KR101379268B1 - Wind power generating system to operate using wind speed compensation - Google Patents

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KR101379268B1
KR101379268B1 KR1020130003372A KR20130003372A KR101379268B1 KR 101379268 B1 KR101379268 B1 KR 101379268B1 KR 1020130003372 A KR1020130003372 A KR 1020130003372A KR 20130003372 A KR20130003372 A KR 20130003372A KR 101379268 B1 KR101379268 B1 KR 101379268B1
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wind
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복영한
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삼성중공업 주식회사
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

Disclosed is a wind power generation system capable of operating, while compensating the wind speed. The wind power generation system capable of operating, while compensating the wind speed, includes: a front stress measuring unit, which is attached to a nosecone flange of a hub installed on the end portion of a nacelle, to measure the stress applied by the wind blowing towards the hub; a wind speed converter which converts the stress, measured by the stress measuring unit, into first wind speed data; a wind speed sensor, installed on the top rear end of the nacelle, to output the measured wind speed as second wind speed data; and a system control which decides the control parameters for operating the system, by receiving the first and second wind speed data from the wind speed converted and wind speed sensor, and using the first and second wind speed data. [Reference numerals] (AA) Wind

Description

풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템{Wind power generating system to operate using wind speed compensation}Wind power generating system to operate using wind speed compensation

본 발명은 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a wind power generation system capable of wind speed compensation operation.

풍력 발전 시스템은 블레이드의 회전을 통해 발생되는 기계 운동 에너지를 발전기와 연결시켜 전기 에너지로 변환하는 발전 시스템이다. 이 시스템에서 핏치 제어기는 블레이드의 회전 운동을 제어하여 블레이드가 받는 바람각을 핏치 모터를 통해 제어하여 안정화된 시스템의 최대 출력을 확보하고 시스템 자체를 안정시키게 된다. A wind power generation system is a power generation system that converts mechanical kinetic energy generated through rotation of a blade into electrical energy by connecting it to a generator. In this system, the pitch controller controls the rotational movement of the blade to control the wind angle received by the blade through the pitch motor to ensure maximum output of the stabilized system and to stabilize the system itself.

도 1은 풍력 발전 시스템의 핏치 제어기의 구성도이고, 도 2는 풍속 센서가 설치된 풍력 발전 시스템을 나타낸 도면이다. 1 is a block diagram of a pitch controller of a wind power generation system, Figure 2 is a view showing a wind power generation system is installed wind speed sensor.

도 1을 참조하면, 핏치 제어기(1)는 풍속, 허브 회전 속도, 핏치 각도, 전압, 전류, 전력, 발전기 토크, 발전기 속도 등과 같은 시스템 운전 데이터를 입력받고, 이들 데이터에 대하여 소정의 데이터 처리를 수행하여 핏치 각도를 결정하고 핏치 모터(2)로 변경될 핏치 각도 정보를 포함하는 핏치 각도 변경 명령을 전송한다. 핏치 모터(2)는 전송된 핏치 각도 변경 명령에 따라 블레이드의 날개각을 회전시켜 핏치 각도가 조정되도록 한다. Referring to FIG. 1, the pitch controller 1 receives system operation data such as wind speed, hub rotation speed, pitch angle, voltage, current, power, generator torque, generator speed, and the like, and performs predetermined data processing on these data. To determine the pitch angle and transmit a pitch angle change command including the pitch angle information to be changed to the pitch motor 2. The pitch motor 2 rotates the blade angle of the blade according to the transmitted pitch angle change command so that the pitch angle is adjusted.

여기서, 핏치 제어기(1)를 구동시키는 시스템 운전 데이터 중 하나인 풍속은 타워 상부에 위치한 나셀(Nacelle)의 상부에 부착된 풍속 센서를 통해 측정이 항상 이루어지고 있다. 풍속 센서에서 측정된 값은 평균 풍속으로 환산되어 다른 시스템 운전 데이터와 함께 핏치 제어기(1)가 구동되도록 설계되어 있다. Here, the wind speed, which is one of the system operation data for driving the pitch controller 1, is always measured through a wind speed sensor attached to the upper part of Nacelle located at the top of the tower. The measured value at the wind speed sensor is designed to convert the average wind speed into driving the pitch controller 1 together with other system operation data.

