KR101192940B1 - 풍차 구조체의 응력 해석 장치 및 응력 해석 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체와 풍력 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
운전 환경에 관한 파라미터에 근거하여, 풍차 구조체에 설정된 소정의 하중 관측 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터를 작성하는 하중 데이터 작성부(21)와, 하중 시계열 데이터에 근거하여, 풍차 구조체에 설정되어 있는 적어도 하나의 해석 대상 개소에 있어서의 응력 시계열 데이터를 작성하는 응력 해석부(22)를 구비하는 풍차 구조체의 응력 해석 장치(3)를 제공한다.
Description
본 발명은 자연에너지인 바람을 회전력으로 변환하는 풍차를 이용하여 발전을 실행하는 풍력 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히 풍차 구조체의 응력을 해석하는 풍차 구조체의 응력 해석 장치 및 그 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
종래, 자연에너지인 풍력을 이용하여 발전을 실행하는 풍력 발전 시스템이 공지되어 있다. 이 풍력 발전 시스템은, 지주 상에 설치된 나셀에, 블레이드를 부착한 로터 헤드와, 이 로터 헤드와 일체로 회전하도록 연결된 주축과, 블레이드에 풍력을 받아 회전하는 주축을 연결한 증속기와, 증속기의 축 출력에 의해 구동되는 발전기를 마련한 것이다.
이러한 풍력 발전 시스템에서는, 예컨대 풍황에 따라 소정의 발전기 회전 속도와 출력을 얻도록 블레이드 피치 각도를 제어하고 있다. 또한, 예컨대, 특허문헌 1에는, 각 블레이드에 유입되는 바람의 영각 및 나셀 등의 각 부분에 작용하는 하중 등을 산출하고, 이 하중 변동을 저감시킬 수 있도록 각 블레이드의 피치각을 개별적으로 제어하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 종래의 풍력 발전 시스템의 운전 제어에서는, 하중에 의한 구조체에의 피로 열화에 대해서는 고려되어 있지 않기 때문에, 실제 기기가 이상 상태와 동떨어진 상황하에서 운전되는 경우 등에는, 설계 시에 설정된 수명보다 빠른 시점에서 열화 고장이 생길 우려가 있었다.
본 발명은, 손상을 받기 어려운 보다 이상적인 환경하에서의 풍력 발전 시스템의 운전을 가능하게 하는 동시에, 반복하여 부여되는 변동 하중에 기인하는 피로 열화 등에 의한 고장을 미연에 방지하는 것이 가능한 풍차 구조체의 응력 해석 장치 및 응력 해석 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체와 풍력 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제 1 태양은, 운전 환경에 관한 파라미터에 근거하여, 풍차 구조체에 설정된 소정의 하중 관측 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터를 작성하는 하중 데이터 작성부와, 상기 하중 시계열 데이터에 근거하여, 상기 풍차 구조체에 설정되어 있는 적어도 하나의 해석 대상 개소에 있어서의 응력 시계열 데이터를 작성하는 응력 해석부를 구비하는 풍차 구조체의 응력 해석 장치이다.
상기 태양에 의하면, 하중 데이터 작성부에 의해 풍차 구조체에 설정된 소정의 하중 관측 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터가 작성되며, 이 하중 시계열 데이터에 근거하여 풍차 구조체에 설정되어 있는 적어도 하나의 해석 대상 개소에 있어서의 응력 시계열 데이터가 응력 해석부에 의해 계산된다. 따라서, 이 응력 시계열 데이터를 풍력 발전 시스템의 운전 제어에 반영시킴으로써, 보다 이상적인 환경하에서의 풍력 발전 시스템의 운전이 가능해지는 동시에, 반복하여 부여되는 변동 하중에 기인하는 피로 열화 등에 의한 고장을 미연에 방지하는 것이 가능하게 된다.
상기 운전 환경에 관한 파라미터란, 예컨대, 풍속, 풍향, 하중 등이며, 적어도 하중을 취득하기 위해서 필요한 파라미터를 포함하는 것으로 한다. 또한, 이 운전 환경에 관한 파라미터는 하중 센서에 의해 계측되는 하중 데이터 자체여도 좋다.
