KR101207416B1 - 풍력발전기용 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전기용 시험장치에 관한 것으로서, 실험용 풍력발전기가 설치되고 이를 외부에서 관찰하도록 된 챔버형상의 본체가 구비되고, 상기 본체의 일측방향에는 인위적으로 가공된 인공의 바람이 공급되는 입구가 형성되고, 상기 입구의 반대쪽방향으로 바람이 통과할 수 있도록 출구가 형성되며, 상기 입구 측에는 인공의 바람을 가공하여 공급하는 팬설치부가 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 구성에 따른 본 발명은 풍력발전시스템을 실험함에 있어서, 실제 자연조건에서 일어날 수 있는 다양한 형태의 풍향/풍속 조건을 제공할 수 있고, 또한 풍향/풍속조건을 임의 제어할 수 있도록 함으로써, 실제운전 상황과 최대한 유사한 실험 환경을 제공하는 효과를 갖는다.

Description

풍력발전기용 시험장치{Test apparatus for Wind Turbine}

본 발명은 풍력발전 시스템의 실시간 시험장치에 관한 것으로, 임의의 풍속 조건에서 임의의 풍력 발전 시스템의 실시간 운전을 모의할 수 있도록 함으로써, 기존의 실험 방법에 비하여 시스템의 구축 비용 및 시간을 획기적으로 줄일 수 있으며 임의의 풍력 발전 시스템을 임의 운전 조건에서 실시간으로 모의할 수 있는 풍력발전 시스템의 실시간 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 풍력 발전 시스템은 에너지원인 풍속의 가변성에 기인한 출력의 불규칙성으로 인해 주변 계통 수용가와 부하의 전압, 주파수 등의 전력품질을 저하시킬 수 있으며 또한 기존의 전원에서 부하로의 일방향적인 계통구성이 전원과 부하가 혼재되어 있는 계통구성으로 바뀌어서 기존의 보호협조체제로 정확한 사고검출 및 차단이 어려울 수 있다.

따라서, 실제 풍력 발전 시스템을 계통에 연계하기에 앞서 풍력 발전 시스템의 과도현상 및 정상상태에 의한 주변 계통의 전기품질 및 보호체계에 미치는 영향을 검토하는 것이 필요하다.

그러나, 풍속과 같은 시변성과 비선형성이 강한 자연 환경에 의해 시스템의 상태가 결정되기 때문에 실험을 위한 시스템의 상태 예측과 재현이 불가능하므로 특정 운전 조건을 재현할 수 있는 실험 장치가 필수적이다.

특정 운전 조건을 구현하는 방법으로는 풍동 실험 장치와 같이 물리적인 현상을 재현하는 방법과 적절한 컴퓨터 시뮬레이션과 하드웨어를 동시에 이용하는 실험 장치를 이용하는 방법이 있을 수 있다.

전자의 풍동 실험 시스템을 이용하는 방법은 많은 비용을 필요로 하며 실험 설정이나 실험 대상이 변경될 시 직접 시스템을 교체해야 하므로 많은 시간 및 노력이 투자되어야 하며 대상 시스템의 크기와 용량에 많은 제약이 존재한다.

또한 후자의 실험 장치를 이용한 현재까지의 방법은 직류 전동기와 유도 발전기 혹은 동기 발전기를 이용하며 풍력 터빈이 발전기에 가하는 토크를 직류 전동기의 전류 제어를 이용하여 구현하는 방법을 사용하고 있다.

이 또한, 대부분 실험실 수준으로 실시간 모의에 대한 신뢰성이 충분히 검증되지 않은 상태이며 터빈 모델의 변경이나 주요 파라미터의 변경이 개발자에 의해서만 가능하기 때문에 시스템의 사용이 제한적이다.

도 1 은 종래기술에 따른 풍력발전기 실험장치를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 풍력발전기 실험장치의 기본 구성은, 테이블(2)에 설치된 송풍기(1)의 송풍으로 팬(4)이 회전하면 팬(4)에 연결설치된 발전기에서 전기가 발생된다. 테이블(2) 위에는 지지대를 세워 제어판(28)을 설치되도록 하고, 상기 제어판(28)에는 송풍기(1) 및 팬(4)의 작동을 제어하고 실험할 수 있는 각종 부품들이 설치되고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 구성의 종래기술은 풍속과 같은 시변성과 비선형성이 강한 자연 환경에서의 바람을 재현하는 것이 불가능하므로 특정 운전 조건을 재현할 수 없는 문제점이 있고, 특정 운전 조건을 구현하는 방법으로 풍동 실험 장치와 같이 물리적인 현상을 재현하는 방법이 있으나 이는 시스템의 용량과 크기에 따라 다르나 설비의 구축에 많은 비용이 필요하며 실험을 진행하는데 있어서도 많은 시간과 노력을 투자해야 하는 문제가 있었다.

