KR101180347B1 - 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템 - Google Patents

풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전기에서 발생되는 진동소음을 감쇄시킬 있는 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템은 바람에 의해 회전하는 블레이드의 회전력으로 발전하는 풍력발전기의 주변에 설치되어 상기 블레이드의 회전으로 인해 발생되는 진동소음을 감쇄시키는 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템으로서, 상기 진동소음을 측정하는 측정센서, 상기 측정센서에서 측정된 상기 진동소음의 임의의 주파수 대역만 추출하는 필터링부, 상기 필터링부에서 추출된 상기 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상의 반사파를 생성하는 제어부, 상기 제어부에서 생성된 반사파를 증폭하는 메인 증폭부, 및 상기 메인 증폭부에서 증폭된 반사파를 상기 블레이드가 위치되는 방향으로 출력하는 출력수단을 포함한다. 따라서, 풍력발전기에서 발생되는 진동소음을 감쇄하여 사람 및 동물이 스트레스로 인해 발생될 수 있는 유산 및 신체 이상의 발생을 방지할 수 있다.

Description

풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템{a system to reduce vibration-noise of wind turbine}
본 발명은 풍력발전기에서 발생되는 진동소음을 감쇄시킬 있는 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템에 관한 것이다.
석유, 석탄 등의 화석연료의 고갈로 인해 화석연료를 대체할 수 있는 대체에너지의 개발이 활발히 진행되고 있다. 대체에너지로 각광받고 있는 대표적인 개발분야는 풍력, 수력, 파력 등 무한한 자원을 이용하여 전기를 생산하는 발전분야이다.
이 중 풍력을 이용하여 전기를 생산하는 풍력발전은 비교적 저비용과 설치의 용이성으로 연구 개발이 활발히 진행되며, 다양한 형태의 풍력발전기가 개발되어 상용화되고 있다.
풍력발전기는 크게 회전축의 위치에 따라 수직축 풍력발전기와 수평축발전기로 분류되며, 더 세부적으로는 블레이드의 형상에 따라 예컨대, 헬리컬형, 프로펠라형, 다류스형, 크로스폴로형, 패들형 등으로 다양하게 분류된다.
통상의 풍력발전기는 바람에 의해 회전하는 블레이드와, 블레이드가 바람을 잘 받을 수 있도록 블레이드를 지면에서 상부로 이격시키는 지지대, 그리고 블레이드의 회전력으로 발전하는 발전기로 구성된다.
이러한 풍력발전기는 바람이 블레이드를 회전시켜 발전기를 회전시키는 형태로 바람만 있으면 무한하게 전기를 생산할 수 있다.
하지만, 풍력발전기는 바람이 블레이드에 충돌하면서 저주파 진동소음을 발생하고, 이 저주파 진동소음에 사람이나 동물이 장시간 노출될 경우 눈에 보이지는 않지만 많은 스트레스를 받는다.
이로 인해 풍력발전기가 설치된 주변 주민 및 가축들이 유산을 하거나 신체의 이상이 발생하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 풍력발전기에서 발생되는 진동소음을 감쇄시켜 풍력발전기의 주변에 위치되는 주민 및 동물들의 스트레스의 발생을 방지하며, 효율적으로 진동소음을 감소시킬 수 있는 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템은 바람에 의해 회전하는 블레이드의 회전력으로 발전하는 풍력발전기의 주변에 설치되어 상기 블레이드의 회전으로 인해 발생되는 진동소음을 감쇄시키는 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템으로서, 상기 진동소음을 측정하는 측정센서, 상기 측정센서에서 측정된 상기 진동소음의 임의의 주파수 대역만 추출하는 필터링부, 상기 필터링부에서 추출된 상기 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상의 반사파를 생성하는 제어부,상기 제어부에서 생성된 반사파를 증폭하는 메인 증폭부, 및 상기 메인 증폭부에서 증폭된 반사파를 상기 블레이드가 위치되는 방향으로 출력하는 출력수단을 포함한다.
