석기는, 컴퓨터에서 실행되어 EMTDC와 같은 해석 프로그램을 이용해 풍력 발전 계통에 대한 해석을 통해 위와 같은 최대전력 출력 값(Pmax) 등 출력 파라미터들을 산출할 수 있고, 이를 위하여 도 3과 같이 해석기의 실행으로 나타나는 컴퓨터의 입력 화면을 통해 하기하는 바와 같은 로터 속도(W) 등 입력 파라미터들을 입력할 수 있고, 도 4와 같이 해석기의 실행으로 나타나는 컴퓨터의 입력 화면을 통해 하기하는 [수학식3]과 같은 전력함수에 대한 출력 계수 곡선(Cp)과 관련된 값들을 입력함으로써, 출력 파라미터들을 산출할 수 있게 된다.
<1> 입력 풍속(Vw)이 위와 같은 Ⅱ 단계 영역에 해당하면, 최대출력을 도출하기 위하여 최적 로터회전속도 ωRopt를 계산한다. 이는 풍력의 출력(Pw) 곡선과 연관된 [수학식1]과 같은 비선형함수로서 풍력 로터의 출력(전력) 계수 곡선(Cp)의 극대점이 되는 풍력로터 회전속도에 해당하고, 즉, [수학식2]와 같이 비선형함수(Cp)를 최대로 하는 풍력로터 회전속도(W=ωR)가 ωRopt가 된다. R은 풍력터빈 로터의 반지름(m)이다.
[수학식1]
[수학식2]
풍력 로터의 출력 계수 곡선을 나타내는 비선형함수(Cp)의 최대값과 이때의 ωR o pt를 구하는 것은 EMTDC 내부에서 각 시점 스텝(t=kΔt)마다 풍력로터 제품사양에 나와 있는 회전속도의 최소치(Wrmin)와 최대치(Wrmax) 사이에서 구간별로 값을 대입하는 최대 값을 도출하는 축차대입법을 사용하는 프로그램밍을 활용하여 구한다. 이와 같이 구해진 ωRopt를 적용한 전력함수의 최대출력(PWopt) 및 이때의 토크(TWopt)는 [수학식3], [수학식4]와 같이 계산될 수 있다. 여기서, ρ는 공기 밀도(kg/m3), ρ= ρ0-1.194*10-4H, ρ0는 1.225kg/m3 at T=288K, H는 해발고도(m)이다.
[수학식3]
[수학식4]
위에서 두 가지 사안에 대하여 추가적으로 고찰해야 하는데, 첫 번째 사안은 풍력 로터의 출력 계수 곡선(Cp)의 구체적인 함수식은 풍력로터 제품마다 다양하다. 이를 위하여 본 발명에서는 해당 제품별로 해당 곡선의 (식)과 (계수)값을 본 발명에 따른 도 2와 같은 해석기의 프로그램과 도 6과 같은 (계수) 입력공간에서 필요한 계수값들을 입력할 수 있도록 되어 있다. 두 번째 사안은 전력함수(Pw)의 최대출력(PWopt) 및 이때의 토크(TWopt)를 만족하는 ωRopt은 약간 차이가 난다. 이는 출력을 최대화하는 로터속도와 토크를 최대화하는 로터속도에 조그만 차이가 있다는 의미이며, 출력을 최대화하는 속도를 최적속도로 결정하는 것이 타당하다. 만약 토크를 최대화하고 싶다면 모델 내부에서 토크를 최대화하는 목적함수를 선택하면 된다.
<2> 도 5는 최대출력을 구하기 위한 본 발명에서 제안한 해석모델의 입력변수인 피치제어각(β)을 구하는 피치제어기의 예시이다.
