KR101177838B1 - 피치 제어 장치를 구비한 풍력 터빈 및 풍력 터빈의 피치 제어 방법 - Google Patents

피치 제어 장치를 구비한 풍력 터빈 및 풍력 터빈의 피치 제어 방법 Download PDF

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Abstract

피치 제어 장치를 구비한 풍력 터빈이 제공된다. 발전기와 상기 발전기와 연결된 로터 블레이드를 포함하는 풍력 터빈에 있어서, 풍력 터빈은 발전기 회전 속도 히스토리값에 근거하여 발전기의 회전 속도 예측값을 산출하는 발전기 회전 속도 예측부, 회전 속도 예측값에 근거하여 피치 예측값을 산출하는 피치 예측값 산출부 및 피치 예측값에 근거하여 상기 로터 블레이드의 피치를 제어하는 피치 제어부를 포함한다.

Description

피치 제어 장치를 구비한 풍력 터빈 및 풍력 터빈의 피치 제어 방법 {WIND TURBINE INCLUDING PITCH CONTROL APPARATUS AND PITCH CONTROL METHOD FOR WIND TURBINE}
풍력 터빈 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피치 제어 장치를 구비한 풍력 터빈 및 이의 피치 제어 방법에 관한 것이다.
풍력 터빈은 풍력에 의한 동력 에너지를 기계적인 에너지로 전환시키는 기계이다. 기계적인 에너지가 물을 펌핑(pumping)하거나 밀(mill)을 가는 것과 같은 기계에 의해 직접 사용된다면, 풍력 터빈은 풍차라고 할 수 있다. 유사하게, 기계적인 에너지가 전기로 전환된다면, 기계는 풍력 발전기 또는 풍력 발전 플랜트라고 할 수 있다. 풍력 터빈은 어느 곳에나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있다. 게다가 풍력 발전은 발전 단가도 기존의 발전 방식과 경쟁 가능한 수준으로 신에너지 생성 수단으로서 대두되고 있다.
그런데, 풍력 터빈에서는 불어오는 바람에 최적화시키기 위해서 블레이드의 피치를 제어할 필요가 있다. 현재 널리 사용되고 있는 피치 제어 장치는 구동축의 회전 속도 및 풍속을 이용한 제어 기법에 기반을 두고 있다. 즉, 풍력 터빈의 회전속도가 정격 속도 이상이 되거나 풍속이 정격 풍속 이상이 되면 피치각을 제어하게 된다. 하지만, 종래의 풍력 터빈에서는 피치 제어 장치의 시간적 지연으로 인해 현재 발생하는 풍속에 대한 정확한 피치 제어가 이루어 지지 못하는 문제점이 있다. 따라서 풍력 터빈 블레이드 및 드라이브 트레인 등의 수명이 단축될 수 있으며, 풍력 터빈에 의해 발생하는 전력의 품질이 안정적이지 못할 수도 있다.
본 발명의 실시예들은 시간 지연 없이 현재 발생하는 풍속에 대한 정확한 피치 제어를 할 수 있는 풍력 터빈을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예들은 시간 지연 없이 현재 발생하는 풍속에 대한 정확한 피치 제어를 할 수 있는 풍력 터빈의 피치 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 발전기와 상기 발전기와 연결된 로터 블레이드를 포함하는 풍력 터빈에 있어서, 상기 발전기 회전 속도 히스토리값에 근거하여 상기 발전기의 회전 속도 예측값을 산출하는 발전기 회전 속도 예측부, 상기 회전 속도 예측값에 근거하여 피치 예측값을 산출하는 피치 예측값 산출부, 및 상기 피치 예측값에 근거하여 상기 로터 블레이드의 피치를 제어하는 피치 제어부를 포함하는 풍력 터빈이 제공된다.
상기 발전기 회전 속도 예측부는 비선형 모델로 구성될 수 있다.