상기 제어부는 상기 주파수 대역을 임의의 시간 동안 측정하여 규칙적인 패턴인지 불규칙적인 패턴인지를 분석하는 분석부, 상기 분석부에서 분석된 패턴이 상기 규칙적인 패턴인 경우 상기 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상의 상기 반사파를 상기 규칙적인 패턴과 동일한 패턴으로 생성하는 제1 변환부, 및 상기 분석부에서 분석된 패턴이 상기 불규칙적인 패턴인 경우 상기 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상의 상기 반사파를 실시간으로 생성하는 제2 변환부를 포함할 수 있다.
상기 제1 변환부는 상기 제1 변환부에서 생성된 상기 반사파가 규칙적으로 발생하는 상기 진동소음의 발생시간과 일치되어 상쇄하도록 상기 반사파의 출력시간을 조절하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 필터링부는 상기 진동소음에서 상기 주파수 대역의 추출이 용이하도록 상기 진동소음을 증폭하는 보조 증폭부를 포함할 수 있다.
상기 주파수 대역은 50Hz 이상 150Hz 이하의 저주파수 대역일 수 있다.
상기 출력수단은 스피커 또는 안테나일 수 있다.
본 발명에 따르면 풍력발전기에서 발생되는 진동소음의 위상과 반대되는 위상의 반사파를 출력하여 풍력발전기의 진동소음을 감쇄함으로써, 풍력발전기의 주변 주민 및 동물들이 진동소음에 의한 스트레스의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 제1 변환부 및 제2 변환부를 구비하여 감쇄 성능을 향상 및 더욱 효과적으로 진동소음을 감쇄시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템이 풍력발전기의 주변에 설치된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 다른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템에서 진공소음을 상쇄하는 개념을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템(100)은 풍력발전기(200)의 주변에 설치되어 풍력발전기(200)에서 발생되는 진동소음 중에 임의의 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상의 반사파를 풍력발전기(200)가 위치되는 방향으로 송출하여 진동소음을 감쇄시킬 수 있는 시스템이다.
여기서, 진동소음은 통상의 사람 또는 동물들이 소리로는 잘 느껴지지가 않지만 진동소음에 장시간 노출될 경우 사람 또는 동물들이 스트레스를 받아 유산 또는 신체에 이상이 발생될 수 있다.
이러한 진동소음으로는 저주파수의 진동소음과 고주파수의 진동소음이 있는데, 특히 50Hz 이상 150Hz 이하의 저주파수 대역에서 많은 스트레스를 유발하기 때문에 본 발명에서의 진동소음은 저주파수 대역 즉, 50Hz 이상 150Hz 이하의 주파수 대역의 진동소음을 감쇄시키는 것으로 설명을 한다.
아울러, 풍력발전기(200)에 대하여 간략히 설명하면, 풍력발전기(200)는 풍력에 의해 발전하는 것으로서, 바람에 의해 회전하는 블레이드(210)와, 블레이드(210)를 지면에서 지면의 상부로 이격시키는 지지대(230)와, 블레이드(210)와 연결되어 블레이드(210)의 회전력으로 발전하는 발전기(220)를 포함하여 구성된다.
그리고, 풍력발전기(200)의 종류에는 블레이드(210)의 회전축 위치에 따라 수직축 풍력발전기(200)와 수평축 풍력발전기(200)로 구분되며, 수직축 풍력발전기(200)는 수직축을 중심으로 블레이드(210)가 회전을 하고, 수평축 풍력발전기(200)는 블레이드(210)가 수평축을 중심으로 회전하도록 구성된다.
한편, 본 발명의 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템(100). 바람에 의해 블레이드(210)를 회전시키는 다양한 종류의 풍력발전기(200)에 적용될 수 있기 때문에 풍력발전기(200)의 종류를 한정하지는 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템(100)은 측정센서(110)를 포함할 수 있다. 이 측정센서(110)는 진동소음을 측정할 수 있는 센서이다. 한편, 측정센서(110)는 진동소음을 측정할 수 있는 공지된 다양한 종류의 음파측정기로 구현될 수 있으며, 공지된 마크로도 구현될 수 있음은 물론이다.
