• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.60.1-60.1
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• 2011

본 연구에서는 풍력 터빈 블레이드의 다분야 통합 최적 설계를 위하여, 진동하는 비정상 공력하중에 의한 작동 수명을 고려한 최적화 과정을 수행하였다. 최적화 대상으로는 NREL의 1.5MW 급 풍력터빈을 baseline 으로 하였고, NREL의 FAST 프로그램을 이용하여 발전기의 정격 출력 및 블레이드에 작용하는 비정상 공력 하중 특성을 분석하였다. 최적화 수행 시 블레이드 형상의 효율적인 구현을 위해 형상모델링 함수를 이용하여 코드 길이와 트위스트 분포를 모델링하였다. 그리고 상용 MDO Framework 인 Piano를 이용하여 블레이드 루트부의 비정상 공력하중 조건을 완화시키는 최적화 설계를 수행하였다. 정격출력을 유지하면서도 Out of Plain 방향의 하중 조건을 개선하여 보다 긴 작동 수명을 기대할 수 있는 블레이드 형상을 설계하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권2호
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• pp.85-91
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• 2017

본 연구에서는 NREL 5 MW 해상풍력터빈 모형의 후류 유동장 분석을 위해 1/86 축소모형을 사용한 실험적 연구를 수행하였다. 정격출력 속도 11.4 m/s와 회전수 1,045 rpm 조건에서 열선풍속계를 사용하여 반경의 6배까지 후류에서 속도 결핍 및 난류도 변화를 측정하는 풍동시험을 수행하였다. 그 결과 풍력터빈의 후류에서의 속도결핍은 횡방향과 수직 방향으로는 반경의 2배 이내에서 회복됨을 볼 수 있었으며, 끝단 와류에 의한 영향은 반경의 5배 이후에는 나타나지 않음을 볼 수 있었다. 또한, 후류의 난류도는 블레이드 끝단 부근에서 크게 나타나며 길이방향으로 반경 거리까지는 급격한 감소가 일어나지만 이 이후부터 반경의 6배까지 유지되었다.

• 한국가시화정보학회지
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• 제17권2호
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• pp.32-38
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• 2019

A comparison study between computational-fluid-dynamics simulation and wind tunnel test for a megawatt-class wind turbine is conducted. For the study, flow-field in wake, basic aerodynamic performance, and effect of the yaw error for a 1/86 scaled-down model of the NREL offshore 5 MW wind turbine are numerically calculated using commercial software "FloEFD" with $k-{\varepsilon}$ turbulence model. The computed results are compared to the wind tunnel test performed by the constant-velocity mode for the model. It is shown that discrepancy are found between the two results at lower tip-speed ratio and higher yaw angle, however, the velocity-defection distribution in the wake, the torque coefficient at moderated and high tip-speed ratios are in good agreement with the wind tunnel test.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권11호
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• pp.1455-1462
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• 2012

풍력 터빈의 용량이 대형화될수록, 난류성분에 의한 풍력 터빈 구조물의 하중을 최소화시키는 하중완화 제어가 점차 중요해진다. 한번 설치되면 20 년 이상 작동되어야 하는 풍력 터빈 구조물은 끊임없이 바람에 의한 하중에 노출되는데, 이것이 적절하게 제어되지 않으면 풍력 터빈의 회전 반복운동에 의하여 피로파괴에 이르게 될 가능성이 커진다. 본 논문은 NREL 5MW 풍력 터빈을 대상으로 타워의 하중을 저감시키는 제어시스템을 설계하고, 이의 성능을 평가하는 내용을 담고 있다. 타워의 하중 완화제어시스템을 설계하려면 5MW 풍력 터빈의 동적 특성이 먼저 파악이 되어야 하며, 파워 커브를 추종하는 기본 제어시스템의 설계가 선행되어야 한다.