상기 피치 예측값 산출부는 상기 회전 속도 예측값과 회전 속도 기준값의 차이를 사용하여 회전 속도 오차값을 산출하는 회전 속도 비교기, 및 상기 회전 속도 오차값을 사용하여 상기 피치 예측값을 산출하는 피치 예측값 계산기를 포함할 수 있다.
상기 피치 예측값 계산기는 선형 제어기로 구성될 수 있다.
상기 피치 제어부는 상기 발전기의 측정값을 사용하여 산출한 피치 기준값과 상기 피치 예측값에 근거하여 상기 로터 블레이드의 피치를 제어할 수 있다.
상기 발전기 측정값은 상기 발전기 구동축의 회전 속도 또는 상기 발전기의 출력일 수 있다.
상기 피치 제어부는 상기 발전기 측정값과 발전기 기준값의 차이를 사용하여 발전기 오차값을 산출하는 발전기 비교기, 상기 발전기 오차값을 사용하여 상기 피치 기준값을 산출하는 피치 기준값 계산기 및 상기 피치 기준값과 상기 피치 예측값을 사용하여 피치 제어값을 산출하는 피치 서보를 포함할 수 있다.
상기 피치 기준값 계산기는 선형 제어기로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 발전기 회전 속도의 히스토리 값에 근거하여 발전기의 회전 속도 예측값을 산출하는 단계, 상기 회전 속도 예측값에 근거하여 피치 예측값을 산출하는 단계, 및 상기 피치 예측값에 근거하여 로터 블레이드의 피치를 제어하는 단계를 포함하는 풍력 터빈의 피치 제어 방법이 제공될 수 있다.
상기 피치 예측값을 산출하는 단계는 상기 회전 속도 예측값과 회전 속도 기준값의 차이를 사용하여 회전 속도 오차값을 산출하는 단계, 및 상기 회전 속도 오차값을 사용하여 상기 피치 예측값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 로터 블레이드 피치를 제어하는 단계는 상기 발전기의 측정값을 사용하여 산출한 피치 기준값과 상기 피치 예측값에 근거하여 상기 로터 블레이드의 피치를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 발전기 측정값은 상기 발전기 구동축의 회전 속도 또는 상기 발전기의 출력일 수 있다.
상기 로터 블레이드의 피치를 제어하는 단계는 상기 발전기 측정값과 발전기 기준값의 차이를 사용하여 발전기 오차값을 산출하는 단계, 상기 오차값을 사용하여 상기 피치 기준값을 산출하는 단계, 및 상기 피치 기준값과 상기 피치 예측값을 사용하여 피치 제어값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력 터빈 및 풍력 터빈의 피치 제어 방법은 시간 지연 없이 현재 발생하는 풍속에 대한 정확한 피치 제어를 할 수 있다.
또한, 추가적인 장비나 공정 없이도 신뢰성 있고 효율적인 발전 시스템을 구현하여 안정적인 품질의 전력을 제공하고 계통 운영의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 개략적인 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 피치 제어 장치의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 피치 조절 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 다른 풍력 터빈 피치 제어 장치의 발전기 회전 속도 예측부의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 피치 제어 장치의 피치 예측값 산출부의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 피치 제어 장치의 피치 예측값 산출부의 동작 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 피치 제어 장치의 피치 제어부의 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈 피치 제어 장치의 피치 제어부의 동작 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 개략도 및/또는 흐름도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈(100)의 측면도와 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 풍력 터빈(100)은 타워(2), 나셀(3) 및 로터(4)로 구성된다. 로터(4)는 로터 허브(미도시)를 덮고 있는 스피너(5)와 로터 허브 상에 장착된 로터 블레이드(6)로 구성된다. 도면에서는 3개의 로터 블레이드(6)를 예시하고 있으나 3개 이상 또는 3개 미만의 로터 블레이드(6)를 포함할 수 있다. 나셀(3)은 발전기(7) 및 기타 관련 구성 요소들을 수납한다. 로터 허브는 발전기(7)에 연결된다. 타워(2)는 나셀(3)과 로터(4)를 일정 높이에서 지지하기 위한 구조물로 육지 또는 해저에 설치되는 고정 장치 또는 부유 장치일 수 있으며, 해저에 설치될 경우에는 그 자체가 해저의 앵커에 연결된 앵커 연결부를 구비하는 부유 장치일 수 있다.
