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기술번호
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KST2014066883
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자료제공기관
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미래기술마당
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기술공급기관
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한밭대학교
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기술명
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풍력발전기의 출력향상을 위한 출력제어 기술
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기술개요
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본 발명은 풍속의 정보를 간접적으로 추정하여 로터속도의 비선형 파라미터를 온라인 또는 오프라인으로 계산하고, 이를 제어 게인으로 사용하는 로터속도 비선형 파라미터와 공력토크 관측기를 이용한 풍력터빈의 토크제어방법 및 그 장치에 관한 것으로, 발전기 회전속도를 제곱하여 최적모드 게인에 곱함으로써, 토크지령을 생성하는 토크지령 생성부와, 공력토크 관측기를 이용하여 공력토크를 추정하는 공력토크 추정부와, 상기 추정된 공력토크를 이용하여 발전기 회전속도 기준입력을 생성하는 기준입력 생성부와, 추정된 공력토크를 이용하여 풍속을 생성하는 풍속 생성부, 현 풍력터빈의 발전기 회전속도와 생성된 발전기 회전속도 기준입력간의 오차를 계산하는 오차 계산부와, 로터속도 비선형 파라미터를 계산하기 위한 로터속도 비선형 계산부와, 상기 오차계산부에서 계산된 오차값과 로터속도 비선형 파라미터에 게인상수를 곱하여 추가적으로 공급될 토크를 계산할 비례 제어부를 포함하는 풍력터빈의 토크제어장치 및 이를 이용한 토크제어방법에 관한 것이다.
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개발상태
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기능 및 개념 검증
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기술의 우수성
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1) 풍력발전기의 토크제어는 발전기 회전속도를 제어하기 위해서 발전기 토크 크기를 조절하여 최적의 발전기 속도를 제어하게 되는데, 실제 소형 및 MW급 대형 풍력발전기에 많이 사용해오던 토크제어 방법으로 최적모드게인을 이용하는 토크제어 방법이 있음.
2) 최근 풍력발전기는 더 많은 출력을 얻기 위해서 대형화되는 추세이며, 이에 따라 블레이드의 반경도 길어지게 되고, 블레이드의 길이 증가와 동시에 로터의 관성모멘트 또한 증가하여 토크시스템의 응답이 느려지게 됨. 기존의 최적모드게인을 이용하는 토크제어 방법은 풍력발전기의 블레이드의 공력특성 및 기어박스의 증속비가 결정되면 이에 따라 한 값으로 고정되므로 느린 응답특성을 향상 시킬 수 없는 단점이 있음
3) 풍력발전기의 제어에 있어서 중요하게 고려되어야 할 사항은 바람과 블레이드의 상호작용에 의한 공력토크 비선형의 영향임. 공력토크의 비선형으로 인해 블레이드, 로터, 회전축, 기어박스, 타워, 발전기 등 풍력발전기의 각 구성요소들을 선형모델로 가정하더라도 풍력발전기의 전체 거동은 비선형적인 거동을 보이게 되는데, 풍력터빈의 비선형성과 제어는 밀접한 연관성을 가짐
4) 풍력발전기의 제어에 있어서 비선형적인 3가지의 요인이 존재하는데, 입력이 되는 풍속, 토크제어에 영향을 주는 로터속도, 피치제어에 영향을 주는 피치각이 그 요인에 해당되는데, 본 기술은 이 중 로터속도 비선형 파라미터를 토크제어 시 제어게인으로 이용하는 방법임
5) 본 기술은 공력토크 관측기를 이용하여 풍속의 정보를 간접적으로 추정하여 로터속도 비선형 파라미터를 온라인(On-line) 또는 오프라인(Off-line) 으로 계산하고, 이를 제어 게인으로 이용하여 풍력발전기의 발전기 응답속도를 빠르게 하고 출력파워를 향상 시키는 장점이 있음
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응용분야
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○ 풍력발전기 : 출력제어기, 동역학모델 상용 S/W
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시장규모 및 동향
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1) 풍력발전은 정부에서 미래 신성장동력산업으로 추진하는 신？재생에너지사업의 한 분야로 녹색성장을 주도할 산업분야 중 하나임. 현재 전 세계적으로 풍력에너지의 설치 현황은 폭발적인 성장세를 보이고 있음.
2) 풍력발전기의 설치량은 90년대부터 증가하기 시작하여 최근 5년 동안 연평균 25% 이상의 증가율을 보여 왔으며, 국내 풍력발전 보급현황은 발전 시설 용량이 100 MW가 넘게 설치되어 있는 실정임.
3) 풍력시장을 전적으로 외국 기술과 설비에 의존하게 되면 수입에 의한 외화지출, 국내 관련 산업의 기술기반 약화 등 경제적 손실이 막대함.
4) 풍력발전기 제어기 설계 기술은 S/W적인 면이 강한데, 국외 선진업체에서는 제어기 설계 기술에 대하여 국내의 업체에 상당한 기술료를 요구하고 있는 상황으로, 고성능 및 고신뢰성의 제어기 설계 및 구현에 대한 국내 기술개발은 산업 및 경제에 미치는 영향이 매우 큼.
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희망거래유형
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사업화적용실적
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도입시고려사항
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