한편, 측정센서(110)는 풍력발전기(200)의 주변에 진동소음을 측정하기 용이한 곳 예컨대, 블레이드(210)의 전방부분에 설치될 수 있다. 여기서, 풍력발전기(200)의 저주파수 대역의 진동소음은 블레이드(210)와 바람이 마찰되어 발생되는 부분에서 가장 크게 발생한다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템(100)은 필터링부(120)를 포함할 수 있다. 이 필터링부(120)는 측정센서(110)에서 측정된 진동소음 중 진동소음에서 상쇄될 임의의 주파수 대역을 추출할 수 있다.
즉, 측정센서(110)는 다양한 주파수 대역의 소리를 감지할 수 있기 때문에 그 감지된 진동소음 중 임의의 주파수 대역 예컨대, 50Hz 이상 150Hz 이하의 저주파수 대역만을 추출함으로써, 이 주파수 대역의 진동소음만을 감쇄시키는 기초 정보가 될 수 있다.
그리고, 필터링부(120)는 보조 증폭부(121)를 포함할 수 있다. 이 보조 증폭부(121)는 하기에 설명될 제어부(130)에서 반사파의 생성이 용이하도록 필터링부(120)에서 추출된 주파수 대역을 증폭시킬 수 있다.
즉, 필터링부(120)에서 추출된 주파수 대역이 작아 주파수 대역의 파악이 난해할 수 있기 때문에 추출된 주파수 대역을 증폭시켜 제어부(130)에서 반사파의 생성을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템(100)은 제어부(130)를 포함할 수 있다. 이 제어부(130)는 필터링부(120)에서 추출된 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상의 반사파를 생성할 수 있으며, 반사파의 위상을 계산하는 연산장치로 구현될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반사파는 진동소음의 주파수 대역 더 구체적으로는 필터링부(120)에서 추출된 주파수 대역과 진폭 및 파장은 동일하고 위상만 서로 반대되는 형태이다.
그리고 제어부(130)는 분석부(131), 제1 변환부(133) 및 제2 변환부(136)를 포함할 수 있다.
분석부(131)는 필터링부(120)에서 추출된 주파수 대역을 임의의 시간 동안 측정하여 규칙적인 패턴인지 불규칙적인 패턴인지를 분석할 수 있다. 즉, 진동소음에서 추출된 주파수 대역을 임의의 시간 예컨대, 10분 또는 1시간 동안 측정하여 진동소음이 규칙적으로 발생하는지 불규칙적으로 발생하는 지를 분석할 수 있다.
여기서, 규칙적인 패턴이라 함은 일정시간 동안 추출된 주파수 대역이 연속 반복되어 동일한 주기로 발생하는 것을 의미하며, 불규칙적인 패턴이라 함은 추출된 주파수 대역의 일정시간 동안 동일하지 않고 계속적으로 변화되어 발생되는 것을 의미한다.
제1 변환부(133)는 분석부(131)에서 추출된 주파수 대역이 규칙적인 패턴으로 발생하는 것이라고 분석되면, 이 규칙적인 패턴과 동일한 패턴으로 반사파를 생성할 수 있다.
예컨대, 제1 변환부(133)는 추출된 주파수 대역이 일정시간 발생하고 잠시 멈춘 다음 다시 동일한 일정시간 동안 발생하는 것이 일정하게 연속 반복되면, 반사파도 일정시간 동안 생성하고 잠시 멈춘 다음 다시 동일한 일정시간 동안 생성하도록 구성될 수 있다.
여기서, 추출된 주파수 대역이 규칙적인 패턴이라는 것으로 진동소음이 규칙적으로 발생한다는 것을 가늠할 수 있다.
한편, 제1 변환부(133)는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 이 컨트롤러는 규칙적인 패턴과 동일한 패턴으로 생성된 반사파가 규칙적으로 발생하는 진동소음을 상쇄할 수 있도록 규칙적으로 발생하는 진동소음의 발생시간과 반사파가 증폭부를 통해 출력수단(150)으로 출력되는 출력시간이 서로 일치되도록 출력시간을 조절할 수 있다.