일반적으로 풍속 데이터를 측정하는 풍속 센서(30)는 블레이드(20)의 회전에 의해 발생하는 후류 영향을 최소화하기 위해 도 2에 도시된 것과 같이 나셀(10)의 상부 후단에 부착되어 있는 것이 일반적이다. In general, the wind speed sensor 30 measuring wind speed data is generally attached to the upper rear end of the nacelle 10 as shown in FIG. 2 in order to minimize the influence of the wake caused by the rotation of the blade 20. .

하지만, 이 경우에도 후류 성분을 완벽하게 제거하는 것이 불가능하기 때문에 측정 풍속의 오차 및 손실값이 존재하게 되며, 이는 풍력 발전 시스템의 운전에 있어서 발전 효율을 감소시키는 중요 요인으로 작용할 수 있는 문제점이 있다. However, even in this case, since it is impossible to completely remove the wake component, there exists an error and a loss value of the measured wind speed, which may act as an important factor for reducing the generation efficiency in the operation of the wind power generation system. .

한국등록특허 제743931호에는 로터 블레이드에 직접 풍향풍속계를 장착하여 블레이드에 의해 교란이 발생하지 않은 풍향과 풍속을 측정하기 위한 풍력발전기 및 그 제어방법이 개시되어 있다. Korean Patent No. 771991 discloses a wind power generator for measuring wind direction and wind speed without disturbance caused by a blade by mounting a wind vane directly on a rotor blade and a control method thereof.

한국등록특허 제743931호Korean Patent No.743931

본 발명은 풍력 발전 시스템의 전단에 걸리는 하중을 풍속으로 변환시켜 기존의 손실된 풍속값을 보상하여 핏치 제어를 수행함으로써 풍력 발전 시스템의 운전 효율 향상이 가능한 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention provides a wind power generation system capable of performing a wind speed compensation operation capable of improving the driving efficiency of the wind power generation system by performing a pitch control by converting a load applied to the front end of the wind power generation system into wind speed to compensate for the existing lost wind speed value. It is for.

본 발명은 갑작스런 돌풍 감지가 가능하여 돌풍 상황 시 시스템 구동을 정지시킴으로써 시스템 보호가 가능한 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a wind power generation system capable of wind speed compensation operation capable of protecting the system by stopping the system driving in the event of a gust to detect the sudden gust.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템으로서, 나셀의 선단에 설치된 허브의 노즈 콘 플랜지에 부착되어 상기 허브를 향하는 바람에 의한 응력을 측정하는 전방 응력 측정부; 상기 전방 응력 측정부에서 측정한 응력을 제1 풍속 데이터로 변환하는 풍속 변환부; 나셀의 상부 후단에 설치되어 측정한 풍속을 제2 풍속 데이터로 출력하는 풍속 센서; 및 상기 풍속 변환부 및 상기 풍속 센서로부터 상기 제1 풍속 데이터 및 상기 제2 풍속 데이터를 수신하고, 상기 제1 풍속 데이터 및 상기 제2 풍속 데이터를 이용하여 시스템 운전을 위한 제어 파라미터를 결정하는 시스템 제어부를 포함하는 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a wind power generation system capable of compensating wind speed, comprising: a front stress measurement unit attached to a nose cone flange of a hub installed at a tip of a nacelle to measure a stress caused by wind toward the hub; A wind speed converting unit converting the stress measured by the front stress measuring unit into first wind speed data; A wind speed sensor installed at an upper rear end of the nacelle to output measured wind speed as second wind speed data; And a system controller configured to receive the first wind speed data and the second wind speed data from the wind speed converter and the wind speed sensor, and determine a control parameter for system operation using the first wind speed data and the second wind speed data. There is provided a wind power generation system capable of compensating wind speed including a.

