KR101028960B1 - Wind Turbine Equipment - Google Patents

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박현용
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Abstract

풍력터빈설비가 제공된다. 개시된 풍력터빈설비는 블레이드, 블레이드에 연결되는 증속기, 및 증속기로부터의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전기를 구비하고, 증속기와 발전기 사이에 위치하여 발전기 축의 속도를 일정하게 유지하도록 조절하는 차동기어장치, 및 차동기어장치에 연결되는 유도장치를 포함하며, 유도장치는 상기 차동기어장치를 구성하는 구동기어들의 회전속도를 조절함으로써 발전기가 일정한 속도를 낼 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.Wind turbine equipment is provided. The disclosed wind turbine facility has a blade, a speed reducer connected to the blade, and a generator that converts mechanical energy from the speed reducer into electrical energy, and is positioned between the speed reducer and the generator to adjust the speed of the generator shaft to maintain a constant speed. A gear device and an induction device connected to the differential gear device, the induction device is characterized in that the generator can achieve a constant speed by adjusting the rotational speed of the drive gears constituting the differential gear device.

본 발명에 따른 풍력터빈설비는 동력전달을 위해 증속기와 발전기 사이에 위치하는 차동기어장치 및 차동기어장치를 제어하는 유도장치를 구비하여 유도장치의 작동으로 블레이드의 어떤 속도변화나 블레이드에 가해지는 급격한 부하에도 불구하고 발전기의 출력축 속도를 일정하게 유지하게 한다는 특징이 있게 된다.Wind turbine equipment according to the present invention has a differential gear device located between the speed increaser and the generator for power transmission and an induction device for controlling the differential gear device, the operation of the induction device suddenly applied to the blade or any speed change of the blade In spite of the load, it is characterized by keeping the output shaft speed of the generator constant.

차동기어장치, 유도장치, 발전기, 증속기, 풍력터빈 Differential Gear, Induction Gear, Generator, Gearbox, Wind Turbine

Description

풍력터빈설비{Wind Turbine Equipment}Wind Turbine Equipment

본 발명은 풍력터빈설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블레이드 및 증속기로부터 가변적인 동력을 전달받는 발전기의 출력 속도를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 풍력터빈설비에 관한 것이다.The present invention relates to a wind turbine installation, and more particularly, to a wind turbine installation that can maintain a constant output speed of the generator receives a variable power from the blade and the gearbox.

일반적으로, 풍력터빈설비는 나셀 내부에 증속기, 발전기, 인버터 등이 구비된다. 증속기에는 블레이드가 연결 고정된다. 바람에 의해 저속으로 회전하는 블레이드는 증속기를 통해 1500rpm 이상의 고속으로 운동 에너지를 발생시키고 발전기는 상기 운동에너지를 전기에너지로 변화시킨다. 발전기에서 생산된 전기는 인버터에서 정류되어 전송된다.In general, the wind turbine facility is provided with a speed increaser, a generator, an inverter, etc. inside the nacelle. Blades are fixed to the gearbox. The blade, which rotates at a low speed by the wind, generates kinetic energy at a high speed of 1500 rpm or more through the speed increaser, and the generator converts the kinetic energy into electrical energy. The electricity produced by the generator is rectified and transferred from the inverter.

풍력터빈설비에서 보게 되면, 블레이드가 정격회전속도(Rated speed) 이하에서 동작 시 증속기는 블레이드와의 연결축 속도를 가변하며 이를 통해 풍속에 따른 블레이드 에너지 변환 효율을 극대화시킨다. 이러한 경우 기존 풍력터빈설비는 고정형 증속비를 가지게 되어 발전기의 회전속도가 증속기의 회전속에 따라 변경된 다. 발전기에서 생산된 전력은 모두 계통에 연결되어야 하므로 발전기 회전속도 변경의 영향을 극복하고자 보통 부분 전력 변환기(partial converter)를 이용한 이중 권선형 유도 발전기(double fed induction generator)를 채용하거나, 혹은 완전 전력 변환기(full converter)를 이용하여 생산된 전력을 모두 일정 주파수로 변환하여 발전기의 grid에 전송한다.In wind turbine installations, when the blades operate at rated speeds below, the gearbox changes the speed of the connecting shaft with the blades, thereby maximizing blade energy conversion efficiency according to wind speed. In this case, the existing wind turbine facility has a fixed speed ratio, and the rotation speed of the generator is changed according to the speed of the speed increaser. Since the power produced by the generator must be all connected to the grid, to overcome the effects of alteration of the generator rotation speed, usually adopt a double fed induction generator using a partial converter, or a full power converter. It converts all the power produced by using (full converter) to a certain frequency and transmits it to the generator grid.

