KR101227327B1 - 하중 측정 장치 및 방법 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 넓은 관측 조건에 의해 수집된 데이터를 기초로 하여 하중 교정을 행하여, 복수의 풍차 블레이드의 하중 교정을 신속히 행하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 풍차 블레이드(10)의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 장치(1)이며, 풍차 블레이드(10)의 왜곡을 구하기 위한 센서와, 풍차 블레이드(10)의 왜곡과 풍차 블레이드(10)의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 함수에 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 풍차 블레이드(10)의 하중을 구하는 하중 산출부(20)와, 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 풍차 블레이드(10)의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 함수를 교정하는 교정부(30)를 구비하는 하중 계측 장치를 제공한다.

Description

하중 측정 장치 및 방법 및 프로그램{LOAD MEASUREMENT DEVICE AND METHOD AND PROGRAM}
본 발명은, 하중 측정 장치 및 방법 및 프로그램에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력 발전 장치에는 풍차 블레이드에 가해지는 하중을 계측하는 센서가 익근부(翼根部) 등에 부착되어 있으며, 이들 센서에 의해 계측된 데이터를 처리함으로써 하중을 산출하고 있다. 그러나 날개의 제조 시나 센서의 부착 시에 발생하는 개체 차이에 기인하여, 각 풍차 블레이드에 더해지는 하중과 왜곡과의 관계는 일정하지 않은 것 등으로부터, 풍차 블레이드마다 하중을 측정하여, 하중치의 교정을 행하는 것이 제안되어 있다.
[특허 문헌 1] : 미국 특허 제6,940,186호 공보
종래, 상기 하중의 교정은 일손에 의해(로크 핀 등을 이용해서) 풍차 로터가 회전하지 않도록 고정한 상태에서 각 풍차 블레이드의 하중을 측정하고, 행하고 있었다.
그러나 상기 교정 작업은 풍차마다 행할 필요가 있으며, 모든 풍차에 대하여 교정을 행하기 위해서는, 일손에 의해 루터를 고정해야만 해, 몇 백대나 풍력 발전 장치가 설치된 대규모의 윈드 팜인 경우에는, 방대한 작업 시간이 필요했다. 또한, 풍차 블레이드에 더해지는 하중과 왜곡과의 관계는 풍차마다, 풍차 블레이드마다 다르므로, 각각의 풍차 블레이드에 대하여, 반복하여 교정 작업을 행할 필요가 있었다. 또한, 터닝 모터를 이용하여 소정의 위치(각도)까지 날개를 이동시켜 고정할 때까지는 시간이 걸려 버려, 작업을 원활하게 행할 수 없어 작업 효율이 나쁘다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 관측 조건에 따르지 않고, 풍차 블레이드의 하중 교정을 효율적으로 행할 수 있는 하중 측정 장치 및 방법 및 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태는, 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 장치이며, 상기 풍차 블레이드의 왜곡을 구하기 위한 센서와, 상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하는 하중 산출 수단과, 풍속에 의한 공력(空力) 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 상기 풍차 블레이드의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 교정 수단을 구비하는 하중 계측 장치이다.
이와 같은 구성에 따르면, 하중 산출 수단이 보유하고 있는 함수를 교정하는 교정 수단이 마련되어 있으며, 이 교정 수단이, 풍속에 의한 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 풍차 블레이드의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 센서의 계측 데이터를 기초로 하여 함수를 교정하므로, 풍속의 조건을 광범위하게 할 수 있다.
상기 하중 계측 장치에 있어서, 상기 교정 수단은 상기 공력 토크가 소정치 이하가 되는 상기 풍차 블레이드의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 것으로 해도 된다.
이에 의해, 공력 토크가 소정치 이하가 되는 풍차 블레이드의 피치각 범위에서 취득된 센서의 계측 데이터를 사용하므로, 공력 토크의 영향을 무시할 수 있다.
상기 하중 계측 장치에 있어서, 상기 교정 수단은 무풍 시에 있어서의 상기 풍차 블레이드의 하중 및 상기 풍차 블레이드의 피치각 및 방위각(azimuth angle)이 관련된 테이블과, 상기 센서에 의해 계측 데이터가 취득되었을 때의 상기 풍차 블레이드의 피치각 및 방위각에 대응하는 풍차 블레이드의 하중을 상기 테이블로부터 취득하는 하중 취득 수단과, 상기 센서의 계측 데이터로부터 상기 풍차 블레이드의 왜곡을 산출하는 왜곡 산출 수단과, 상기 하중 취득 수단에 의해 취득된 상기 풍차 블레이드의 하중과 상기 왜곡 산출 수단에 의해 산출된 왜곡과의 관계를 기초로 하여 상기 함수의 변수를 교정하는 변수 산출 수단을 구비하는 것으로 해도 된다.
이와 같이, 교정 수단에 있어서 테이블에는 무풍 시에 있어서의 풍차 블레이드의 하중 및 풍차 블레이드의 피치각 및 방위각이 관련되어, 계측 데이터가 센서에 의해 취득되었을 때의 풍차 블레이드의 피치각 및 방위각에 대응하는 풍차 블레이드의 하중이, 하중 취득 수단에 의해 테이블로부터 취득되어, 왜곡 산출 수단에 의해 센서의 계측 데이터로부터 풍차 블레이드의 왜곡이 산출되고, 하중 취득 수단에 의해 취득된 풍차 블레이드의 하중과 왜곡 산출 수단에 의해 산출된 왜곡과의 관계를 기초로 하여 변수 산출 수단에 의해 함수의 변수가 교정된다.
이에 의해, 교정 수단이 갖는 테이블은 방위각과 피치각에 하중이 대응되어 있으므로, 계측 데이터가 취득되었을 때의 방위각과 피치각이 분리되면, 그때의 풍차 블레이드의 하중을 간편하게 파악할 수 있다. 또한, 계측 데이터를 기초로 하여 산출된 풍차 블레이드의 왜곡과, 계측 데이터를 기초로 하여 결정되는 하중과의 관계를 기초로 하여 함수의 변수가 교정되므로, 계측 데이터의 왜곡을 정밀도 높게 교정할 수 있다.
상기 하중 계측 장치에 있어서, 상기 교정 수단은 상기 하중 취득 수단에 의해 취득된 풍차 블레이드의 하중과, 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 무하중 시에 있어서의 상기 센서의 계측 데이터를 구하고, 이 무하중 시에 있어서의 계측 데이터를 사용해서 상기 센서의 계측 데이터를 오프셋 교정하는 것으로 해도 된다.