상기 전방 응력 측정부는, 상기 노즈 콘 플랜지의 전면에 고르게 부착되고 상기 허브를 향하는 바람의 풍압에 상응하는 응력을 측정하는 하나 이상의 스트레인 게이지와; 상기 하나 이상의 스트레인 게이지에서 측정한 응력을 상기 풍속 변환부로 전송하는 데이터 전송부를 포함할 수 있다.The front stress measuring unit may include one or more strain gauges uniformly attached to the front surface of the nose cone flange and measuring a stress corresponding to the wind pressure of the wind toward the hub; It may include a data transmission unit for transmitting the stress measured by the at least one strain gauge to the wind speed converter.

상기 풍속 변환부는 풍압과 풍속의 제1 상관관계 및 풍압과 응력의 제2 상관관계에 따라 상기 응력과 상기 제1 풍속 데이터 사이의 상관관계가 룩업 테이블 혹은 수학식 형태로 미리 결정되어 있을 수 있다.The correlation between the stress and the first wind speed data may be determined in a lookup table or a mathematical form according to the first correlation between the wind pressure and the wind speed and the second correlation between the wind pressure and the stress.

상기 시스템 제어부는 상기 제1 풍속 데이터 및 상기 제2 풍속 데이터의 차이로부터 후류에 의한 오차를 계산하고, 기 설정된 상기 풍속 센서의 후류 보상 파라미터를 검증하거나 수정할 수 있다.The system controller may calculate an error due to wake from the difference between the first wind speed data and the second wind speed data, and verify or correct a wake compensation parameter of the preset wind speed sensor.

또는 상기 시스템 제어부는 상기 제1 풍속 데이터 및 상기 제2 풍속 데이터 중 어느 하나를 메인 데이터로 활용하고 다른 하나를 백업 데이터로 활용하여 상기 제어 파라미터를 결정할 수 있다.Alternatively, the system controller may determine the control parameter by using one of the first wind speed data and the second wind speed data as main data and the other as backup data.

또는 상기 시스템 제어부는 상기 제1 풍속 데이터와 상기 제2 풍속 데이터의 평균값과 미리 설정된 돌풍 기준 풍속을 비교하여 돌풍 발생 여부를 감지하고, 돌풍 상황에서 상기 풍력 발전 시스템을 정지시키도록 상기 제어 파라미터를 결정할 수 있다. Alternatively, the system controller compares an average value of the first wind speed data and the second wind speed data with a preset gust reference wind speed, detects whether a gust occurs, and determines the control parameter to stop the wind power generation system in a gust situation. Can be.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 풍력 발전 시스템의 전단에 걸리는 하중을 풍속으로 변환시켜 기존의 손실된 풍속값을 보상하여 핏치 제어를 수행함으로써 풍력 발전 시스템의 운전 효율 향상이 가능한 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, by converting the load on the front end of the wind power generation system to the wind speed to compensate the existing lost wind speed value by performing the pitch control it is possible to improve the operating efficiency of the wind power generation system.

또한, 갑작스런 돌풍 감지가 가능하여 돌풍 상황 시 시스템 구동을 정지시킴으로써 시스템 보호가 가능한 효과가 있다. In addition, the sudden gust detection can be detected, the system can be protected by stopping the system operation in the gust situation.

도 1은 풍력 발전 시스템의 핏치 제어기의 구성도,
도 2는 풍속 센서가 설치된 풍력 발전 시스템을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템의 센서 측정 모습을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템의 구성 블록도. 1 is a block diagram of a pitch controller of a wind power generation system,
2 is a view showing a wind power generation system with a wind speed sensor,
3 is a view showing a sensor measurement state of the wind power generation system capable of wind speed compensation operation according to an embodiment of the present invention,
Figure 4 is a block diagram of a wind power generation system capable of wind speed compensation operation according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the terms “… unit”, “… group” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.It is to be understood that the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the embodiments and may be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the invention. It is to be understood that although the description is omitted, multiple embodiments may be implemented again in one integrated embodiment.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템의 센서 측정 모습을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템의 구성 블록도이다. 3 is a view illustrating a sensor measurement of a wind power generation system capable of compensating wind speed according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram of a wind power generation system capable of compensating wind speed according to an embodiment of the present invention. It is also.

