KR101422775B1 - Gear control type wind power generating system and operating method thereof - Google Patents

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KR101422775B1 KR1020130062951A KR20130062951A KR101422775B1 KR 101422775 B1 KR101422775 B1 KR 101422775B1 KR 1020130062951 A KR1020130062951 A KR 1020130062951A KR 20130062951 A KR20130062951 A KR 20130062951A KR 101422775 B1 KR101422775 B1 KR 101422775B1
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Abstract

Disclosed are a gear controlled wind power generating system and an operating method thereof. The wind power generating system, which has a synchronous generator connected to a grid, includes: a gear box having a three-stage shaft structure wherein a main shaft, a middle shaft, and an auxiliary shaft transmit torque of blades mounted on a hub disposed on the front end thereof to the synchronous generator disposed on the rear end thereof; a synchronous speed controller for increasing and reducing the rotation speed of the middle shaft according to an RPM control signal; and a system controller for generating the RPM control signal to allow the auxiliary shaft to rotate at an RPM corresponding to the synchronous generator.

Description

기어 제어형 풍력 발전 시스템 및 그 운영방법{Gear control type wind power generating system and operating method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a wind power generation system and a method of operating the same,

본 발명은 기어 제어형 풍력 발전 시스템 및 그 운영방법에 관한 것이다. The present invention relates to a gear control type wind power generation system and its operating method.

최근 차세대 동력원으로 각광받고 있는 풍력 발전은 전세계적으로 그 규모와 시장성이 증가하고 있다. 일반적으로 풍력 발전은 풍력 터빈을 이용하여, 바람을 전기에너지로 바꾸어 생산하는 발전 방식으로, 풍력이 전력망에서 차지하는 비중이 커지면서 차세대 동력원으로서 중요한 역할을 하고 있다. Wind power generation, which has been attracting attention as a next generation power source, is growing in size and marketability around the world. Generally, wind power generation is a power generation system that uses wind turbines to convert wind into electric energy. Wind power plays a major role as a next generation power source as it occupies a larger portion in the power grid.

특히 계통 연계형 풍력 발전 시스템은 기계적인 입력을 전기적으로 변환하고 계통 연계 변압기를 통해 계통에 전원을 출력하는 형태로 구성되어 있다. In particular, the grid-connected wind power generation system is configured to electrically convert mechanical input and to output power to the system through a grid-connected transformer.

하지만, 기상 조건의 잦은 변동으로 인해 기계적인 입력이 항상 고정적인 속도와 토크를 발생시키지는 않기 때문에 계통 연계형 풍력 발전 시스템의 경우 이처럼 변화하는 기계적인 입력에 대하여 실제 전력 계통에서 사용할 수 있도록 변환하는 전력 변환 장치가 연결되어 있게 된다. 이러한 전력 변환 장치는 한국공개특허공보 제10-2010-0011594호의 풍력 발전 시스템에서도 발전기와 계통 사이에 존재하는 것으로 기재되어 있다. However, due to frequent fluctuations in weather conditions, the mechanical input does not always generate a constant speed and torque, so that in the case of a grid-connected wind power system, The conversion device is connected. Such a power conversion apparatus is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2010-0011594 in the wind power generation system between the generator and the grid.

계통 연계형 풍력 발전 시스템에서 이용되는 전력 변환 장치는 기계적인 입력이 변환된 전기적 에너지를 직류(DC)로 전환하고, 이를 계통에서 사용 가능하도록 교류(AC)로 변환하며 계통에 연계되는 구조를 가진다. The power conversion device used in the grid-connected wind power generation system converts electrical energy converted from mechanical input into direct current (DC), converts it into alternating current (AC) for use in the system, and has a structure connected to the system .

도 1은 일반적인 계통 연계형 풍력 발전 시스템의 구성 블록도이다. 1 is a block diagram of a general grid-connected wind power generation system.

도 1을 참조하면, 계통 연계형 풍력 발전 시스템은 크게 두 개의 하드웨어를 통해 구동이 되는 것으로 볼 수 있다. Referring to FIG. 1, the grid-connected wind turbine system is largely driven by two hardware units.