하중 관측 개소 및 해석 대상 개소는 풍차 구조체에 임의로 설정하는 것이 가능하다. 하중 관측 개소는, 예컨대 상기 운전 환경에 관한 파라미터가 계측되는 개소에 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 해석 대상 개소는 풍차의 응력 해석을 상세하게 실행하기 위해서, 풍차 구조체의 도처에 다수 설정되는 것이 바람직하다.
상기 풍차 구조체의 응력 해석 장치에 있어서, 상기 하중 데이터 작성부는 상기 해석 대상 개소에 대응되어 있는 하중 변환 테이블을 이용하여, 상기 하중 관측 개소의 하중 시계열 데이터로부터 상기 해석 대상 개소에 있어서의 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터를 각각 작성하고, 상기 응력 해석부는, 상기 해석 대상 개소에 있어서의 단위 하중 작용시의 각 기본 성분의 구조 응답과 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터에 근거하여 상기 해석 대상 개소에 작용하는 각 기본 성분의 응력 시계열 데이터를 구하며, 각 기본 성분의 상기 응력 시계열 데이터로부터 각 시각에 있어서의 주응력 방향에 대한 응력값을 나타내는 제 1 주응력 시계열 데이터를 구하며, 상기 제 1 주응력 시계열 데이터 중 최대 주응력을 나타낸 시각에 있어서의 주응력 방향을 지정 방향으로서 특정하며, 각 기본 성분의 상기 응력 시계열 데이터로부터 각 시각에 있어서의 상기 지정 방향에 대한 응력값을 나타내는 제 2 응력 시계열 데이터를 작성하는 것으로 해도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 해석 대상 개소에 있어서의 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터가 작성되며, 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터가 중합됨으로써, 주응력 방향에 있어서의 제 1 주응력 시계열 데이터가 작성된다. 이와 같이, 제 1 주응력 시계열 데이터가 작성되므로, 해석 대상 개소에 작용한 각 시각에 있어서의 응력값을 확인하는 것이 가능하게 된다. 그리고, 제 1 주응력 시계열 데이터에서 응력값이 최대를 나타낸 시각을 특정하여, 그때의 주응력 방향을 지정 방향으로서 특정한다. 이어서, 이번에는 각 기본 성분의 응력 시계열 데이터로부터 지정 방향에 있어서의 응력 시계열 데이터를 작성하며, 이것을 제 2 응력 시계열 데이터로 한다. 이와 같이, 최대 응력이 작용한 때의 방향을 지정 방향으로서 특정하여, 지정 방향에 대한 응력 시계열 데이터를 다시 구하므로, 최대로 힘이 작용하는 방향, 즉 균열 진전 등의 피로 손상이 발생하기 쉬운 방향에 대한 응력의 변동 상태를 확실하게 파악하는 것이 가능하게 된다.
또한, 기본 성분은 예컨대, x, y, z의 3성분이다. 또한, 해석 대상 개소에 따라 미리 손상을 받기 쉬운 방향, 예컨대 균열이 생기기 쉬운 방향 등을 미리 알고 있는 경우에는, 상기 3성분 전부를 이용하지 않아도, 그 방향에 관계되는 성분의 하중 시계열 데이터만을 이용하여 상기 제 1 주응력 시계열 데이터, 제 2 응력 시계열 데이터를 작성하는 것으로 해도 좋다.
상기 풍차 구조체의 응력 해석 장치에 있어서, 상기 응력 해석부는, 상기 해석 대상 개소마다의 상기 제 2 응력 시계열 데이터로부터 누적 응력을 구하고, 이 누적 응력이 사전 설정되어 있는 열화 기준값을 초과하는지 여부를 판정하며, 누적 응력이 해당 열화 기준값을 초과하는 해석 대상 개소가 존재한 경우에 그 취지를 통지하는 통지부를 구비하고 있어도 좋다.
이러한 구성에 의하면, 누적 응력이 열화 기준값을 초과한 경우에는 그 취지가 통지되므로, 이 통지를 받아 풍력 발전 시스템의 운전 제어를 정지시키는 등의 대책을 세움으로써 고장을 미연에 방지하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제 2 태양은, 상기 풍차 구조체의 응력 해석 장치와 운전 제어 장치를 구비하며, 상기 응력 해석 장치는 응력의 정보를 상기 운전 제어 장치에 피드백하고, 상기 운전 제어 장치는 해당 응력의 정보에 근거하여 운전 제어를 실행하는 풍력 발전 시스템이다.