이때, 진동소음의 발생시간은 측정센서(110)로 유입되는 진동소음의 시간 정보를 기초로 알 수 있다.
즉, 제1 변환부(133)는 진동소음을 측정센서(110)에서 측정하여 반사파를 출력수단(150)으로 출력하게 되면 반사파를 생성하는데 시간이 걸려 감쇄효과가 미미하기 때문에, 규칙적으로 발생하는 진동소음의 경우, 제1 변환부(133)에서 규칙적인 패턴을 파악하고 규칙적인 패턴으로 반사파를 미리 생성하여 규칙적으로 발생하는 진동소음이 발생하는 시간에 맞춰 반사파를 출력함으로써, 진동소음을 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.
제2 변환부(136)는 분석부(131)에서 추출된 주파수 대역이 불규칙적이라고 판단되면, 추출된 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상을 가지는 반사파를 실시간으로 생성할 수 있다.
즉, 제2 변환부(136)는 난수와 같이 불규칙적으로 발생되는 진동소음에 맞춰 그때 그때마다 실시간으로 필터링부(120)에서 추출된 주파수 대역과 대응하는 반사파를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템(100)은 메인 증폭부(140)를 포함할 수 있다. 이 메인 증폭부(140)는 제어부(130)에서 생성된 반사파 더 구체적으로는 제1 변환부(133) 및 제2 변환부(136)의 각각에서 생성된 반사파를 증폭시킬 수 있다. 그리고 메인 증폭부(140)는 증폭된 반사파를 하기에 설명될 출력수단(150)을 통해 외부로 출력할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템(100)은 출력수단(150)을 포함할 수 있다. 이 출력수단(150)은 메인 증폭부(140)에서 증폭된 반사파를 외부로 출력할 수 있다.
한편, 출력수단(150)은 풍력발전기의 진동소음이 발생되는 방향을 향하도록 설치되어 반사파를 진동소음이 발생되는 방향으로 출력할 수 있다.
여기서, 출력수단(150)은 반사파를 출력할 수 있는 스피커일 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템(100)은 풍력발전기(200)가 설치되는 주변에 설치되거나 풍력발전기(200)에 함께 설치될 수도 있다.
풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템(100)은 측정센서(110)가 풍력발전기의 진동소음이 크게 발생되는 부분에 설치되어 풍력발전기(200)에 발생하는 진동소음을 측정한다.
여기서, 풍력발전기(200)에서 발생하는 진동소음은 저주파수 대역으로서 대부분 블레이드(210)에 바람이 부딪혀 발생되기 때문에 측정센서(110)는 블레이드(210)가 위치되는 부분에 설치되는 것이 바람직하다.
한편, 측정센서(110)에서 측정되는 진동소음은 필터링부(120)로 전달되어 상쇄하고자 하는 주파수 대역 예컨대, 저주파수 대역을 전기적인 신호로 추출한다.
추출된 주파수 대역은 보조 증폭부(121)로 전기적인 신호로 전달되어 증폭되고, 증폭된 주파수 대역의 전기적인 신호는 제어부(130)로 전달된다.
제어부(130)로 전달된 신호는 먼저 분석부(131)를 거치게 된다. 분석부(131)에서는 추출된 주파수 대역의 전기적인 신호를 임의의 시간동안 분석하여 규칙적인 패턴인지 불규칙적인 패턴인지를 분석한다.
이때, 분석부(131)에서 분석하는 임의의 시간동안에는 모든 추출된 주파수 대역의 전기적인 신호가 제2 변환부(136)로 전달되어 추출된 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상을 가지는 반사파를 전기적인 신호로 생성한다.
그리고, 반사파의 전기적인 신호는 메인 증폭부(140)로 증폭되고 출력수단(150)을 통해 외부로 출력된다.
한편, 분석부(131)에서 분석하여 규칙적인 패턴이라고 분석되면 추출된 주파수 대역의 전기적인 신호를 제1 변환부(133)로 전달하고 제1 변환부(133)에서는 규칙적인 패턴과 동일한 패턴의 반사파를 전기적인 신호로 생성한다.