상기와 같이 발전기는 블레이드의 회전속도에 따라 가변하게 되므로 일정한 출력을 보장하기 위해서는 발전기로 입력되는 동력을 일정하게 유지할 필요가 있게 된다.As described above, since the generator is variable according to the rotational speed of the blade, it is necessary to maintain a constant power input to the generator to ensure a constant output.

발전기의 일정한 출력을 위해서는 복잡한 기계장치를 이용해서 가능할 수 있지만 부피가 거대해지고 비용이 높다는 단점이 있게 된다.The constant output of the generator may be possible using complex machinery, but the disadvantage is that it is bulky and expensive.

한편으로, 일반적인 종래의 기술에서는 발전기에 각속도 제어신호를 입력하고 디지털 신호처리기에서 적절한 방법을 사용하여 발전기의 토크요구량을 생성하여 발전기와 연결된 인버터나 컨버터에서 이를 전류신호로 변경하여 발전기의 출력속도를 제어하는 방법이 있는데, 이러한 방법의 경우에도 인버터나 컨버터가 고가이므로 풍력터빈설비의 비용을 높이는 결과를 초래한다는 단점이 있다.On the other hand, in the conventional conventional technology, by inputting the angular speed control signal to the generator and using the appropriate method in the digital signal processor to generate the torque demand of the generator, the inverter or converter connected to the generator is changed to the current signal to change the output speed of the generator There is a control method, which has the disadvantage of increasing the cost of the wind turbine equipment because the inverter or converter is expensive.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해서, 동력전달을 위해 증속기와 발전기 사이에 위치하는 차동기어장치 및 상기 차동기어장치를 제어하는 유도장치를 구비함으로써 유동장치의 작동으로 발전기의 출력 축 속도를 일정하게 유지하게 하는 풍력터빈설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a differential gear device located between the speed increaser and the generator for power transmission, and an induction device for controlling the differential gear device, so that the output shaft speed of the generator is constant by the operation of the flow device. It is an object of the present invention to provide a wind turbine facility for maintenance.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 관점에 따른 풍력터빈설비는 블레이드, 상기 블레이드에 연결되는 증속기, 및 상기 증속기로부터의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전기를 구비하고, 상기 증속기와 상기 발전기 사이에 위치하여 상기 발전기 축의 속도를 일정하게 유지하도록 조절하는 차동기어장치, 및 상기 차동기어장치에 연결되는 유도장치를 포함하며, 상기 유도장치는 상기 차동기어장치를 구성하는 구동기어들의 회전속도를 조절함으로써 상기 발전기가 일정한 출력을 낼 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.Wind turbine installation according to an aspect of the present invention provided to achieve the above object is provided with a blade, a speed increaser connected to the blade, and a generator for converting mechanical energy from the speed increaser into electrical energy, A differential gear device positioned between the speed increaser and the generator to adjust the speed of the generator shaft to be constant, and an induction device connected to the differential gear device, wherein the induction device drives the constituting differential gear device. By controlling the rotational speed of the gear is characterized in that the generator can produce a constant output.

여기에서, 상기 차동기어장치를 구성하는 구동기어들은 상기 발전기의 입력단에 연결되는 태양기어, 상기 태양기어 주위를 공전하는 유성기어, 상기 증속기의 출력단에 연결되어 상기 유성기어의 중심부를 연결하는 유성캐리어, 및 상기 유도장치에 연결되어 상기 유성기어에 외접하는 링기어로 이루어질 수 있다.Here, the drive gears constituting the differential gear device is a solar gear connected to the input terminal of the generator, planetary gears revolving around the solar gear, planetary gear connected to the output terminal of the speed increaser connected to the center of the planetary gear It may be composed of a carrier, and a ring gear connected to the induction device and circumscribed to the planetary gear.

한편으로, 상기 유도장치에는 태양기어가 연결되고, 상기 발전기의 입력단에는 링기어가 연결될 수 있다.Meanwhile, a sun gear may be connected to the induction apparatus, and a ring gear may be connected to an input terminal of the generator.

상기 풍력터빈설비는 상기 블레이드, 발전기, 및 유도장치에 연결되는 풍력터빈제어기를 더 포함하며, 상기 풍력터빈제어기는 상기 블레이드 및 발전기에 과부하 등이 걸리는 경우에는 직접 상기 블레이드 및 발전기를 제어하거나 상기 유도 장치를 통해 제어할 수 있다.The wind turbine facility further includes a wind turbine controller connected to the blades, generator, and induction apparatus, wherein the wind turbine controller directly controls the blades and generators or induces the loads when the blades and generators are overloaded. Can be controlled via the device.