본 태양에 의하면, 응력 해석 장치에 의해 해석된 응력에 관한 정보가 풍력 발전 시스템의 운전 제어에 반영되므로, 손상을 받기 어려운 보다 이상적인 환경하에서 풍력 발전 시스템을 운전하는 것이 가능해지는 동시에, 반복하여 부여되는 변동 하중에 기인하는 피로 열화 등에 의한 고장을 미연에 방지하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제 3 태양은, 운전 환경에 관한 파라미터에 근거하여, 풍차 구조체에 설정된 소정의 하중 관측 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터를 작성하는 하중 데이터 작성 처리와, 상기 하중 시계열 데이터에 근거하여, 상기 풍차 구조체에 설정되어 있는 적어도 하나의 해석 대상 개소에 있어서의 응력 시계열 데이터를 작성하는 응력 해석 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한 풍차 구조체의 응력 해석 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이다.
본 발명에 의하면, 손상을 받기 어려운 보다 이상적인 환경하에서의 풍력 발전 시스템의 운전을 가능하게 하는 동시에, 반복하여 부여되는 변동 하중에 기인하는 피로 열화 등에 의한 고장을 미연에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 풍력 발전 시스템의 개략 구성을 나타낸 도면,
도 2는 도 1에서 나셀 주변의 개략 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 응력 해석 장치의 기능을 전개하여 나타낸 기능 블록도,
도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 응력 해석 장치에 의해 실행되는 처리 순서를 나타낸 플로우차트,
도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 응력 해석 장치에 의해 실행되는 처리 순서를 나타낸 플로우차트,
도 5는 하중 관측 개소에 있어서의 x축 방향에 대한 하중 시계열 데이터의 일 예를 나타낸 도면,
도 6은 x성분에 있어서의 응력 시계열 데이터의 일 예를 나타낸 도면,
도 7은 제 1 주응력 시계열 데이터의 일 예를 나타낸 도면,
도 8은 각 시각에 있어서의 주응력 방향의 일 예를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에서 나셀 주변의 개략 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 응력 해석 장치의 기능을 전개하여 나타낸 기능 블록도,
도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 응력 해석 장치에 의해 실행되는 처리 순서를 나타낸 플로우차트,
도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 응력 해석 장치에 의해 실행되는 처리 순서를 나타낸 플로우차트,
도 5는 하중 관측 개소에 있어서의 x축 방향에 대한 하중 시계열 데이터의 일 예를 나타낸 도면,
도 6은 x성분에 있어서의 응력 시계열 데이터의 일 예를 나타낸 도면,
도 7은 제 1 주응력 시계열 데이터의 일 예를 나타낸 도면,
도 8은 각 시각에 있어서의 주응력 방향의 일 예를 나타낸 도면.
이하에, 본 발명에 따른 풍차 구조체의 응력 해석 장치 및 응력 해석 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체와 풍력 발전 시스템의 일 실시형태에 대하여 도면을 참조해서 설명한다.
도 1은 본 실시형태에 따른 풍력 발전 시스템의 개략 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 풍력 발전 시스템(1)은, 3매의 블레이드(11)와, 나셀(12)과, 나셀(12)에 3매의 블레이드(11)를 설치한 로터 헤드(13)와, 나셀(12)을 지지하는 지주(14)를 갖는 풍차 구조체(2)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는 3매의 블레이드를 갖는 경우를 예시하지만, 블레이드의 매수에 대해서는 특별히 제한되지 않는다.
또한, 풍차 구조체(2)에는, 후술하는 응력 해석 장치에 의해 응력이 계산되는 해석 대상 개소가 사전 설정되어 있다. 이 해석 대상 개소는 풍차 구조체(2)의 곳곳에 임의로 또한 다수 설정하는 것이 가능하지만, 예컨대, 하중에 의해 열화를 일으키기 쉬운 장소 등에 적극적으로 설정된다. 구체적으로는, 블레이드, 나셀, 타워 등의 구조부나 구동축 등의 하중 전달부 등에 설정된다.
