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직구동형 영구자석 풍력 발전기 모델링 및 통합 시뮬레이터에 있어서,사용자로부터 풍력발전기정보로 블레이드직경(Blade Diameter), 발전효율(Generator efficient), 정격출력(Rated Power), 최저한계풍속(cut in speed), 최고한계풍속(cut out speed), 최저블레이드회전속도(Rotor_speed_low), 최고블레이드회전속도(Rotor_speed_high), 블레이드의 관성모멘트, 블레이드의 마찰계수, 블레이드형상상수(c1~c6)를 입력받아 저장하는 발전기정보저장부(10);와사용자로부터 대기정보로 실시간으로 입력풍속(Wind speed), 입력풍향(Wind Angular), 공기밀도를 입력받는 대기정보입력부(20);와사용자로부터 사용자설정 정보로 요우(Yaw)각 제어여부, 피치(Pitch)각 제어여부, 피치각의 MPPT(Maximum power point tracking) 제어여부, 모델링속도를 입력받는 사용자설정저장부(30);와상기 대기정보입력부(20)로부터 상기 대기정보를 전달받고, 상기 발전기정보저장부(10)로부터 상기 풍력발전기정보를 전달받고, 상기 사용자설정저장부(30)로부터 상기 사용자설정정보를 전달받아, 상기 풍력발전기의 출력이 정격출력 이하를 유지하되, 상기 정격출력 이하에서는 최대출력을 내는 요우각 및 피치각을 산출하고, 상기 요우각 및 피치각을 산출하기 위한 데이터를 산출하는 모델링데이터산출부(40);와상기 모델링데이터산출부(40)에서 산출되는 상기 요우각 및 피치각을 산출하기 위한 데이터를 전달받아 저장하는 모델링데이터저장부(50);와상기 사용자설정저장부(30)로부터 상기 모델링속도를 전달받아, 상기 모델링데이터산출부(40)의 상기 요우각 및 피치각 산출속도를 상기 모델링속도로 설정하는 모델링속도제어부(60);를 포함하되,상기 발전기정보저장부(10), 대기정보입력부(20), 사용자설정저장부(30)에 입력되는 데이터와 모델링데이터산출부(40)에서 산출되는 데이터와 모델링데이터저장부(50)에 저장되는 데이터 중 하나 이상의 데이터를 출력하여 사용자에게 전달하는 출력부(70);를 포함하는 직구동형 영구자석 풍력 발전기 모델링 및 통합 시뮬레이터
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제 1항에 있어서,상기 모델링데이터산출부(40)는,상기 대기정보입력부(20)로부터 상기 공기밀도, 입력풍향, 입력풍속을 전달받고, 상기 발전기정보저장부(10)로부터 상기 블레이드직경을 전달받고, 상기 모델링데이터저장부(50)로부터 참조요우각을 전달받되, 상기 모델링데이터저장부(50)에 저장된 상기 참조요우각의 값이 없는 경우 대신 0을 전달받으며, 상기 입력풍향, 입력풍속, 참조요우각의 단위가 도(˚) 단위가 아닌 경우 도 단위로 변환하여 수학식 1을 이용하여 입력에너지를 산출하여 상기 모델링데이터저장부(50)로 전달하고, 수학식 2를 이용하여 입력풍향과 참조요우각 차이를 산출하는 데이터선처리모듈(41)를 포함하고,상기 사용자설정저장부(30)로부터 상기 요우각 제어여부를 전달받고 상기 데이터선처리모듈(41)에서 상기 입력풍향과 참조요우각 차이를 전달받되, 상기 요우각 제어여부가 ON이고 상기 입력풍향과 참조요우각 차이가 소정의 수렴값을 초과하면 상기 데이터선처리모듈(41)에서 상기 입력풍향, 참조요우각을 전달받아 수학식 3 또는 수학식 4을 이용하여 참조요우각의 값을 새로 산출하여 상기 모델링데이터저장부(50)로 전달하는 참조요우각산출모듈(42)을 더 포함하되,상기 새로 산출되는 참조요우각은,상기 입력풍향과 참조요우각 차이가 180도 이하이면서 상기 입력풍향이 상기 참조요우각 초과이거나, 상기 입력풍향과 참조요우각 차이가 180도 초과이면서 상기 입력풍향이 상기 참조요우각 이하인 경우 수학식 3를 이용하여 산출되고, 상기 입력풍향과 참조요우각 차이가 180도 이하이면서 상기 입력풍향이 상기 참조요우각 이하이거나, 상기 입력풍향과 참조요우각 차이가 