중력의 영향을 고려한 풍력 터빈 블레이드 시스템의 동적 안정성 해석

Abstract

본 연구에서는 중력의 영향이 고려된 풍력 터빈 블레이드 시스템에 대해 선형 동적 모델을 유도하였으며 유도된 선형 모델을 통해 동적 안정성 해석을 수행하였다. 먼저 외팔보의 형상으로 블레이드를 모델링하여 중력과 블레이드의 기본적인 제원이 동적 안정성에 미치는 영향을 파악하였다. 그리고 실제 풍력 터빈 블레이드가 갖는 구조 형상인 단면 테이퍼, 초기 비틀림각, 장착각의 영향을 고려하여 이 요소들이 안정성에 미치는 영향을 파악하였다. 또한 일반적인 수평축 풍력 발전기의 경우 허브를 통한 3개의 블레이드 간 연성효과가 고려되어야 하기 때문에 이러한 구조를 모델링하고 연성효과가 동적 안정성에 미치는 영향을 파악하였다. 안정성 해석 결과는 Floquet 이론 등과 같은 기존 안정성 해석 방법의 한계를 보완하기 위해 정규화된 최대 굽힘 변위를 기준으로 Contour graph를 나타내었으며 블레이드의 길이와 회전 각속도 변화에 따른 동적 안정성의 변화를 한 눈에 파악할 수 있는 자료를 제시하였다.