도 2에 도시되는 바와 같이, 상기 나셀(12)의 상측에는 풍향?풍속을 계측하는 풍향?풍속계(105)가 마련되어 있다. 각 블레이드(11)에는 피치각을 검출하기 위한 피치각 센서(106)가 마련되어 있다. 나셀(12) 내에는, 로터 헤드(13)와 일체로 회전하도록 연결된 주축(15), 주축(15)에 연결된 증속기(도시 생략), 증속기의 축 출력에 의해 구동되는 발전기(17), 발전기(17)의 출력 제어 및 블레이드(11)의 피치각 제어 등을 실행하는 운전 제어 장치(18), 풍차 구조체(2)에 설정된 복수의 해석 대상 개소에 작용하는 응력을 해석하는 응력 해석 장치(3) 등이 수용되어 있다. 운전 제어 장치(18)에는 상기 풍향?풍속계(105), 피치 센서(106)에 의해 계측된 계측 데이터가 입력된다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 응력 해석 장치(3)는 나셀(12) 내에 수용되는 것으로 했지만, 이에 대신하여, 풍차 구조체(2)의 밖에 설치되며, 무선 혹은 유선의 정보 전달 매체로 각종 센서나 운전 제어 장치(18)와 접속되어, 정보의 송수신이 가능한 구성으로 되어 있어도 좋다.
응력 해석 장치(3) 및 운전 제어 장치(18)는 예컨대, CPU(중앙 연산 장치), ROM(Read Only Memory) 등의 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체, RAM(Random Access Memory) 등을 갖는 컴퓨터 시스템을 각각 구비하고 있다. 응력 해석 장치(3)의 기록 매체에는, 예컨대 풍차 구조체(2)의 응력 해석 프로그램이 격납되어 있다. 후술하는 일련의 처리 과정은, 응력 해석 프로그램을 CPU가 RAM 등에 판독해내고, 정보의 가공?연산 처리를 실행함으로써 실현된다.
도 3은 응력 해석 장치(3)의 기능을 전개하여 나타낸 기능 블록도이다. 이 도면에 도시되는 바와 같이, 응력 해석 장치(3)는, 운전 환경에 관한 파라미터에 근거하여, 풍차 구조체(2)에 설정된 소정의 하중 관측 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터를 작성하는 하중 데이터 작성부(21)와, 하중 시계열 데이터에 근거하여, 풍차 구조체(2)에 설정되어 있는 다수의 해석 대상 개소에 있어서의 응력 시계열 데이터를 작성하는 응력 해석부(22)를 구비하고 있다.
상기 운전 환경에 관한 파라미터는 예컨대, 풍향 편차, 풍속, 회전수, 출력 등이다. 풍향?풍속은 풍향?풍속계(105)의 계측값을 채용할 수 있으며, 풍향 편차에 대해서는 풍향?풍속계(105)의 계측 데이터 및 YAW 각도로부터 산출함으로써 취득할 수 있다. 또한, 회전수는 예컨대 발전기(17)의 로터 부근에 설치된 인코더 등의 출력으로부터 구할 수 있다.
또한, 하중은 예컨대 풍향, 풍속, 출력 등의 파라미터로부터 산출하는 것이 가능하다. 예컨대, 하중의 계측에 이용되는 파라미터와 운전 환경에 관한 파라미터는 독립된 것으로서 취급된다.
하중 데이터 작성부(21)에서는, 풍차 구조체(2)의 적어도 하나의 개소에 설정된 소정의 하중 관측 개소에 대응하는 각 시각의 하중을 기본 성분(x, y, z의 3축 방향의 축 방향 하중과 모멘트 하중)마다 산출하여, 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터를 작성한다[도 4a의 단계(SA1)]. 나아가, 이들 결과를 상술한 운전 환경에 관한 파라미터를 이용하여 정리한다. 여기서, 도 5에, 하중 관측 개소에 있어서의 x축 방향에 대한 하중 시계열 데이터의 일 예를 나타낸다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 하중 시계열 데이터는 가로축에 시간, 세로축에 하중을 나타낸 것이다. 또한, 하중 관측 개소는, 예컨대 상기 운전 환경에 관한 파라미터를 계측하는 센서가 설치되어 있는 장소, 예컨대 풍향?풍속계(105)가 설치되어 있는 장소를 의미한다.
