KR101288493B1 - 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치, 풍력발전 블레이드의 제어장치, 풍력발전 블레이드의 제어방법 - Google Patents

풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치, 풍력발전 블레이드의 제어장치, 풍력발전 블레이드의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치, 제어장치, 제어방법에 관한 것으로서, 풍력발전에 사용되는 블레이드의 처짐값을 광섬유 브래그 격자센서를 사용하여 감지함으로써 블레이드의 틸트를 제어하기 위한 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치, 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다. 이를위해 광원을 전반사시키는 광섬유(110); 및 광섬유(110)를 통하여 전달되는 광원 중 브래그 파장대의 빛을 반사시킴으로써 풍력발전 블레이드의 물리량을 감지하는 브래그 격자(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치가 개시된다.

Description

풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치, 풍력발전 블레이드의 제어장치, 풍력발전 블레이드의 제어방법{Physical quantity sensing apparatus of wind turbine blade, control apparatus, control method}
본 발명은 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치, 제어장치, 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력발전에 사용되는 블레이드의 처짐값을 광섬유 브래그 격자센서를 사용하여 감지함으로써 블레이드의 틸트를 제어하기 위한 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치, 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
풍력발전은 화석연료에 의한 전력 생산을 보완할 수 있을 뿐만 아니라 공해를 유발하지 않는 청정 기술로 최근에 많은 연구와 기술개발이 진행되고 있다. 풍력 발전기의 중요한 구성 요소의 하나인 로터 블레이드는 발전 용량을 높이기 위하여 대형화하는 추세여서 가벼우면서도 강도가 큰 복합재료를 이용하여 개발하고 있다.
그런데, 풍력 복합재 블레이드는 외부의 돌풍, 조류의 충돌, 또는 블레이드의 자체 하중 등에 의하여 블레이드의 익단이 쳐지는 문제점이 있다. 블레이드의 익단이 쳐지는 경우 블레이드가 회전시 충돌할 우려가 있으며, 또한 블레이드의 회전이 원활하지 못하여 풍력발전 시스템의 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있어왔다.
선행기술문헌인 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0040380(발명의 명칭 : 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 탐촉자, 광섬유 센서 시스템 및 그 시스템의 센싱방법)에 따르면 광섬유 브래그 격자센서와 패브리 패로 간섭계센서에 의한 피측정물의 변형률을 측정하기 위한 발명이다. 이러한 선행기술문헌의 목적에 의해 단일의 광섬유에 브래그 격자와 간섭을 위한 미러를 일체화하여 온도 및 하중에 의한 구조물의 변형률을 보다 정확하게 측정할 수 있다. 그러나 선행기술문헌에는 본 발명에서 의도하는 풍력발전 시스템에 사용되는 블레이드의 처짐값을 획득하기 위해 광섬유 브래그 격자센서 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서를 이용하는 것에 대하여는 공지되어 있지 않으며 단순히 광섬유 브래그 격자의 구조에 대해서만 공지되어 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 광섬유 브래그 격자센서 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서를 풍력발전 시스템의 블레이드 처짐값을 계산하는데 이용하도록 함으로써 풍력에 의한 전력 생산을 한층 더 효율적으로 생산할 수 있는 발명을 제공하는데 그 목적이 있다.
그러나, 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 광원으로부터 입사된 빛을 전반사시키는 광섬유(110); 및 광섬유(110)를 통하여 전달되는 광원 중 브래그 파장대의 빛을 반사시킴으로써 풍력발전 블레이드의 물리량을 감지하는 브래그 격자(120);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 감지된 물리량은, 블레이드의 온도, 블레이드의 변형률, 및 블레이드의 처짐 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 블레이드의 변형률은, 블레이드의 익근(root part)에 대한 익단(tip part)의 길이방향 휨 변형률인 것을 특징으로 한다.
또한, 블레이드의 처짐은, 블레이드의 변형률에 대한 처짐과 강체회전에 대한 처짐을 합산한 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 광원으로부터 입사된 빛을 전반사시키는 광섬유(110); 광섬유(110)를 통하여 전달되는 광원 중 브래그 파장대의 빛을 반사시킴으로써 풍력발전 블레이드의 물리량을 감지하는 제1브래그 격자(120); 및 제1브래그 격자(120)와 민감도가 다른 풍력발전 블레이드의 물리량을 감지하는 제2브래그 격자(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 감지된 물리량은, 블레이드의 온도, 블레이드의 변형률, 및 블레이드의 처짐 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 블레이드의 변형률은, 블레이드의 익근(root part)에 대한 익단(tip part)의 길이방향 휨 변형률인 것을 특징으로 한다.
