• 한국정보전자통신기술학회논문지
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• 제17권5호
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• pp.296-301
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• 2024

본 연구는 ANSYS CFD 프로그램을 이용하여 50kW급 풍력발전에 적용되는 주 블레이드 길이에 대해 연구를 하였다. 주 블레이드 길이를 70cm, 58cm로 설정하여 유동해석 및 효율과 출력전력, 출력전압, 출력전류의 특정을 확인하였다. 두 조건의 유동해석 결과는 거의 일치하였다. 공기 흐름이 블레이드 입구 부분과 출구 부분에서 균일하게 측정되었고 보조 블레이드를 통과한 공기 속도는 증가되고 회절되지 않았다. 그래서 더 큰 힘을 주 블레이드의 입구 부분에 힘을 전달하고 회전자를 거쳐서 출구 부분으로 통과시키는 것으로 나타났다. 주 블레이드 길이가 70cm인 경우, TSR이 증가할수록 토크는 낮아지고 TSR이 0.4일 때 효율은 0.293, 출력전력은 65,14kW, 전압은 31.44V, 전류는 649.1A로 측정되었다. 그리고 주 블레이드 길이가 58cm인 경우, TSR이 증가할수록 토크는 낮아지고 TSR이 0.4일 때 효율은 0.274, 전력은 61.02kW, 전압은 31.49V, 전류는 607.0A로 측정되었다. 결론적으로 터빈 직경을 14m로 하면 주 블레이드 길이가 70cm인 경우가 최적의 블레이드로 조건이 된다는 것을 알 수가 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.546-549
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• 2009

풍력을 이용한 풍력발전기의 효율적 전력변환 시스템을 연구개발하기 위해서는 바람의 특성을 실내에서 정확히 구현할 수 있는 모의시험장치인 시뮬레이터가 요구된다. 모의시험장치는 바람을 받아 회전하는 블레이드 대신 풍속 값을 입력하여 전동기가 발전기에 토오크(torque)를 공급하게 된다. 모의시험장치를 설계하고 구현에 있어서 중요한 요소는 블라인드의 관성시정수와 축소모델인 5.83kW 모델 발전기 설계제작 그리고 고효율의 전력변환장치 설계 및 인버터 특성 알고리즘 구현이다. 본 논문은 2MW Gearless형 풍력발전기 KBP-2000M을 400:1 축소하여 제작한 모의실험장치에 최고의 출력 파워를 얻도록 Pitch Control 알고리즘을 적용한 측정 결과를 소개한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.661-668
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• 2015

본 연구에서는 풍력발전분야의 블레이드 공력설계 및 성능해석에 적용되고 있는 날개요소운동량이론을 이용한 조류터빈 블레이드 형상설계 방법론을 제시하였으며, S814 단일 에어포일로 구성된 2 블레이드 형식의 1MW급 수평축 블레이드 형상설계 결과를 제시하였다. 조류터빈 블레이드는 해양환경에서 운전되는 특성 상 블레이드 팁 근방에서 캐비테이션 발생으로 인한 문제가 상존하므로, 설계초기단계에서 신중히 고려되어야 한다. 본 연구를 통해 설계된 1MW 조류터빈 블레이드의 유동특성분석 및 출력성능해석을 위해 캐비테이션 모델이 고려된 CFD 해석을 수행하였으며, 블레이드 팁 근방 흡입 면 및 압력 면에서 캐비테이션이 발생하고 있음을 확인하였다. 최대 출력계수는 설계 주속비 7의 조건에서 47%로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권3호
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• pp.23-30
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• 2003

