전기기사 전기설비기술기준 · 풍력발전설비 기준 (공사)

Wind Power Installation Standards

풍력발전설비 기준은 바람 에너지를 회전·전기로 바꾸는 설비의 이격·접지·운전 상태 규정이에요. 풍속에 따른 기동·정격·정지 구간과 타워 이격이 안전·민원 대응의 축이에요. 출력은 풍속 세제곱에 민감해요. 풍속을 바꾸면 운전 상태와 기준 항목이 같이 보여요.

풍력발전 = 바람 → 회전 → 전기

💨 풍력발전의 핵심 구성

① 블레이드(날개): 풍에너지를 회전력으로 변환

② 나셀: 발전기+증속기+요(Yaw)시스템 수납

③ 타워: 나셀을 높이 지지 (60~120m)

④ 전력변환: DFIG(이중여자유도기) 또는 PMSG(영구자석동기기)

풍속에 따른 운전 상태

풍속10 m/s

🔑 풍속별 운전 구간

① 0~3 m/s: 정지 (컷인 풍속 미달)

② 3~12 m/s: 부분 출력 (P ∝ v³)

③ 12~25 m/s: 정격 출력 (피치 제어로 일정 유지)

④ 25 m/s↑: 컷아웃 → 블레이드 페더링, 비상 정지

풍력 설치 핵심 기준

풍력 에너지

P = ½ρAv³Cp [W]

ρ: 공기밀도, A: 수풍면적, v: 풍속, Cp: 출력계수(최대 0.593=Betz한계)

이격거리

블레이드 직경(D)의 5배↑ (전후방)

후류(wake) 영향 최소화, 풍차 상호 간격

접지

타워 기초: A종 접지(10Ω↓) + 피뢰시스템

낙뢰 피해 빈발 → 블레이드~기초 피뢰 경로 확보

소음 기준

주거지역 경계: 45dB(A) 이하

이격거리·야간 운전 제한으로 소음 규제 대응

발전기와 전력변환

풍력 발전기 종류 비교 DFIG vs PMSG

DFIG vs PMSG 비교

항목	DFIG (이중여자유도기)	PMSG (영구자석동기기)
증속기	필요	불요 (직결)
전력변환	부분변환 (30%)	전체변환 (100%)
효율	중간	높음
가격	저렴	고가 (희토류)
유지보수	증속기 마모	간단

⚡ 전력변환 경로

①발전기 출력: AC 690V (저압)

②전력변환: AC-DC-AC (Back-to-Back 컨버터)

③승압 변압기: 690V → 22.9kV 계통 연계

피치 제어

블레이드 각도 조절 → 과출력 방지

정격 풍속↑에서 피치각 증가 → 양력 감소 → 출력 일정 유지

시험 포인트 총정리

풍력 출력

P = ½ρAv³Cp

Betz 한계 0.593

컷인/컷아웃

3m/s ~ 25m/s

운전 풍속 범위

🎯 시험 포인트

① P = ½ρAv³Cp, Betz 한계 Cp_max = 0.593 (16/27)

② 컷인 3m/s, 정격 12m/s, 컷아웃 25m/s

③ DFIG(부분변환) vs PMSG(전체변환) 비교

④ 피치 제어: 정격↑에서 블레이드 각도 조절

⑤ 접지: A종(10Ω↓) + 블레이드~기초 피뢰 경로

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 풍력 에너지 공식과 Betz 한계를 쓰시오. (답: P=½ρAv³Cp, Cp 최대=0.593)

②[기출유형] 컷인·정격·컷아웃 풍속을 쓰시오. (답: 컷인 3m/s, 정격 12m/s, 컷아웃 25m/s)

③[기출유형] DFIG와 PMSG의 차이를 설명하시오. (답: DFIG-증속기 필요·부분변환, PMSG-직결·전체변환·고효율)