KR101375266B1 - 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 복수의 블레이드와 각 블레이드의 피치 각도를 변경하는 피치모터를 포함하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템은, 풍속 변화량에 따른 블레이드의 피치 각도 설정 정보를 하달하는 메인 제어부; 상기 메인 제어부로부터 실시 간으로 수신되는 상기 피치 각도 설정 정보에 따라 각 피치모터에 공통적으로 적용되는 피치 각도 요구(Pitch angle demand) 신호를 생성하는 피치 제어부; 상기 각 피치모터에 인가되는 토크를 측정하여 각 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)를 산출하는 비틀림 모멘트 측정부; 피드백 되는 상기 비틀림 모멘트에 기초하여 독립 피치 각도 요구(IPC pitch angle demand) 신호를 생성하는 독립 피치 제어부; 및 상기 피치 각도 요구 신호에 독립 피치 각도 요구 신호를 가산하여 상기 각 피치모터의 토크를 독립적으로 제어 하는 가산부를 포함한다.

Description

풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템 및 그 방법{INDEPENDENCE PITCH CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR OF WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기는 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드의 회전력으로 로터와 그 중심의 샤프트를 회전시키고, 상기 샤프트의 회전력은 변속기를 통해 발전기의 작동 속력으로 증가되어 발전기로 전달함으로써 사용 가능한 전기 에너지를 생산한다.
도 1은 일반적으로 윈드 시어(Wind shear)의 발생시 풍력발전기의 고도에 따른 풍속차를 나타낸다.
도 2는 일반적으로 윈드 시어(Wind shear)의 발생시 고도차(풍속차)에 따른 블레이드의 하중 변화를 나타낸다.
첨부된 도 1 및 도 2를 참조하면, 풍력발전기의 대형화에 따라 고도에 따른 풍속 차이가 발생되고 있으며 이러한 차이를 윈드 시어(Wind shear)라고 한다.
윈드 시어는 풍력발전기의 회전하는 블레이드의 상하 위치에 따라 서로 다른 하중을 발생시키며 이는 진동 및 소음을 유발하는 원인으로 지적되고 있다. 그래서, 최근에는 풍력발전기는 풍속의 차이에 의해 발생하는 하중을 감소시키기 위해 풍력발전기의 독립 피치 제어에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
한편, 종래에는 독립 피치 제어 목적을 달성하기 위한 방법으로 각 블레이드 루트부에 스트레인 센서(Strain Sensor) 또는 광섬유 센서와 같은 별도의 센서를 장착하여 블레이드가 받는 굽힘 모멘트(My 모멘트)를 측정하고 이를 감소시키는 방법이 제안되고 있다.
그러나, 스트레인 센서(Strain Sensor) 및 광섬유 센서는 가격이 비싸고 취급이 까다로워 숙련된 인력이 아니면 설치가 불가능하며, 설치 후에도 진동에 취약하여 고장이 잦아 유지보수 등의 문제가 발생되므로 제어용으로는 적합하지 않은 단점이 있다.
이러한 단점들 중에 센서의 설치를 예로 들면, 블레이드 루트부에 설치되는 센서는 센서를 설치한 후 캘리브레이션(Calibration)하는 과정이 필요하다. 블레이드 루트부의 센서를 캘리브레이션 하기 위해서는 통상 5m/s이하의 바람이 부는 상황에서 숙련된 엔지니어가 센서 값을 측정하여 캘리브레이션을 실시하여야 한다. 통상 풍력발전기의 3개의 블레이드에 대한 센서 데이터를 획득하기 위해서는 각 블레이드 당 1시간 이상의 시간이 소요되므로 적어도 3시간 이상의 시간이 소요된다.
또한, 온도에 따른 스트레인(Starain)의 편차가 발생하므로 이를 보정하기 위해 낮은 기온의 아침시간 높은 기온의 낮 시간 각 블레이드 별 최소 2회 이상의 캘리브레이션 데이터 취득 과정을 거쳐야 한다(예; 총 3 * 2 = 6, 블레이드 하나씩 총 최소 6회). 이러한 과정은 풍속에 많은 영향을 받고 만약 풍속이 일정수준 이하로 내려가지 않을 경우 캘리브레이션을 수행 하지 못하는 상황도 발생할 수 있다.