다음에, 하중 데이터 작성부(21)는 해석 대상 개소마다 하중 변환 테이블을 미리 보유하고 있으며, 이 하중 변환 테이블을 이용하여, 상기 하중 관측 개소에 있어서의 각 기본 성분(x, y, z 방향의 3성분)의 상기 하중 시계열 데이터로부터 각 해석 대상 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터를 작성한다[도 4a의 단계(SA2)].
상기 하중 변환 테이블은 하중 관측 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터로부터 각 해석 대상 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터를 각각 얻기 위한 변환 테이블이며, 예컨대, 소정의 조건하에 있어서의 하중 관측 개소 및 해석 대상 개소에 있어서의 하중을 실제로 계측하여, 이 계측 결과를 비교함으로써 작성된다. 이와 같이, 변환 테이블을 가지고 있는 것에 의해, 하중 관측 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터로부터 다수의 해석 대상 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터를 용이하게 추정하는 것이 가능하게 된다.
각 해석 대상 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터가 기본 성분마다 작성되면, 이어서, 응력 해석부(22)는 이 하중 시계열 데이터에 근거하여 각 해석 대상 개소에 있어서의 응력을 해석한다. 구체적으로는, 응력 해석부(22)는 풍차 구조체(2)에 설정되어 있는 해석 대상 개소마다 이하의 처리를 실행한다.
우선, 해당 해석 대상 개소에 있어서의 단위 하중 작용시의 각 기본 성분의 구조 응답과 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터에 근거하여, 해당 해석 대상 개소에 작용하는 각 기본 성분의 응력 시계열 데이터를 구한다[도 4a의 단계(SA3)].
도 6에, x 성분에 있어서의 응력 시계열 데이터의 일 예를 나타낸다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 응력 시계열 데이터는 가로축에 시간, 세로축에 응력을 나타낸 것이다.
이어서, 각 기본 성분의 응력 시계열 데이터로부터 각 시각에 있어서의 주응력 방향에 대한 응력값을 나타내는 제 1 주응력 시계열 데이터를 작성한다[도 4a의 단계(SA4)]. 이는 각 기본 성분의 응력 시계열 데이터로부터 산정할 수 있다. 또한, 이와 같이, 제 1 주응력 시계열 데이터를 작성하는 것은 기본 성분마다의 응력 시계열 데이터로부터는 각 해석 대상 개소에 있어서의 피로 강도 등을 추정하는 것은 어렵기 때문이다. 도 7에 제 1 주응력 시계열 데이터의 일 예를 나타낸다. 도 7에서, 가로축은 시각, 세로축은 주응력 방향에 있어서의 응력값을 나타낸다.
다음에, 제 1 주응력 시계열 데이터 중 최대 주응력을 나타낸 시각 tm을 특정하고, 이 시각 tm에 있어서의 주응력 방향을 지정 응력 방향으로서 특정한다[도 4a의 단계(SA5)].
구체적으로는, 도 8에 도시하는 바와 같이, 제 1 주응력 시계열 데이터에서, 각 시각 t1, t2, tm에 있어서의 주응력 방향은 상이하다. 예컨대, 시각 t1의 주응력 방향은 v1, 시각 t2에 있어서의 주응력 방향은 v2, 시각 tm에 있어서의 주응력 방향은 vm 등과 같이, 주응력 방향은 각 시각에 있어서의 각 기본 성분의 응력 시계열 데이터에 따라 변화한다. 따라서, 본 처리에서는, 이와 같이 시시각각 변화하는 주응력 방향 중 최대 주응력을 나타내고 있는 시각의 주응력 방향을 지정 응력 방향으로서 특정하거나, 사전 설정한 방향 성분으로 환산한다.
이어서, 특정한 해당 지정 응력 방향에 있어서의 제 2 응력 시계열 데이터를 각 기본 성분의 응력 시계열 데이터에 근거하여 작성한다[도 4b의 단계(SA6)]. 지정 응력 방향은, 최대 응력이 나타난 방향 혹은 미리 지정한 방향이므로, 이 지정 응력 방향에 있어서의 응력 시계열 데이터인 제 2 응력 시계열 데이터를 작성함으로써, 해당 해석 대상 개소의 피로 열화 등에 가장 지배적인 힘 방향으로 작용하는 응력을 취득하는 것이 가능하게 된다.