제어부(10)는 가변적인 풍속을 통한 기계적 입력을 제어하고 이를 증속 기어 박스(20)를 통해 발전기(30)의 입력부에 전달하며, 최종 출력되는 전기적 에너지를 전력 변환 장치(40)를 통해 계통(Grid)(50)에 전달하도록 구성되어 있다. The control unit 10 controls the mechanical input through the variable wind speed and transmits it to the input unit of the generator 30 through the speed increasing gear box 20 and outputs the finally outputted electrical energy to the system Grid < / RTI >

증속 기어 박스(20)와 발전기(30) 사이에 출력 토크의 제한을 위한 토크 리미터(Torque Limiter)(25)가 배치되어 있고, 전력 변환 장치(40)와 계통(50) 사이에 계통 연계 변압기(55)가 배치되어 있을 수 있다. 또한, 제어부(10)는 피치 제어기(60)로 풍속에 상응하는 피치 제어 신호를 전달하여 블레이드의 날개각이 조절되도록 할 수도 있다. A torque limiter 25 for limiting the output torque is disposed between the speed increasing gear box 20 and the generator 30 and is connected between the power conversion device 40 and the system 50 via a grid- 55 may be disposed. In addition, the controller 10 may transmit a pitch control signal corresponding to the wind speed to the pitch controller 60 so that the blade angle of the blade is adjusted.

이러한 계통 연계형 풍력 발전 시스템에 포함되는 전력 변환 장치의 경우 고가이기 때문에 풍력 발전 시스템 구성에 있어 큰 부담으로 작용하게 된다. 따라서, 기계적 입력의 변동을 계통의 전원과 동기화시킬 수 있도록 하는 제어를 통해 전력 변환 장치를 이용하지 않고서도 계통 연계형 풍력 발전 시스템을 구성할 수 있는 방안의 검토가 필요한 실정이다. Since the power conversion apparatuses included in the grid-connected wind power generation system are expensive, they are a great burden to the construction of the wind power generation system. Therefore, it is necessary to examine a method of constructing a grid-connected wind turbine system without using a power conversion device through control that enables the mechanical input to be synchronized with the power of the system.

한국공개특허공보 제10-2010-0011594호Korean Patent Publication No. 10-2010-0011594

본 발명은 기어 박스 내부에서 불균형하게 변동되는 토크 및 속도 특성을 별도의 모터 구동 장치를 이용함으로써 계통과 연결된 동기 발전기를 제어하여 계통의 동기 제어 방식과 유사하게 맞추어 줌으로써 고가의 전력 변환 장치를 생략할 수 있는 기어 제어형 풍력 발전 시스템 및 그 운영방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention controls the synchronous generator connected to the system by using a separate motor driving device to adjust the torque and speed characteristics that are unbalanced in the gear box, so that the expensive power conversion device can be omitted And a method of operating the same.

본 발명은 LVRT 상황에서 모터 구동 장치를 컨버터로 전환하여 이용함으로써 계통 측 무효 전원 성분을 조정할 수 있는 기어 제어형 풍력 발전 시스템 및 그 운영방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a gear-controlled wind power generation system and its operating method capable of adjusting a system-side reactive power component by switching a motor drive device to a converter in an LVRT situation.

본 발명은 돌풍 상황에서 역토크를 가하여 시스템의 기계적 파손을 방지할 수 있는 기어 제어형 풍력 발전 시스템 및 그 운영방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention provides a gear-controlled wind turbine system and its operating method that can prevent mechanical damage of a system by applying a reverse torque in a blast condition.

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, 계통(Grid)에 연계된 동기 발전기를 포함하는 풍력 발전 시스템에서, 전단에 설치된 허브에 장착된 블레이드의 회전력을 후단의 상기 동기 발전기에 전달하는 메인 샤프트, 미들 샤프트, 보조 샤프트의 3단 샤프트 구조를 가지는 기어 박스와; RPM 제어 신호에 따라 상기 미들 샤프트의 회전을 가감하는 동기 속도 제어기와; 상기 보조 샤프트가 상기 동기 발전기에 상응하는 RPM을 가지도록 하는 상기 RPM 제어 신호를 생성하는 시스템 제어부를 포함하는 기어 제어형 풍력 발전 시스템이 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided a wind power generation system including a synchronous generator linked to a grid, wherein a main shaft, a middle shaft, and a sub shaft, which transmit the rotational force of a blade mounted on a hub installed at a front end to the synchronous generator, A gear box having a three-stage shaft structure of an auxiliary shaft; A synchronous speed controller for increasing / decreasing rotation of the middle shaft according to an RPM control signal; And a system control unit for generating the RPM control signal such that the auxiliary shaft has an RPM corresponding to the synchronous generator.

