최근 전 세계가 탄소중립에 관심이 높아지면서 재생에너지 발전량이 증가하고 있다. 하지만 재생에너지는 간헐성과 변동성이 심해 발전량 예측이 어렵고, 정확하지 않은 발전량 예측은 전력 계통에 부정적인 영향을 끼칠 수 있다. 이에 본 연구에서는 풍력발전기 발전량 예측 문제를 해결할 방법으로 디지털트윈 개념을 적용하였다. 풍력발전기의 회전이 발전량과 높은 상관관계를 갖는 부분을 반영하여 풍력발전기 드라이브트레인 회전 거동을 주로 모의하는 기계학습된 모델을 개발하였다. 회전 거동을 모의하는 드라이브트레인 시뮬레이션 모델의 기반은 잘 알려진 회전 시스템을 모의하는 시스템 상태방정식으로 설정되었다. 또한 제조사로부터 제공되지 않은 파라미터들에 대하여 시뮬레이션 기반 기계학습을 수행하였다. 기계학습된 드라이 브트레인 모델은 27개의 실제 풍력발전기 운영데이터 세트를 활용하여 검증되었다. 검증 결과, 드라이브트레인 모델은 실제 풍력발전기 운영데이터 세트와 비교하여 평균 4.41%의 오차를 보였다. 결과적으로 기계학습된 드라이브트레인 모델은 실제 풍력발전기 드라이브트레인 시스템을 잘 모사한다고 평가하였다.
In the previous research, dynamic results have been analyzed in the time and frequency regions. Time and frequency region can be transformed by the Fourier transform. This transform is very useful about analyzing system behaviors. However, because of coupling, it cannot give clear results in the real system including lots of defects. In this paper, we introduced the analysis based on quefrency region to represent physical means clearly from complicated results. We simulated the drive train system which has defects, and compared between frequency and quefrency region to show its excellence. To do this process, We established mathematical model. The equation of motion was derived by the Lagrange equation and constraint equations. The constraint equation included relationships about gear mesh, flexibility of shaft. About numerical analysis, the Newmark beta method was used to get results. And FFT (Fast Fourier Transform) which converts results from time domain to frequency, qufrequency was used.
This study investigated the problems in current practice of drive-train resonance analysis procedure and suggested solutions. The first problem is the resonance occurrence at the un-identified resonance point by the current practice, as for a solution the force spectrum analysis for each critical force transmitting component was suggested. The second one is the inaccurate estimation of potential resonance point in eigenfrequency analysis because of the non-consideration about the eigenfrequency dependency on rotor-speed, the fine linearization at each rotor speed point all over operational range was proposed to account for the affection. Lastly the insufficient time for resonance activation under run-up simulation condition was recognized as a problem in resonance load increasing analysis, as an alternative, steady state condition was suggested to estimate the maximum load increasing level.
In this study, computational multi-body dynamic analyses for the drivetrain system of a 5 MW class offshore wind turbine have been conducted using efficient equivalent modeling technique based on the design guideline of GL 2010. The present drivetrain system is originally modeled and its related system data is adopted from the NREL 5 MW wind turbine model. Efficient computational method for the drivetrain system dynamics is proposed based on an international guideline for the certification of wind turbine. Structural dynamic behaviors of drivetrain system with blade, hub, shaft, gearbox, supports, brake disk, coupling, and electric generator have been analyzed and the results for natural frequency and equivalent torsional stiffness of the drivetrain system are presented in detail. It is finally shown that the present multi-body dynamic analysis method gives good agreement with the previous results of the 5 MW class wind turbine system.
Pitch control of wind turbine is activated above rated wind speed for the purpose of rated power regulation. When we design pitch controller, its gain-scheduling is essential due to nonlinear characteristics of aerodynamic torque. In this study, 2-mass model including a vibration mode of drive-train for a 2 MW wind turbine is considered and pitch control with gain-scheduling using a linearization analysis of the nonlinear aerodynamic torque is applied. Some simulation results for the pitch gain-scheduling under step wind speed are presented and investigated. It is shown that gain-scheduling in pitch control is important especially in the region of high wind speeds when there exists a vibration mode of drive-train.
기술 개발과 산업화에 있어 현대 사회에서는 특허의 중요성이 점점 커지고 있다. 이 점은 풍력발전기 분야에서 역시 예외가 아니다. 따라서 기술 개발 이전에 해당 기술 분야에 대해 특허를 조사하고 특허맵을 구축하는 것이 필요하다. 또한 특허맵의 구축을 통하여 풍력 발전기 분야의 기술 개발 동향 및 경쟁 업체의 기술 개발 현황 등에 대하여 파악이 가능하다. 본 논문에서는 풍력발전기의 레이아웃과 드라이브 트레인, 그리고 요 시스템에 대하여 해당 특허에 대한 조사 및 특허맵에 대하여 이야기 하고자 한다.
Wind energy is considered as the most competitive energy source in terms of power generation cost and efficiency. The power train of the pitch drive for a wind turbine uses a 3-stage complex planetary gear system in being developed locally. A gear train of the pitch drive consists of an electric or hydraulic motor and a planetary decelerator, which optimizes the pitch angle of the blade for wind generators in response to the change in wind speed. However, it is prone to many problems, such as excessive repair costs in case of failure. Complex planetary gears are very important parts of a pitch drive system because of strength problem. When gears are designed for the power train of a pitch drive, it is necessary to analyze the fatigue strength of gears. While calculating the specifications of the complex planetary gears along with the bending and compressive stresses of the gears, it is necessary to analyze the fatigue strength of gears to obtain an optimal design of the complex planetary gears in terms of cost and reliability. In this study, the specifications of planetary gears are calculated using a self-developed gear design program. The actual gear bending and compressive stresses of the planetary gear system were analyzed using the Lewes and Hertz equation. Additionally, the calculated specifications of the complex planetary gears were verified by evaluating the results from the Stress - No. of cycles curves of gears.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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