바람이 로터 블레이드(6)에 부딪힐 때, 로터(6)가 회전축(10)을 중심으로 회전하여 바람의 운동 에너지를 기계적 에너지로 전환하여 나셀(3) 내의 발전기(7)로 전달하고 발전기(7)는 이를 전기적 에너지로 변환한다. 그런데, 바람 방향(11)은 쉽게 변하기 때문에 로터 블레이드(6)가 실질적으로 바람과 대면할 수 있도록 제어할 필요가 있다. 다시 말하면, 로터 블레이드(6)들은 동등한 방법으로 또는 개별적으로 그들의 길이 방향 축(12)을 중심으로 피치(pitched)될 필요가 있다.
피치 제어 장치(8)는 발전기(7) 구동 속도 또는 발전기(7) 출력 등과 같은 발전기 측정 신호에 기초하여 산출한 피치 기준값과, 발전기(7)의 회전 속도 예측값에 기초하여 산출한 피치 예측값을 사용하여 풍력 터빈(100)의 출력을 안정적인 값으로 하기 위한 로터 블레이드(6)의 피치 제어값을 산출한다. 즉 피치 제어값의 산출에 회전 속도 예측값을 사용하기 때문에 피치 제어 장치(8)의 시간 지연을 보상하여 보다 정확한 피치 제어를 할 수 있다.
이하 도 3 및 도 4를 참조하여 로터 블레이드(6)의 피치 조절에 대하여 보다 자세히 설명한다.
도 3은 피치 제어 장치(8)의 상세 구성도이고, 도 4는 풍력 터빈(100)의 피치 조절 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 피치 제어 장치(8)는 풍력 터빈(100)의 기계 부분을 제어하기 위한 것이다. 구체적으로, 피치 제어 장치(8)는 발전기(7)와 연결되어 있는 로터 블레이드(6)의 피치를 제어한다. 도면에는 도시하지 않고 있으나 로터 블레이드(6)와 발전기(7) 사이에는 증속 기어를 더 구비할 수도 있다.
피치 제어 장치(8)는 발전기 회전 속도 예측부(310), 피치 예측값 산출부(320), 및 피치 제어부(330)를 포함할 수 있다. 발전기 회전 속도 예측부(310)는 발전기(7) 구동축의 회전 속도 히스토리값(x1(t-1), x2(t-2), ,xn(t-k))에 근거하여 회전 속도 예측값(yf)을 산출한다(S1). 피치 예측값 산출부(320)는 회전 속도 예측값(yf)를 사용하여 피치 예측값을 산출한다(S2). 피치 제어부(330)는 피치 예측값에 근거하여 로터 블레이드(6)의 피치를 제어한다(S3). 피치 제어부(330)는 발전기의 측정값을 사용하여 산출한 피치 기준값과 피치 예측값에 근거하여 로터 블레이드(6)의 피치를 제어하는 제어값을 산출할 수 있다. 이하, 피치 제어 장치(8)를 구성하는 각 부(310, 320, 330)의 상세한 구성 및 기능에 대해서 차례대로 설명한다.
도 5는 발전기 회전 속도 예측부(310)의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.