종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 풍력발전시스템을 실험함에 있어서, 실제 자연조건에서 일어날 수 있는 다양한 형태의 풍향/풍속 조건을 제공할 수 있고, 또한 풍향/풍속조건을 임의 제어할 수 있도록 함으로써, 실제운전 상황과 최대한 유사한 실험 환경을 제공할 수 있고, 이로 인해 신뢰성이 높은 실험데이터를 획득할 수 있게 되며, 이와 같은 본 발명은 풍력 발전 시스템의 정적, 동적 특성파악은 물론 계통 연계 운전 시 발생할 수 있는 문제점을 사전에 충분히 검토할 수 있도록 하는 풍력발전기용 시험장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 구조를 간소화시켜 비용이 절감되도록 하는 것은 물론, 설치 및 관리가 쉽도록 하는 한편 시험장치의 본체 바닥에 바퀴를 설치하여 이동이 자유롭도록 한 풍력발전기용 시험장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 갖는 본 발명은 실험용 풍력발전기가 설치되고 이를 외부에서 관찰하도록 된 챔버형상의 본체가 구비되고, 상기 본체의 일측방향에는 인위적으로 가공된 인공의 바람이 공급되는 입구가 형성되고, 상기 입구의 반대쪽방향으로 바람이 통과할 수 있도록 출구가 형성되며, 상기 입구 측에는 인공의 바람을 가공하여 공급하는 팬설치부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 입구 및 출구를 제외한 정,배,상,하면이 벽체로 둘러싸여있고, 상기 정,배면에 설치되는 벽체는 내부의 실험용 풍력발전기를 관찰할 수 있도록 투명 재질을 이용해 제작될 수 있다.

그리고, 상기 팬설치부는 입구 전방에 개폐가 가능하도록 팬설치가이드가 설치되고, 상기 팬설치가이드 상에는 다수의 송풍팬들이 설치되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 송풍팬들은 다수의 열과 행으로 균등 배치되고, 각각의 송풍팬들은 별도의 제어부 신호를 입력받아 개별 제어되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 입구 내측의 팬설치부 전방에는 바람을 골고루 분배시키거나 바람의 방향을 일정하게 가이드 하기 위한 가이드 격자가 설치될 수 있다.

상기 구성에 따른 본 발명은 풍력발전시스템을 실험함에 있어서, 실제 자연조건에서 일어날 수 있는 다양한 형태의 풍향/풍속 조건을 제공할 수 있고, 또한 풍향/풍속조건을 임의 제어할 수 있도록 함으로써, 실제운전 상황과 최대한 유사한 실험 환경을 제공하는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 신뢰성이 높은 실험데이터를 획득할 수 있게 되며, 풍력 발전 시스템의 정적, 동적 특성파악은 물론 계통 연계 운전 시 발생할 수 있는 문제점을 사전에 충분히 검토할 수 있게 되어 효율성이 높은 풍력발전기의 제작에 기여하게 되는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 구조를 간소화시켜 비용이 절감되도록 하는 것은 물론, 설치 및 관리가 쉽고, 시험장치의 본체 바닥에 바퀴를 설치하여 이동이 자유로운 효과를 갖는다.

도 1 은 종래기술에 따른 풍력발전기 시험장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기용 시험장치의 구조를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기용 시험장치의 구조를 도시한 정면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기용 시험장치의 구조를 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기용 시험장치의 구조를 도시한 측면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기용 시험장치에 사용되는 스크린구조를 도시한 사시도.
도 7은 도5의 요부확대도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 2내지 도7에서 보는 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기용 시험장치는 내부에 실험용 풍력발전기(200)가 설치되고 이를 외부에서 관찰하도록 된 챔버형상의 본체(110)를 구비하고 있다.

상기 본체(110)의 일측방향에는 인위적으로 가공된 인공의 바람이 공급되는 입구(111)가 형성되어 있고, 상기 입구(111)의 반대쪽방향으로 바람이 통과할 수 있도록 출구(113)가 형성되고 있다.