본 연구는 풍력발전 시스템에 관련된 IEC61400-1 국제규격 및 GL규격에 정의된 다양한 하중조건을 고려하였고, 이러한 하중들을 효과적으로 견딜 수 있는 특별한 복합재 구조형상을 제안하였다. 복합재 풍력터빈 블레이드 주고에 대한 평가를 위해 유한요소 구조해석을 수행하였다. 구조설꼐에서는 파라미터 분석 연구를 통해 블레이드 구조형상을 결정하였고, 대부분의 주요 설꼐 피라미터를 결정하였다. FEM을 이용한 응력해석결과를 검토하여 설계된 블레이드 구조는 어떠한 하중조건에 대해서도 안전함을 확인하였다. 뿐만 아니라, 본 연구에 의해 새롭게 고안된 삽입볼트를 사용한 허브 연결부의의 설계하중과 피로하중에 대한 안전성을 검토하였으며, 잘 알려진 S-N 선형 손상 이론, 하중 스펙트럼 및 Spera의 실험식에 의해 20년 이상의 피로수명을 갖도록 하였다. 몇 개의 집중하중으로 모사된 공력하중에 대한 실물 정적구조시험을 수행하였으며, 실험결과로부터 설계된 블레이드는 구조적으로 안전함을 확인하였다. 더욱이, 변위 및 응력, 중량, 무게중심 증의 측정된 결과는 해석결과와 일치함을 확인하였으며, 연구된 블레이드는 독일의 국제적 인증기관인 GL사의 인증을 획득하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.516-520
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• 2009

This study describes aerodynamic characteristics for the HAWT (Horizontal Axis Wind Turbine) rotor blade using general CFD(Computational Fluid Dynamics) code. The boundary conditions for analysis are validated with the experimental result by the NREL (National Renewable Energy Laboratory)/NASA Ames wind tunnel test for S809 airfoil. In the case of wind turbine rotor blade, complex phenomena are appeared such as flow separation and re-attachment. Those are handled by using a commercial flow analysis tool. The 2-equation k-$\omega$ SST turbulence model and transition model appear to be well suited for the prediction. The 3-dimensional phenomena in the HAWT rotor blade is simulated by a commercial 3-D aerodynamic analysis tool. Tip vortex geometry and Radial direction flows along the blade are checked by the analysis.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제11회 학술강연회논문집
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• pp.39-39
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• 1998

본 연구는 500KW급 수평축 풍력발전기용으로 개발된 회전날개의 시제품 제작에 앞서 축소모델에 대한, 이론적으로 예측된 공력성능과 신축에 의한 공력성능을 비교 검토함으로서, 설계결과를 검증하고, 필요한 경우 설계를 보완하여 개발위험도를 최소화하기 위해 수행되었다. 시험모델의 크기는 실제의 5%로서 직경이 2.1m이며 날개의 시위길이는 0.2r/R에서 0.101m, 날개끝에서 0.043m 이고, 날개단면형 상온 FX-S-03-182이다. 블레이드의 재질은 Glass/Epoxy 복합재료로 제작되었으며, 실제 풍황을 모사하기 위해 자연풍 상태에서 실험하였다. 실험장치의 구성은 15m 높이의 타워에 회전날개와 전자브레이크 및 각종 센서를 장착하였고, 날개가 회전하기 시작하면 제동장치에 의해 부하를 주면서 토크, 회전수, 풍속 등을 각각의 센서로부터 자료획득장치를 통해 자료처리를 할 수 있도록 하였다. 실험하는 동안 풍속은 4m/s-13m/s 정도로서 시동 풍속인 4m/s와 정격풍속인 12m/s를 포함하여 회전날개의 전체적인 특성을 파악하기 용이하였고, 이론적인 예측성능과 측정된 성능을 비교 검토한 결과 비슷한 결과를 얻어 공력설계 및 해석 방법을 검증하였다.

• 풍력에너지저널
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• 제14권3호
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• pp.100-108
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• 2023

The aim of this study is to develop guidelines for predicting interference between drones and wakes during non-destructive blade inspections in wind power systems. The wake generated by wind towers and blades can affect the stability of drone flights, necessitating the establishment of guidelines to ensure safe and efficient inspections. In order to predict the interference between drones and blades, environmental variables must be considered, including quantification of turbulence intensity in the wake generated by the tower and blades, as well as determining the appropriate distance between the drone and the tower/blades for flight stability. To achieve this, computational fluid dynamics (CFD) analysis was performed using cross-sectional geometries corresponding to the main wind turbine blade and tower span locations. Based on the CFD analysis results, a safe flight path for drones is proposed, which minimizes the risk of collision and interference with towers and blades during maintenance operations of wind power systems. Implementation of the proposed guidelines is expected to enhance the safety and efficiency of maintenance work.