발전기 회전 속도 예측부(310)는 발전기 회전 속도의 히스토리 값(x1(t-1), x2(t-2), ,xn(t-k))을 사용하여 회전 속도 예측값(yf)을 산출한다. x1은 시간 t-1에서 측정된 발전기 회전 속도 값, x2는 x1의 바로 전 시간에 측정된 발전기 회전 속도 값이다. 발전기 회전 속도 예측부(310)는 선형 모델 또는 비선형 모델로 구성될 수 있다. 선형 모델로는 AR, ARX, ARMA 등이 사용될 수 있다. 비선형 모델로는 퍼지, 뉴럴 네트워크, SPSA(simultaneous perturbation stochastic approximation) 등이 사용될 수 있다. 도 5에서는 뉴럴 네트워크를 예시하고 있다. 도 5에 예시되어 있는 뉴럴 네트워크는 3계층 뉴럴 네트워크이다. 3 계층 뉴럴 네트워크에서는 입력층(x)의 입력에 따라 은닉층(z)의 출력이 나오며, 은닉층(z)의 출력은 다시 출력층(y)에 입력되어 최종 출력이 나오게 된다. 은닉층(z)의 출력 z1,…,zp는 단층 뉴럴 네트워크의 신경망의 경우와 마찬가지로 다음과 같이 구할 수 있다.
여기서, 회전 속도 예측값(yf)산출에 사용되는 입력값들(x1,…,xn)의 개수는 운용자에 의해 미리 설정될 수 있다.
Figure 112010083588805-pat00001
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Figure 112010083588805-pat00002
여기서, Vpi는 입력층(x) 뉴런 i와 은닉층(z) 뉴런 p간의 연결강도이다. 따라서, 최종 출력 y는 다음과 같다.
Figure 112010083588805-pat00003
여기서, W1i는 은닉층 뉴런 i와 출력층 간의 연결강도이다.
신경망 회로의 입력 측정값의 개수는 사용자에 의해 미리 정해진다. 그리고, 입력층과 은닉층 사이의 연결강도와 은닉층과 출력층의 연결강도는 뉴럴 네트워크의 학습 과정을 거쳐 미리 결정된다.
예를 들어 x1, z1, y의 네트워크만 존재한다고 가정하고, x1=2, v11=0.3, z1=0.5, w11=0.4라면 예측된 최종 출력 y=0.5(0.32)0.4=0.064이 된다.
만일, x2=3, v12=0.7이 추가되면 최종출력 y=0.5(20.3+30.7)(0.4)=0.54가 된다.
도 6 및 도 7은 피치 예측값 산출부(320)의 일 실시예에 따른 구성도와 동작 흐름도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 피치 예측값 산출부(320)는 회전 속도 비교기(3210)와 피치 예측값 계산기(3220)로 구성될 수 있다. 먼저 회전 속도 비교기(3210)에서 발전기 회전 속도 예측부(310)에서 산출한 회전 속도 예측값(yf)과 회전 속도 기준값(yref)을 비교하여 회전 속도 오차값(ev)을 산출한다(S21). 회전 속도 기준값(yref)은 정격 풍속 이상에서의 발전기(7)의 회전속도로 운영자에 의해 미리 설정될 수 있다.
이어서, 피치 예측값 계산기(3220)는 회전 속도 오차값(ev)에 상응하는 피치 예측값을 산출한다(S22). 피치 예측값 계산기(3220)는 선형 제어기로 구성될 수 있다. 선형 제어기로는 비례 제어기, 비례 미분 제어기, 비례 적분 제어기, 및 비례 적분 미분 제어기 중 어느 하나 또는 이들의 혼합이 사용될 수 있다.
피치 예측값 계산기(3220)는 최종적으로 회전 속도 오차가 영이 되게 하는 피치 예측값을 산출할 수 있다. 피치 예측값 계산기(3220)가 비례 적분 제어기로 구성된 경우를 예로 들면, 피치 예측값 계산기(3220)는 아래 수학식 1에 의해 피치 예측값을 산출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112010083588805-pat00004
t는 시간으로 단위는 초(second)이며, 제어기의 비례값이 1, 적분값이 5, 단위는 degree/rpm 이고, 입력값인 회전 속도 오차값이 5rpm이라고 가정하면, 시간 0.2초에서의 피치 예측값은 5degree가 된다. 즉, 다음과 같이 연산될 수 있다.
Figure 112010083588805-pat00005
즉, 피치 예측값 계산기(3220)의 입력은 오차 속도가 되고, 출력은 피치 각이 될 수 있다.