여기에, 블레이드 루트부에 설치되는 센서들은 계측신호를 데이터로 전환해 주기 위한 별도의 장비가 필요하며 이러한 장비들은 고가인데다가 한정된 나셀에 탑재하기에도 부담이 되고 있다.
한편, 특허문헌 한국공개특허 제2006-0035726호에는 블레이드 피치 각도 제어 장치 및 풍력 발전 장치를 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허문헌도 마찬가지로 각 블레이드에 하중 계측부(센서)를 장착하고, 계측된 하중 데이터에 의한 조정 피치 각도 지령치를 생성하는 것으로 위와 동일한 문제점을 가지고 있다.
이러한 다양한 문제로 인해 현재의 일반적인 상용 풍력 발전기에는 독립 피치 제어 기능이 보편적으로 사용되지는 않는 실정이며, 독립 피치 제어의 상용화를 위하여 상기한 문제들을 해결할 수 있는 효율적인 방안이 절실하다.
특허문헌 1 : 한국공개특허 제2006-0035726호 (2006.04.26. 공개)
본 발명의 실시 예는 블레이드의 하중 계측을 위한 별도의 센서 없이도 풍속변화에 따른 블레이드별 피치제어를 수행할 수 있는 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 블레이드와 각 블레이드의 피치 각도를 변경하는 피치모터를 포함하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템은, 풍속 변화량에 따른 블레이드의 피치 각도 설정 정보를 하달하는 메인 제어부; 상기 메인 제어부로부터 실시 간으로 수신되는 상기 피치 각도 설정 정보에 따라 각 피치모터에 공통적으로 적용되는 피치 각도 요구(Pitch angle demand) 신호를 생성하는 피치 제어부; 상기 각 피치모터에 인가되는 토크를 측정하여 각 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)를 산출하는 비틀림 모멘트 측정부; 피드백 되는 상기 비틀림 모멘트에 기초하여 독립 피치 각도 요구(IPC pitch angle demand) 신호를 생성하는 독립 피치 제어부; 및 상기 피치 각도 요구 신호에 독립 피치 각도 요구 신호를 가산하여 상기 각 피치모터의 토크를 독립적으로 제어 하는 가산부를 포함한다.
또한, 상기 비틀림 모멘트 측정부는, 상기 토크 측정시 로터의 1회전에 해당하는 주파수만을 측정하여 상기 비틀림 모멘트를 산출할 수 있다.
또한, 상기 비틀림 모멘트 측정부는, 필터를 통해 상기 비틀림 모멘트의 노이즈를 제거하고 미분기 및 적분기 중 적어도 하나를 통해 주파수 오프셋을 제거할 수 있다.
또한, 상기 피치 제어부는, 상기 로터 스피드 설정 정보와 풍력 발전 설비의 출력단에서 피드백되는 로터 스피드의 편차를 토대로 상기 피치 각도 요구 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 독립 피치 제어부는, 상기 비틀림 모멘트에 기초한 비례 제어, 비례 적분 제어 및 비례 미분 제어 중 적어도 하나의 PI 제어 또는 PID 제어를 통해 상기 독립 피치 각도 요구 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 피치 제어부 및 독립 피치 제어부는 피드백 제어를 수행하는 PI 제어기 또는 PID 제어기 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템이 윈드 시어의 발생에 따른 블레이드의 독립 피치를 제어하는 방법은, a) 메인 제어부로부터 실시 간으로 수신되는 로터 스피드 설정 정보에 따라 블레이드별 피치 각도를 변경하는 각 피치모터에 공통적으로 적용되는 피치 각도 요구(Pitch angle demand) 신호를 생성하는 단계; b) 상기 각 피치모터에 인가되는 토크를 측정하여 각 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)를 산출하는 단계; c) 상기 비틀림 모멘트에 기초하여 독립 피치 각도 요구(IPC pitch angle demand) 신호를 생성하는 단계; 및 d) 상기 피치 각도 요구 신호에 독립 피치 각도 요구 신호를 가산하여 상기 각 피치모터의 토크를 독립적으로 제어 하는 단계를 포함한다.