상기 기어 박스는, 상기 허브와 같이 회전하며 후단부에 상기 미들 샤프트로 회전력을 전달하는 메인 기어가 결합된 상기 메인 샤프트와; 전단부에 상기 미들 샤프트로부터 회전력을 전달받는 보조 기어가 결합되어 있어 상기 회전력을 상기 동기 발전기로 전달하는 보조 샤프트와; 전단부에 상기 메인 기어와 치합하는 메인측 미들 기어가 결합되고, 후단부에 상기 보조 기어와 치합하는 보조측 미들 기어가 결합되며, 중간부에 상기 동기 속도 제어기의 구동 기어와 치합하는 구동측 미들 기어가 결합되어 있는 미들 샤프트를 포함할 수 있다.The gear box includes: a main shaft coupled to a main gear that rotates together with the hub and transmits rotational force to the middle shaft at a rear end thereof; An auxiliary shaft coupled to an auxiliary gear which receives a rotational force from the middle shaft at a front end thereof to transmit the rotational force to the synchronous generator; Side intermediate gear meshed with the main gear is coupled to a front end portion of the driven-side middle gear, the auxiliary-side middle gear meshed with the auxiliary gear is coupled to a rear end portion thereof, And a middle shaft to which the gears are coupled.

상기 동기 속도 제어기는, 상기 RPM 제어 신호에 따라 모터의 회전 속도를 제어하는 모터 구동부와; 상기 모터의 샤프트에 결합되며 상기 구동측 미들 기어와 치합하는 상기 구동 기어를 포함할 수 있다.Wherein the synchronous speed controller comprises: a motor driving unit for controlling a rotating speed of the motor in accordance with the RPM control signal; And the driving gear coupled to the shaft of the motor and meshing with the driving-side middle gear.

상기 시스템 제어부는 풍속 센서로부터의 풍속 신호를 분석한 결과 돌풍 상황이 감지되면 상기 미들 샤프트에 역토크를 가하도록 하는 상기 RPM 제어 신호를 생성하여 상기 동기 속도 제어기로 출력할 수 있다.The system control unit may generate the RPM control signal for causing the reverse shaft torque to be applied to the middle shaft when the blast condition is detected as a result of analyzing the wind speed signal from the wind speed sensor and output the RPM control signal to the synchronous speed controller.

상기 시스템 제어부는 계통 측 전압을 측정한 결과 LVRT(Low Voltage Ride Through) 상황으로 감지되면 상기 동기 속도 제어기를 컨버터로 전환할 수 있다.The system controller may switch the synchronous speed controller to a converter if it is detected as a low voltage ride through (LVRT) condition as a result of measuring the system voltage.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 기어 제어형 풍력 발전 시스템의 시스템 제어부에서 수행되는 풍력 발전 시스템 운영 방법으로서, (a) 상기 시스템 제어부에서 계통 측 전압을 입력받는 단계; (b) LVRT 상황 여부를 판단하는 단계; (c) LVRT 상황이 아닌 경우 상기 기어 제어형 풍력 발전 시스템을 정상 운전 상태로 설정하여 RPM 제어를 수행하고, LVRT 상황인 경우 LVRT 운전 상태로 설정하여 전력 제어를 수행하는 단계를 포함하는 풍력 발전 시스템 운영 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating a wind turbine system, which is performed by a system control unit of a gear control type wind power generation system, comprising: (a) receiving a system side voltage from the system control unit; (b) determining whether the LVRT situation is present; (c) performing the RPM control by setting the gear-controlled wind turbine system to the normal operation state and performing the power control by setting the LVRT operation state when the LVRT situation is not LVRT Method is provided.