이에 의해, 센서의 계측 데이터에 포함되는 무하중 시에 있어서의 계측 데이터가 구해져, 오프셋하므로, 계측 데이터의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기 하중 계측 장치에 있어서, 상기 센서는 상기 풍차 블레이드를 사이에 두고 대향하는 위치에 설치된 한 쌍의 제1 센서와, 상기 제1 센서와 다른 위치이며, 상기 풍차 블레이드를 사이에 두고 대향하는 위치에 설치된 한 쌍의 제2 센서를 구비하는 것으로 해도 된다.
이에 의해, 1개의 풍차 블레이드에 있어서의 다른 방향의 하중을 계측할 수 있다. 예를 들어, 제1 센서를 풍차 블레이드의 앞과 뒤에 설치하고, 제2 센서를 풍차 블레이드의 엣지측에 설치하면, 이들 센서에 의해 풍차 블레이드가 페더측이 되는 방향으로 가해지는 하중과, 파인측이 되는 방향으로 가해지는 하중을 계측할 수 있다.
상기 하중 계측 장치에 있어서, 상기 센서는 상기 풍차 블레이드를 사이에 두고 대향하는 위치이며, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서와 다른 위치이며, 또한 상기 제1 센서 또는 상기 제2 센서 중 어느 한쪽과 평행한 위치에 설치된 한 쌍의 제3 센서를 구비하는 것으로 해도 된다.
이로써, 제3 센서에 의해, 하중 이외의 정보 계측에 사용할 수 있다.
본 발명의 제2 형태는, 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 장치이며, 상기 풍차 블레이드의 왜곡을 구하기 위한 센서와, 상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하는 하중 산출 수단과, 풍속이 3m 이하일 경우에, 제1 방위각 및 상기 제1 방위각에서 180도 회전시킨 제2 방위각으로 이루어지는 2지점에 있어서, 피치각을 최소 피치각과 최대 피치각으로 설정했을 때의 각 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 교정 수단을 구비하는 하중 계측 장치이다.
이와 같은 구성에 따르면, 하중 산출 수단이 보유하고 있는 함수를 교정하는 교정 수단이 마련되어 있으며, 이 교정 수단은 풍속이 3m 이하일 경우에, 제1 방위각 및 제1 방위각에서 180도 회전시킨 제2 방위각으로 이루어지는 2지점에 있어서, 피치각을 최소 피치각과 최대 피치각으로 설정했을 때의 각 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 함수를 교정하므로, 적은 계측 데이터를 기초로 하여 함수를 교정할 수 있다.
본 발명의 제3 형태는, 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 방법이며, 상기 풍차 블레이드의 왜곡을 구하고, 상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하고, 풍속에 의한 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 상기 풍차 블레이드의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 하중 계측 방법이다.
본 발명의 제4 형태는, 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 프로그램이며, 상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하는 제1 처리와, 풍속에 의한 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 상기 풍차 블레이드의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 제2 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한 하중 계측 프로그램이다.
본 발명의 제5 형태는, 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 방법이며, 상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하고, 풍속이 3m 이하일 경우에, 제1 방위각 및 상기 제1 방위각에서 180도 회전시킨 제2 방위각으로 이루어지는 2지점에 있어서, 피치각을 최소 피치각과 최대 피치각으로 설정했을 때의 각 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 하중 계측 방법이다.
본 발명의 제6 형태는, 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 프로그램이며, 상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하는 제1 처리와, 풍속이 3m 이하일 경우에, 제1 방위각 및 상기 제1 방위각에서 180도 회전시킨 제2 방위각으로 이루어지는 2지점에 있어서, 피치각을 최소 피치각과 최대 피치각으로 설정했을 때의 각 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 제2 처리를 컴퓨터에 실행시키는 하중 계측 프로그램이다.
본 발명에 따르면, 관측 조건에 따르지 않고, 풍차 블레이드의 하중 교정을 효율적으로 행할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치 전체의 개략 구성을 도시하는 도면.
도 2는 익근부를 설명하기 위한 도면.
도 3은 풍차 블레이드의 익근부로부터 1.8m의 위치에 있어서의 단면도의 일례를 도시한 도면.
도 4는 익근부로부터 본 센서 위치의 배치를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 하중 측정 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 6은 풍속마다의 공력 토크, 발전기 회전수, 및 피치각의 관계를 도시하는 도면.
도 7은 교정부가 갖는 테이블의 일례를 도시한 도면.
도 8은 방위각을 설명하기 위한 도면.
도 9는 계측 데이터를 기초로 하여 왜곡과 하중과의 관계를 도시한 일례의 도면.
도 10은 익근부에 있어서의 하중과 왜곡 파장과의 관계를 도시한 일례의 도면.
도 11a는 풍속 8m/s일 때의 영역 A의 범위에 있어서의 피치각의 계측 데이터를 포함해서 교정을 행한 경우의 하중(플랩 방향)과 무풍 시의 하중을 비교의 일례를 나타낸 도면.
도 11b는 풍속 8m/s일 때의 영역 A의 범위에 있어서의 피치각의 계측 데이터를 포함해서 교정을 행한 경우의 하중(엣지 방향)과 무풍 시의 하중과의 비교의 일례를 나타낸 도면.
도 12a는 풍속 8m/s일 때의 영역 A의 범위에 있어서의 피치각의 계측 데이터를 포함하지 않고 교정을 행한 경우의 하중(플랩 방향)과 무풍 시의 하중과의 비교의 일례를 나타낸 도면.
도 12b는 풍속 8m/s일 때의 영역 A의 범위에 있어서의 피치각의 계측 데이터를 포함하지 않고 교정을 행한 경우의 하중(엣지 방향)과 무풍 시의 하중과의 비교의 일례를 나타낸 도면.
이하에, 본 발명에 관한 하중 측정 장치 및 방법 및 프로그램의 일실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 1은 본 실시 형태에 관한 하중 측정 장치(100)를 적용한 풍력 발전 장치의 개략 구성을 도시한 도면이다. 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(1)는, 풍차 블레이드(10)의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차이다.
풍력 발전 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 기기 기둥(2)과, 기기 기둥(2)의 상단부에 설치되는 너셀(3)과, 대략 수평인 축선 주위로 회전 가능하게 해서 너셀(3)에 설치되는 로터 헤드(허브)(4)를 갖고 있다. 로터 헤드(4)에는, 그 회전 축선 주위에 방사 형상으로 3매의 풍차 블레이드(10)가 부착되어 있다. 이에 의해, 로터 헤드(4)의 회전 축선 방향으로부터 풍차 블레이드(10)에 닿은 풍력이, 로터 헤드(4)를 회전 축선 주위로 회전시키는 동력으로 변환되어, 이 동력이 발전기에 의해 전기 에너지로 변환되도록 되어 있다.