상기 풍력터빈설비는 상기 유도장치의 토크를 조절하는 전력변환장치를 더 포함할 수 있다.The wind turbine facility may further include a power converter for adjusting the torque of the induction device.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 다른 관점에 따른 풍력터빈설비의 제어방법은 태양기어, 상기 태양기어 주위를 공전하는 유성기어, 상기 유성기어의 중심부를 연결하는 유성캐리어, 및 상기 유성기어에 외접하는 링기어로 구성되어 상기 증속기와 상기 발전기 사이에 위치하는 차동기어장치가 제공되고, 블레이드의 회전에 의해 증속기의 출력축에 연결되는 유성캐리어를 구동하고, 상기 유성캐리어의 구동으로 상기 태양기어가 회전함으로써 상기 태양기어에 연결되는 상기 발전기의 축이 구동하고, 상기 블레이드의 회전속도가 가변됨에 따라 상기 발전기에 연결되는 제어기가 상기 발전기 출력의 가변 여부를 감지하고, 상기 제어기는 상기 링기어에 연결되는 유도장치를 제어함으로써 상기 링기어의 회전 속도를 조절하고, 상기 링기어의 회전 속도를 조절에 의해서 상기 발전기 축의 속도를 일정하게 유지하도록 조절할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method of a wind turbine facility, including a solar gear, a planetary gear revolving around the solar gear, a planetary carrier connecting the center of the planetary gear, and the It is provided with a differential gear device which is composed of a ring gear external to the planetary gear and positioned between the speed increaser and the generator, and drives a planetary carrier connected to the output shaft of the speed increaser by the rotation of the blade. As the sun gear rotates, the shaft of the generator connected to the sun gear is driven, and as the rotation speed of the blade is changed, a controller connected to the generator detects whether the generator output is variable, and the controller By controlling the induction device connected to the ring gear to adjust the rotational speed of the ring gear, By adjusting the rotational speed of the ring gear can be adjusted to maintain a constant speed of the generator shaft.

이상에서 설명한 본 발명의 풍력터빈설비는 동력전달을 위해 증속기와 발전기 사이에 위치하는 차동기어장치 및 상기 차동기어장치를 제어하는 유도장치를 구비하여 상기 유도장치의 작동으로 블레이드의 어떤 속도변화나 블레이드에 가해지는 급격한 부하에도 불구하고 발전기의 출력 축 속도를 일정하게 유지하게 한다는 특징이 있게 된다.Wind turbine equipment of the present invention described above is provided with a differential gear device located between the speed increaser and the generator for power transmission and an induction device for controlling the differential gear device to operate any of the speed change or blade of the blade by the operation of the induction device It is characterized by keeping the output shaft speed of the generator constant despite the sudden load applied to it.

또한, 본 발명에서는 차동기어장치에 연결된 제어기로 유도장치 또는 동 기기와 같은 전기 시스템을 제어함으로 인해서 설비 전체 효율이 상승하고 가격이 낮은 설비 시스템을 구성할 수 있게 된다.In addition, in the present invention, by controlling the electrical system such as an induction device or the same device by a controller connected to the differential gear device, it is possible to configure a facility system having a high overall efficiency and a low price.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 풍력터빈설비를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing the preferred embodiments of the present invention in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a wind turbine facility according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 따른 풍력터빈설비의 전체적인 구조를 설명하는 구조도, 도 2는 본 발명에 적용되는 차동기어의 구체적인 구조를 나타내는 도면, 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 따른 풍력터빈설비의 전체적인 구조를 설명하는 구조도이다.1 is a structural diagram illustrating the overall structure of a wind turbine installation according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a specific structure of a differential gear applied to the present invention, and Figure 3 is another embodiment of the present invention Structure diagram illustrating the overall structure of the wind turbine installation according to the example.