또한, 블레이드의 처짐은, 블레이드의 변형률에 대한 처짐과 강체회전에 대한 처짐의 합산인 것을 특징으로 한다.
또한, 제2브래그 격자(130)는, 제1브래그 격자(120) 둘레방향으로 세라믹 패럴(131)을 씌움으로써 제1브래그 격자(120)가 감지하는 물리량과는 민감도가 다른 물리량을 감지하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 풍력발전에 사용되는 블레이드(210); 블레이드(210)의 일측에 구비되어 브래그 파장대의 빛을 반사시킴으로써 블레이드(210)의 물리량을 감지하는 광섬유 브래그 격자센서(220); 블레이드(210)의 타측에 구비되어 광섬유 브래그 격자센서(220)와 민감도가 다른 블레이드(210)의 물리량을 감지하는 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230); 및 광섬유 브래그 격자센서(220) 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)로부터 입력된 물리량에 기초하여 블레이드(210)의 처짐값을 계산함으로써 블레이드(210)를 제어하는 제어수단(240);을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 제어수단(240)은, 계산된 처짐값에 기초하여 블레이드(210)의 틸트를 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 광섬유 브래그 격자센서(220) 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)는 블레이드(210)의 전단웹(215)에 부착되어 블레이드(210)의 물리량을 감지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 감지된 물리량은, 블레이드(210)의 온도, 블레이드(210)의 변형률, 및 블레이드(210)의 처짐 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 블레이드(210)의 변형률은, 블레이드(210)의 익근(root part)에 대한 익단(tip part)의 휨 변형률인 것을 특징으로 한다.
또한, 블레이드(210)의 처짐은, 블레이드(210)의 변형률에 대한 처짐과 강체회전에 대한 처짐을 합산한 것을 특징으로 한다.
또한, 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)는, 광섬유 브래그 격자센서(220) 둘레방향으로 세라믹 패럴(131)을 씌움으로써 광섬유 브래그 격자센서(220)가 감지하는 물리량과는 민감도가 다른 물리량을 감지하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 광섬유 브래그 격자센서(220) 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)가 블레이드(210)의 물리량을 감지하는 단계(S610); 제어수단(240)이 물리량을 입력받아 블레이드(210)의 처짐값을 계산하는 단계(S620); 및 제어수단(240)이 계산된 처짐값에 따라 블레이드(210)의 틸트를 제어하는 단계(S630);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어방법을 제공함으로써 달성될 수 있다.
또한, 광섬유 브래그 격자센서(220) 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)는 블레이드(210)의 전단웹(215)에 부착되어 블레이드(210)의 물리량을 감지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 감지된 물리량은, 블레이드(210)의 온도 또는 블레이드(210)의 변형률인 것을 특징으로 한다.
또한, S620단계는, 제어수단(240)이 블레이드(210)의 익근(root part)에 대한 익단(tip part)의 휨 변형률 처짐값 및 블레이드(210)의 강체회전에 대한 처짐값을 계산하는 단계; 및 제어수단(240)이 휨 변형률 및 강체회전에 대한 처짐값을 합산함으로써 블레이드(210)의 처짐값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 목적은 풍력발전 블레이드의 제어방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공함으로써 달성될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면 광섬유 브래그 격자센서 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서를 풍력발전 시스템의 블레이드 처짐값을 계산하는데 이용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 광섬유 브래그 격자센서 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서를 풍력발전 시스템에 이용하여 블레이드의 틸트를 제어함으로써 한층 더 효율적인 전력을 생산할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 광섬유 브래그 격자센서의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 에폭시 패키징의 사시도이고,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 세라믹 패럴의 사시도이고,
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 광섬유 브래그 격자센서와 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서의 변형률과 온도의 감도를 비교한 도면이고,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 블레이드의 사시도이고,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 전단웹의 단면도이고,
도 9는 블레이드 변형을 계산하기 위한 유한차분법에 관한 도면이고,
도 10은 전단웹의 하측에서 측정한 변형률이고,
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따라 블레이드의 틸트를 제어하기 위한 구성도이고,
도 12는 본 발명의 풍력발전 블레이드의 제어방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 일실시예는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 내용을 부당하게 한정하지 않으며, 본 실시 형태에서 설명되는 구성 전체가 본 발명의 해결 수단으로서 필수적이라고는 할 수 없다.