도 8 및 도 9는 피치 제어부(330)의 일 실시예에 따른 동작 흐름도 및 구성도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 피치 제어부(330)는 발전기 비교기(3310), 피치 기준값 계산기(3320) 및 피치 서보(3330)로 구성될 수 있다.
발전기 비교기(3310)에서 발전기 오차값(eg)을 산출한다(S31). 발전기 비교기(3310)는 발전기 측정값(gm)과 발전기 기준값(gref)을 비교하여 발전기 오차값(eg)을 산출할 수 있다. 발전기 오차값(eg)은 발전기 구동 속도 차이 또는 발전기 출력 차이 등이 될 수 있다. 따라서, 발전기 측정값(gm)은 발전기(7)에서 실 측정한 발전기 구동 속도 또는 발전기 출력이 될 수 있다. 발전기 기준값(gref)은 운영자에 의해 미리 설정된 발전기 구동 속도 또는 발전기 출력이 될 수 있다.
피치 기준값 계산기(3320)에서 발전기 오차값(eg)을 사용하여 피치 기준값을 산출한다(S32). 피치 기준값 계산기(3320)는 피치 예측값 계산기(3220)와 마찬가지로 선형 제어기로 구성될 수 있다. 선형 제어기로는 비례 제어기, 비례 미분 제어기, 비례 적분 제어기 및 비례 적분 미분 제어기 중 어느 하나 또는 이들의 혼합이 사용될 수 있다. 피치 예측값 계산기(3220)에서 설명한 경우와 마찬가지로 피치 기준값 계산기(3320)에서도 발전기 오차값(eg)에 상응하는 값으로 오차를 보상할 수 있는 값을 산출한다. 예를 들면 산출된 피치 기준값은 피치 기준각이 될 수 있다.
피치 서보(3330)에서 피치 기준값과 피치 예측값을 사용하여 로터 블레이드(6)를 제어하기 위한 피치 제어값을 최종적으로 산출한다(S33). 피치 서보(3330)의 출력인 피치 제어값은 피드백(feedback)되어 피치 서보(3330)의 입력이 될 수 있다.
피치 서보(3330)는 아래 수학식 2에 의해 피치 제어값을 산출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112010083588805-pat00006
여기서, F는 피치 서보로 1차 시스템과 같다고 가정한다. t는 시간(단위는 초)이고, 피치 기준값, 피치 예측값, 피드백된 피치 제어값의 단위는 각도(degree)일 수 있다. 피치 기준값이 2.2degree, 피치 예측값이 3 degree, 피드백된 피치 제어값이 4 degree, 시스템 정수가 5, 단위는 1/초일 경우, 시간 0.2초일 때 피치 제어값은 0.92 degree이다. 즉 다음과 같이 연산될 수 있다.
Figure 112010083588805-pat00007
이와 같이 얻어진 피치 제어값을 사용하여 로터 블레이드(6)의 피치를 제어한다(S34). 모든 로터 블레이드(6)들은 집단적으로 피치 조절되거나 개별적으로 피치 조절될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 풍력 터빈(100)은 발전기 구동축의 회전 속도 히스토리값에 근거하여 한 단계 앞서 발전기 회전 속도를 예측하고, 예측값에 근거하여 로터 블레이드(6)의 피치를 제어한다. 따라서, 발전기 회전 속도의 변화와 피치 응답 사이에 지연이 거의 없거나 전혀 없다. 따라서, 보다 정확한 피치 제어를 할 수 있다. 그 결과 본 발명의 실시예들에 따른 풍력 터빈(100)은 추가적인 장비나 공정 없이도 신뢰성 있고 효율적인 발전 시스템을 구현하여 안정적인 품질의 전력을 제공하고 계통 운영의 신뢰성을 높일 수 있다..