이하, 본 발명의 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈설비(100)의 나셀(101)은 증속기(110), 차동기어장치(120), 발전기(130), 유도장치(140), 풍력터빈제어기(150)를 구비한다. 상기 증속기(110)의 선단에 연결되어 나셀(101)의 전방에 장착되는 블레이드(103)가 구비되는데, 블레이드(103)는 메인 샤프트(104) 상에 원주방향으로 일정간격으로 배치되고, 메인 샤프트(104)는 허브(105)를 통해 증속기(110)에 연결된다. 나셀(101)은 지반(미도시) 상에 견고하게 지지되는 타워(102) 상에 설치된다. 타워(102)는 중공의 형상일 수 있고 다단으로 축조되어질 수 있다.1, the nacelle 101 of the wind turbine installation 100 according to an embodiment of the present invention is a speed increaser 110, a differential gear device 120, a generator 130, an induction device 140, The wind turbine controller 150 is provided. It is connected to the front end of the speed increaser 110 is provided with a blade 103 mounted in front of the nacelle 101, the blade 103 is disposed on the main shaft 104 at regular intervals in the circumferential direction, The shaft 104 is connected to the speed increaser 110 via a hub 105. The nacelle 101 is installed on the tower 102 which is firmly supported on the ground (not shown). Tower 102 may be hollow in shape and may be constructed in multiple stages.

바람에 의해 저속으로 회전하는 블레이드(103)는 증속기(110)를 통해 1500rpm 이상의 고속으로 운동 에너지를 발생시키고 발전기(130)는 상기 운동에너지를 전기에너지로 변화시킨다. 발전기(130)에서 생산된 전기는 인버터(미도시)에 서 정류되어 계통(106)으로 전송된다.The blade 103 rotating at a low speed by the wind generates kinetic energy at a high speed of 1500 rpm or more through the speed increaser 110, and the generator 130 changes the kinetic energy into electrical energy. The electricity produced by the generator 130 is rectified by an inverter (not shown) and transmitted to the system 106.

증속기(110)와 발전기(130) 사이에는 차동기어장치(120)가 배치되어 발전기(130) 축의 속도를 일정하게 유지하도록 조절한다. 차동기어장치(130)를 구성하는 구동기어들의 회전속도가 조절됨에 의해서 발전기(130)가 일정한 출력을 낼 수 있게 된다.A differential gear device 120 is disposed between the speed increaser 110 and the generator 130 to adjust the speed of the shaft of the generator 130 to be constant. By controlling the rotational speed of the drive gears constituting the differential gear device 130, the generator 130 is able to produce a constant output.

이하 도 1 및 도 2를 참조하여, 차동기어장치(130)를 구성하는 구동기어들의 결합상태에 대해 일 실시예를 들어 살핀다.Hereinafter, referring to FIGS. 1 and 2, the coupling state of the drive gears constituting the differential gear device 130 will be described.

상기 차동기어장치(130)는 태양기어(121), 태양기어(121) 주위를 공전하는 유성기어(122), 유성기어(122)의 중심부를 연결하는 유성캐리어(124), 및 유성기어(122)에 외접하는 링기어(123)으로 이루어진다. 태양기어(121)는 발전기(130)의 입력축(132)에 연결되고, 링기어(123)는 유도장치(140)의 입력축(142)에 연결된다.The differential gear device 130 is a sun gear 121, a planetary gear 122 revolves around the sun gear 121, a planetary carrier 124 connecting the center of the planetary gear 122, and planetary gear 122 It consists of a ring gear 123 circumscribed. The sun gear 121 is connected to the input shaft 132 of the generator 130, the ring gear 123 is connected to the input shaft 142 of the induction device 140.

유도장치(140)로서는 유도기, 동기기를 포함한 일반 산업용 모터나 발전기가 사용될 수 있으며 이를 제어할 수 있는 제어 시스템이 적용될 수 있다. 이를 위해서 부가적인 전력변환장치(미도시)가 더 구비될 수 있는데, 부분 전력에 대한 제어를 필요로 하므로 작은 용량이면 충분할 수 있다. As the induction apparatus 140, a general industrial motor or a generator including an inductor and a synchronizer may be used, and a control system for controlling the induction apparatus may be applied. For this purpose, an additional power converter (not shown) may be further provided, and a small capacity may be sufficient because it requires control over partial power.

유성캐리어(124)는 증속기(110)의 출력축단(112)에 접속되어져 블레이드(103)로부터 증속된 회전 운동 에너지를 제공받아 회전을 개시하게 된다. 일 예를 들어 설명하면, 링기어(123)가 고정된 상태에서 유성캐리어(124)가 시계방향으로 회전할 경우에는 유성기어(122)가 반시계 방향으로 회전한다. 그에 따라 유성기어(122)에 내측에서 접하는 태양기어(121)는 시계방향으로 구동하게 된다.The planet carrier 124 is connected to the output shaft end 112 of the speed increaser 110 to receive rotation speed energy increased from the blade 103 to start rotation. For example, when the planet carrier 124 rotates clockwise while the ring gear 123 is fixed, the planet gear 122 rotates counterclockwise. Accordingly, the sun gear 121 in contact with the planetary gears 122 is driven in a clockwise direction.