< 제1실시예 >
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치는 대략 광섬유(110)와 제1브래그 격자(120)로 구성된다. 브래그 격자는 광섬유(110)에서 전달된 광원 중 브래그 파장을 반사시킴으로써 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치가 블레이드의 온도 또는 변형률의 물리량을 감지할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 목적인 풍력발전에 사용되는 블레이드의 처짐값을 계산하기 위하여 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치를 이용하며, 이하에서는 본 발명의 제1실시예인 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명의 제1실시예에서 설명되는 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치(100)는 일반적인 용어인 광섬유 브래그 격자센서로 통칭하기로 한다. 그리고 본 발명의 제2실시예에서 설명되는 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치(100')는 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서로 통칭하기로 한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 브래그 격자(120)는 광섬유 코어층(111)에 일정 간격으로 새겨지며, 이러한 격자 간격에 의해 광섬유(110)를 통해 전달되는 광원 중 브래그 파장대의 빛을 반사시킨다. 여기서 반사된 브래그 파장은 다음의 수학식 1에 의해 구할 수 있다.
Figure 112011089702798-pat00001
여기서,
Figure 112011089702798-pat00002
는 브래그 파장이고,
Figure 112011089702798-pat00003
는 유효 굴절률이고,
Figure 112011089702798-pat00004
는 격자 간격이다.
상술한 수학식 1에 의해 구해진 브래그 파장을 다음의 수학식 2에 적용함으로써 물리량인 변형률 및 온도를 구할 수 있다. 이때 온도는 온도 감지센서로부터 최초의 절대온도를 알 수 있는 경우 다음의 수학식 2에 의해 현재 온도값을 계산할 수 있다.
Figure 112011089702798-pat00005
여기서,
Figure 112011089702798-pat00006
는 브래그 파장의 변화량이고,
Figure 112011089702798-pat00007
는 온도 상수이고,
Figure 112011089702798-pat00008
은 변형률 상수이고,
Figure 112011089702798-pat00009
는 온도 변화량이고,
Figure 112011089702798-pat00010
은 변형률 변화량이다.
상술한 수학식 2에서 보듯이 브래그 파장의 변화량을 아는 경우 변형률을 구할 수 있고 이때 구한 변형률에 의해 본 발명에서 목적으로 하는 풍력발전 블레이드의 변형률을 알 수 있다. 여기서 블레이드의 변형률은 블레이드의 익근(root part)에 대한 익단(tip part)의 휨 변형률이다. 이때 익단은 블레이드의 끝단을 일컬으며, 익근은 익단의 반대방향의 끝단을 의미한다. 다만, 수학식 2에서 온도 변화량에 관한 항이 존재하므로 좀 더 정밀한 변형률 변화량을 구하기 위해서는 후술하는 제2실시예의 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(100')를 사용할 수도 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 광섬유(110)는 코어에 해당하는 광섬유 코어층(111)이 있으며, 광섬유 코어층(111)을 외주면으로 감싸는 광섬유 클래딩층(113)이 있다. 광섬유 클래딩층(113)은 빛이 광섬유를 통과하여 나갈 때에 거울과 같은 역할을 수행하며 빛을 반사시킨다. 광섬유 클래딩층(113)을 외주면으로 감쌈으로써 광섬유를 보호하는 광섬유 코팅층(115)이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 광섬유 브래그 격자센서(100)는 부러짐을 방지하기 위해 에폭시 몰딩되어 에폭시 패키징 형태로 제작된다. 광섬유 코어층(111)은 대략 125㎛이며, 광섬유 코어층(111)과 광섬유 클래딩층(113)의 두께는 대략 250㎛이며, 광섬유 코팅층(115)을 포함한 두께는 대략 1mm이다. 또한 도 2에 도시된 바와 같이 에폭시 패키징의 크기는 대략적으로 가로 7cm, 세로 1.5cm, 높이 3mm로 제작된다. 이때 도 2에 도시된 바와 같이 에폭시 패키징의 가장 밑면에 광섬유를 결합하는 것이 바람직하다.