각 풍차 블레이드(10)에는, 풍차 블레이드(10)의 왜곡을 구하기 위한 복수의 센서(센싱부)(7)가 설치되어 있다. 센서(7)는, 예를 들어 FBG(Fiber Bragg Grating sensor)이다. FBG는 블랙 격자가 새겨진 광섬유 센서이고, 반사광의 파장 변화를 기초로 하여, 왜곡, 열팽창에 의한 격자 간격 변화를 검출한다.
또한, 로터 헤드(4)에는 상기 센서(7)(센싱부)에 있어서의 계측 결과를 수신하는 신호 처리부(도시 생략)를 구비하고 있다.
구체적으로는, 각 풍차 블레이드(10)에는 제1 센서와 제2 센서와 제3 센서가 설치되어 있다. 제1 센서, 제2 센서, 및 제3 센서는, 각각 풍차 블레이드(10)를 사이에 두고 대향하는 위치에 설치된 한 쌍의 센서를 갖는다. 바람직하게는, 제1 센서 및 제2 센서는 각각을 구성하는 2개의 센서를 잇는 직선이 대략 수직으로 교차하도록 설치되어 있으면 좋다. 제3 센서는, 예를 들어 온도 보상용으로 사용되는 센서이며, 제1 센서 또는 제2 센서의 주변에 설치되어 있다.
도 2는 풍차 블레이드에 부착된 센서(7)(센싱부)의 위치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서 센서(7)는, 예를 들어 풍차 블레이드(10)의 밑동 부분으로부터 1.8m 떨어진 위치에 설치되어 있다. 여기에서 밑동 부분이라 함은, 도 2에 도시된 바와 같이 풍차 블레이드(10)와 로터 헤드(4)의 경계이다. 본 실시 형태에 있어서는, 이 밑동 부분을「익근부」라고 한다.
도 3은 센서(7)가 부착된 풍차 블레이드(10)의 익근부로부터 1.8m의 위치에 있어서의 단면도를 도시한 도면이다. 도 3에 있어서, 풍차 블레이드(10)의 뒷면 측(21)에는 센서(A3) 및 앞면 측(22)에는 센서(A1)가 설치되어, 제1 센서가 구성되어 있다. 또한, 센서(A3)와 동일한 위치에는 센서(A5), 센서(A1)와 동일한 위치에는 센서(A6)가 설치되어, 제3 센서가 구성되어 있다. 또한, 풍차 블레이드(10)의 전방 모서리(23)의 방향에는 센서(A2) 및 후방 모서리(24)의 방향에는 센서(A4)가 설치되어, 제2 센서를 구성한다.
도 4는 풍차 블레이드(10)의 익근부로부터 본 경우의 풍차 블레이드(10)에 부착된 센서(7)의 배치를 모식적으로 도시한 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 센서(A1)가 설치되어 있는 위치를 HP, 센서(A3)가 설치되어 있는 위치를 LP, 센서(A2)가 설치되어 있는 위치를 LE, 센서(A4)가 설치되어 있는 위치를 TE라 정의한다. 또한, 도 4에 있어서, 틸트각은 타워의 연직 축선에 대한 풍차 블레이드(10)의 회전면의 경사 각도이며, 운전 시에 있어서 풍력에 의해 풍차 블레이드(10)가 변형되었다고 해도, 풍차 블레이드(10)와 타워가 접촉하는 것을 방지하기 위해 이러한 경사 각도가 마련되어 있다. 이 틸트각에 대해서는, 후술하는 계산에 있어서는 무시해도 좋고, 고려해도 좋다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 하중 측정 장치(100)의 구성에 대해 상세하게 설명한다.
도 5는 하중 측정 장치(100)가 구비하는 기능을 전개해서 도시한 기능 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 하중 측정 장치(100)는, 하중 산출부(하중 산출 수단)(20)와, 교정부(교정 수단)(30)를 구비하고 있다.
하중 산출부(20)는, 풍차 블레이드의 왜곡과 풍차 블레이드(10)의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 이 함수에 센서(A1 내지 A6)의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 풍차 블레이드(10)의 하중을 구한다.
교정부(30)는, 풍속에 의한 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 풍차 블레이드(10)의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상술한 함수를 교정한다. 또한, 공력 토크가 소정치 이하가 되는 풍차 블레이드(10)의 피치각 범위의 조건, 및 회전수 범위의 조건을 충족시키는 기간에 취득된 센서의 계측 데이터를 사용하면, 더욱 좋다.
구체적으로, 교정부(30)에 의해 함수의 교정에 사용되는 센서의 계측 데이터에 대해서 설명한다.
도 6은 풍차 블레이드(10)를 파인측(피치각 21도)으로부터 페더측(피치각 109도)으로 변화시켜, 풍차 블레이드(10)가 정지될 때까지의 공력 토크의 변화를 풍속마다(풍속 4m/s 내지 12m/s) 도시한 도면이다. 피치각이 21도나 109도라 함은, 풍차 블레이드(10)를 풍차 로터(3)에 부착했을 때에 결정되는 날개 기준선의 위치를 0도라 한 경우의 풍차 블레이드(10)의 각도이다. 여기서, 피치각 0도라 함은, 익근 단면 상에서 정의되는 날개 기준선 상의 각도이며, 이 선과 로터 평면이 이루는 각도가 피치각이다.
도 6을 얻을 때에는, 피치각 21도에서 45도의 범위에서는 2.5도/s의 속도, 피치각 45도에서 109도의 범위에서는 1.0도/s의 속도로 3개의 풍차 블레이드(10)를 동시에 변화시키고, 이때의 3개의 풍차 블레이드(10)에 있어서의 계측 데이터를 취득한다. 또한, 풍차 블레이드(10)는 피치각을 변화시킴으로써 회전되어, 공회전의 상태로 되어 있다. 공회전이라 함은, 풍력 발전 장치(1)가 발전하지 않는 범위에서, 풍차 블레이드(10)를 회전시키는 상태[예를 들어, 저속으로 풍차 블레이드(10)가 회전하는 상태]이다.
또한, 3개의 풍차 블레이드(10)의 전부에 대하여 마찬가지의 처리를 행하기 위해, 이하의 설명에서는 1개의 풍차 블레이드(10)에 대해 설명하는 것으로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 풍력 발전 장치가 발전하고 있는 기간과, 정지 등을 위해 피치각을 페더측으로 개방함으로써 로터의 회전을 멈추려고 하는 힘인 공력 브레이크가 강하게 걸리는 기간을 포함해서 영역 A라고 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 영역 A에 있어서는 풍속에 따라서 다른 공력 토크가 가해지고 있다. 그 후, 영역 A보다 우측[환언하면, 피치각은 60도보다도 크고, 또한 발전기의 회전수는 0에서 300rpm(주파수 60Hz인 경우)]일 경우에는, 어떠한 풍속이라도 토크의 값은 대략 -300kNm 이상이 되어, 공력 토크의 영향을 무시할 수 있는 작은 토크로 되어 있다.