본, 발명의 일 실시예에 따른 피치 제어 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플레쉬 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 또한 상술한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
2: 타워 3: 나셀
4: 로터 5: 스피너
6: 로터 블레이드 7: 발전기
8: 피치 제어 장치 310: 발전기 회전 속도 예측부
320: 피치 예측값 산출부 330: 피치 제어부
3210: 회전 속도 비교기 3220: 피치 예측값 계산기
3310: 발전기 비교기 3320: 피치 기준값 계산기
3330: 피치 서보

Claims (12)

  1. 발전기와 상기 발전기와 연결된 로터 블레이드를 포함하는 풍력 터빈에 있어서,
    상기 발전기 회전 속도 히스토리값에 근거하여 상기 발전기의 회전 속도 예측값을 산출하는 발전기 회전 속도 예측부;
    상기 회전 속도 예측값에 근거하여 피치 예측값을 산출하는 피치 예측값 산출부; 및
    상기 피치 예측값에 근거하여 상기 로터 블레이드의 피치를 제어하는 피치 제어부를 포함하는 풍력 터빈.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 발전기 회전 속도 예측부는 비선형 모델로 구성된 풍력 터빈.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 피치 예측값 산출부는 상기 회전 속도 예측값과 설정된 회전 속도 기준값의 차이를 사용하여 회전 속도 오차값을 산출하는 회전 속도 비교기; 및
    상기 회전 속도 오차값을 사용하여 상기 피치 예측값을 산출하는 피치 예측값 계산기를 포함하는 풍력 터빈.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 피치 예측값 계산기는 선형 제어기로 구성된 풍력 터빈.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 피치 제어부는 상기 발전기의 측정값을 사용하여 산출한 피치 기준값과 상기 피치 예측값에 근거하여 상기 로터 블레이드의 피치를 제어하는 풍력 터빈.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 발전기 측정값은 상기 발전기 구동축의 회전 속도 또는 상기 발전기의 출력인 풍력 터빈.
  7. 제5 항에 있어서, 상기 피치 제어부는 상기 발전기 측정값과 발전기 기준값의 차이를 사용하여 발전기 오차값을 산출하는 발전기 비교기;
    상기 발전기 오차값을 사용하여 상기 피치 기준값을 산출하는 피치 기준값 계산기; 및
    상기 피치 기준값과 상기 피치 예측값을 사용하여 피치 제어값을 산출하는 피치 서보를 포함하는 풍력 터빈.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 피치 기준값 계산기는 선형 제어기로 구성된 풍력 터빈.
  9. 발전기 회전 속도의 히스토리 값에 근거하여 발전기의 회전 속도 예측값을 산출하는 단계;
    상기 회전 속도 예측값에 근거하여 피치 예측값을 산출하는 단계; 및
    상기 피치 예측값에 근거하여 로터 블레이드의 피치를 제어하는 단계를 포함하는 풍력 터빈의 피치 제어 방법.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 피치 예측값을 산출하는 단계는
    상기 회전 속도 예측값과 회전 속도 기준값의 차이를 사용하여 회전 속도 오차값을 산출하는 단계; 및
    상기 회전 속도 오차값을 사용하여 상기 피치 예측값을 산출하는 단계를 포함하는 풍력 터빈의 피치 제어 방법.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 로터 블레이드 피치를 제어하는 단계는 상기 발전기의 측정값을 사용하여 산출한 피치 기준값과 상기 피치 예측값에 근거하여 상기 로터 블레이드의 피치를 제어하는 단계를 포함하는 풍력 터빈의 피치 제어 방법.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 로터 블레이드의 피치를 제어하는 단계는
    상기 발전기 측정값과 발전기 기준값의 차이를 사용하여 발전기 오차값을 산출하는 단계;
    상기 발전기 오차값을 사용하여 상기 피치 기준값을 산출하는 단계; 및
    상기 피치 기준값과 상기 피치 예측값을 사용하여 피치 제어값을 산출하여 상기 로터 블레이드의 피치를 제어하는 단계를 포함하는 풍력 터빈의 피치 제어 방법.
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