이하, 풍력터빈제어기(150) 및 유도장치(140)를 이용해서 발전기(130)의 출력을 일정하게 유지하는 과정에 대해서 설명한다.Hereinafter, a process of keeping the output of the generator 130 constant by using the wind turbine controller 150 and the induction apparatus 140 will be described.

풍력터빈제어기(150)는 블레이드(103)와 발전기(130)에 전기적으로 접속된 상태에 있게 되는데, 발전기(130)의 출력축 속도가 일정 기준치에 미치지 못할 경우에는 풍력터빈제어기(150)가 유도장치(140)를 제어하거나 또는 직접 블레이드의 구동속도를 제어할 수 있게 된다.The wind turbine controller 150 is electrically connected to the blade 103 and the generator 130. When the output shaft speed of the generator 130 does not reach a predetermined reference value, the wind turbine controller 150 is an induction apparatus. It is possible to control the 140 or directly control the drive speed of the blade.

발전기(130)의 입력축(132) 속도가 설정 기준치를 상향하는 경우에는 풍력터빈제어기(150)가 블레이드(103)에 일정한 부하를 걸어서 증속기(110)로부터 제공되는 기계적 회전에너지를 감해지도록 할 수 있다. 다른 방법으로 유도장치(140)에 접속되는 링기어(123)을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 그에 따라 유성기어(122) 및 태양기어(121)의 회전속도를 적절히 제어할 수 있다.When the speed of the input shaft 132 of the generator 130 increases the set reference value, the wind turbine controller 150 may apply a constant load to the blade 103 to reduce the mechanical rotational energy provided from the speed increaser 110. have. Alternatively, by rotating the ring gear 123 connected to the induction apparatus 140 in the forward or reverse direction, it is possible to appropriately control the rotation speed of the planetary gear 122 and the sun gear 121.

다시 설명하면, 태양기어(121)의 속도가 발전기(130)의 그리드(grid) 주파수보다 높을 경우에는 추가적인 부하를 블레이드(103)에 가하여 증속기(110)의 출력축(112)에 입력되는 파워를 감소시킴으로써 결과적으로 발전기(130)의 입력축(132) 속도를 낮추거나 또는 일정하게 유지할 수 있다. 여기에서, 발전기(130)의 회전자는 그리드(grid) 주파수의 정확한 배수로 동기화되어 회전한다. 회전자의 각도를 제로위상 그리드인 아이들(idle) 지점을 기준으로 변화시키면 그리드에서 전력을 더하거나 줄여 발전기를 작동시킬 수 있다.In other words, when the speed of the sun gear 121 is higher than the grid frequency of the generator 130, an additional load is applied to the blade 103 to supply power input to the output shaft 112 of the speed increaser 110. As a result, the speed of the input shaft 132 of the generator 130 can be lowered or kept constant. Here, the rotor of the generator 130 rotates in synchronization with the correct multiple of the grid frequency. Changing the angle of the rotor with respect to the idle point, the zero-phase grid, allows the generator to be added or reduced in the grid.

한편, 발전기(130)의 입력축(132) 속도가 설정 기준치를 하향하는 경우에는 풍력터빈제어기(150)가 블레이드(103)에 추가 동력을 제공할 수 있게 하는데, 상기 방법의 경우는 자연적인 풍력을 이용한다는 본래의 목적을 벗어나지 않는 차원에서 제한적으로 이뤄져야 한다. 다시 설명하면, 발전기(130)의 입력축(132)에 연결되는 태양기어(121)의 속도가 발전기(130)의 그리드(grid) 주파수보다 낮을 경우에는 블레이드(103)의 회전 속도를 높여 증속기(110)의 출력축(112)에 입력되는 파워를 증가시킴으로써 태양기어(121)의 회전속도를 높일 수 있게 된다.On the other hand, when the speed of the input shaft 132 of the generator 130 is lower than the set reference value, the wind turbine controller 150 can provide additional power to the blade 103, in the case of the natural wind It should be done in a limited way without departing from its original purpose of use. In other words, if the speed of the sun gear 121 connected to the input shaft 132 of the generator 130 is lower than the grid frequency of the generator 130, increase the rotational speed of the blade 103 to increase the speed ( By increasing the power input to the output shaft 112 of the 110 it is possible to increase the rotational speed of the sun gear (121).

