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백인수 연구실
강원대학교 기계의용·메카트로닉스공학과 백인수 교수
풍력터빈 제어
Pitch control
Fuzzy logic
연구 영역
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논문·특허
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백인수 연구실

강원대학교 기계의용·메카트로닉스공학과 백인수 교수

백인수 연구실은 풍력터빈의 운전 영역 전환과 시스템 불확실성 조건을 고려하여 피치·토크·전력 제어 알고리즘을 설계하고 검증하는 연구를 수행합니다. 가변속·가변피치 및 고정피치 구성에서 로터 속도와 전기적 출력 변동, 타워 및 블레이드 하중을 저감하기 위한 강건 제어와 기준치 편향 기반 PI 개선 기법을 적용합니다. 또한 드라이브 트레인 모델 및 Extended Kalman filter 기반 풍속 추정, 가용전력 추정 알고리즘을 구축하여 제어 입력의 안정성을 확보하고, 시뮬레이션과 HILS 및 풍동 실험을 통해 성능을 확인합니다.

풍력터빈 제어Pitch controlFuzzy logicH∞ controlLQR
대표 연구 분야
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퍼지 기반 LQR 및 H∞ 강건 피치 제어 연구 thumbnail
퍼지 기반 LQR 및 H∞ 강건 피치 제어 연구
Fuzzy LQR and H∞ Robust Pitch Control for Wind Turbines
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연구 성과 추이
표시된 성과는 수집된 데이터 기준으로 산출되며, 일부 차이가 있을 수 있습니다.
주요 논문
5
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1
Article
|
인용수 1
·
2023
A Study on the Improved Power Control Algorithm for a 100 kW Wind Turbine
Dongmyoung Kim, Taesu Jeon, Insu Paek, Wirachai Roynarin, Boonyang Plangklang, Bayasgalan Dugarjav
IF 3 (2023)
Energies
본 연구에서는 추가 발전기 손실로 인한 전력 보상을 위해, 상용 100 kW 중형 풍력터빈 모델에 대해 전력 보상 제어 알고리즘을 설계하고 검증하였다. 일반적으로 발전기 효율을 고려한 토크 제어가 중형 풍력터빈의 제어기에 적용되지만, 주변 환경으로 인한 발전기 효율 저하에 대응하는 제어는 불가능하다. 이미 설치된 풍력터빈의 주변 환경에 의해 추가적인 발전기 손실이 발생할 수 있으며, 이에 따라 전력이 감소할 것으로 예상되므로 전력 보상 제어 알고리즘이 필요하다. 전력 보상 제어 알고리즘은 제어 전략에 따라 세 가지 방법으로 구분될 수 있으며, 세 가지 전력 보상 제어 알고리즘을 설명하고 설계하였다. 제안된 전력 보상 제어 알고리즘은 DNV의 Bladed 프로그램을 사용하여 검증하였다. 시뮬레이션 조건은 평균 풍속 약 18 m/s, 일반 난류 모델(NTM) Class A로 선정하였고, 추가 발전기 손실은 15%로 가정하였다. 시뮬레이션 비교 결과, 기존 전력 제어 알고리즘은 15% 발전기 손실로 인해 정격 전력 대비 15.00%의 편차를 보였으며, 설계된 세 가지 전력 보상 제어 알고리즘은 최대 0.05%의 편차를 보였다.
https://doi.org/10.3390/en16020619
Control theory (sociology)
Turbine
Wind power
Compensation (psychology)
Power (physics)
Power control
Generator (circuit theory)
Controller (irrigation)
Engineering
Torque
2
Article
|
인용수 4
·
2023
Development and Validation of Control Algorithm for Variable Speed Fixed Pitch Small Wind Turbine
Donggeun Jeong, Taesu Jeon, Insu Paek, Deokjin Lim
IF 3 (2023)
Energies
본 연구에서는 20 kW급 소형 풍력터빈(SWT)을 대상으로 가변 속도 고정 피치 수평축 리프트형의 전력 제어 알고리즘을 제안하고 동적 시뮬레이션을 통해 검증하였다. 본 연구에서 제안한 전력 제어 알고리즘은 최대 전력계수 추종을 위한 II구역 알고리즘, 정격 로터 속도 유지를 위한 II-1/2구역 알고리즘, 정격 출력을 유지하기 위한 III구역 알고리즘으로 구성된다. 제안된 전력 제어 알고리즘을 검증하기 위해 IEC 규정의 정상 난류 모델에 기반한 난류 강도를 적용하여 정격 풍속 및 정격 풍속 초과 조건에서 시뮬레이션을 수행하였다. 그 결과 II구역, II-1/2구역, III구역을 포함한 전체 세 구역에서 제안된 제어기가 적절하게 동작함이 확인되었다. 이후 제어기 성능을 가변 속도 가변 피치(VSVP) 전력 제어기와 비교하였다. 제안된 제어기의 성능은 목표 VSVP 풍력터빈에 대해서는 양호한 것으로 평가되었으나, 동일 풍력터빈에 적용된 종래 제어기의 성능보다는 낮았다. VSVP 풍력터빈과 비교할 때, 제안된 제어기를 적용한 VSFP 풍력터빈은 블레이드와 타워의 평균 하중은 더 높았으나 Damage Equivalent Load (DEL) 관점의 피로 하중은 감소하는 것으로 나타났다.