또한, 도 6에 있어서, 영역 A보다 우측에 있어서의 회전수 범위의 조건은, 0 내지 300rpm으로 하고 있었지만, 이에 한정되지 않으며, 주파수에 따라서 설정하면 좋다. 예를 들어, 50Hz인 경우에는 회전수 범위의 조건을 0 내지 250rpm으로 하는 것으로 해도 좋다.
이와 같이, 교정부(30)는 영역 A가 아닌 영역인 부분, 즉 풍속에 상관없이 공력 토크가 되는 범위에서 취득된 계측 데이터를 사용하는 것으로 한다. 환언하면, 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 범위의 피치각인, 피치각 60도에서 109도의 범위에서 취득된 계측 데이터를 사용하는 것으로 한다. 또한, 영역 A가 아닌 영역의 데이터를 사용하는 근거에 대해서는 후술하는 것으로 한다.
더욱 구체적으로는, 교정부(30)는 테이블(31), 하중 취득부(하중 취득 수단)(32), 왜곡 산출부(왜곡 산출 수단)(33) 및 변수 산출부(34)를 구비하고 있다.
교정부(30)는 하중 취득부(32)에 의해 취득된 풍차 블레이드(10)의 하중과, 센서(7)의 계측 데이터를 기초로 하여 무하중 시에 있어서의 센서(7)의 계측 데이터를 구하고, 이 무하중 시에 있어서의 계측 데이터를 사용해서 센서(7)의 계측 데이터를 오프셋 교정한다. 이에 의해, 센서(7) 자신에 포함되는 측정 오차를 고려하므로, 교정의 정밀도를 향상할 수 있다.
테이블(31)은 무풍 시(교정을 행하는 면에서 이상적인 환경 조건)에 있어서의 풍차 블레이드(10)의 익근부에 있어서의 하중 및 풍차 블레이드(10)의 피치각 및 방위각이 관련된 것이며, 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같은 일람표(테이블)로서 주어져, 풍차 블레이드(10)의 방위각과 피치각과의 조합에 대응된 익근부에 있어서의 하중의 값 α1, α2, α3, α4 ···가 저장되어 있다.
상기 방위각이라 함은, 도 8에 도시된 바와 같이, 풍차 블레이드(10)의 회전면에 있어서, 소정의 기준과 풍차 블레이드(10)의 축선이 이루는 각을 말하고, 본 실시 형태에서는 풍차 블레이드(10)가 최상부에 위치했을 때를 기준으로 하고 있다. 따라서, 풍차 블레이드(10)가 풍차의 최상부에 위치했을 때의 방위 각도는 0도, 최하부에 위치했을 때의 방위 각도는 180도이다.
도 7에 도시된 바와 같은 일람표(테이블)에 있어서, 익근부에 있어서의 모멘트는, 이하에 나타내는 (1)식에 의해, 각 센서(A1 내지 A4)의 위치에 있어서의 자중에 의한 모멘트를 각각 계산하고, 이들의 모멘트를 좌표 변환함으로써, 얻을 수 있다.
M = 9.8 × W × Ig × sinθ·cosβ [Nm] (1)
상기 (1)식에 있어서, W는 풍차 블레이드(10)의 중량, Ig는 풍차 블레이드(10)의 익근부로부터 측정한 무게 중심 위치(제조 단계에서 이미 알고 있는 값임), θ는 방위각과 틸트각과의 함수, β는 피치각과 틸트각과의 함수이다.
하중 취득부(32)는 센서(7)에 의해 계측 데이터가 취득되었을 때의 풍차 블레이드(10)의 피치각 및 방위각에 대응하는 풍차 블레이드(10)의 익근부에 있어서의 하중을 테이블(31)로부터 취득한다.
왜곡 산출부(33)는 센서(7)의 계측 데이터로부터 풍차 블레이드(10)의 왜곡을 산출한다. 구체적으로는, 센서(7)의 계측 데이터로부터 왜곡 파장을 추출하고, 왜곡 파장을 소정의 함수를 기초로 하여 왜곡으로 변환한다. 더욱 구체적으로는, 센서(7)의 계측 데이터는 로터 헤드(4)에 설치되는 도시하지 않은 신호 처리부에 있어서 왜곡 파장 데이터가 수치로 변환되어, 수치로서 얻어진 왜곡 파장을, 왜곡 ε으로 변환한다. 또한, 왜곡ε은 이하의 (2)식에서 구해진다.
ε = Pe {(λ ― λi) ― α(λT ― λTi)} (2)
상기 (2)식에 있어서, λ는 제1 센서(제2 센서)에 의한 계측 데이터, λi는 제1 센서(제2 센서)에 의한 무하중 시의 계측 데이터, λT는 제3 센서에 의한 계측 데이터, λTi는 제3 센서에 의한 무하중 시의 산출 데이터, Pe는 왜곡 광학 정수(809με/㎚), α는 온도 보상 계수(2.2)이다. 또한, λi는 계측 데이터의 평균치이며, 이하의 (3)식에서 구해진다.
λi = (λmax ＋ λmin)/2 (3)
상기 (3)식에 있어서, λmax는 데이터의 최대 피크치를 나타내고, λmin은 최소 피크치를 나타낸다.
이와 같이, 제1 센서를 구성하는 각 센서(A1, A3), 제2 센서를 구성하는 각 센서(A2, A4)에 있어서 각각 왜곡을 산출하므로, 4개의 왜곡이 산출된다. 또한, 제1 센서를 구성하는 각 센서(A1, A3)로부터 얻어진 왜곡의 차분을 산출함으로써 풍차 블레이드(10)의 플랩 방향(도 4에 있어서의 HP - LP의 방향)에 대한 왜곡 εF 및 제2 센서를 구성하는 각 센서(A2, A4)에 있어서의 왜곡의 차분을 산출함으로써 풍차 블레이드(10)의 엣지 방향(도 4에 있어서의 LE - TE의 방향)에 대한 왜곡εE를 산출한다.