이어서, 제 2 응력 시계열 데이터로부터 각 시각에 있어서의 응력값을 누적함으로써 누적 응력을 산출하고[도 4b의 단계(SA7)], 이 누적 응력과 상기 제 2 응력 시계열 데이터를 운전 제어 장치(18)에 출력한다[도 4b의 단계(SA8)]. 이에 의해, 운전 제어 장치(18)는 응력을 운전 제어에 반영하는 것이 가능하게 된다. 예컨대, 운전 제어 장치(18)는 과거 소정 시간에 있어서의 누계 응력이 사전 설정되어 있는 기준값보다 높은 값을 나타내고 있는 것 같으면, 응력이 저감되기 위한 방향으로 블레이드 피치각을 변화시키는 등의 운전 제어를 실행한다.
이어서, 응력 해석부(22)는 제 2 응력 시계열 데이터로부터 구한 누적 응력이 사전 설정되어 있는 열화 기준값을 초과하고 있는지 여부를 판정한다[도 4b의 단계(SA9)]. 이 열화 기준값은 해석 대상 개소마다 임의로 정해지는 값이며, 각 해석 대상 개소에서 고장이나 균열이 발생한다고 추정되는 값보다 작은 값으로 설정되는 값이다.
그리고, 누적 응력이 열화 기준값을 초과하는 해석 대상 개소가 존재한 경우에는 그 취지를 통지한다[도 4b의 단계(SA10)]. 예컨대, 원격으로 설치되어 있는 풍력 발전 시스템의 제어실에 설치되어 있는 표시 장치에 표시하거나, 비상용의 램프를 점등시키는 등의 여러 가지의 방법에 의해, 그 취지를 오퍼레이터 등에 통지하는 동시에, 운전 제어 장치(18)에 대하여 그 취지를 나타내는 신호를 출력한다. 이에 의해, 운전 제어 장치(18)에서는 운전을 정지하는 등의 긴급 조치가 취하여진다. 이에 의해, 시간의 경과에 따른 열화에 의한 풍차 구조체의 고장을 미연에 방지하는 것이 가능하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 풍력 구조체의 응력 해석 장치 및 그 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체와 풍력 발전 시스템에 의하면, 풍력 구조체의 응력 해석 장치(3)에 의해 해석된 응력에 관한 정보가 운전 제어(주로는, 블레이드 피치각의 제어, 발전기의 제어)에 반영되므로, 손상을 받기 어려운 보다 이상적인 환경하에서 운전하는 것이 가능해지는 동시에, 반복하여 부여되는 변동 하중에 기인하는 피로 열화 등에 의한 고장을 미연에 방지하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상술한 실시형태에서는, 풍향, 풍속, 풍향 편차, 회전수 등의 운전 환경에 관한 파라미터에 근거하여 하중을 산출하였지만, 이에 대신하여, 하중 관측 개소에 하중 센서를 마련하여 하중 센서의 계측값을 그대로 이용함으로써, 해당 하중 관측 개소에 있어서의 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터를 직접적으로 작성하는 것으로 해도 좋다. 이와 같이, 하중 센서를 설치함으로써 처리 부담의 저감, 처리 시간의 단축 등을 도모하는 것이 가능하게 된다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상술했지만, 구체적인 구성은 이 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.