상기 단계 (c)에서 LVRT 상황이 아닌 경우, (c1) 상기 동기 발전기의 RPM과 상기 미들 샤프트의 RPM을 입력받는 단계; (c2) 상기 동기 발전기의 RPM과 상기 미들 샤프트의 RPM을 비교하여 상기 미들 샤프트의 RPM이 상기 동기 발전기의 RPM에 동기화되도록 하는 RPM 제어 신호를 생성하는 단계; 및 (c3) 상기 RPM 제어 신호에 따라 상기 동기 속도 제어부의 모터 구동부가 구동 신호를 생성하여 모터를 구동시켜 상기 미들 샤프트의 회전을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.(C1) receiving the RPM of the synchronous generator and the RPM of the middle shaft, if the LVRT situation is not satisfied in the step (c); (c2) comparing the RPM of the synchronous generator with the RPM of the middle shaft to produce an RPM control signal that causes the RPM of the middle shaft to be synchronized to the RPM of the synchronous generator; And (c3) controlling the rotation of the middle shaft by driving the motor by generating a driving signal by the motor driving unit of the synchronous speed control unit according to the RPM control signal.

상기 단계 (c)에서 LVRT 상황인 경우, (c1) 상기 동기 속도 제어기의 모터 구동부의 운전을 컨버터로 전환하는 단계; 및 (c2) 정상 운전 상태에서 상기 모터 구동부의 DC 커패시터에 충전된 전원을 이용하여 상기 계통의 무효 전원 성분을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.(C1) switching the operation of the motor driving unit of the synchronous speed controller to a converter in the LVRT situation in the step (c); And (c2) adjusting an ineffective power source component of the system using a power source charged in a DC capacitor of the motor driving unit in a normal operation state.

상기 단계 (c)에서 RPM 제어 중 풍속 센서에서 입력된 풍속 신호의 분석 결과 돌풍 상황으로 감지된 경우, 상기 시스템 제어부는 상기 미들 샤프트에 역토크를 가하도록 하는 상기 RPM 제어 신호를 생성하여 상기 동기 속도 제어부에 전달할 수 있다.The system control unit generates the RPM control signal for causing the reverse shaft torque to be applied to the middle shaft when the wind speed signal inputted from the wind speed sensor during the RPM control in the step (c) To the control unit.

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, 기어 박스 내부에서 불균형하게 변동되는 토크 및 속도 특성을 별도의 모터 구동 장치를 이용함으로써 계통과 연결된 동기 발전기를 제어하여 계통의 동기 제어 방식과 유사하게 맞추어 줌으로써 고가의 전력 변환 장치를 생략할 수 있는 효과가 있다. According to the embodiment of the present invention, the synchronous generator connected to the system is controlled by using a separate motor driving device to adjust the unevenly varying torque and speed characteristics inside the gearbox, There is an effect that the conversion device can be omitted.

또한, LVRT 상황에서 모터 구동 장치를 컨버터로 전환하여 이용함으로써 계통 측 무효 전원 성분을 조정할 수 있는 효과가 있다.Further, in the LVRT situation, there is an effect that the system side reactive power component can be adjusted by using the motor drive device as a converter.

또한, 돌풍 상황에서 역토크를 가하여 시스템의 기계적 파손을 방지할 수 있는 효과가 있다. In addition, there is an effect that mechanical damage of the system can be prevented by applying a reverse torque in a blast condition.

도 1은 일반적인 계통 연계형 풍력 발전 시스템의 구성 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 제어형 풍력 발전 시스템의 구성 블록도,
도 3은 RPM 제어를 설명하기 위한 도면,
도 4는 전력 제어를 위한 제어부의 구성 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 제어형 풍력 발전 시스템의 운영 방법의 순서도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of a general grid-
2 is a block diagram of a configuration of a gear control type wind power generation system according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram for explaining RPM control,
FIG. 4 is a block diagram of a control unit for power control;
5 is a flowchart of a method of operating a gear control type wind power generation system 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. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . 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. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates 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.Also, the terms "part," and " unit "in the specification mean units for processing at least one function or operation, and 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 제어형 풍력 발전 시스템의 구성 블록도이고, 도 3은 RPM 제어를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 전력 제어를 위한 제어부의 구성 블록도이다. FIG. 2 is a block diagram of a gear control type wind power generation system according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining RPM control, and FIG. 4 is a block diagram of a controller for power control.