<제2실시예>
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(100')는 대략적으로 광섬유(110), 제1브래그 격자(120) 및 제2브래그 격자(130)로 구성된다. 광섬유(110) 및 제1브래그 격자(120)는 상술한 제1실시예와 동일하므로 설명을 생략하기로 하고 제2브래그 격자(130) 및 제1실시예와 다른 점만 설명하기로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 제1브래그 격자(120)는 상술한 제1실시예의 브래그 격자와 동일하다. 제1브래그 격자(120)는 제2브래그 격자(130)와 일정 거리 이격되어 위치한다. 그리고 제2브래그 격자(130)는 제1브래그 격자(120)의 둘레방향으로 세라믹 소재를 사용한 세라믹 패럴(131)을 씌움으로써 제1브래그 격자(120)가 감지하는 물리량과는 민감도가 다른 물리량을 감지한다.
이때, 세라믹 재료 중 지르코니아를 사용하여 패럴을 제작하는 것이 바람직하다. 지르코니아는 산화지르코늄을 통틀어 이르는 말로써 지르코늄의 산화물이며 흰색의 결정체이다. 굴절률이 크고 녹는점이 높아서 내식성이 크다. 또한, 세라믹 패럴의 양쪽 끝단은 Tg-90도의 고 온도 에폭시에 의해 열처리 된다. 이러한 세라믹 패럴의 일예에 따른 형상은 도 4와 같다.
상술한 제1실시예의 수학식 2에서 살펴본 바와 같이 광섬유 브래그 격자센서(100)는 정확한 변형률을 계산하기 위하여 온도 변화량을 알아야 한다. 이러한 점을 보완하기 위해 본 발명의 제2실시예에 따른 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(100')를 사용하며 아래의 수학식 3에 의해 감지하고자 하는 대상체의 정확한 변형률을 감지할 수 있다.
Figure 112011089702798-pat00011
여기서,
Figure 112011089702798-pat00012
는 온도 변화량이고,
Figure 112011089702798-pat00013
은 변형률 변화량이고,
Figure 112011089702798-pat00014
은 각각 온도계수 및 변형률 계수이고 아랫첨자는 각각 제1브래그 격자 및 제2브래그 격자를 가리킨다. 온도계수 및 변형률 계수는 풍력발전 블레이드와 같은 물질의 복합 견본을 사용하여 인장 테스트를 수행함으로써 얻을 수 있다.
도 5는 변형률 민감도 비교 도면이고, 도 6은 온도 민감도 비교 도면으로서 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 광섬유 브래그 격자센서(100)와 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(100')는 각각 변형률과 온도에 대해서 서로 다른 민감도를 가짐을 알 수 있다.
< 제3실시예 >
본 발명의 제3실시예에 따른 풍력발전 블레이드의 제어장치는 상술한 광섬유 브래그 격자센서(100)와 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(100')로부터 입력된 변형률 값을 바탕으로 블레이드의 틸팅을 조절함으로써 블레이드의 충돌을 피하고 원할한 움직임을 갖도록 할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 블레이드(210)는 풍력발전 시스템에 있어서 회전날개에 해당하며 바람에 의해 회전하는 회전강체이다. 블레이드(210)는 바람 또는 하중 등의 다양한 외부환경에 의해 블레이드 팁(익단)이 휘게 된다. 따라서 이러한 블레이드의 길이방향에 대한 휨 변화량(변형률)을 감지하고 또한, 회전강체에 대한 처짐값을 구할 필요가 있다
도 7에 도시된 바와 같이 블레이드(210)는 보강재인 전단웹(215)이 구비되어 있다. 이러한 전단웹(215)의 상측 또는 하측에 도 8에 도시된 바와 같이 광섬유 브래그 격자센서(220) 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)를 필요한 수에 따라 부착하여 블레이드의 변형률을 얻을 수 있다. 이때 센서(220,230)의 수는 일예로서 1m 간격으로 블레이드의 길이에 따라 배치할 수 있다.
한편, 광섬유 브래그 격자센서(220) 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)로부터 감지된 변형률을 이용하여 블레이드의 최종 처짐값(휨값)을 계산하기 위하여 유한 차분법을 사용한다.
먼저, 블레이드의 i점에서 2차 유도된 블레이드의 변형 y는 다음의 수학식 4와 같다.