도 3 및 도 4를 참조하면, 풍력 발전 시스템(100), 나셀(10), 블레이드(20), 풍속 센서(30), 허브(25), 전방 응력 측정부(40), 스트레인 게이지(42a, 42b, 42c, 42d, 이하 '42'로 통칭함), 데이터 전송부(45), 풍속 변환부(50), 시스템 제어부(60)가 도시되어 있다. 3 and 4, the wind power generation system 100, the nacelle 10, the blade 20, the wind speed sensor 30, the hub 25, the front stress measuring unit 40, the strain gauge 42a, 42b, 42c, 42d, hereinafter referred to collectively as '42', a data transmission unit 45, a wind speed conversion unit 50, and a system control unit 60 are shown.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템은 나셀의 상부 후단에 설치되어 블레이드 회전에 의한 후류 영향을 받는 풍속 센서에서 측정한 풍속 데이터 이외에 허브 전단에 설치되어 블레이드 회전에 의한 후류 영향을 받지 않는 전방 응력 측정부에서 측정된 응력(혹은 하중)을 풍속 데이터로 변환하여 함께 이용함으로써 기존의 손실된 풍속값을 보상하여 보다 정확한 핏치 제어(블레이드 날개각 제어) 및/또는 나셀 제어(요 각도 제어)가 가능한 것을 특징으로 한다. Wind power generation system capable of compensating the wind speed according to an embodiment of the present invention is installed in the upper rear end of the nacelle is installed in the front end of the hub in addition to the wind speed data measured by the wind speed sensor that is affected by the wake of the blade rotation, the wake by the blade rotation By converting the stresses (or loads) measured in the unaffected front stress measurement unit into wind speed data and using them together to compensate for existing lost wind speed values, more accurate pitch control (blade wing angle control) and / or nacelle control ( Yaw angle control) is possible.

또한, 풍속 센서에서 측정한 풍속 데이터 및 전방 응력 측정부에서 측정된 응력을 변환한 풍속 데이터를 이용하여 보다 정확하게 돌풍 발생 여부를 감지할 수 있어 갑작스런 돌풍 상황 시 신속한 대처가 가능한 것을 특징으로 한다. In addition, by using the wind speed data measured by the wind speed sensor and the wind speed data converted from the stress measured in the front stress measuring unit to detect whether the gusts more accurately characterized in that it is possible to respond quickly in case of sudden gusts.

본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 시스템(100)은, 타워의 상부에서 요(Yaw) 모터에 의해 바람 방향을 따라 회전 가능하게 설치된 나셀(10)과, 바람에 회전 가능하게 나셀(10)의 전단에 설치되며 블레이드(20)가 연결되는 허브(25)를 포함한다. Wind power generation system 100 according to an embodiment of the present invention, the nacelle 10 is installed rotatably along the wind direction by a yaw motor at the top of the tower, and the nacelle 10 to be rotatable in the wind Installed at the front end of the blade 20 includes a hub 25 is connected.

풍력 발전 시스템(100)은 바람이 가진 에너지를 허브(25)에 연결된 블레이드(20)가 받아들여 허브(25)를 회전시키고, 허브(25)의 회전축(샤프트)에 연결된 발전기(미도시)를 구동시켜 기계적 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. The wind power generation system 100 receives the energy of the wind by the blade 20 connected to the hub 25 to rotate the hub 25, the generator (not shown) connected to the shaft (shaft) of the hub 25 Drive to convert mechanical kinetic energy into electrical energy.