변수 산출부(34)는 하중 취득부(32)에 의해 취득된 풍차 블레이드(10)의 하중과, 왜곡 산출부(33)에 의해 산출된 왜곡과의 관계를 기초로 하여 함수의 변수를 교정한다. 구체적으로는, 왜곡(εF, εE)을 산출한 기본 데이터가 된 계측 데이터를, 취득한 타이밍에 있어서의 방위각과 피치각에 관련된 풍차 블레이드(10)의 익근부에 있어서의 하중과, 왜곡(εF, εE)과의 관계를 기초로 하여 새로운 함수를 구성하고, 새로운 함수의 계수를 사용하여, 하중 산출부(20)에 갖는 함수의 계수를 교정한다. 이때, 새로운 함수는 플랩 방향에 대해서 1개, 엣지 방향에 있어서 1개 작성된다.
예를 들어, 상기 왜곡 ε을 센서 위치에 있어서의 모멘트로 변환하기 위해서는, 이하의 (4)식이 이용된다. 또한, d는 센서(7)의 설치 위치(익근부로부터 1.8m)에 있어서의 풍차 블레이드(10)의 안지름, L은 풍차 블레이드(10)의 번호(L = 1, 2, 3), E는 날개재(FRP)의 영률, I는 센서의 설치 위치에 있어서의 단면 2차 모멘트, Msensor은 센서 설치 위치에 있어서의 굽힘 모멘트(하중), ε2L-1과 ε2L은 한 쌍의 센서(제1 센서 또는 제2 센서)의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡, ε2L-1,0과 ε2L,0은 제1 센서 또는 제2 센서의 왜곡의 초기치이다.
Figure 112010058039257-pct00018
여기서, 이 모멘트를 풍차 블레이드(10)의 익근부에 있어서의 모멘트 Mroot와 센서(7)의 설치 위치[예를 들어, 풍차 블레이드(10)의 익근부로부터 1.8m의 장소]에 있어서의 모멘트 Msensor과의 비를 β(>1)로 하면, 다음 식을 얻을 수 있다.
단,
Figure 112010058039257-pct00019
상기 (5)식에 나타낸 바와 같이, 익근부에 있어서의 모멘트 Mroot는 계수 a, b를 변수로 하고, 한 쌍의 센서(제1 센서 또는 제2 센서)에 의한 왜곡을 변수로 하는 1차 함수로서 나타내어진다.
이것으로부터, 횡축에 왜곡εF 또는 εE로 한 경우에, 종축에 그 방위각 및 피치각의 경우의 모멘트 Mroot로 하는 그래프를 작성한 경우에, 이 1차 함수를 기초로 하여 얻을 수 있는 기울기 a와 절편 b를 산출함으로써, 계수 a와 b를 변수로서 산출할 수 있다.
다음에, 상기 1차 함수를 그래프화하는 방법에 대해서 설명한다.
횡축은 각 풍차 블레이드(10)에 있어서의 플랩 방향의 왜곡 εF와 엣지 방향의 왜곡 εE로 하고, 종축은 테이블(31)로부터 취득한 왜곡 εF와 왜곡εE에 대응한 하중(모멘트) Mroot로서 그래프화하고, 이 그래프로부터 기울기 a와 절편 b를 추출한다. 더욱 구체적으로는, 도 9에 도시된 바와 같은 그래프가 작성되고, 이러한 그래프를 기초로 하여 각각의 풍차 블레이드(10)의 플랩 방향의 경우의 계수 a 및 b와, 엣지 방향의 경우의 계수 a 및 b를 산출한다. 예를 들어, 1번째의 풍차 블레이드(10#1)에 있어서의 플랩 방향의 변수로서 a = 2.014 × 109, b = -0.448 × 103으로 한다. 마찬가지로 하여, 풍차 블레이드(10#2), 풍차 블레이드(10#3)에 대하여 각각 플랩 방향과 엣지 방향과의 계수 a, 및 b를 산출한다.
이와 같이, 변수 산출부(34)는 계수 a 및 b를 산출하면, 이것을 하중 산출부(20)에 출력한다. 이에 의해, 하중 산출부(20)의 함수의 변수는 교정되게 되어, 하중 산출부(20)의 함수에 센서로부터 취득된 계측 데이터를 사용함으로써, 얻을 수 있는 익근부에 있어서의 모멘트가 교정되게 된다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 하중 측정 장치의 교정부(30)의 작용에 대해서 설명한다. 또한, 각 풍차 블레이드(10)에 대하여 행하는 처리는 동일하므로, 이하의 설명에 있어서는, 1개의 풍차 블레이드(10)에 대한 처리를 예로 들어 설명한다.
우선, 본 실시 형태에 있어서는 피치각을 60도에서 109도까지 변화시키고, 이때의 각 센서(A1 내지 A6)의 계측 데이터를 취득한다. 계측 데이터는 교정부(30)의 하중 취득부(32)에 부여된다.
하중 취득부(32)는 테이블(31)을 참조하고, 각 센서(A1 내지 A6)로부터 계측된 계측 데이터의 방위각과 피치각의 정보에 관련된 익근부에 있어서의 하중을 판독한다. 계속해서, 하중 취득부(32)는 센서마다, 종축에 센서의 계측 데이터, 횡축에 익근부에 있어서의 하중을 나타낸 그래프를 작성하고(도 10을 참조), 이들 각 그래프로부터 횡축의 하중의 값이 「0」일 때의 왜곡 파장을 각각 판독한다. 이 값은, 무하중 시에 있어서의 센서의 계측 데이터, 즉, 각 센서의 오프셋치에 상당한다. 하중 취득부(32)는, 각 센서의 오프셋치와 함께, 테이블(31)로부터 판독한 익근부에 있어서의 하중 정보 및 상기 하중이 얻어졌을 때의 각 센서의 데이터를 왜곡 산출부(33)에 출력한다. 이와 같이 하중 취득부(32)에 의해 각 센서의 오프셋치가 구해짐으로써, 이후의 처리에 있어서, 센서 자신에 포함되는 측정 오차가 교정되어, 하중의 측정 정밀도를 향상시킬 수 있다.
왜곡 산출부(33)는 센서(A1 내지 A6)의 계측 데이터로부터 왜곡 파장을 각각 추출하고, 각 센서로부터 산출된 계측 데이터와, 무하중 시의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기의 (2)식을 이용하여, 각 센서 위치에 있어서의 왜곡(자중 모멘트) ε을 산출한다. 예를 들어, 센서(A1)에 있어서의 왜곡 εA1은, 이하의 (2)'로부터 구해진다.
εA1 = Pe {(λHP ― λHPi) ― α(λHPT ― λHPTi)} (2)'
상기 (2)'에 있어서, λHP는 센서(A1)의 왜곡 파장 데이터, λHPT는 센서(A1)의 주변에 설치된 온도 보상용의 센서(A5)의 왜곡 파장 데이터, λHPi는 센서(A1)의 오프셋치(무하중 시의 계측 데이터), λHPTi는 센서(A5)의 오프셋치(무하중 시의 계측 데이터)이다.