상기 b) 단계는, 상기 토크의 주파수 측정정보를 이용하여 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)를 측정하는 단계; 및 상기 비틀림 모멘트를 가공하여 노이즈 및 오프셋을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 상기 비틀림 모멘트(Mz)에 기초한 비례 제어, 비례 적분 제어 및 비례 미분 제어 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 블레이드의 고 풍속 구간에서는 상기 피치 각도를 증가시키고, 상기 블레이드의 저 풍속 구간에서는 피치 각도를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 별도의 블레이드의 비틀림 모멘트를 측정하여 각 블레이드의 피치 각도를 제어함으로써 블레이드 루트부에 취급이 까다로운 센서의 설치를 생략할 수 있다.
또한, 기존의 스트레인 센서(Strain Sensor) 또는 광섬유 센서를 사용하지 않으므로 복잡한 캘리브레이션 과정을 생략할 수 있으며 그에 따른 비용 및 시수를 절감할 수 있다.
도 1은 일반적으로 윈드 시어의 발생시 풍력발전기의 고도에 따른 풍속차를 나타낸다.
도 2는 일반적으로 윈드 시어의 발생시 고도차(풍속차)에 따른 블레이드의 하중 변화를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비틀림 모멘트(Mz)를 이용한 독립 피치 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 독립 피치 제어 방법을 나타낸 흐름도이다
도 7은 본 발명의 실시 예엘 따른 비틀림 모멘트(Mz)에 기초한 피치 각도 제어를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서, 독립 피치 제어는 풍력발전기에 구비되는 복수의 블레이드에 대한 각각의 개별적인 피치 각도 제어를 의미한다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 독립 피치 제어 시스템(100)은 메인 제어부(110), 피치 제어부(120), 풍력 발전 설비(130), 피치모터부(140), 비틀림 모멘트 측정부(150) 및 독립 피치 제어부(160)를 포함한다.
메인 제어부(110)는 풍력발전기의 운용을 위한 전반적인 동작을 제어하며, 풍속과 같은 주변환경의 변화에 따른 풍력발전기의 로터 스피드(발전 출력)을 정상범위 내로 유지시키기 위하여 로터 스피드 설정정보를 피치 제어부(120)로 전달한다.
메인 제어부(110)는 풍력발전단지에 설치되는 기상타워(Met tower) 또는 풍력발전기의 나셀에 설치된 나셀 풍속계 등을 통해 풍속 변화량을 수집하고, 그 풍속 변화량에 대응하는 로터 스피드 설정 정보를 피치 제어부(120)로 하달할 수 있다.
피치 제어부(120)는 풍력발전기의 가동 중 메인 제어부(110)에서 실시간으로 업데이트 되는 로터 스피드 설정정보에 따라 블레이드의 각도를 특정 각도로 유지해야 하기 때문에 각 피치모터에 토크 제어 신호를 인가하여 메인 제어부(120)에서 요구하는 피치 각도를 유지한다.
이를 위해, 피치 제어부(120)는 메인 제어부(110)로부터 실시간으로 수신되는 로터 스피드 설정 정보와 풍력 발전 설비(130)의 출력단에서 피드백되는 로터 스피드(Filtered rotor speed)의 편차를 토대로 각 블레이드의 피치모터에 공통적으로 적용되는 피치 각도 요구(Pitch angle demand) 신호를 생성하여 피치 제어를 수행한다.
여기서, 풍력 발전 설비(130)는 블레이드에 의해 회전하는 로터(Rotor)를 중심으로 그 회전력을 전달하는 샤프트(Shaft), 회전속도를 적정속도로 변경하는 기어박스 및 상기 회전력으로 전력을 생산하는 발전기와 같은 주지의 발전 기계 설비를 포함한다.