발전 풍속 범위 내에서는 블레이드(20)의 바람 맞음각 면적이 최대가 되도록 하여 바람이 가진 에너지를 최대한 흡수하여 발전 효율을 높일 필요가 있으며, 발전 풍속 범위를 벗어난 과풍속 범위에서는 블레이드(20)의 바람 맞음각 면적을 감소시켜 바람이 가진 에너지의 흡수율을 낮춤으로써 시스템 파손을 방지할 필요가 있다. 따라서, 현재 나셀(10)의 전단으로 불어오는 바람의 속도가 허브(25)의 회전과 관련되어 블레이드(20)의 날개각을 제어하는 핏치 제어를 위한 중요한 운전 데이터로서 이용된다. Within the wind power generation range, it is necessary to maximize the wind fitting angle of the blade 20 to absorb the energy of the wind as much as possible to increase the power generation efficiency. In the wind speed range outside the power generation wind speed range, the wind of the blade 20 is increased. It is necessary to prevent system breakage by reducing the angle of attack to lower the absorption of wind energy. Thus, the speed of wind blowing at the front end of the nacelle 10 is now used as important operational data for pitch control to control the blade angle of the blade 20 in relation to the rotation of the hub 25.

풍속 센서(30)는 나셀(10)의 상부 후단에 설치되어 후류 영향을 최소화하고자 하지만, 실제적으로 블레이드(20)에 의한 후류 영향을 완벽하게 제거하는 것은 불가능하다. The wind speed sensor 30 is installed at the upper rear end of the nacelle 10 to minimize the wake effect, but in practice it is impossible to completely eliminate the wake effect by the blade 20.

본 실시예에서는 허브(25)의 선단에 설치된 노즈 콘(nose cone) 플랜지에 전방 응력 측정부(40)가 부착되어 허브(25)를 향하는 바람에 의한 전방 응력을 측정하고 이를 풍속 변환부(50)로 전송한다. In this embodiment, the front stress measuring unit 40 is attached to the nose cone flange (nose cone) installed at the tip of the hub 25 to measure the front stress caused by the wind toward the hub 25 and the wind speed conversion unit 50 To send).

전방 응력 측정부(40)는, 노즈 콘 플랜지의 표면에 고르게 부착되어 표면에 가해지는 풍압을 응력(혹은 하중) 데이터로 출력하는 하나 이상의 스트레인 게이지(strain gauge)(42)와, 하나 이상의 스트레인 게이지(42)에서 측정한 응력 데이터를 풍속 변환부(50)로 전송하는 데이터 전송부(45)를 포함한다. The front stress measuring unit 40 may include one or more strain gauges 42 which are evenly attached to the surface of the nose cone flange and output wind pressure applied to the surface as stress (or load) data, and one or more strain gauges. And a data transmitter 45 for transmitting the stress data measured at 42 to the wind speed converter 50.

스트레인 게이지(42)에서 출력되는 응력 데이터는 풍압에 상응하는 값을 가진다. 여기서, 상응한다는 것은 두 데이터가 서로 비례 혹은 반비례뿐만 아니라 동일한 경우도 포함할 수 있다. The stress data output from the strain gauge 42 has a value corresponding to the wind pressure. Here, corresponding may include a case where the two data are the same as well as proportional or inverse to each other.

풍속 변환부(50)는 데이터 전송부(45)에서 전송된 응력 데이터를 이용하여 허브(25)를 향하는 바람의 풍속을 예측한다. 이는 응력 데이터가 풍압과 관련된 데이터이며, 풍압은 풍속에 따라 변화하는 데이터이기 때문이다. 응력과 풍속의 상관관계는 사전에 실험적 및/또는 통계적 방법을 통해, 예를 들면 룩업 테이블, 수학식 등으로 미리 결정되어 있을 수 있다. The wind speed converter 50 predicts the wind speed of the wind toward the hub 25 using the stress data transmitted from the data transmitter 45. This is because the stress data is data related to the wind pressure, and the wind pressure is data that changes with the wind speed. Correlation between stress and wind speed may be predetermined in advance through experimental and / or statistical methods, eg, lookup tables, equations, and the like.