그리고, 규칙적인 패턴과 동일한 패턴으로 생성된 반사파의 전기적인 신호는 컨트롤러로 보내져 규칙적으로 발생하는 진동소음의 발생시간에 맞춰 메인 증폭부(140)를 통해 출력수단(150)으로 출력되도록 출력시간이 조절된다.
한편, 분석부(131)에서 불규칙적인 패턴이라고 분석되면 제2 변환부(136)로 전기적인 신호가 전달되어 추출된 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상을 가지는 반사파를 전기적인 신호로 생성하고, 이 신호를 메인 증폭부(140)를 거쳐 증폭시킨 후 출력수단(150)으로 출력하게 된다.
아울러, 분석부(131)는 계속적으로 규칙적인 패턴과 불규칙적인 패턴을 분석하며, 다른 규칙적인 패턴이 분석되지 않는 한, 먼저 분석된 규칙적인 패턴과 동일한 패턴으로 제1 변환부(133)에서 생성된 반사파를 계속적으로 외부로 출력한다.
여기서, 출력수단(150)은 진동소음이 가장 크게 발생하는 부분을 향하여 출력되도록 위치되는 것이 바람직하다.
따라서, 풍력발전기(200)에서 발생되는 진동소음을 감쇄시켜 풍력발전기(200)의 주변에 위치하는 사람 및 동물들의 스트레스의 발생을 방지함으로써, 유산이나 신체적 이상을 해소할 수 있다.
또한, 진동소음의 패턴을 분석하여 진동소음이 발생되는 순간과 동시에 반사파를 발생하여 진동소음을 효과적으로 상쇄시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
100: 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템 110: 측정센서
120: 필터링부 121: 보조 증폭부
130: 제어부 131: 분석부
133: 제1 변환부 134: 컨트롤러
136: 제2 변환부 140: 메인 증폭부
150: 출력수단 200: 풍력발전기
210: 블레이드 220: 발전기
230: 지지대

Claims (6)

  1. 바람에 의해 회전하는 블레이드의 회전력으로 발전하는 풍력발전기의 주변에 설치되어 상기 블레이드의 회전으로 인해 발생되는 진동소음을 감쇄시키는 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템으로서,
    상기 진동소음을 측정하는 측정센서,
    상기 측정센서에서 측정된 상기 진동소음의 임의의 주파수 대역만 추출하는 필터링부,
    상기 필터링부에서 추출된 상기 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상의 반사파를 생성하는 제어부,
    상기 제어부에서 생성된 반사파를 증폭하는 메인 증폭부, 및
    상기 메인 증폭부에서 증폭된 반사파를 상기 블레이드가 위치되는 방향으로 출력하는 출력수단을 포함하며,
    상기 제어부는
    상기 주파수 대역을 임의의 시간 동안 측정하여 규칙적인 패턴인지 불규칙적인 패턴인지를 분석하는 분석부,
    상기 분석부에서 분석된 패턴이 상기 규칙적인 패턴인 경우 상기 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상의 상기 반사파를 상기 규칙적인 패턴과 동일한 패턴으로 생성하고, 컨트롤러를 포함하여서 상기 컨트롤러에 의하여 규칙적으로 발생하는 상기 진동소음의 발생시간과 상기 반사파가 출력 수단으로 출력되는 시간이 일치하도록 상기 반사파의 출력 시간을 조절하는 제1 변환부, 및
    상기 분석부에서 분석된 패턴이 상기 불규칙적인 패턴인 경우 상기 주파수 대역의 위상과 반대되는 위상의 상기 반사파를 실시간으로 생성하는 제2 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터링부는
    상기 진동소음에서 상기 주파수 대역의 추출이 용이하도록 상기 진동소음을 증폭하는 보조 증폭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 대역은 50Hz 이상 150Hz 이하의 저주파수 대역인 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템.
  6. 삭제
KR1020100106956A 2010-10-29 2010-10-29 풍력발전기의 진동소음 감쇄 시스템 KR101180347B1 (ko)

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