Figure 112011089702798-pat00015
이때,
Figure 112011089702798-pat00016
는 블레이드의 높이이고,
Figure 112011089702798-pat00017
는 변형률이다.
y에 대한 관계식은 분석적인 방적식에 의해서는 결정될 수 없다. 따라서 도 9를 참조하여 유한차분법을 사용함으로써 방정식을 유도하도록 한다. 점A에서의 함수 y에 대한 1차 유도식은 다음의 수학식 5와 같으며 점A에서의 경사도와 같다.
Figure 112011089702798-pat00018
2차 유도식은 기울기의 변화율을 의미하며 다음의 수학식 6과 같다.
Figure 112011089702798-pat00019
수학식 4와 수학식 6을 결합하면 다음의 수학식 7이 유도된다.
Figure 112011089702798-pat00020
따라서, 수학식 7에 의해
Figure 112011089702798-pat00021
를 구하면 다음의 수학식 8과 같다.
Figure 112011089702798-pat00022
여기서, i=[1,2,3,...N]이다.
한편, 수학식 8에서
Figure 112011089702798-pat00023
=0이고,
Figure 112011089702798-pat00024
=
Figure 112011089702798-pat00025
이고,
Figure 112011089702798-pat00026
=
Figure 112011089702798-pat00027
이다. 또한, 블레이드의 각 점에서의 변형은 수학식 8에 의해 다음의 수학식 9로 표현할 수 있다.
Figure 112011089702798-pat00028
여기서,
Figure 112011089702798-pat00029
은 블레이드 끝단의 처짐값이다.
한편, 실제적인 블레이드의 단면은 전단웹의 중심축으로부터 대칭적이지 않으며 또한 블레이드 강체회전에 의한 처짐도 발생한다. 따라서 수학식 9에 의해서는 정확한 처짐값을 계산할 수 없으며 다음의 수학식 10과 같이 가중치 및 강체회전에 대한 값을 보상함으로써 블레이드의 최종 처짐값을 계산할 수 있다.
Figure 112011089702798-pat00030
여기서,
Figure 112011089702798-pat00031
는 블레이드의 최종 처짐값이고,
Figure 112011089702798-pat00032
는 휨 변형에 대한 가중치이고,
Figure 112011089702798-pat00033
는 강체 회전각이고,
Figure 112011089702798-pat00034
는 i번째에서의 블레이드 길이이다. 이때 실험의 일예에서
Figure 112011089702798-pat00035
는 3.0으로 결정할 수 있으며,
Figure 112011089702798-pat00036
는 도 10에 도시된 바와 같이 1.6m의 지점에서의 변형률과 비례적으로 결정된다. 이때, 첫번째 수식(
Figure 112011089702798-pat00037
은 블레이드의 변형률에 대한 처짐값이고 두번째 수식(
Figure 112011089702798-pat00038
)은 강체회전에 대한 처짐값이다.
본 발명의 제3실시예에 따른 제어수단(240)은 풍력발전 시스템의 주제어부에 위치하여 블레이드의 회전조건을 제어한다. 회전조건은 블레이드의 기울기(틸트) 또는 회전수 등일 수 있다. 이때 제어수단(240)이 블레이드의 틸트를 제어하기 위해서는 광섬유 브래그 격자센서(220) 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)가 감지한 변형률을 입력받는다(S610). 제어수단(240)은 수학식 10에 의해 블레이드의 최종 처짐값을 계산하고(S620) 처짐값에 따라 블레이드의 틸트를 제어하여(S630) 블레이드의 충돌을 방지하도록 한다.
한편, 상술한 제어수단(240)은 풍력발전 시스템에 구비된 컴퓨터 또는 서버 컴퓨터 등으로 구현할 수 있으며, 필요에 따라 연산 가능한 마이크로 프로세서에 의해 상술한 컴퓨터 또는 서버 컴퓨터와 독립적으로 구현할 수도 있다.