180도 초과이면서 상기 입력풍향이 상기 참조요우각 초과인 경우 수학식 4을 이용하여 산출되되,상기 수학식 1은입력에너지 = A×공기밀도×입력풍속3+Co/2,여기서 A = (블레이드직경/2)2×π,여기서 Co=cos(입력풍향과 참조요우각 차이)×π/180,상기 수학식 2는입력풍향과 참조요우각 차이=|참조요우각-입력풍향|,상기 수학식 3는 새로 산출되는 참조요우각=[(참조요우각+소정의 변경값)/8]의 나머지 값,상기 수학식 4은새로 산출되는 참조요우각=[(참조요우각-소정의 변경값)/8]의 나머지 값,인 것을 특징으로 하는 직구동형 영구자석 풍력 발전기 모델링 및 통합 시뮬레이터
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제 2항에 있어서,상기 모델링데이터산출부(40)는,상기 발전기정보저장부(10)에서 상기 발전효율, 정격출력, 블레이드형상상수를 전달받고, 상기 모델링데이터저장부(50)에서 주속비(TSR), 입력에너지를 전달받되 상기 모델링데이터저장부(50)에 저장된 주속비, 입력에너지의 값이 없는 경우 각 값 대신 0을 전달받아 수학식 5를 이용하여 모든 입력피치각에 대해서 입력피치각 별 출력을 산출하되, 상기 입력피치각 별 출력 중 정격출력 이상인 값은 0으로 변환하는 입력피치각 별 출력산출모듈(43)을 더 포함하되,상기 수학식 5는상기 입력피치각 별 출력 = 입력에너지×입력피치각 별 성능계수×발전효율/100여기서 입력피치각 별 성능계수 = c1×(c2/i_B-c3×입력피치각-c4)×e(-c5/i_B)+c6×주속비,여기서 i_B = 1/[1/(주속비+0
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제 3항에 있어서,상기 모델링데이터산출부(40)는,상기 입력피치각 별 출력산출모듈(43)로부터 상기 모든 입력피치각에 대한 입력피치각 별 출력을 전달받아, 제1참조피치각의 값으로 상기 전달받은 입력피치각 별 출력 중 최고값의 입력피치각의 값을 설정하여 상기 제1참조피치각을 상기 모델링데이터저장부(50)로 전달하는 제1참조피치각산출모듈(44)을 더 포함하되,상기 모델링데이터저장부(50)로 전달되는 제1참조피치각은,상기 새로 설정되는 제1참조피치각이 다수개인 경우 가장 큰 값인 것을 특징으로 하는 직구동형 영구자석 풍력 발전기 모델링 및 통합 시뮬레이터
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제 4항에 있어서,상기 모델링데이터산출부(40)는,상기 발전기정보저장부(10)로부터 상기 최저한계풍속, 최고한계풍속을 전달받고 상기 대기정보입력부(20)로부터 상기 입력풍속을 전달받아 상기 입력풍속이 최저한계풍속와 최고한계풍속 이내의 값인 경우, 상기 발전기정보저장부(10)로부터 상기 블레이드직경, 정격풍속, 최저블레이드회전속도, 최고블레이드회전속도를 전달받고, 상기 대기정보입력부(20)로부터 상기 공기밀도를 전달받고, 상기 모델링데이터저장부(50)로부터 상기 입력에너지, 블레이드의 관성에너지, 블레이드회전속도를 전달받되, 상기 모델링데이터저장부(50)에 저장된 입력에너지, 블레이드의 관성에너지, 블레이드회전속도의 값이 없는 경우 각 값 대신 0을 전달받아 수학식 6을 이용하여 블레이드회전속도를 새로 산출하고, 상기 새로 산출한 블레이드회전속도와 상기 모델링데이터저장부(50)로부터 전달받은 블레이드회전속도의 차이가 소정의 수렴값 이상이면 상기 새로 산출한 블레이드회전속도를 모델링데이터저장부(50)로 전달하고, 상기 모델링데이터저장부(50)로부터 전달받은 블레이드회전속도와 상기 새로 산출한 블레이드회전속도의 차이에 비례하도록 블레이드의 회전 가속도를 산출하여 모델링데이터저장부(50)로 전달하는 블레이드회전속도 산출모듈(45)을 더 포함하되,상기 새로 산출되는 블레이드회전속도는,상기 최고블레이드회전속도 이상인 경우 상기 최고블레이드회전속도의 값을 갖되,상기 수학식 6은새로 산출된 참조블레이드회전속도=(최고블레이드회전속도-최저블레이드회전속도)×(입력에너지-P_Ws_l-블레이드의 관성에너지)/(P_Ws_h-P_Ws_l)+최저블레이드회전속도,여기서 최저한계풍속에 의해 블레이드가 받는 출력(P_Ws_l) = A×공기밀도×(최저한계풍속3)/2,여기서 정격풍속에 의해 블레이드가 받는 출력(P_Ws_h) = A×공기밀도×(정격풍속3)/2,여기서 바람의 블레이드 통과 면적(A) = (블레이드직경/2)2×π,인 것을 특징으로 하는 직구동형 영구자석 풍력 발전기 모델링 및 통합 시뮬레이터