도 2를 참조하면, 기어 제어형 풍력 발전 시스템(100), 기어 박스(120), 토크 리미터(125, 148), 시스템 제어부(110), 동기 속도 제어기(140), 동기 발전기(130), 계통 연계 변압기(155), 계통(150), 모터 구동부(142), 모터(144), 피치 제어기(160), 제1 RPM 센서(175), 메인 샤프트(210), 미들 샤프트(220), 보조 샤프트(230), 제2 RPM 센서(170), 메인 기어(212), 보조 기어(232), 구동 기어(146), 메인측 미들 기어(224), 보조측 미들 기어(226), 구동측 미들 기어(222)가 도시되어 있다. Referring to FIG. 2, a gear control type wind power generation system 100, a gear box 120, torque limiters 125 and 148, a system control unit 110, a synchronous speed controller 140, a synchronous generator 130, A power converter 155, a system 150, a motor driver 142, a motor 144, a pitch controller 160, a first RPM sensor 175, a main shaft 210, a middle shaft 220, A second side gear 234 and a second side gear 236. The first and second RPM sensors 230 and 230 are connected to the first and second RPM sensors 170 and 170, 222 are shown.

본 발명의 일 실시예에 따른 기어 제어형 풍력 발전 시스템은 기어 박스가 3단 샤프트 구조로 구성되어 있어 별도의 모터 구동 장치(동기 속도 제어기)를 통해 미들 샤프트의 토크 및/또는 회전속도를 조절함으로써 계통 측 전원 특성에 맞춘 동기 발전기의 제어가 가능한 것을 특징으로 한다. In the gear-controlled wind power generation system according to the embodiment of the present invention, the gear box has a three-stage shaft structure, and the torque and / or the rotation speed of the middle shaft are adjusted through a separate motor driving device The control of the synchronous generator adapted to the side power source characteristic can be performed.

본 발명의 일 실시예에 따른 기어 제어형 풍력 발전 시스템(100)은 기본적으로 기어 박스(120), 동기 발전기(130), 동기 속도 제어기(140), 시스템 제어부(110)를 포함한다. 실시예에 따라 피치 제어기(160)를 더 포함할 수 있다. A gear control type wind power generation system 100 according to an embodiment of the present invention basically includes a gear box 120, a synchronous generator 130, a synchronous speed controller 140, and a system control unit 110. And may further include a pitch controller 160 according to an embodiment.

기어 박스(120)는 전단에 설치된 허브에 장착된 블레이드가 바람에 의해 회전하는 경우 그 회전력을 후단의 동기 발전기(130)로 전달한다. When the blade mounted on the hub installed at the front end rotates by the wind, the gear box 120 transmits the rotational force to the synchronous generator 130 at the rear stage.

본 실시예에서 기어 박스(120)는 3단 샤프트 구조를 가지며, 메인 샤프트(210), 미들 샤프트(220) 및 보조 샤프트(230)를 포함한다. 기어 박스(120)는 내부의 증속 기어를 통해 메인 샤프트(210)의 속도 및 토크와 비교할 때 보조 샤프트(230)에서 속도가 증가되고 토크가 감쇄된 상태로 후단의 동기 발전기(130) 측에 전달되도록 구성된다. In this embodiment, the gear box 120 has a three-stage shaft structure and includes a main shaft 210, a middle shaft 220, and an auxiliary shaft 230. The speed of the auxiliary shaft 230 is increased and the torque is transmitted to the downstream side synchronous generator 130 in a state where the torque is attenuated when the gear box 120 is compared with the speed and torque of the main shaft 210 through the internal speed- .

메인 샤프트(210)는 전단의 허브와 함께 회전하는 로터의 플랜지 후단에 연결되며, 후단부에는 미들 샤프트(220)로 회전력을 전달하는 메인 기어(212)가 결합되어 있다. The main shaft 210 is connected to the rear end of the flange of the rotor rotating together with the hub at the front end and the main gear 212 is coupled to the rear end of the main shaft 210 to transmit rotational force to the middle shaft 220.