블레이드(103)가 정격회전속도(Rated revolution speed) 이하 영역에서 동작하는 경우에 블레이드(103)와 연결되는 메인샤프트(104)는 입력되는 바람의 속도에 따라서 정격회전속도보다 낮게 회전하게 된다. 이때 발전기(130)에서 발생한 전기신호는 풍력터빈제어기(150)를 통해 유도장치(140)에 전달되어 태양기어(121)를 일정속도로 유지하게 하여 메인샤프트(104)의 회전속도가 정격회전속도보다 낮음에도 발전기(130)의 입력축(132) 속도가 그리드 주파수와 연관된 일정속도로 회전할 수 있도록 제어한다. 상기의 경우에 발전기(130)에서 발생한 전기에너지는 유도장치(140) 및 풍력터빈제어기(150) 등을 구동하게 되는데, 잔여 에너지에 대해서는 계통(106)에 전달하게 된다.When the blade 103 operates in the region below the rated revolution speed, the main shaft 104 connected to the blade 103 rotates lower than the rated rotation speed according to the speed of the input wind. At this time, the electrical signal generated from the generator 130 is transmitted to the induction device 140 through the wind turbine controller 150 to maintain the sun gear 121 at a constant speed so that the rotational speed of the main shaft 104 is rated rotational speed Although lower, the speed of the input shaft 132 of the generator 130 is controlled to rotate at a constant speed associated with the grid frequency. In this case, the electric energy generated from the generator 130 drives the induction device 140 and the wind turbine controller 150, and the like, and transfers the remaining energy to the system 106.

블레이드(103)가 정격회전속도에 도달한 이후에도 유도장치(140)는 태양기어(121)의 회전속도를 일정하게 유지하기 위해서 실시간으로 제어될 수 있다. 특히 블레이드(103)에 입력되는 바람에 돌풍이 존재하여 순간적으로 많은 에너지가 입력됨으로 인해서 블레이드(103) 로터(rotor)의 회전속도가 급격히 상승할 경우에 적절한 제어를 통하여 발전기(103) 입력단의 회적속도를 일정속도로 유지하게 한다.Even after the blade 103 reaches the rated rotation speed, the induction apparatus 140 may be controlled in real time to maintain a constant rotation speed of the sun gear 121. Particularly, when the rotation speed of the rotor 103 of the blade 103 rapidly increases due to the presence of a gust of wind in the wind input to the blade 103, the rotation of the input of the generator 103 is appropriately controlled. Keep the speed at a constant speed.

상기의 경우에 유도장치(140)는 모터로서가 아닌 발전기의 개념으로 사용되 어 부하를 제공하는 수단으로서 작용할 수 있으며 생산된 에너지는 계통에 전달된다. 즉, 모터는 구동력을 제공하는 수단임에 비해서 발전기라는 개념은 제공되는 기계적 동력을 전기적인 동력으로 변환하는 부하의 개념으로 쓰일 수 있는 것이다.In this case, the induction device 140 can be used as a generator, not as a motor, as a means of providing a load and the energy produced is transferred to the system. In other words, the motor is a means of providing a driving force, the concept of a generator can be used as a concept of a load that converts the mechanical power provided into electrical power.

본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력터빈설비(100')에 대해서 도 3을 참조하여 설명한다. 풍력터빈설비의 다른 실시예(100')는 차동기어장치(120)를 구성하는 구동기어들의 연결상태가 일 실시예(100)에 비해 다소 다른 좀이 있으므로 이에 그 차이점을 중심으로 살핀다.A wind turbine installation 100 'according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Another embodiment (100 ′) of the wind turbine installation is the connection state of the drive gears constituting the differential gear device 120 is somewhat different than in the embodiment 100, and the focus is on the differences therein.

태양기어(121)는 유도장치(140)에 연결되고, 링기어(123)는 발전기(130)의 입력축(134)에 연결되어진다. 유성캐리어(124)는 증속기(110)의 출력축단(112)에 접속되어져 블레이드(103)로부터 증속된 회전 운동 에너지를 제공받아 회전을 개시하게 된다. 일 예를 들어 설명하면, 태양기어(121)가 고정된 상태에서 유성캐리어(124)가 시계방향으로 회전할 경우에는 유성캐리어(124)의 주위를 시계방향으로 공전하면서 시계방향으로 자전을 동시에 하게 된다. 그럼으로써, 자연스럽게 유성기어(122)와 맞물리는 링기어(123)가 시계 방향으로 회전한다.The sun gear 121 is connected to the induction apparatus 140, the ring gear 123 is connected to the input shaft 134 of the generator 130. The planet carrier 124 is connected to the output shaft end 112 of the speed increaser 110 to receive rotation speed energy increased from the blade 103 to start rotation. For example, when the planetary carrier 124 rotates clockwise while the sun gear 121 is fixed, the planetary carrier 124 rotates clockwise while rotating clockwise around the planetary carrier 124. do. As a result, the ring gear 123 meshing with the planetary gear 122 naturally rotates clockwise.