도 4를 참조하면, 풍속 변환부(50)에서 변환된 제1 풍속 데이터 및 풍속 센서(30)에서 측정한 제2 풍속 데이터는 시스템 제어부(60)로 전송된다. 제1 풍속 데이터는 허브(25)를 향하는 바람에 관한 것으로, 후류 영향을 받지 않는 영역에서의 풍속을 나타내며, 제2 풍속 데이터는 블레이드(20)를 통과함으로써 후류 영향이 반영된 풍속을 나타낸다. Referring to FIG. 4, the first wind speed data converted by the wind speed converter 50 and the second wind speed data measured by the wind speed sensor 30 are transmitted to the system controller 60. The first wind speed data relates to wind toward the hub 25, and represents wind speed in an area not affected by the wake, and the second wind speed data represents wind speed in which the wake effect is reflected by passing through the blade 20.

시스템 제어부(60)는 제1 풍속 데이터 및 제2 풍속 데이터를 이용하여 풍력 발전 시스템(100)의 운전 방법을 결정하고, 그에 따라 풍력 발전 시스템(100)의 각 구성요소의 동작을 제어한다. The system controller 60 determines the operation method of the wind power generation system 100 using the first wind speed data and the second wind speed data, and controls the operation of each component of the wind power generation system 100 accordingly.

우선 시스템 제어부(60) 제1 풍속 데이터 및 제2 풍속 데이터의 차이로부터 후류에 의한 오차를 계산하고, 기 설정된 후류 보상 파라미터를 검증하거나 수정할 수 있다. 후류 보상 파라미터는 전방 응력 측정부(40)에 이상이 발생한 경우 풍속 센서(30)만을 이용해야 할 때 풍속 센서(30)에서 측정된 제2 풍속 데이터에 대한 풍속 보상 파라미터로서 이용될 수 있다. First, the system controller 60 may calculate an error due to wake from the difference between the first wind speed data and the second wind speed data, and verify or correct the preset wake compensation parameter. The wake compensation parameter may be used as a wind speed compensation parameter for the second wind speed data measured by the wind speed sensor 30 when only the wind speed sensor 30 should be used when an abnormality occurs in the front stress measuring unit 40.

또한, 시스템 제어부(60)는 제1 풍속 데이터 및 제2 풍속 데이터 중 어느 하나를 선택하여 시스템 운전에 활용할 수 있다. 예를 들어, 제1 풍속 데이터를 메인 데이터로 활용하고, 제2 풍속 데이터를 백업 데이터로 활용하여 시스템 운전에 필요한 제어 파라미터를 설정할 수 있다. In addition, the system controller 60 may select any one of the first wind speed data and the second wind speed data to use the system for operation. For example, the first wind speed data may be used as the main data, and the second wind speed data may be used as the backup data to set control parameters required for operating the system.

시스템 운전에 이용되는 제어 파라미터로는 예를 들어 현재 풍속이 발전 가능 풍속 범위 내에 있는지 혹은 과풍속 범위에 있는지 여부에 따라 바람 맞음각 면적을 변화시키기 위해 블레이드의 날개각을 제어할 때 이용되는 핏치 변경 각도 등이 있을 수 있다. The control parameters used to operate the system include, for example, the pitch change used to control the blade angle of the blades to change the wind angle area depending on whether the current wind speed is within the range of wind speed or overwind speed. Angle and the like.

또한, 시스템 제어부(60)는 제1 풍속 데이터와 제2 풍속 데이터의 평균값으로부터 보다 정확하게 돌풍 발생 여부를 감지하고서, 돌풍 상황에서는 풍력 발전 시스템(100)의 운전을 정지시킬 수 있다. In addition, the system controller 60 may detect whether a gust occurs more accurately from the average value of the first wind speed data and the second wind speed data, and stop the operation of the wind power generation system 100 in the gust situation.