피치 제어부(120)는 주지의 PI 제어기 또는 PID 제어기(PID Controller)로 구성될 수 있으며, 풍력 발전 설비(130)의 출력단에서 피드백 되는 로터 스피드를 가공하는 필터(121)를 포함한다.
피치모터부(140)는 블레이드의 수에 대응되는 제1 피치모터(141), 제2 피치모터(142) 및 제3 피치모터(143)를 포함한다.
각 피치모터(141, 142, 143)는 인가되는 토크 제어 신호에 따라 해당 블레이드의 피치 각도를 변경하며, 이 때 로터의 축을 중심으로 길이방향으로 연결된 블레이드를 회전시켜 피치 각도를 변경한다.
이하, 일반적인 풍력 발전기는 3개의 블레이드를 포함하는 구조를 가지고 있으므로 이에 대응하는 피치모터의 수를 3개로 가정하여 설명하되 그 블레이드 및 피치모터의 수가 이에 한정되지 않는다.
피치 각도는 회전 중 메인 제어부(110)에서 실시간으로 업데이트 되는 특정 각도를 유지해야 하기 때문에 피치 제어부(120)는 각 피치 모터에 토크를 인가하여 메인 제어부(120)에서 요구하는 피치 각도를 유지한다.
비틀림 모멘트 측정부(150)는 각 피치모터(141, 142, 143)에 인가되는 토크를 추출하고, 이를 가공하여 각 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)를 산출한다.
구체적으로, 비틀림 모멘트 측정부(150)는 각 피치모터(141, 142, 143)에 인가되는 토크의 측정시 로터의 1회전(1P)에 해당하는 주파수만을 측정한다. 그리고, 도면에서는 생략되었으나 필터를 통해 상기 측정된 주파수의 노이즈를 제거하고 미분기 및 적분기를 통해 주파수 오프셋(Offset)을 제거하여 비틀림 모멘트(Mz)를 산출한다.
독립 피치 제어부(160)는 피드백되는 비틀림 모멘트에 기초하여 독립 피치 각도 요구(IPC pitch angle demand) 신호를 생성한다.
구체적으로, 독립 피치 제어부(160)는 피드백되는 비틀림 모멘트에 기초한 비례 제어, 비례 적분 제어 및 비례 미분 제어 중 적어도 하나를 수행하는 PI 제어 또는 PID 제어를 수행하여 독립 피치 각도 요구(IPC pitch angle demand) 신호를 생성한다.
이를 위해, 독립 피치 제어부(160)는 피치 제어부(120)와 마찬가지로 주지의 PI 제어기 또는 PID 제어기(PID Controller)로 구성될 수 있다.
가산부(170)는 피치 제어부(120)로부터 각 블레이드의 피치모터에 공통적으로 적용되는 피치 각도 요구(Pitch angle demand) 신호를 수신한다. 그리고, 독립 피치 제어부(160)로부터 각 블레이드의 비틀림 모멘트에 따른 독립 피치 각도 요구(IPC Pitch angle demand) 신호가 입력되면, 이를 상기 피치 각도 요구(Pitch angle demand) 신호에 가산하여 각 피치모터의 토크를 독립적으로 제어 한다.
즉, 본 발명의 실시 예에 따른 독립 피치 제어 시스템(100)은 별도의 센서 없이 블레이드가 받는 비틀림 모멘트(Mz)를 간접적으로 측정하고 공통된 피치 각도 요구 신호에 각 블레이드의 개별 제어 성분인 독립 피치 각도 요구 신호를 가산함으로써 각 블레이드에 대한 독립 피치를 제어할 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 비틀림 모멘트(Mz)를 이용한 독립 피치 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
먼저, 첨부된 도 4를 참조하면, 윈드 시어에 의해 발생하는 진동 및 피로 하중은 근본적으로 윈드 시어가 발생한 바람 속에서 블레이드가 회전할 때 발생하는 하중의 변화에 의해 발생한다.