이때, 상기 입구(111) 및 출구(113)를 제외한 정,배,상,하면에 설치되는 벽체(115)들은 모두 밀폐된 상태이고, 특히 정,배면에 설치되는 벽체(115)는 내부의 실험용 풍력발전기(200)를 관찰할 수 있도록 투명한 재질을 이용해 제작한다.

이때 상기 정,배면의 벽체(115)는 유리 및 투명합성수지 특히 폴리카보네이트가 이용될 수 있다.

그리고, 상기 입구(111) 측에는 인공의 바람을 가공하여 공급하는 팬설치부(120)가 형성되고 있다.

상기 팬설치부(120)는 입구(111) 전방에 개폐가 가능하도록 팬설치가이드(121)가 설치되고, 상기 팬설치가이드(121) 상에는 다수의 송풍팬(123)들이 설치되고 있다.

상기 송풍팬(123)들은 다수의 열과 행으로 배치되는데, 입구(111)의 전체 영역에 대 해서 균일한 바람이 공급되도록 균등 배치되도록 한다.

이때, 상기 송풍팬(123) 들은 별도의 제어부 신호를 입력받아 개별 제어되도록 할 수 있는데, 각각의 송풍팬(123)의 출력을 제어함으로써, 바람의 세기를 개별 제어할 수 있고, 이와 같이 하나 하나의 송풍팬(123)을 개별 제어함으로써, 팬설치부(120) 전체에서의 바람의 세기 및 바람의 방향을 제어할 수 있게 된다.

그리고, 상기 입구(111) 내측의 팬설치부(120) 전방에는 바람을 골고루 분배시키는 한편, 바람의 방향을 일정하게 가이드 하기 위한 가이드 격자(130)가 설치되어 있다.

상기 가이드 격자(130)는 다수의 격자공간으로 분할되는데, 이때 각각의 격자공간은 송풍팬(123)과 일대일 대응되고 있다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은 풍력발전시스템을 실험함에 있어서, 실제 자연조건에서 일어날 수 있는 다양한 형태의 풍향/풍속 조건을 제공할 수 있고, 또한 풍향/풍속조건을 임의 제어할 수 있도록 함으로써, 실제운전 상황과 최대한 유사한 실험 환경을 제공하는 이점을 갖게 된다.

그리고, 본 발명은 신뢰성이 높은 실험데이터를 획득할 수 있게 되며, 풍력 발전 시스템의 정적, 동적 특성파악은 물론 계통 연계 운전 시 발생할 수 있는 문제점을 사전에 충분히 검토할 수 있게 되어 효율성이 높은 풍력발전기의 제작에 기여하게 되며, 구조를 간소화시켜 비용이 절감되도록 하는 것은 물론, 설치 및 관리가 쉽고, 시험장치의 본체 바닥에 바퀴를 설치하여 이동이 자유롭게 된다.

110: 본체
111: 입구
113: 출구
115: 측벽
117: 바퀴
120: 팬설치부
121: 팬설치가이드
123: 송풍팬
130: 가이드 격자
200: 실험용 풍력발전기

Claims (5)

1. 입구(111) 및 출구(113)를 제외한 정,배,상,하면이 벽체(115)로 둘러싸여 있는 챔버형상의 본체(110)가 구비되고, 상기 본체(110)의 정,배면에 설치되는 벽체(115)는 그 내부에 설치된 실험용 풍력발전기(200)를 외부에서 관찰할 수 있도록 투명 재질을 이용해 제작되고,
   상기 본체(110)의 일측방향에 형성된 상기 입구(111)로부터 인위적으로 가공된 인공의 바람이 공급되고, 상기 입구(111)의 반대쪽방향으로 바람이 통과할 수 있도록 출구(113)가 형성되며,
   상기 입구(111) 측에 인공의 바람을 가공하여 공급하도록 형성된 팬설치부(120)는 상기 입구(111) 전방에 개폐가 가능하도록 설치된 팬설치가이드(121) 및 상기 팬설치가이드(121) 상에 다수의 열과 행으로 균등 배치된 다수의 송풍팬(123)을 포함하고, 각각의 송풍팬(123)은 별도의 제어부 신호를 입력받아 개별 제어되며,
   상기 입구(111) 내측의 팬설치부(120) 전방에는 바람을 골고루 분배시키거나 바람의 방향을 일정하게 가이드 하기 위한 가이드 격자(130)가 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 시험장치.
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