왜곡 산출부(33)는, 마찬가지의 산출 처리에 의해 센서(A3, A2 및 A4)의 각각에 대하여 왜곡 ε을 산출한다. 이에 의해, 왜곡 ε은 εA1, εA2, εA3, εA4의 합계 4개가 산출된다. 왜곡 산출부(33)는, 각 센서(A1 내지 A4)에 대한 왜곡 εA1 내지 A4를 산출하면, 이들의 값과 하중 취득부(32)로부터 입력된 익근부에 있어서의 하중 정보를 변수 산출부(34)에 출력한다.
변수 산출부(34)는, 각 센서에 대한 왜곡 εA1 내지 A4와, 하중 취득부(32)로부터 입력된 익근부에 있어서의 하중 정보와의 관계를 기초로 하여, 풍차 블레이드(10)의 왜곡과 풍차 블레이드(10)의 익근부에 있어서의 하중과의 관계가 나타내어진 함수의 변수를 교정한다.
구체적으로는, 풍차 블레이드(10)의 익근부에 있어서의 하중 정보와 풍차 블레이드(10)의 왜곡과의 관계식은, 상술한 (5)식과 같이 나타낸다. 구체적으로는, 이 관계식은 제1 센서에 대하여 1개, 제2 센서에 대하여 1개 구해지고, 1매의 풍차 블레이드(10)에 대하여 2개의 관계식이 작성된다. 예를 들어, 제1 센서의 경우에는, 상기 관계식은 이하의 (5)'식으로 나타내어진다.
MHP - LP = a(εA1 - εA3) × 10-6 ＋ b[Nm] (5)'
(5)'식에 있어서, εA1은 (2)'를 기초로 하여 산출된 센서(A1)의 위치에 있어서의 왜곡, εA3은 마찬가지의 산출식을 기초로 하여 산출된 센서(A3)의 위치에 있어서의 왜곡이다.
여기서, 상기 (5)'식의 플랩 방향(도 4에 있어서의 HP-LP의 방향)의 왜곡의 차분 εA1 - εA3을 횡축으로 하고, MHP - LP를 종축으로 하면, 도 9에 도시된 바와 같은 그래프를 얻을 수 있다. 이와 같이, 왜곡 εA1 내지 εA4와 익근부에 있어서의 하중 정보와의 관계를 그래프화하면, 이 그래프의 절편과 기울기를 유도할 수 있어, 상기 (5)'식의 계수 a(기울기)와 계수 b(절편)를 산출할 수 있다. 1개의 풍차 블레이드(10)에 있어서 계수 a와 b의 조합이 플랩 방향과 엣지 방향의 2개씩 산출된다.
그리고 상기 센서의 계측으로부터 계수의 산출까지의 처리를 반복하여 행함으로써, 복수의 계수를 얻어, 이들 계수의 평균치를 이용함으로써, 교정 후의 함수식을 얻는다. 예를 들어, 최대치와 최소치를 각각 생략하는 것으로, 노이즈 등의 돌발 데이터를 제거할 수 있다. 또한, 여기에서 노이즈가 아닌 데이터를 제거해도 평균치의 산출에는 영향을 주지 않는다.
그리고 이와 같이 하여, 신뢰도가 높은 관계식, 환언하면 교정 후의 관계식이 얻어진 후는, 하중 계산부(32)가 이 관계식을 이용하여 각 센서의 계측 데이터로부터 풍차 블레이드(10)의 익근부에 있어서의 하중을 산출한다. 이에 의해, 신뢰도가 높은 하중을 산출할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 각 센서(A1 내지 A6)에 의해 계측되는 계측 데이터 중, 도 6의 영역 A가 아닌 영역의 데이터를 사용하는 것으로 하고 있었지만, 이것은 교정의 정밀도를 향상시키기 위해서이다. 구체적으로는, 상술한 계수 a 및 b를 구할 경우에, 무풍 시에 얻을 수 있는 모멘트(교정을 행할 경우의 이상적인 모멘트)에 근사하기 때문이다. 더욱 구체적으로, 도 11a, 도 11b와, 도 12a, 도 12b를 이용해서 설명한다.
도 11a는 횡축에 무풍 시의 플랩 방향의 모멘트, 종축에 풍속 8m인 경우의 플랩 방향의 모멘트를 도시하고 있다. 도 11b는 마찬가지로 엣지 방향의 모멘트를 비교하고 있다. 도 11a 및 도 11b는 도 6의 영역 A를 포함하는 계측 데이터에 의해 계수 a, b를 구한 경우에 얻을 수 있는 함수이며, 이상적인 무풍 시의 데이터와 비교한 경우이다. 이상적인 무풍 시의 함수를 y = x인 것에 대하여, 영역 A를 포함하는 계측 데이터를 사용해서 계수 a 및 b를 산출하면, y = 0.9701x ― 31.88이 된다. 또한, 무풍 시의 모멘트와 영역 A를 포함하는 계측 데이터로부터 산출되는 모멘트를 비교하면, y = x로부터 벗어난 위치에 점이 많이 존재하고 있다. 이에 의해, 영역 A의 계측 데이터를 포함해서 산출된 계수 a, b를 이용해서 얻을 수 있는 하중은, 무풍 시의 하중과 비교해서 오차가 커지는 것을 나타내고 있다.
한편, 도 12a 및 도 12b는, 도 11a 및 도 11b와 마찬가지로 횡축에 무풍 시의 모멘트, 종축에 풍속 8m인 경우의 모멘트를 나타내고 있지만, 도 6의 영역 A에 있어서 얻어진 계측 데이터를 제외한 계측 데이터를 사용해서 계수 a 및 b를 산출한 경우의 도면이다. 예를 들어, 도 12a에 도시된 바와 같이, 영역 A를 포함하지 않는 계측 데이터를 사용해서 계수 a, b를 산출한 경우에는 y = 0.9968x ― 3.322가 된다. 또한, 이에 의해 얻을 수 있는 하중 결과는, 그래프를 보아도 알 수 있듯이, 무풍 시의 모멘트와 풍속 8m인 경우의 모멘트가 거의 일치하고 있다. 이에 의해 영역 A의 계측 데이터를 포함하지 않고 얻어진 계수 a, b에 의해 함수가 교정됨으로써, 무풍 시의 하중에 의해 근사시킬 수 있게 된다.