• 전력전자학회논문지
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• 제16권1호
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• pp.11-19
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• 2011

본 연구에서는 풍력발전시스템의 다양한 특성들을 고려한 DFIG풍력발전시스템 하드웨어 시뮬레이터를 개발하였다. 개발한 하드웨어 시뮬레이터는 유도전동기를 이용한 풍력터빈 모델과 이중여자 유도발전기 그리고 컨버터와 인버터로 구성된 Back-to-Back컨버터로 구성되었다. 특히 풍력터빈 시뮬레이터는 풍속계를 이용하여 실시간으로 풍속을 측정하고 측정된 바람으로 블레이드의 특성을 모의하였다. DFIG풍력발전 시뮬레이터에서 생산되는 전력은 MPPT제어를 수행하는 MSC(Machine Side Converter)와 DC link전압을 일정하게 제어하는 GSC(Grid Side Converter)에 의해 계통에 연계되어 운전한다. 제안하는 시스템은 PSCAD/EMTDC 프로그램을 이용하여 시뮬레이션 하였으며, 축소모형실험을 통해서 성능을 검증하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권6호
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• pp.786-795
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• 2011

본 연구에서는 블레이드, 증속기, 발전기, 케이스를 포함한 풍력 발전시스템의 진동 모델을 개발 하였다. 특히 유성기어열에서의 유성기어는 유연핀에 지지가 되어 있는데, 이는 비틀림만을 고려하지 않고 유성기어의 회전 방향의 접선방향으로의 병진 운동을 고려하였으며, 풍력발전시스템이 마운트에 지지되어 있는 특징을 고려하여 케이스에 의한 운동을 포함 하였다. 풍력발전 시스템의 진동특성을 파악하기위하여, 풍하중, 불평형, 치합전달오차에 등에 의한 자려가진원을 구하였고, 운전속도 범위 내에서 위험속도 분석을 하였다. 위험속도해석결과, 2단 치통과 주파수에 의해서 81.2Hz, 104.7Hz 모드에서 공진이 발생하며, 3단 치통과 주파수에 의해서 264.5Hz, 377Hz, 424.6Hz 모드에서 공진이 발생하는 것을 알 수 있었다. 또한, 공진이 발생하는 진동모드를 분석하여 진동저감 대책을 수립하였다.

• 에너지공학
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• 제12권2호
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• pp.154-163
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• 2003

전력계통에 연계하기 위해서 풍력발전시스템은 계속해서 변하는 풍속에 응동하여 적정한 출력을 계통에 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 연계되는 전력계통에서 허용될 수 있는 수준의 주파수와 전압크기를 갖는 출력을 제공할 수 있어야 하며, 이를 위해서는 풍력발전의 적절한 출력제어가 필수적으로 요구된다. 본 연구에서는 동기발전기가 전압원인버터로 구성된 AC-DC-AC 변환부를 거쳐 계통에 접속되는 계통연계형 풍력발전시스템의 출력제어 전략을 소개하며, 이를 전자기 과도현상 해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC를 이용하여 모의하고 해석하였다. 블레이드를 통해 입력되는 풍속에 대하여 최대 에너지를 공급할 수 있도록 전압원인버터의 유효전력 출력제어가 이루어지며, 출력단 전압을 일정하게 유지하기 위한 무효전력 출력제어가 행해진다. 또한 60 Hz의 주파수 출력 및 고조파 저감을 위해 SPWM 스위칭 방식을 채택하였다. 풍속의 변동 및 부하의 변동에 대한 풍력발전시스템의 응동특성 및 출력변화를 모의하고 해석한다.