1 : 풍력 발전 시스템 2 : 풍차 구조체
3 : 응력 해석 장치 11 : 블레이드
12 : 나셀 13 : 로터 헤드
15 : 주축 17 : 발전기
18 : 운전 제어 장치 21 : 하중 데이터 작성부
22 : 응력 해석부 105 : 풍향?풍속계
106 : 피치 센서
3 : 응력 해석 장치 11 : 블레이드
12 : 나셀 13 : 로터 헤드
15 : 주축 17 : 발전기
18 : 운전 제어 장치 21 : 하중 데이터 작성부
22 : 응력 해석부 105 : 풍향?풍속계
106 : 피치 센서
Claims (5)
- 운전 환경에 관한 파라미터에 근거하여, 풍차 구조체에 설정된 소정의 하중 관측 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터를 작성하는 하중 데이터 작성부와,
상기 하중 시계열 데이터에 근거하여, 상기 풍차 구조체에 설정되어 있는 적어도 하나의 해석 대상 개소에 있어서의 응력 시계열 데이터를 작성하는 응력 해석부를 구비하고,
상기 하중 데이터 작성부는, 상기 해석 대상 개소에 대응되어 있는 하중 변환 테이블을 이용하여, 상기 하중 관측 개소의 하중 시계열 데이터로부터 상기 해석 대상 개소에 있어서의 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터를 각각 작성하고,
상기 응력 해석부는,
상기 해석 대상 개소에 있어서의 단위 하중 작용시의 각 기본 성분의 구조 응답과 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터에 근거하여, 상기 해석 대상 개소에 작용하는 각 기본 성분의 응력 시계열 데이터를 구하며,
각 기본 성분의 상기 응력 시계열 데이터로부터 각 시각에 있어서의 주응력 방향에 대한 응력값을 나타내는 제 1 주응력 시계열 데이터를 구하며,
상기 제 1 주응력 시계열 데이터 중 최대 주응력을 나타낸 시각에 있어서의 주응력 방향을 지정 방향으로서 특정하며,
각 기본 성분의 상기 응력 시계열 데이터로부터 각 시각에 있어서의 상기 지정 방향에 대한 응력값을 나타내는 제 2 응력 시계열 데이터를 작성하는
풍차 구조체의 응력 해석 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 응력 해석부는, 상기 해석 대상 개소마다의 상기 제 2 응력 시계열 데이터로부터 누적 응력을 구하고, 이 누적 응력이 사전 설정되어 있는 열화 기준값을 초과하는지 여부를 판정하며, 누적 응력이 상기 열화 기준값을 초과하는 해석 대상 개소가 존재한 경우에 그 취지를 통지하는 통지부를 구비하는
풍차 구조체의 응력 해석 장치. - 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 풍차 구조체의 응력 해석 장치와,
운전 제어 장치를 구비하며,
상기 응력 해석 장치는 응력의 정보를 상기 운전 제어 장치에 피드백하고,
상기 운전 제어 장치는 상기 응력의 정보에 근거하여 운전 제어를 실행하는
풍력 발전 시스템. - 운전 환경에 관한 파라미터에 근거하여, 풍차 구조체에 설정된 소정의 하중 관측 개소에 있어서의 하중 시계열 데이터를 작성하는 하중 데이터 작성 처리와,
상기 하중 시계열 데이터에 근거하여, 상기 풍차 구조체에 설정되어 있는 적어도 하나의 해석 대상 개소에 있어서의 응력 시계열 데이터를 작성하는 응력 해석 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한 풍차 구조체의 응력 해석 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 있어서,
상기 하중 데이터 작성 처리는, 상기 해석 대상 개소에 대응되어 있는 하중 변환 테이블을 이용하여, 상기 하중 관측 개소의 하중 시계열 데이터로부터 상기 해석 대상 개소에 있어서의 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터를 각각 작성하는 단계를 포함하고,
상기 응력 해석 처리는,
상기 해석 대상 개소에 있어서의 단위 하중 작용시의 각 기본 성분의 구조 응답과 각 기본 성분의 하중 시계열 데이터에 근거하여, 상기 해석 대상 개소에 작용하는 각 기본 성분의 응력 시계열 데이터를 구하는 단계와,
각 기본 성분의 상기 응력 시계열 데이터로부터 각 시각에 있어서의 주응력 방향에 대한 응력값을 나타내는 제 1 주응력 시계열 데이터를 구하는 단계와,
상기 제 1 주응력 시계열 데이터 중 최대 주응력을 나타낸 시각에 있어서의 주응력 방향을 지정 방향으로서 특정하는 단계와,
각 기본 성분의 상기 응력 시계열 데이터로부터 각 시각에 있어서의 상기 지정 방향에 대한 응력값을 나타내는 제 2 응력 시계열 데이터를 작성하는 단계를 포함하는
풍차 구조체의 응력 해석 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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| KR101379268B1 (ko) * | 2013-01-11 | 2014-03-28 | 삼성중공업 주식회사 | 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템 |
| KR101986984B1 (ko) * | 2013-03-05 | 2019-06-10 | 한국전력공사 | 파워커브 모니터링을 통한 경보 발생 방법 |
| US9822762B2 (en) * | 2013-12-12 | 2017-11-21 | General Electric Company | System and method for operating a wind turbine |
| JP6373682B2 (ja) * | 2014-08-01 | 2018-08-15 | 株式会社日立製作所 | 風力発電設備の応力推定装置および風力発電設備の応力推定方法、風力発電システム |