보조 샤프트(230)는 후단에서 동기 발전기(130)에 연결되어 동기 발전기(130)에서 보조 샤프트(230)의 회전력에 따른 전기 에너지 생성이 가능하게 하며, 전단부에는 미들 샤프트(220)로부터 회전력을 전달받는 보조 기어(232)가 결합되어 있다. The auxiliary shaft 230 is connected to the synchronous generator 130 at the subsequent stage to generate electric energy according to the rotational force of the auxiliary shaft 230 at the synchronous generator 130. At the front end, And an auxiliary gear 232 to be transmitted is coupled.

미들 샤프트(220)는 메인 샤프트(210)와 보조 샤프트(230) 사이에서 로터의 회전력을 전달한다. 미들 샤프트(220)는 메인 샤프트(210)의 메인 기어(212)와 치합하는 메인측 미들 기어(224), 보조 샤프트(230)의 보조 기어(232)와 치합하는 보조측 미들 기어(226), 후술할 동기 속도 제어기(140)의 구동 기어(146)와 치합하는 구동측 미들 기어(222)를 포함한다. 예를 들어, 미들 샤프트(220)에는 메인측 미들 기어(224), 구동측 미들 기어(222), 보조측 미들 기어(226) 순서로 기어가 결합되어 있을 수 있다. The middle shaft 220 transmits the rotational force of the rotor between the main shaft 210 and the auxiliary shaft 230. The middle shaft 220 includes a main side middle gear 224 meshing with the main gear 212 of the main shaft 210, an auxiliary side middle gear 226 meshing with the auxiliary gear 232 of the auxiliary shaft 230, And a driving-side middle gear 222 meshing with a driving gear 146 of a synchronous speed controller 140 to be described later. For example, the middle shaft 220 may be coupled to the main-side middle gear 224, the drive-side middle gear 222, and the auxiliary-side middle gear 226 in this order.

기어 박스(120)에는 동기 속도 조정을 위해 미들 샤프트(220)가 설치되어 있으며, 미들 샤프트(220)의 구동측 미들 기어(222)에 치합되는 구동 기어(146)를 가지는 동기 속도 제어기(140)에 의해 동기 속도 조절이 이루어질 수 있다. The gear box 120 is provided with a middle shaft 220 for synchronous speed adjustment and a synchronous speed controller 140 having a driving gear 146 meshed with the driving side middle gear 222 of the middle shaft 220, The synchronous speed can be adjusted by the synchronous speed control.

동기 발전기(130)는 보조 샤프트(230)를 통해 전달된 회전력을 전기적 에너지로 변환한다. 동기 발전기(130)에서 생성된 전기 에너지는 계통 연계 변압기(155)를 통해 계통(150)으로 전달된다. The synchronous generator 130 converts the rotational force transmitted through the auxiliary shaft 230 into electrical energy. The electric energy generated by the synchronous generator 130 is transmitted to the system 150 through the grid-connected transformer 155.

보조 샤프트(230)와 동기 발전기(130) 사이에는 기계적 토크값이 미리 설정된 한계치를 초과하는 경우 기계적인 동작을 통해 시스템을 보호하기 위한 토크 리미터(125)가 설치되어 있을 수 있다. Between the auxiliary shaft 230 and the synchronous generator 130, a torque limiter 125 may be provided to protect the system through mechanical operation when the mechanical torque value exceeds a preset limit value.

동기 속도 제어기(140)는 기어 박스(120) 내부의 회전 속도 및 토크를 제어하기 위한 수단으로, 시스템 제어부(110)로부터의 제어 신호에 따라 미들 샤프트(220)의 회전을 제어한다. The synchronous speed controller 140 is a means for controlling the rotational speed and the torque inside the gear box 120 and controls the rotation of the middle shaft 220 according to a control signal from the system control unit 110. [

동기 속도 제어기(140)는 시스템 제어부(110)로부터의 제어 신호에 상응하는 구동 신호를 출력하는 모터 구동부(142), 모터 구동부(142)의 구동 신호에 따라 회전하는 모터(144), 모터(144)의 샤프트에 결합된 구동 기어(146)를 포함한다. The synchronous speed controller 140 includes a motor driving unit 142 that outputs a driving signal corresponding to a control signal from the system control unit 110, a motor 144 that rotates according to a driving signal of the motor driving unit 142, (Not shown).