풍력터빈제어기(150) 및 유도장치(140)를 이용해서 발전기(130)의 출력을 일정하게 유지하는 과정에 대해서 설명하면 다음과 같다.The process of maintaining a constant output of the generator 130 using the wind turbine controller 150 and the induction apparatus 140 will be described below.

발전기(130)의 입력축(134) 속도가 설정 기준치를 상향하는 경우에는 풍력터빈제어기(150)가 블레이드(103)에 일정한 부하를 걸어서 증속기(110)로부터 제공되는 기계적 회전에너지를 감해지도록 할 수 있다. 다른 방법으로 유도장치(140)에 접속되는 태양기어(121)을 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 그에 따라 유성기 어(122) 및 링기어(123)의 회전속도를 적절히 제어할 수 있다.When the speed of the input shaft 134 of the generator 130 increases the set reference value, the wind turbine controller 150 may apply a constant load to the blade 103 to reduce the mechanical rotational energy provided from the speed increaser 110. have. Alternatively, the sun gear 121 connected to the induction apparatus 140 may be rotated in the forward or reverse direction to thereby appropriately control the rotation speeds of the planetary gear 122 and the ring gear 123.

다시 설명하면, 링기어(123)와 연동하는 발전기(130)의 입력축(134)의 속도가 발전기(130)의 그리드(grid) 주파수보다 높을 경우에는 추가적인 부하를 블레이드(103)에 가하여 증속기(110)의 출력축(112)에 입력되는 파워를 감소시킴으로써 결과적으로 발전기(130)의 입력축(134) 속도를 낮추거나 또는 일정하게 유지할 수 있다.In other words, when the speed of the input shaft 134 of the generator 130 that interlocks with the ring gear 123 is higher than the grid frequency of the generator 130, an additional load may be applied to the blade 103 to increase the speed of the increaser ( By reducing the power input to the output shaft 112 of the 110, as a result, the speed of the input shaft 134 of the generator 130 can be lowered or kept constant.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described specific embodiments. That is, those skilled in the art to which the present invention pertains can make many changes and modifications to the present invention without departing from the spirit and scope of the appended claims, and all such appropriate changes and modifications are possible. Equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 따른 풍력터빈설비의 전체적인 구조를 설명하는 구조도,1 is a structural diagram illustrating the overall structure of a wind turbine installation according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명에 적용되는 차동기어장치의 구체적인 구조를 나타내는 도면, 및2 is a view showing a specific structure of a differential gear device applied to the present invention, and

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 따른 풍력터빈설비의 전체적인 구조를 설명하는 구조도이다.3 is a structural diagram illustrating the overall structure of a wind turbine installation according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100,100' : 풍력터빈설비 101 : 나셀100,100 ': Wind turbine facility 101: Nacelle

102 : 타워 103 : 블레이드102: Tower 103: Blade

104 : 메인 샤프트 105 : 허브104: main shaft 105: hub

106 : 계통 110 : 증속기106: system 110: speed increaser

120 : 차동기어장치 121 : 태양기어120: differential gear device 121: sun gear

122 : 유성기어 123 : 링기어122: planetary gear 123: ring gear

124 : 유성캐리어 130 : 발전기124: planetary carrier 130: generator

140 : 유도 장치 150 : 풍력터빈제어기140: induction device 150: wind turbine controller

Claims (6)