기존에 풍속 센서를 이용하여 돌풍을 감지하는 경우에는 풍속 센서에 블레이드 회전에 따른 후류 영향이 반영되어 있어 급격한 풍속 변화가 있더라도 실제 돌풍이 발생한 것인지 블레이드 회전에 의한 것인지의 판별이 불가능하였다. 그리고 전방 응력 측정부(40) 및 풍속 변환부(50)를 통한 풍속 데이터 역시 풍압을 응력으로 측정하고 이를 풍속으로 변환하는 것으로서, 그 변환 과정에서 예기치 못한 오차가 발생할 여지가 있다. In the case of detecting wind gusts using wind speed sensors, it is impossible to determine whether actual wind gusts are caused by blade rotation, even if there is a sudden wind speed change. In addition, the wind speed data through the front stress measuring unit 40 and the wind speed conversion unit 50 also measures wind pressure as a stress and converts the wind pressure into wind speed, which may cause unexpected errors in the conversion process.

따라서, 본 실시예에서는 전방 응력 측정부(40)에서 측정된 응력 데이터의 변환값인 제1 풍속 데이터와 풍속 센서(30)에서 측정된 제2 풍속 데이터의 평균값을 취함으로써, 각 데이터가 가지고 있는 오차를 감소시키고 실제 풍속만을 부각시킬 수 있어 보다 정확하게 돌풍 발생 여부를 감지할 수 있다. 즉, 제1 풍속 데이터와 제2 풍속 데이터의 평균값이 미리 설정된 돌풍 기준 풍속 이상이 되는 경우에 한하여 돌풍이 발생한 것으로 감지함으로써, 기존에 후류에 의한 오차 발생으로 돌풍 상황이 아닌 때에 돌풍 상황으로 오인하여 시스템을 정지시킴으로써 발생하게 되는 발전 손실 등을 제거하고, 실제 돌풍이 발생한 경우에만 시스템 보호를 위해 시스템 정지가 가능하게 된다. Therefore, in the present embodiment, by taking the average value of the first wind speed data, which is the converted value of the stress data measured by the front stress measuring unit 40, and the second wind speed data measured by the wind speed sensor 30, By reducing the error and highlighting only the actual wind speed, it is possible to detect whether a gust occurs more accurately. That is, when the average value of the first wind speed data and the second wind speed data is equal to or more than the preset wind speed standard wind speed, the wind gust is detected. Eliminating power loss caused by stopping the system and stopping the system to protect the system only when a real gust occurs.

기존에는 풍속 센서가 파손되는 경우 시스템 운전을 정지시켜야 했던 것에 비해 본 실시예에서는 풍속 센서 이외에 전방 응력 측정부 및 풍속 변환부가 있어 풍속 센서가 파손되는 경우에도 풍속의 측정이 가능하여 시스템 운전을 정지시킬 필요가 없는 장점이 있다.In the present embodiment, in addition to the wind speed sensor, the front stress measuring unit and the wind speed converting unit have to stop the system operation when the wind speed sensor is damaged. There is an advantage that does not need to.

또한, 갑작스런 돌풍으로 인한 풍속을 보다 정확하게 인식할 수 있어 풍력 발전 시스템의 기계적인 파손을 사전에 방지함과 동시에 돌풍 인식 오류로 인해 시스템을 정지시키는 경우가 현저하게 감소하여 전반적인 발전 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. In addition, the wind speed due to sudden gusts can be recognized more accurately, which prevents mechanical damage of the wind power generation system in advance, and significantly reduces the number of cases in which the system is stopped due to gust recognition errors, thereby increasing the overall power generation efficiency. There is an advantage.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

100: 풍력 발전 시스템 10: 나셀
20: 블레이드 25: 허브
30: 풍속 센서 40: 전방 응력 측정부
42a, 42b, 42c, 42d: 스트레인 게이지 45: 데이터 전송부
50: 풍속 변환부 60: 시스템 제어부100: wind power generation system 10: nacelle
20: Blade 25: Hub
30: wind speed sensor 40: front stress measuring unit
42a, 42b, 42c, 42d: strain gauge 45: data transmission section
50: wind speed conversion unit 60: system control unit

Claims (6)

풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템으로서,
나셀의 선단에 설치된 허브의 노즈 콘 플랜지에 부착되어 상기 허브를 향하는 바람에 의한 응력을 측정하는 전방 응력 측정부;
상기 전방 응력 측정부에서 측정한 응력을 제1 풍속 데이터로 변환하는 풍속 변환부;
나셀의 상부 후단에 설치되어 측정한 풍속을 제2 풍속 데이터로 출력하는 풍속 센서; 및
상기 풍속 변환부 및 상기 풍속 센서로부터 상기 제1 풍속 데이터 및 상기 제2 풍속 데이터를 수신하고, 상기 제1 풍속 데이터 및 상기 제2 풍속 데이터를 이용하여 시스템 운전을 위한 제어 파라미터를 결정하는 시스템 제어부를 포함하는 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템. As a wind power generation system with wind speed compensation operation,
A front stress measurement unit attached to a nose cone flange of a hub installed at the tip of the nacelle and measuring a stress caused by wind toward the hub;
A wind speed converting unit converting the stress measured by the front stress measuring unit into first wind speed data;
A wind speed sensor installed at an upper rear end of the nacelle to output measured wind speed as second wind speed data; And
A system controller configured to receive the first wind speed data and the second wind speed data from the wind speed converter and the wind speed sensor, and determine a control parameter for operating a system using the first wind speed data and the second wind speed data; Wind power generation system that includes wind speed compensation operation. 제1항에 있어서,
상기 전방 응력 측정부는,
상기 노즈 콘 플랜지의 전면에 고르게 부착되고 상기 허브를 향하는 바람의 풍압에 상응하는 응력을 측정하는 하나 이상의 스트레인 게이지와;
상기 하나 이상의 스트레인 게이지에서 측정한 응력을 상기 풍속 변환부로 전송하는 데이터 전송부를 포함하는 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템. The method of claim 1,
The front stress measuring unit,
At least one strain gauge attached evenly to the front face of the nose cone flange and measuring a stress corresponding to the wind pressure of the wind towards the hub;
And a data transmission unit for transmitting the stresses measured by the at least one strain gauge to the wind speed conversion unit. 제2항에 있어서,
상기 풍속 변환부는 풍압과 풍속의 제1 상관관계 및 풍압과 응력의 제2 상관관계에 따라 상기 응력과 상기 제1 풍속 데이터 사이의 상관관계가 룩업 테이블 혹은 수학식 형태로 미리 결정되어 있는 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템.3. The method of claim 2,
The wind speed conversion unit performs a wind speed compensation operation in which a correlation between the stress and the first wind speed data is determined in a lookup table or a mathematical form according to a first correlation between wind pressure and wind speed and a second correlation between wind pressure and stress. 2 wind power generation systems available. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템 제어부는 상기 제1 풍속 데이터 및 상기 제2 풍속 데이터의 차이로부터 후류에 의한 오차를 계산하고, 기 설정된 상기 풍속 센서의 후류 보상 파라미터를 검증하거나 수정하는 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
And the system controller calculates an error due to wake from the difference between the first wind speed data and the second wind speed data, and verifies or corrects a wake compensation parameter of the preset wind speed sensor. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템 제어부는 상기 제1 풍속 데이터 및 상기 제2 풍속 데이터 중 어느 하나를 메인 데이터로 활용하고 다른 하나를 백업 데이터로 활용하여 상기 제어 파라미터를 결정하는 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The system control unit is a wind power generation system capable of compensating the wind speed by using any one of the first wind speed data and the second wind speed data as the main data and the other as backup data to determine the control parameter. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템 제어부는 상기 제1 풍속 데이터와 상기 제2 풍속 데이터의 평균값과 미리 설정된 돌풍 기준 풍속을 비교하여 돌풍 발생 여부를 감지하고, 돌풍 상황에서 상기 풍력 발전 시스템을 정지시키도록 상기 제어 파라미터를 결정하는 풍속 보상 운전이 가능한 풍력 발전 시스템. 4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The system controller compares an average value of the first wind speed data and the second wind speed data with a preset wind speed reference wind speed, detects whether or not a gust occurs, and determines the control parameter to stop the wind power generation system in a gust situation. Wind power generation system with wind speed compensation.
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