• 신재생에너지
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• 제7권2호
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• pp.59-69
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• 2011

5MW wind turbine is regarded as a promising system for offshore wind farms in the western sea of Korean. And the wind turbine is developed in many companies but not much information is known about it. In this study, aerodynamics and control characteristics depending on several control methods is reviewed on 5MW wind turbine, in which configuration data of the turbine are used from the previous study of NREL. For the calculations, GH_Bladed, which is certificated software by GL, is used and compared with data from FAST code of NREL. This study shows that how much power production, and aerodynamic performances and loads can be obtained with different controls in the operation of 5MW wind turbine, which is expected to be useful in the design of the wind turbine system.

• 한국풍공학회지
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• 제22권4호
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• pp.163-169
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• 2018

본 연구에서는 운전 정지 상태로 회전하지 않는 수평축 해상 풍력터빈 로터에서 발생하는 풍하중을 풍속, 요 각도, 방위각, 피치 각도를 달리하면서 대기경계층 내에서 작동하는 조건으로 평가하였다. 하중 예측 결과의 검증을 위해 단순화 한 블레이드 형상에 대한 블레이드 요소이론과 단순 계산치를 이용하여 얻어낸 공력 하중을 상호 비교하였으며, 코드와 비틀림 각도가 블레이드 스팬 방향에 따라 변하는 NREL 5 MW급 대형풍력터빈 로터에 대해서는 NREL에서 개발한 FAST 해석 결과와 본 연구의 해석 결과를 비교함으로써 해석 결과의 정확도를 검증하였다. 로터의 하중은 허브 중심을 원점으로 하는 고정된 3축 좌표계에 대해서 힘과 모멘트로 표현되는 6분력 하중으로 나타내었다. 따라서 이 결과는 풍력터빈 시스템의 동적 거동 해석과 로터에서 발생되는 전도 모멘트를 견디기 위해 필요한 지지 구조물의 기초하중 자료로 적용할 수 있다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제32권5호
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• pp.31-40
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• 2012

This paper introduces a methodology for NREL 5MW wind turbine, which is the variable speed and variable pitch(VSVP) control system. This control strategy maximizes the power extraction capability from the wind in the low wind speed region and regulates the wind turbine power as the rated one for the high wind speed region. Also, pitch control efficiency is raised by using pitch scheduling.Torque schedule is made of torque table depending on the rotor speed. Torque control is used for vertical region in a torque-rotor speed chart. In addition to these, mechanical loads reduction using a drive train damper and exclusion zone on a torque schedule is tried. The NREL 5MW wind turbine control strategy is comprised by the generator torque and blade pitch control. Finally, proposed control system is verified through GH Bladed simulation.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권3호
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• pp.210-216
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• 2013

풍력터빈이 점차 대형화 되면서 로터 직경도 점차 커지고 있다. 로터 블레이드는 윈드시어와 타워 교란 효과로부터 기계적 하중을 받게 된다. 이러한 기계적 하중은 풍력터빈의 수명을 단축시킨다. 풍력터빈의 크기가 커짐에 따라 기계적 하중 완화를 위한 풍력터빈 제어 시스템 설계가 중요하다. 본 논문에서는 로터 블레이드의 기계적 하중 저감을 위한 천이영역에서의 개별 피치 제어에 대해 소개하고 IPC 성능 검증을 위해 시뮬레이션을 통하여 논의한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권11호
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• pp.1427-1432
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• 2012

풍력터빈이 점차 대형화 되면서 로터 직경도 점차 커지고 있다. 로터 블레이드는 윈드시어와 타워교란 효과로부터 기계적 하중을 받게 된다. 이러한 기계적 하중은 풍력터빈의 수명을 단축시킨다. 따라서, 풍력터빈의 크기가 커짐에 따라 기계적 하중 완화를 위한 풍력터빈 제어 시스템 설계가 중요하다. 본 논문에서는 로터 블레이드의 기계적 하중 저감을 위한 개별 피치 제어에 대해 소개하고 IPC 성능 검증을 위해 시뮬레이션을 통하여 논의한다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제24권4_2호
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• pp.443-451
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• 2021

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.