또한, 센서에 의한 계측 데이터를 취득하는 경우는, 풍차 블레이드(10)를 적어도 방위각 0도에서 180도로 1회 회전시키면 되는 것으로 하고, 180도의 회전으로 1개의 교정용 데이터 파일을 생성하는 것으로 하지만, 방위각의 회전 횟수는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 본 실시 형태에서는 360도의 회전으로 1개의 교정용 데이터 파일을 생성하도록 구성되어 있다.
더욱 구체적으로는, 피치각을 109도에서 60도 또는 60도에서 109도로 움직이게 함으로써, 로터는 공회전을 시작한다. 여기에서는, 피치각을 109도에서 60도로 움직이게 함으로써 적어도 로터를 1 회전시켜, 하나의 데이터 파일을 취득한다. 마찬가지로, 피치각을 60도에서 109도로 움직이게 함으로써 적어도 로터를 1 회전시켜 하나의 데이터 파일을 취득한다.
즉, 본 실시 형태에서는 공력의 영향을 제외한 범위에 있어서, 피치각을 파인측으로 동작시킬 때에, 적어도 로터가 1 회전하는 조건으로 하나의 교정용 데이터 파일을 취득한다. 마찬가지로, 피치각을 페더측으로 동작시킬 때에 하나의 교정용 데이터 파일을 취득한다.
본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같은 피치각 동작을 행함으로써, 10개의 교정용 데이터 파일을 취득한다.
또한, 이러한 10회분의 교정용 데이터(즉, 계수 a 및 b)가 산출된 경우에는, 이들의 평균치를 산출함으로써, 계수 a 및 b의 신뢰성을 검증하면 좋다.
또한, x는 교정용 데이터{무하중 시의 계측 데이터 18점, 교정용 데이터[각 풍차 블레이드(10)의 엣지 방향과 플랩 방향의 데이터] 12점}, N은 피치각을 109도에서 60도, 60도에서 109도(1 주기)로 동작시킨 횟수를 나타낸다. 또한, m을 평균치라 한다. 또한, 여기에서는 2N개의 교정용 데이터 파일로부터 최대 및 최소의 데이터를 생략하고, 2(N-1)개의 평균치를 구한다. 그리고 캘리브레이션치 a, b의 평균치가 하기의 범위 조건을 충족시키는지의 여부를 검증한다. 기준치를 충족시킬 경우, 교정용 데이터의 평균치를 현지 변수로 한다.
Figure 112010057932247-pct00003
[평균치]
[기준치의 검증]
1.7 × 109 < a < 2.7 × 109 (9)
-100kNm < b < 100kNm (10)
이상 설명해 온 바와 같이, 풍차 블레이드(10)에 설치된 센서에 의해 계측 데이터를 취득하고, 취득한 데이터를 기초로 하여 풍차 블레이드(10)의 왜곡과 하중이 산출된다. 하중 산출부(20)에 구비된 함수는, 계측 데이터를 기초로 하여 산출된 풍차 블레이드(10)의 왜곡과 하중과의 관계로부터 얻을 수 있는 새로운 함수의 계수에 의해 교정된다. 이에 의해, 계측 데이터로부터 간편하게 새로운 함수를 산출할 수 있으므로, 간편하게 교정을 위한 계수를 결정할 수 있다.
또한, 이때 사용되는 계측 데이터는 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 풍차 블레이드(10)의 피치각 범위에서 취득된 센서의 계측 데이터가 사용되고, 공력 토크의 영향을 무시할 수 있는 계측 데이터를 사용하므로, 교정의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 센서 자신이 갖는 왜곡을 산출하고, 오프셋함으로써, 더욱 교정 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 계측 데이터를 취득하기 위해서는, 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 풍차 블레이드(10)의 피치각 범위(예를 들어, 피치각 60도에서 109도의 범위)에서 취득된 계측 데이터이면 좋고, 특히 방위각에 한정되는 일이 없으므로, 광범위한 계측 데이터를, 교정을 위해 사용할 수 있다.
또한, 이와 같은 계측 데이터의 취득, 하중 및 왜곡의 산출 및 그 교정 데이터의 신뢰성 검증을 하중 측정 장치(100)에 의해 행하므로, 교정 작업에 드는 시간을 단축할 수 있는 동시에, 사용자에게 주는 부담을 줄일 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 하중 측정 장치로서 하드웨어에 의한 처리를 전제로 하고 있었지만, 이와 같은 구성에 한정될 필요는 없다. 예를 들어, 각 센서로부터의 출력 신호를 기초로 하여 별도의 소프트웨어에 의해 처리하는 구성도 가능하다. 이 경우, 하중 측정 장치는 CPU, RAM 등의 주기억 장치, 상기 처리의 전부 혹은 일부를 실현하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 구비하고 있다. 그리고 CPU가 상기 기억 매체에 기록되어 있는 프로그램을 판독하여, 정보의 가공·연산 처리를 실행함으로써, 상술한 하중 측정 장치와 마찬가지의 처리를 실현한다.
여기서 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체라 함은, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등을 말한다. 또한, 이 컴퓨터 프로그램을 통신회선에 의해 컴퓨터에 송신하고, 이 송신을 받은 컴퓨터가 당해 프로그램을 실행하도록 해도 좋다.
[변형예]
또한, 본 실시 형태에 관한 하중 측정 장치(100)에 있어서, 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 풍차 블레이드(10)의 피치각 범위에서 취득된 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상술한 함수를 교정하는 것으로 하고 있었지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 피치각 범위 대신에 풍차 블레이드(10)의 회전수의 범위로 하고, 풍속에 의한 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 풍차 블레이드의 회전수의 범위에서 취득된 센서의 데이터를 기초로 하여, 함수를 교정하는 것으로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(1)에 있어서, 복수의 풍차 블레이드(10)의 매수는 3매로 하고 있었지만, 풍차 블레이드(10)의 매수는 특별히 한정되지 않는다.
또한, 본 실시 형태에 관한 하중 측정 장치(100)에 있어서, 1개의 풍차 블레이드(10)에 대하여, 부착되는 센서는 6개이었지만, 센서의 개수는 특별히 한정되지 않는다.
또한, 본 실시 형태에 관한 하중 측정 장치(100)에 있어서, 테이블(31)은 방위각과 피치각으로부터 산출되는 것으로 하고 있었지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 교정부(30)에 미리 테이블이 주어져 있는 것으로 해도 좋다.
[제2 실시 형태]
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해서 설명한다.
본 실시 형태의 하중 측정 장치가 제1 실시 형태와 다른 점은, 방위각 및 피치각의 각도 데이터를 소정의 값으로 한정하고, 풍속을 마이너스의 공력 토크가 작은 범위로 한정해서 데이터를 취득하는 점이다. 이하, 본 실시 형태의 하중 측정 장치에 대해, 제1 실시 형태와 공통되는 점에 대해서는 설명을 생략하고, 다른 점에 대해서 주로 설명한다.