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제 5항에 있어서,상기 모델링데이터산출부(40)는,상기 대기정보입력부(20)로부터 입력풍속을 전달받고, 상기 발전기정보저장부(10)로부터 상기 블레이드형상상수, 블레이드직경을 전달받고, 상기 모델링데이터저장부(50)로부터 제2참조피치각, 블레이드회전속도를 전달받되 상기 모델링데이터저장부(50)로부터 전달받은 상기 제2참조피치각, 블레이드회전속도의 값이 없는 경우 각 값 대신 0을 전달받아 수학식 7을 이용하여 상기 주속비를 새로 산출하여 상기 모델링데이터저장부(50)로 전달하고, 수학식 8를 이용하여 성능계수를 산출하여 상기 모델링데이터저장부(50)로 전달하는 주속비산출모듈(46)를 더 포함하고,상기 대기정보입력부(20)로부터 상기 입력풍속을 전달받고, 상기 발전기정보저장부(10)로부터 상기 정격풍속을 전달받고, 모델링데이터산출부(40)로부터 제2참조피치각을 전달받되, 상기 모델링데이터저장부(50)로부터 전달받은 상기 제2참조피치각의 값이 없는 경우 각 값 대신 0을 전달받고, 상기 사용자설정저장부(30)로부터 상기 피치각 제어여부, 피치각의 MPPT 제어여부를 전달받고, 상기 피치각 제어여부가 ON인 경우 제2참조피치각을 새로 산출하는 제2피치각산출모듈(47)를 더 포함하되,상기 새로 산출되는 제2참조피치각은,상기 피치각의 MPPT 제어여부가 ON이거나 상기 입력풍속이 정격풍속 미만이면 상기 모델링데이터산출부(40)로부터 상기 제1참조피치각을 전달받아 상기 제1참조피치각과 상기 모델링데이터산출부(40)로부터 전달받은 제2참조피치각의 차이가 소정의 수렴값 초과인 경우 수학식 9 또는 수학식 10를 이용하여 산출되되, 상기 제1참조피치각이 상기 모델링데이터산출부(40)로부터 전달받은 제2참조피치각 이상인 경우에는 수학식 9을 이용하여 산출되고,상기 제1참조피치각이 상기 모델링데이터산출부(40)로부터 전달받은 제2참조피치각 미만인 경우에는 수학식 10를 이용하여 산출되되,상기 수학식 7은새로 산출된 주속비 = (2π×블레이드회전속도/60)×블레이드직경/(2×입력풍속),상기 수학식 8은성능계수 = c1×(c2/i-c3×제2참조피치각-c4)×e(-c5/i)+c6×새로 산출된 주속비,여기서 i = 1/[1/(새로 산출된 주속비+0
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제 6항에 있어서,상기 모델링데이터산출부(40)는,상기 발전기정보저장부(10)로부터 블레이드의 관성모멘트, 블레이드의 마찰계수, 발전효율, 정격출력, 최고블레이드회전속도를 전달받고, 상기 모델링데이터저장부(50)로부터 블레이드회전속도, 가속도를 전달받되, 상기 모델링데이터저장부(50)로부터 전달받은 상기 블레이드회전속도, 가속도의 값이 없는 경우 대신 0을 전달받아 수학식 11을 이용하여 블레이드의 관성에너지를 산출해서 모델링데이터저장부(50)로 전달하고, 수학식 12를 이용하여 풍력발전기의 출력을 산출하는 발전출력산출모듈은(48)를 더 포함하되,상기 수학식 11은블레이드의 관성에너지 = 블레이드의 관성모멘트×가속도×블레이드회전속도/2,상기 수학식 12는풍력발전기의 출력 = [블레이드회전속도2×1000×정격출력/최고블레이드회전속도2-(블레이드 회전시 마찰에 의해 손실되는 에너지)]×발전효율,여기서 블레이드 회전시 마찰에 의해 손실되는 에너지 = 블레이드의 마찰계수×블레이드회전속도2인 것을 특징으로 하는 직구동형 영구자석 풍력 발전기 모델링 및 통합 시뮬레이터
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