| WO2016042652A1 (ja) * | 2014-09-19 | 2016-03-24 | 株式会社日立製作所 | 風力発電設備および風力発電設備の損傷度診断装置 |
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| EP3088733B1 (en) | 2015-04-27 | 2018-10-17 | Envision Energy (Jiangsu) Co., Ltd. | Method for operating a wind turbine based on degradation of wind turbine blade |
| DK178737B1 (en) * | 2015-04-27 | 2016-12-12 | Envision Energy (Jiangsu) Co Ltd | Method for operating a wind turbine based on degradation of wind turbine blade |
| JP6553399B2 (ja) | 2015-05-14 | 2019-07-31 | 株式会社日立製作所 | 演算システム、風力発電システム、又は、風車の余寿命又は疲労損傷量の算出方法 |
| US11022100B2 (en) | 2015-12-17 | 2021-06-01 | General Electric Company | System and method for controlling wind turbines |
| KR101706508B1 (ko) * | 2016-07-12 | 2017-02-16 | 한국에너지기술연구원 | 풍력 발전기의 피로 해석 및 등가하중 해석 시스템 |
| CN106224162B (zh) * | 2016-07-29 | 2018-10-16 | 电子科技大学 | 风电机组的载荷模型建立方法及载荷控制方法 |
| JP6827992B2 (ja) * | 2017-10-16 | 2021-02-10 | 三菱重工業株式会社 | 風力発電装置及びその制御方法並びに制御プログラム |
| CN108119316B (zh) * | 2017-11-16 | 2019-11-08 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 基于暂态录波数据的风力发电机运行故障新类型发现方法 |
| KR102099614B1 (ko) * | 2018-11-08 | 2020-04-10 | 군산대학교산학협력단 | 풍력발전기용 복합재 블레이드의 피로 수명 예측 방법 및 장치 |
| CN111523267B (zh) * | 2020-04-21 | 2023-05-23 | 重庆邮电大学 | 一种基于参数化有限元模型的风机主轴结构优化方法 |
| CN114689237B (zh) * | 2020-12-31 | 2023-04-07 | 新疆金风科技股份有限公司 | 载荷传感器标定方法、装置及计算机可读存储介质 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005240785A (ja) | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 浮体式風力発電装置の設計方法及び浮体式風力発電装置の設計用プログラム |
| JP2005337267A (ja) | 2004-02-20 | 2005-12-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 風車用旋回輪軸受構造 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19731918B4 (de) | 1997-07-25 | 2005-12-22 | Wobben, Aloys, Dipl.-Ing. | Windenergieanlage |
| JP4720964B2 (ja) * | 2001-05-31 | 2011-07-13 | 日本電気株式会社 | Ｆｅｍ解析方法、プログラム、およびシステム |
| JP2003113769A (ja) | 2001-10-03 | 2003-04-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ブレードピッチ角度制御装置および風力発電装置 |
| FI20022235A (fi) * | 2002-12-19 | 2002-12-19 | Rautaruukki Oyj | Poikittaiskuormitetun tornin perustus |
| US6940185B2 (en) * | 2003-04-10 | 2005-09-06 | Advantek Llc | Advanced aerodynamic control system for a high output wind turbine |
| DK177602B1 (da) * | 2004-01-16 | 2013-11-18 | Lm Wind Power As | Overvågning af driften af et vindenergianlæg |
| JP4241644B2 (ja) * | 2005-02-28 | 2009-03-18 | 三菱重工業株式会社 | 風車の運転制御装置及びその方法並びにプログラム |
| US7183664B2 (en) * | 2005-07-27 | 2007-02-27 | Mcclintic Frank | Methods and apparatus for advanced wind turbine design |
| US20070182162A1 (en) * | 2005-07-27 | 2007-08-09 | Mcclintic Frank | Methods and apparatus for advanced windmill design |
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|---|---|---|---|---|
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