일반적으로 최대출력 추종영역인 Ⅱ 단계 영역에서는 β=0을 유지하면서 최대출력을 견인하지만, 최근에 개발되는 풍력로터에서는 β를 좁은 영역범위에서 (-)로 함으로써 오히려 출력을 증가시키는 경우도 있다. 더 나아가, Ⅲ단계 영역에서 정격풍속(Vn)보다 높은 경우에는 β를 증가시킴으로서 Cp와 Pw를 감소시켜 정격출력을 유지해야 하므로 본 모델의 입력에 피치제어각 β가 포함된다. 여기서 피치제어기의 구체적인 구성내용과 설계는 본 발명과는 무관한 사항이며, 도 5에 예시한 바와 같이, 본 발명에서 구해지는 최대 풍력출력(PWopt)와 해당 풍력터빈 실제 출력 값(Pw)을 비교하고, 계산된 ωRopt와 풍력로터 실제 회전속도(W=ωR)를 비교하여, 보정된 피치제어각(β)을 구하는 피치제어기(PI Controller)를 설계하여, β가 본 발명의 해석모델에 입력 값으로 제공되도록 할 수 있다. 로터의 피치제어각 β은 계통조건과 시점별로 별도의 피치제어기에 의하여 반복 결정될 수 있으며, 소정 모터를 이용해 풍력 발전기 블레이드(날개)를 회전시켜(피치 제어) 블레이드의 각도를 조절하고, 시점별 반복 계산되는 ωRopt와 최대 풍력출력(PWopt)가 실제값을 추종하여, 풍력출력을 적절히 증감발시키고 최대로 출력되도록 할 수 있다.
<3> 위와 같이 구해진 로터의 피치제어각 β을 기준으로 [수학식2]와 같이 Cp를 최대로하는 ωRopt를 구하고, 이에 따라 이때의 λopt(ωRopt,Vw)와 Cp(λopt, β)을 이용하여, 최대출력(PWopt) 및 이때의 토크(TWopt) 등을 [수학식3]과 [수학식4]를 이용해 구할 수 있다.
<4> 이와 같은 계산결과를 반영하여 본 발명의 모델에 따른 해석기는, 특정 시점 t=kΔt마다 계통해석을 수행하여 풍속변동에 따른 과도현상을 해석할 수 있다. 계통해석의 결과로서 ωRopt에서의 풍력발전기의 출력(PWopt)이 구해질 수 있으며, 이 값은 풍력터빈 출력(Pw)과 비교되어 계통주파수 변동에 영향을 미친다.
<5> 각 Δt 스텝마다 위의 <1>~<4> 단계를 반복함으로써 가능한 범위 내에서 최대출력(PWopt)을 유도하는 풍력발전시스템을 구성하고, 풍력발전시스템의 최적운전을 가능하게 할 수 있다.
이와 같은 풍력 최대출력 추종제어 모델에 대하여 도 6과 같이 5(MW) 정격풍속(Vn) 12(m/s)인 풍력발전기의 풍속변동에 따른 성능시험을 시행하였다. 도 6에서 풍속을 시간에 따라서 6, 9, 12(m/s)의 3단계로 변화시키면서, 입력 파라미터들에 대한, ωRopt,에서의 최적(op) 전력계수(함수 Cop=Cpmax), 로터속도(ωR=Wopt) 및 이때의 풍력출력(Pmax=PWopt)과 풍력토크(Top=TWopt)를 구하면 도7과 같이 산출되고 컴퓨터의 디스플레이 수단을 통해 그래프로 표시될 수 있으며, 정격 풍속(Vn) 시의 각 변수 값을 체크하면 도 8과 같다.
도 8에서 Cpop, Pop 및 Top는 최적 로터속도(Wopt)를 입력한 경우에 운전되는 풍력터빈의 전력계수(Cpop), 풍력출력(Pop)과 풍력토크(Top)이다. 도 8의 결과를 살펴보면 정격풍속 조건에서 풍속과 풍력타워 높이(Ht) 및 로터 반경(R)으로 최적 값을 해석한 Cpmax, Pmax, Tmax 값과 최적 로터속도 Wopt을 입력하여 구한 풍력터빈 운전 값인 Cpop, Pop 및 Top가 정확하게 일치하였다. 이는 본 발명의 해석모델의 정확성을 입증한다고 할 수 있다.