여기서, 상기 하중은 크게 바람에 의해 블레이드가 후방으로 휘어지는 블레이드 굽힘 모멘트(My)와 블레이드가 로터에 연결된 축을 중심으로 비틀어지는 비틀림 모멘트(Mz)로 구분될 수 있다.
종래에는 블레이드 루트부에 센서를 설치하여 측정되는 굽힘 모멘트(My)를 이용한 독립 피치 제어를 수행하였지만 배경기술에서 설명한 것과 같은 다양한 문제점이 발생되었다.
이에 본 발명의 실시 예에 따른 독립 피치 제어 시스템(100)은 비틀림 모멘트 측정부(150)를 통해 블레이드가 받는 비틀림 모멘트(Mz)를 측정하고, 그 비틀림 모멘트(Mz)를 줄이는 방향으로 독립 피치를 제어함으로써 풍속에 의한 하중 변화를 줄일 수 있다.
다음, 첨부된 도 5를 참조하면, 비틀림 모멘트(Mz)의 변화는 윈드 시어에 의한 풍속 변화에 따라 발생한다. 즉, 윈드 시어의 발생시 로터가 1회전하는 동안 블레이드의 고도 차에 따른 제1 풍속(예; 도5의 6시 방향) 내지 제3 풍속(예; 도5의 12시 방향)의 변화가 발생하고, 그 풍속 변화에 따른 비틀림 모멘트(Mz)의 변화가 발생한다.
이 때, 독립 피치 제어 시스템(100)은 로터를 중심으로 120도 간격으로 설치되는 3개의 블레이드가 1회전하는 동안 서로 다른 고도에 위치하게 되므로 각 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)에 기초한 독립 피치 각도 요구(IPC Pitch angel demand)를 블레이드 전체에 대한 피치 각도 요구(Pitch angel demand)에 반영하여 독립적 제어를 수행하는 것이다.
한편, 다음의 도 6을 통하여 상기한 본 발명의 실시 예에 따른 독립 피치 제어 시스템(100)의 구성에 따른 풍력발전기의 독립 피치 제어 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 독립 피치 제어 방법을 나타낸 흐름도이다
첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템(100)은 풍력발전기의 가동 중 윈드 시어가 발생되면(S101), 각 피치모터(141, 142, 143)에 인가되는 토크의 측정 정보를 이용하여 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)를 산출한다(S102).
독립 피치 제어 시스템(100)은 획득된 비틀림 모멘트(Mz)를 가공하여 노이즈 및 오프셋을 제거한다(S103).
독립 피치 제어 시스템(100)은 비틀림 모멘트(Mz)에 기초한 비례 제어, 비례 적분 제어 및 비례 미분 제어 중 적어도 하나를 수행하여 독립 피치 각도 요구(IPC pitch angle demand) 신호를 생성한다(S104).
독립 피치 제어 시스템(100)은 각 블레이드의 비틀림 모멘트에 따른 독립 피치 각도 요구(IPC Pitch angle demand) 신호를 각 블레이드의 피치모터에 공통적으로 적용되는 피치 각도 요구(Pitch angle demand) 신호에 가산하여 피치모터의 토크를 독립적으로 제어한다(S105).
즉, 독립 피치 제어 시스템(100)은 도 7의 비틀림 모멘트(Mz)에 기초한 피치 각 제어 그래프에서 나타낸 것과 같이 블레이드의 고 풍속 구간에서는 피치 각도를 증가시키고, 블레이드의 저 풍속 구간에서는 피치 각도를 감소시키는 독립 피치 제어를 수행한다(S106).
독립 피치 제어 시스템(100)은 로터의 1회전 주기로 상기 S101 단계 내지 S107 단계의 동작을 각 블레이드 별로 동일하게 반복함으로써 윈드 시어에 의해 각 블레이드가 받는 하중을 저감시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)를 간접적으로 측정하여 각 블레이드의 피치 각도를 제어함으로써 블레이드 루트부에 취급이 까다로운 센서의 설치를 생략할 수 있는 효과가 있다.