블레이드, 상기 블레이드에 연결되는 증속기, 및 상기 증속기로부터의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전기를 구비하는 풍력터빈설비에서,In a wind turbine installation having a blade, a speed reducer connected to the blade, and a generator for converting mechanical energy from the speed increaser into electrical energy, 상기 증속기와 상기 발전기 사이에 위치하여 상기 발전기 축의 속도를 일정하게 유지하도록 조절하는 차동기어장치;A differential gear device positioned between the speed increaser and the generator to adjust the speed of the generator shaft to be constant; 상기 차동기어장치에 연결되는 유도장치; 및An induction device connected to the differential gear device; And 상기 블레이드, 발전기, 및 유도장치에 연결되는 풍력터빈제어기;를 포함하며,And a wind turbine controller connected to the blade, the generator, and the induction apparatus. 상기 유도장치는 상기 차동기어장치를 구성하는 구동기어들의 회전속도를 조절함으로써 상기 발전기가 일정한 속도를 낼 수 있도록 하고,The induction apparatus adjusts the rotational speed of the drive gears constituting the differential gear device to allow the generator to achieve a constant speed, 상기 풍력터빈제어기는 상기 블레이드 및 발전기에 과부하 등이 걸리는 경우에는 직접 상기 블레이드 및 발전기를 제어하거나 상기 유도장치를 통해 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈설비.The wind turbine controller is a wind turbine facility, characterized in that if the blade and the generator is overloaded, such as directly controlling the blade and generator or through the induction apparatus. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 차동기어장치를 구성하는 구동기어들은 상기 발전기의 입력단에 연결되는 태양기어, 상기 태양기어 주위를 공전하는 유성기어, 상기 증속기의 출력단에 연결되어 상기 유성기어의 중심부를 연결하는 유성캐리어, 및 상기 유도장치에 연결되어 상기 유성기어에 외접하는 링기어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력터빈설비.Drive gears constituting the differential gear device are a solar gear connected to the input terminal of the generator, a planetary gear revolving around the solar gear, a planetary carrier connected to the output terminal of the gearbox to connect the center of the planetary gear, and A wind turbine facility, comprising: a ring gear connected to the induction device and external to the planetary gear. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 차동기어장치를 구성하는 구동기어들은 상기 유도장치에 연결되는 태양기어, 상기 태양기어 주위를 공전하는 유성기어, 상기 증속기의 출력단에 연결되어 상기 유성기어의 중심부를 연결하는 유성캐리어, 및 상기 발전기의 입력단에 연결되어 상기 유성기어에 외접하는 링기어로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력터빈설비.The drive gears constituting the differential gear device may include a sun gear connected to the induction device, a planetary gear revolving around the sun gear, a planetary carrier connected to an output terminal of the speed increaser to connect a center of the planetary gear, and the A wind turbine facility comprising a ring gear connected to an input of a generator and externally connected to the planetary gear. 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유도장치의 토크를 조절하는 전력변환장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈설비.The wind turbine facility, characterized in that it further comprises a power converter for adjusting the torque of the induction device. 블레이드, 상기 블레이드에 연결되는 증속기, 및 상기 증속기로부터의 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 발전기를 구비하는 풍력터빈설비가 제공되고, 상기 발전기 축의 출력속도를 일정하게 유지하는 풍력터빈설비의 제어방법에서,A wind turbine facility having a blade, a speed reducer connected to the blade, and a generator for converting mechanical energy from the speed increaser into electrical energy is provided, and the control of the wind turbine facility maintains a constant output speed of the generator shaft. In the way, 태양기어, 상기 태양기어 주위를 공전하는 유성기어, 상기 유성기어의 중심부를 연결하는 유성캐리어, 및 상기 유성기어에 외접하는 링기어로 구성되어 상기 증속기와 상기 발전기 사이에 위치하는 차동기어장치가 제공되고,Provided is a differential gear device located between the speed increaser and the generator, comprising a sun gear, a planetary gear revolving around the sun gear, a planet carrier connecting the center of the planetary gear, and a ring gear external to the planetary gear. Become, 상기 블레이드의 회전에 의해 상기 증속기의 출력축에 연결되는 유성캐리어를 구동하는 단계;Driving a planet carrier connected to an output shaft of the speed increaser by rotation of the blade; 상기 유성캐리어의 구동으로 상기 태양기어가 회전함으로써 상기 태양기어에 연결되는 상기 발전기의 축이 구동하는 단계;Driving the shaft of the generator connected to the sun gear by rotating the sun gear by driving the planet carrier; 상기 블레이드의 회전속도가 가변됨에 따라 상기 발전기에 연결되는 풍력터빈제어기가 상기 발전기 출력의 가변 여부를 감지하는 단계;Detecting whether the generator output is variable by a wind turbine controller connected to the generator as the rotational speed of the blade is changed; 상기 풍력터빈제어기는 상기 링기어에 연결되는 유도장치를 제어함으로써 상기 링기어의 회전 속도를 조절하는 단계; 및The wind turbine controller controlling a rotation speed of the ring gear by controlling an induction device connected to the ring gear; And 상기 링기어의 회전 속도를 조절함에 의해서 상기 태양기어의 속도를 조절하여 상기 발전기 축의 속도를 일정하게 유지하도록 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈설비의 제어방법.And controlling the speed of the sun gear by adjusting the rotational speed of the ring gear to maintain a constant speed of the generator shaft.
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