모터(144)의 회전 속도 증감에 따라 구동 기어(146)를 통한 기계적 출력이 제어되어, 미들 샤프트(220)의 회전 속도 및 토크를 제어하는 것이 가능하다. The mechanical output through the drive gear 146 is controlled in accordance with the increase or decrease of the rotational speed of the motor 144 so that the rotational speed and torque of the middle shaft 220 can be controlled.

모터(144)와 구동 기어(146) 사이에는 기계적 토크값이 미리 설정된 한계치를 초과하는 경우 기계적인 동작을 통해 모터(144)를 보호하기 위한 토크 리미터(148)가 더 설치되어 있을 수 있다. Between the motor 144 and the drive gear 146, a torque limiter 148 may be further provided to protect the motor 144 through mechanical operation when the mechanical torque value exceeds a preset limit value.

시스템 제어부(110)는 풍력 발전 시스템에 설치되어 있는 각종 센서로부터 센싱 신호를 입력받고, 이에 따라 각종 구성요소가 정상 동작하도록 제어한다. The system control unit 110 receives a sensing signal from various sensors installed in the wind power generation system, and controls the various components to operate normally.

시스템 제어부(110)는 풍속 센서로부터 풍속 신호를 입력받고, 풍속에 따라 블레이드 각도를 제어하도록 하는 피치 제어 신호를 생성하여 피치 제어기(160)로 전송한다. 피치 제어기(160)는 시스템 제어부(110)로부터의 피치 제어 신호에 따라 블레이드 각도를 조절하여 시스템 내부로 입력되는 기계적 입력값(즉, 허브의 회전 속도 및/또는 토크)을 조정한다. The system controller 110 receives the wind speed signal from the wind speed sensor, generates a pitch control signal for controlling the blade angle according to the wind speed, and transmits the pitch control signal to the pitch controller 160. The pitch controller 160 adjusts the blade angle according to the pitch control signal from the system controller 110 to adjust the mechanical input value (i.e., the rotational speed and / or the torque of the hub) input into the system.

또한, 시스템 제어부(110)는 동기 발전기(130)에 설치된 제1 RPM 센서(175)와 미들 샤프트(220)의 끝단에 설치된 제2 RPM 센서(170)로부터 동기 발전기(130)의 RPM(RPM(G)) 및 미들 샤프트(220)의 RPM(RPM(g))을 입력받고, 비교한 결과에 따라 미들 샤프트(220)의 RPM을 동기 발전기(130)의 RPM에 동기화시킬 수 있도록 하는 RPM 제어 신호를 모터 구동부(142)로 전송한다(도 3 참조). The system controller 110 receives the RPM of the synchronous generator 130 from the first RPM sensor 175 installed at the synchronous generator 130 and the second RPM sensor 170 installed at the end of the middle shaft 220, And the RPM of the middle shaft 220 is synchronized with the RPM of the synchronous generator 130 according to the result of the comparison, To the motor driver 142 (see Fig. 3).

모터 구동부(142)는 RPM 제어 신호를 모터(144)의 회전 속도를 증감시키는 구동 신호로 변환하여 모터(144)를 구동한다. 모터(144)의 회전 속도 증감에 따라 기어 박스(120) 내부의 회전 속도 및 토크가 가감되어 출력단에 있는 보조 샤프트(230)의 RPM이 동기 발전기(130)의 RPM과 동기화될 수 있게 된다. The motor driving unit 142 converts the RPM control signal into a driving signal for increasing or decreasing the rotational speed of the motor 144 to drive the motor 144. The RPM of the auxiliary shaft 230 at the output end can be synchronized with the RPM of the synchronous generator 130 by increasing or decreasing the rotational speed and torque of the gear box 120 as the rotational speed of the motor 144 increases or decreases.