이상, 본 발명의 일실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명이 이것에 한정되지는 않으며, 다양한 변형 및 응용이 가능하다. 즉, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 많은 변형이 가능한 것을 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
100,100' : 풍력발전 블레이드의 물리량 감지 장치
110 : 광섬유
111 : 광섬유 코어층
113 : 광섬유 클래딩층
115 : 광섬유 코팅층
120 : 브래그 격자, 제1브래그 격자
130 : 제2브래그 격자
131 : 세라믹 패럴
210 : 블레이드
215 : 전단웹
220 : 광섬유 브래그 격자센서
230 : 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서
240 : 제어수단

Claims (21)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 광원으로부터 입사된 빛을 전반사시키는 광섬유(110);
    상기 광섬유(110)를 통하여 전달되는 상기 광원 중 브래그 파장대의 빛을 반사시킴으로써 풍력발전 블레이드의 물리량 변화를 감지하는 제1브래그 격자(120); 및
    상기 제1브래그 격자(120)와 민감도가 다른 상기 풍력발전 블레이드의 물리량 변화를 감지하는 제2브래그 격자(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    감지된 상기 물리량은,
    상기 블레이드의 온도, 상기 블레이드의 변형률, 및 상기 블레이드의 처짐 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 블레이드의 변형률은,
    상기 블레이드의 익근에 대한 익단의 길이방향 휨 변형률인 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 블레이드의 처짐은,
    상기 블레이드의 변형률에 대한 처짐과 강체회전에 의한 처짐을 합산한 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2브래그 격자(130)는,
    상기 제1브래그 격자(120) 둘레방향으로 세라믹 패럴(131)을 추가로 씌움으로써 상기 제1브래그 격자(120)가 감지하는 물리량과는 민감도가 다른 물리량을 감지하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 물리량 감지장치.
  10. 풍력발전에 사용되는 블레이드(210);
    상기 블레이드(210)의 일측에 구비되어 브래그 파장대의 빛을 반사시킴으로써 상기 블레이드(210)의 물리량을 감지하는 광섬유 브래그 격자센서(220);
    상기 블레이드(210)의 타측에 구비되어 상기 광섬유 브래그 격자센서(220)와 민감도가 다른 상기 블레이드(210)의 물리량을 감지하는 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230); 및
    상기 광섬유 브래그 격자센서(220) 및 상기 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)로부터 입력된 상기 물리량에 기초하여 상기 블레이드(210)의 처짐값을 계산함으로써 상기 블레이드(210)의 회전조건을 제어하는 제어수단(240);을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어수단(240)은,
    계산된 상기 처짐값에 기초하여 상기 블레이드(210)의 틸트를 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 광섬유 브래그 격자센서(220) 및 상기 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)는 상기 블레이드(210)의 전단웹(215)에 부착되어 상기 블레이드(210)의 물리량을 감지하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    감지된 상기 물리량은,
    상기 블레이드(210)의 온도, 상기 블레이드(210)의 변형률, 및 상기 블레이드(210)의 처짐 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 블레이드(210)의 변형률은,
    상기 블레이드(210)의 익근에 대한 익단의 길이방향 휨 변형률인 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 블레이드(210)의 처짐은,
    상기 블레이드(210)의 변형률에 대한 처짐과 강체회전에 의한 처짐을 합산한 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)는,
    상기 광섬유 브래그 격자센서(220) 둘레방향으로 세라믹 패럴(131)을 씌움으로써 상기 광섬유 브래그 격자센서(220)가 감지하는 물리량과는 민감도가 다른 물리량을 감지하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어장치.
  17. 제 10항에 따른 풍력발전 블레이드의 제어장치를 이용한 풍력발전 블레이드의 제어방법에 있어서,
    광섬유 브래그 격자센서(220) 및 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)가 블레이드(210)의 물리량을 감지하는 단계(S610);
    제어수단(240)이 상기 물리량을 입력받아 상기 블레이드(210)의 처짐값을 계산하는 단계(S620); 및
    상기 제어수단(240)이 계산된 상기 처짐값에 따라 상기 블레이드(210)의 틸트를 제어하는 단계(S630);를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 광섬유 브래그 격자센서(220) 및 상기 온도 보상된 광섬유 브래그 격자센서(230)는 상기 블레이드(210)의 전단웹(215)에 부착되어 상기 블레이드(210)의 물리량을 감지하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    감지된 상기 물리량은,
    상기 블레이드(210)의 온도, 상기 블레이드(210)의 변형률, 및 상기 블레이드(210)의 처짐 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 S620단계는,
    상기 제어수단(240)이 상기 블레이드(210)의 익근에 대한 익단의 휨 변형률에 대한 처짐값과 상기 블레이드(210)의 강체회전에 대한 처짐값을 계산하는 단계; 및
    상기 제어수단(240)이 상기 휨 변형률 및 상기 강체회전에 대한 처짐값을 합산함으로써 상기 블레이드(210)의 처짐값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 블레이드의 제어방법.
  21. 삭제
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