https://doi.org/10.3390/en16042003
Control theory (sociology)
Turbine
Tip-speed ratio
Blade pitch
Controller (irrigation)
Wind speed
Pitch control
Wind power
Variable speed wind turbine
Rotor (electric)
3
Article
|
인용수 2
·
2022
A Study on Available Power Estimation Algorithm and Its Validation
Dongmyoung Kim, Taesu Jeon, Insu Paek, Dae-Young Kim
IF 3.2 (2022)
Energies
본 연구에서는 풍력터빈의 가용전력을 추정하는 데 사용할 수 있는 서로 다른 3가지 알고리즘을 조사하고 검증하였다. 첫 번째 방법은 가장 단순한 방식으로, 측정된 곤돌라(nacelle) 풍속을 사용하여 전력 곡선(power curve)으로부터 가용전력을 산정한다. 나머지 두 방법은 먼저 측정된 곤돌라 풍속을 사용하지 않고 등가 풍속(equivalent wind speed)을 추정한 다음, 로터 전력 방정식(rotor power equation)으로부터 가용전력을 추정하는 방식이다. 두 방법은 서로 다른데, 두 번째 방법은 구동계(drive-train) 모델을 사용하여 로터 토크(rotor torque)를 추정하는 반면, 세 번째 방법은 풍속 추정에서 발생하는 급격한 피크를 피하기 위해 간소화된 방정식을 사용한다. 시뮬레이션을 수행하여 2 MW 목표 풍력터빈의 측정 데이터를 바탕으로 구성된 가용전력 추정 알고리즘들을 검증하였다. 검증 결과, 세 번째 가용전력 추정 알고리즘이 적절하게 동작하며, 고려된 다른 방법들보다 풍력터빈이 실제로 생성한 전력에 더 가깝다는 점이 확인되었다. 또한, 가장 우수한 성능을 보인 세 번째 알고리즘을 Matlab/Simulink 환경에서의 DPPT(demanded power point tracking) 운전으로 추가 검증하였다. 시뮬레이션 결과, 세 번째 알고리즘은 풍력터빈의 가용전력을 추정하는 데 있어 DPPT 운전에서도 잘 동작하는 것으로 나타났다.
https://doi.org/10.3390/en15072648
Nacelle
Turbine
Wind power
Power (physics)
Rotor (electric)
Wind speed
Power optimizer
Control theory (sociology)
MATLAB
Torque
최신 정부 과제
28
과제 전체보기
1
2025년 6월-2029년 6월
|1,782,714,000
가상 풍력발전기 기반 지능형 운영 지원 솔루션 개발
[최종목표]가상 물리모델과 인공지능 기술이 융합된 하이브리드 디지털 트윈 기술 기반 풍력발전 시스템의 선제적 유지보수 의사결정 지원 솔루션 개발(세부목표 1) 예측(Prediction) 기능을 포함하는 가상 물리모델+AI 하이브리드 기반의 디지털 트윈 모델 개발(세부목표 2) 선제적 유지보수를 위한 하이브리드 디지털 트윈 기반의 의사결정 솔루션(시스템) 개...
풍력발전단지
물리모델
가상풍력발전기
자동모델죄신화
최적운영
2
2025년 6월-2029년 6월
|359,120,000
소형 풍력발전시스템 KS 표준 및 인증 고도화
[최종목표]ㅇ 수직축 및 항력식 소형풍력에 적용 가능한 구조설계 단순식 개발, 인증환경 기준의 현실화, KOLAS 시험기관 인정 취득을 통한 국내 소형풍력 인증 표준 및 체계 고도화[1차년도 목표]ㅇ 소형풍력 공인인증 시험을 위한 장기 활용 가능한 전용 실증부지 확보[2차년도 목표]ㅇ 구조설계 단순식 개발[3차년도 목표]ㅇ 소형풍력 재시험 기준안 마련[4차...
실증부지
KOLAS 시험기관
구조설계 단순식
KS 표준
인증체계
3
2025년 6월-2028년 6월
|1,066,127,000
초대형 부유식 수직축 해상풍력 초기설계 및 성능평가 기술 개발
국내 해양환경에 적합한 20MW급 부유식 수직축 해상풍력 시스템 및 성능평가 기술 개발
부유식 수직축 해상풍력 시스템
하중저감 제어알고리즘
베어링 하중저감형발전기
통합하중해석
모형시험
최신 특허
특허 전체보기
상태출원연도과제명출원번호상세정보
소멸2018풍력 발전기의 후류모델 보정방법1020180088693
소멸2015부유식 풍력발전기의 제어 시스템1020150128474
소멸2012풍력발전 시스템1020120055008
전체 특허

풍력 발전기의 후류모델 보정방법

상태
소멸
출원연도
2018
출원번호
1020180088693

부유식 풍력발전기의 제어 시스템

상태
소멸
출원연도
2015
출원번호
1020150128474

풍력발전 시스템

상태
소멸
출원연도
2012
출원번호
1020120055008