또한, 스트레인 센서(Strain Sensor) 또는 광섬유 센서를 사용하지 않으므로 그 캘리브레이션 과정을 생략할 수 있으며 비용 및 시수를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 독립 피치 제어 시스템 110: 메인 제어부
120: 피치 제어부 121: 필터
130: 풍력 발전 설비 140: 피치모터부
150: 비틀림 모멘트 측정부 160: 독립 피치 제어부
170: 가산부

Claims (10)

  1. 복수의 블레이드와 각 블레이드의 피치 각도를 변경하는 피치모터를 포함하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템에 있어서,
    풍속 변화량에 따른 블레이드의 피치 각도 설정 정보를 하달하는 메인 제어부;
    상기 메인 제어부로부터 실시 간으로 수신되는 상기 피치 각도 설정 정보에 따라 각 피치모터에 공통적으로 적용되는 피치 각도 요구(Pitch angle demand) 신호를 생성하는 피치 제어부;
    상기 각 피치모터에 인가되는 토크를 측정하여 각 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)를 산출하는 비틀림 모멘트 측정부;
    피드백 되는 상기 비틀림 모멘트에 기초하여 독립 피치 각도 요구(IPC pitch angle demand) 신호를 생성하는 독립 피치 제어부; 및
    상기 피치 각도 요구 신호에 독립 피치 각도 요구 신호를 가산하여 상기 각 피치모터의 토크를 독립적으로 제어 하는 가산부
    를 포함하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비틀림 모멘트 측정부는,
    상기 토크 측정시 로터의 1회전에 해당하는 주파수만을 측정하여 상기 비틀림 모멘트를 산출하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 비틀림 모멘트 측정부는,
    필터를 통해 상기 비틀림 모멘트의 노이즈를 제거하고 미분기 및 적분기 중 적어도 하나를 통해 주파수 오프셋을 제거하는 것을 특징으로 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 피치 제어부는,
    로터 스피드 설정 정보와 풍력 발전 설비의 출력단에서 피드백되는 로터 스피드의 편차를 토대로 상기 피치 각도 요구 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 독립 피치 제어부는,
    상기 비틀림 모멘트에 기초한 비례 제어, 비례 적분 제어 및 비례 미분 제어 중 적어도 하나의 PI 제어 또는 PID 제어를 통해 상기 독립 피치 각도 요구 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 피치 제어부 및 독립 피치 제어부는 피드백 제어를 수행하는 PI 제어기 또는 PID 제어기 중 어느 하나를 포함하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템.
  7. 풍력발전기의 독립 피치 제어 시스템이 윈드 시어의 발생에 따른 블레이드의 독립 피치를 제어하는 방법에 있어서,
    a) 메인 제어부로부터 실시 간으로 수신되는 로터 스피드 설정 정보에 따라 블레이드별 피치 각도를 변경하는 각 피치모터에 공통적으로 적용되는 피치 각도 요구(Pitch angle demand) 신호를 생성하는 단계;
    b) 상기 각 피치모터에 인가되는 토크를 측정하여 각 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)를 산출하는 단계;
    c) 상기 비틀림 모멘트에 기초하여 독립 피치 각도 요구(IPC pitch angle demand) 신호를 생성하는 단계; 및
    d) 상기 피치 각도 요구 신호에 독립 피치 각도 요구 신호를 가산하여 상기 각 피치모터의 토크를 독립적으로 제어 하는 단계
    를 포함하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    상기 토크의 주파수 측정정보를 이용하여 블레이드의 비틀림 모멘트(Mz)를 측정하는 단계; 및
    상기 비틀림 모멘트를 가공하여 노이즈 및 오프셋을 제거하는 단계
    를 포함하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    상기 비틀림 모멘트(Mz)에 기초한 비례 제어, 비례 적분 제어 및 비례 미분 제어 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 d) 단계 이후에,
    상기 블레이드의 고 풍속 구간에서는 상기 피치 각도를 증가시키고, 상기 블레이드의 저 풍속 구간에서는 피치 각도를 감소시키는 단계를 포함하는 풍력발전기의 독립 피치 제어 방법.
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