또한, 본 발명의 해석모델의 정확성을 재차 검증하기 위하여 도 9와 같은 최적화 계산모듈을 별도로 구성하여 풍속별, 로터회전속도별로 계산하면 다음과 같다. 도 9와 같은 최적화모듈에서 풍속이 각각 6, 9, 12(m/s)일 때 풍력터빈의 로터 회전속도(Wr1/Wr2/Wr3)에 따른 전력계수 값(Cp)과 풍력출력값(Pw)을 해석하면 도 10과 같다. 도 10에서 구한 풍속 6, 9, 12(m/s) 각각에 대한, 전력계수 값 Cp6, Cp9, Cp12의 최대 값은 도 7의 시간대별 Cpmax와 일치하며, 도 10의 풍속 6, 9, 12(m/s) 각각에 대한, 풍력출력값 Pw6, Pw9, Pw12 최대값은 도 7의 Pmax와 각각 동일하다. 이는 본 해석모델의 정확성을 대변한다고 할 수 있다. 도 11은 피치각(β=-5o) 일 때의 출력특성을 예시로 나타낸 것인데, 기존의 풍력제어기와는 달리 (-) 피치각에서 출력이 약간 증가하지만, 여타 변수 요인에 의해 정격출력을 초과하므로 실 계통 운전과는 무관한 사안이다. 만약 타 변수로 인해 정격출력이 약간 저하된 경우에는 이와 같이 피치각을 (-)로 운전함으로써 풍력출력을 정격범위 이내에서 증가시키는 것이 가능하다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
EMTDC(Electromagnetic Transient DC Analysis Program)
Ⅰ(Ⅰ단계 제어전략 영역)
Ⅱ(Ⅱ단계 제어전략 영역)
Ⅲ(Ⅲ단계 제어전략 영역)
Ⅳ(Ⅳ단계 제어전략 영역)
Ⅰ(Ⅰ단계 제어전략 영역)
Ⅱ(Ⅱ단계 제어전략 영역)
Ⅲ(Ⅲ단계 제어전략 영역)
Ⅳ(Ⅳ단계 제어전략 영역)
Claims (2)
- 풍력발전기의 과도현상 해석을 위해 모델링된 해석기를 이용하여, 풍력타워의 높이(Ht), 풍력블레이드의 로터 반경(R), 풍속 (Vw), 풍력 블레이드 로터회전속도(W=ωR), 로터의 피치제어각(β)을 포함한 입력 파라미터들로 입력받아, 풍력발전기의 최적 풍력로터 속도에서의 최대출력(PWopt) 및 이때의 토크(TWopt)를 포함하는 출력 파라미터들을 산출하기 위한, 풍력발전기의 출력 해석 방법에 있어서,
풍력터빈의 운전정지 상태인 최저풍속(Vcut-in)과 정격풍속(Vn) 사이의 풍속 영역에서 피치제어기를 통한 피치제어각(β) 제어를 통해 풍력터빈이 최대출력(PWopt)을 발생하도록 제어하되, 수학식
에 따라 비선형함수(Cp)의 최대값이 되는 로터회전속도(ωR)의 값 ωRopt를 구하고, 이때의 λopt(ωRopt,Vw)와 Cp(λopt, β)을 이용하여, 수학식들
(여기서, ρ는 공기 밀도)에 따라, 최대출력(PWopt) 및 이때의 토크(TWopt)를 산출하고, 디스플레이 수단을 통해 표시하며,
계산된 ωRopt와 최대출력(PWopt)에 대하여 상기 피치제어기에 의한 상기 피치제어각(β)의 보정을 통해 각각 실제 로터회전속도(ωR)와 실제 풍력터빈 출력(Pw)을 추정하도록 시점별로 반복 계산하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 출력 해석 방법. - 제1항에 있어서,
상기 해석기는 EMTDC 시뮬레이션 소프트웨어 프로그램을 이용하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 출력 해석 방법.
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KR1020110111937A KR101264169B1 (ko) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | 풍속 의존형 풍력발전기의 최대출력 추종 emtdc 해석모델 |
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