센서(7)는, 풍속이 3m 이하일 경우에, 제1 방위각 및 제1 방위각에서 180도 회전시킨 제2 방위각으로 이루어지는 2지점에 있어서, 피치각을 최소 피치각과 최대 피치각으로 설정했을 때의 계측 데이터를 계측한다.
더욱 구체적으로는, 센서는 풍속이 3m 이하이고, 풍차 블레이드(10)의 방위각은 90도와 270도의 위치에 있는 경우이며, 또한 각각의 방위각에 있어서 피치각은 21도와 109도로 설정된 상태인 경우에 계측 데이터를 취득한다.
1개의 풍차 블레이드(10)의 데이터를 계측하고 있는 경우에는, 다른 2개의 풍차 블레이드(10)의 피치각은, 예를 들어 85도 등으로 설정하여, 공회전 상태로 한다.
이와 같이 방위각을 180도 회전시킨 위치에 있는 2지점으로부터 계측된 데이터를 사용함으로써, 변수 산출부(34)로부터 산출되는 함수에 사용되는 계측 데이터는 횡축에 대하여 광범위한 데이터를 취득할 수 있게 된다. 이에 의해, 적은 계측 데이터로 계수 a와 b를 산출하는 경우의 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 적은 계측 데이터로 변수를 산출할 수 있으므로, 교정에 드는 시간을 단축할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조해서 상세하게 서술해 왔지만, 구체적인 구성은 본 실시 형태에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.
1 : 풍력 발전 장치
7 : 센서
20 : 하중 산출부
30 : 교정부
31 : 테이블
32 : 하중 취득부
33 : 왜곡 산출부
34 : 변수 산출부
100 : 하중 측정 장치

Claims (11)

  1. 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 장치이며,
    상기 풍차 블레이드의 왜곡을 구하기 위한 센서와,
    상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하는 하중 산출 수단과,
    풍속에 의한 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 상기 풍차 블레이드의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 교정 수단을 구비하는, 하중 계측 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 교정 수단은 상기 공력 토크가 소정치 이하가 되는 상기 풍차 블레이드의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는, 하중 계측 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 교정 수단은
    무풍 시에 있어서의 상기 풍차 블레이드의 하중 및 상기 풍차 블레이드의 피치각 및 방위각이 관련된 테이블과,
    상기 센서에 의해 계측 데이터가 취득되었을 때의 상기 풍차 블레이드의 피치각 및 방위각에 대응하는 풍차 블레이드의 하중을 상기 테이블로부터 취득하는 하중 취득 수단과,
    상기 센서의 계측 데이터로부터 상기 풍차 블레이드의 왜곡을 산출하는 왜곡 산출 수단과,
    상기 하중 취득 수단에 의해 취득된 상기 풍차 블레이드의 하중과 상기 왜곡 산출 수단에 의해 산출된 왜곡과의 관계를 기초로 하여 상기 함수의 변수를 교정하는 변수 산출 수단을 구비하는, 하중 계측 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 교정 수단은
    상기 하중 취득 수단에 의해 취득된 풍차 블레이드의 하중과, 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 무하중 시에 있어서의 상기 센서의 계측 데이터를 구하고, 이 무하중 시에 있어서의 계측 데이터를 사용해서 상기 센서의 계측 데이터를 오프셋 교정하는, 하중 계측 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는
    상기 풍차 블레이드를 사이에 두고 대향하는 위치에 설치된 한 쌍의 제1 센서와,
    상기 제1 센서와 다른 위치이며, 상기 풍차 블레이드를 사이에 두고 대향하는 위치에 설치된 한 쌍의 제2 센서를 구비하는, 하중 계측 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 센서는
    상기 풍차 블레이드를 사이에 두고 대향하는 위치이며, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서와 다른 위치이며, 또한 상기 제1 센서 또는 상기 제2 센서 중 어느 한쪽과 평행한 위치에 설치된 한 쌍의 제3 센서를 구비하는, 하중 계측 장치.
  7. 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 장치이며,
    상기 풍차 블레이드의 왜곡을 구하기 위한 센서와,
    상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하는 하중 산출 수단과,
    풍속이 3m 이하일 경우에, 제1 방위각 및 상기 제1 방위각에서 180도 회전시킨 제2 방위각으로 이루어지는 2지점에 있어서, 피치각을 최소 피치각과 최대 피치각으로 설정했을 때의 각 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 교정 수단을 구비하는, 하중 계측 장치.
  8. 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 방법이며,
    상기 풍차 블레이드의 왜곡을 구하고,
    상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 블레이드의 왜곡을 구하기 위한 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하고,
    풍속에 의한 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 상기 풍차 블레이드의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는, 하중 계측 방법.
  9. 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이며,
    상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 블레이드의 왜곡을 구하기 위한 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하는 제1 처리와,
    풍속에 의한 공력 토크의 최대와 최소의 편차가 소정치 이하가 되는 상기 풍차 블레이드의 피치각 범위 및 회전수 범위에서 취득된 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 제2 처리를 컴퓨터에 실행시키기 위한 하중 계측 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  10. 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 방법이며,
    상기 풍차 블레이드의 왜곡을 구하고, 상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 블레이드의 왜곡을 구하기 위한 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하고,
    풍속이 3m 이하일 경우에, 제1 방위각 및 상기 제1 방위각에서 180도 회전시킨 제2 방위각으로 이루어지는 2지점에 있어서, 피치각을 최소 피치각과 최대 피치각으로 설정했을 때의 각 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는, 하중 계측 방법.
  11. 풍차 블레이드의 피치각이 가변으로 되어 있는 풍차에 적용되는 하중 계측 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체이며,
    상기 풍차 블레이드의 왜곡과 상기 풍차 블레이드의 하중과의 관계를 나타낸 함수를 갖고, 상기 함수에 상기 블레이드의 왜곡을 구하기 위한 센서의 계측 데이터를 기초로 하는 왜곡을 이용함으로써, 상기 풍차 블레이드의 하중을 구하는 제1 처리와,
    풍속이 3m 이하일 경우에, 제1 방위각 및 상기 제1 방위각에서 180도 회전시킨 제2 방위각으로 이루어지는 2지점에 있어서, 피치각을 최소 피치각과 최대 피치각으로 설정했을 때의 각 상기 센서의 계측 데이터를 기초로 하여, 상기 함수를 교정하는 제2 처리를 컴퓨터에 실행시키는, 하중 계측 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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