즉, 본 실시예에서는 기어의 증감 운전을 가변적으로 동작시킴으로써 동기 발전기(130)의 출력 전원과 계통(150) 측의 전원이 동상으로 움직이도록 운전하는 것이 가능하게 된다. 동기화가 이루어지지 않는다면 탈조 등의 계통 사고가 발생할 가능성이 있어 동기 발전기(130)의 출력 전원과 계통(150) 측 전원을 동상으로 동기화시키는 것은 매우 중요한 부분이다. That is, in this embodiment, it is possible to operate the output power of the synchronous generator 130 and the power of the system 150 side to move in the same phase by varying the operation of increasing and decreasing the gear. It is very important to synchronize the output power of the synchronous generator 130 and the power of the system 150 in phase with each other because there is a possibility that systematic accidents such as loss of synchronization occur.

보조 샤프트(230)의 RPM은 미들 샤프트(220)의 RPM과 동일할 수 있는데, 이는 무부하 운전 시에는 기어 박스(120) 내부에 부하가 걸려 있지 않기 때문이다. 하지만, 전술한 RPM 제어가 수행되는 경우에는 미들 샤프트(220)의 RPM과 보조 샤프트(230)의 RPM 사이에 보조측 미들 기어(226)와 보조 기어(232)의 기어비를 이용한 보정이 필요할 수도 있다. The RPM of the auxiliary shaft 230 may be equal to the RPM of the middle shaft 220 because no load is applied to the gear box 120 during no-load operation. However, when the above-described RPM control is performed, correction using the gear ratio of the auxiliary side gear 226 and the auxiliary gear 232 may be required between the RPM of the middle shaft 220 and the RPM of the auxiliary shaft 230 .

또한, 시스템 제어부(110)는 갑작스런 돌풍 상황이 감지된 경우, 피치 제어기(160)를 통한 피치 제어와는 별도로 동기 속도 제어기(140)로 RPM 제어 신호를 전송하여 역토크를 가하도록 기어 박스(120) 내의 미들 샤프트(220)를 제어함으로써 기계적으로 회전을 제어하여 돌발 사고를 최소화시키고 시스템 내부 장치들을 보호할 수 있다. The system controller 110 transmits the RPM control signal to the synchronous speed controller 140 separately from the pitch control through the pitch controller 160 to detect a sudden gust of wind, ) To control mechanical rotation to minimize incidents and protect system internal devices.

피치 제어기(160)를 통한 피치 제어에는 일정 시간이 소요되는 바, 시스템 제어부(110)는 갑작스런 돌풍 상황에서 동기 속도 제어기(140)를 제동 브레이크로서 활용할 수 있을 것이다. 여기서, 돌풍 상황의 감지는 풍속 센서로부터 입력된 풍속 신호의 분석에 의해 이루어질 수 있다. The pitch control through the pitch controller 160 takes a certain amount of time, so that the system controller 110 can utilize the synchronous speed controller 140 as a braking brake in a sudden blast situation. Here, the detection of the blast condition can be performed by analyzing the wind speed signal inputted from the wind speed sensor.

또한, 시스템 제어부(110)는 LVRT(Low Voltage Ride Through) 상황 하에서는 동기 속도 제어기(140)에 전력 제어 신호를 전송하여, 모터 구동부(142)가 컨버터로 전환되도록 할 수 있다. The system controller 110 may transmit a power control signal to the synchronous speed controller 140 under the LVRT (Low Voltage Ride Through) condition so that the motor driving unit 142 may switch to the converter.

평상 시 발전 모드에서는 모터 구동부(142)가 모터 구동용으로 동작하지만, 계통 전원 상실 시에 LVRT 규격을 준수하기 위해 모터 구동부(142)가 컨버터로 동작하여 내부의 충전된 DC 링크 전원을 활용하여 LVRT 기준의 무효분 기준 전압을 유지하도록 할 수 있다. In the normal power generation mode, the motor driving unit 142 operates for motor driving. However, in order to comply with the LVRT standard when the system power is lost, the motor driving unit 142 operates as a converter, It is possible to maintain the reference ineffective reference voltage.

도 4를 참조하면, 시스템 제어부(110)는 필터(111), 전력 제어기(112), 합성부(113), 스위칭부(114), 정상 상태 동작부(115), LVRT 상태 동작부(116)를 포함한다. 4, the system control unit 110 includes a filter 111, a power controller 112, a combining unit 113, a switching unit 114, a steady state operation unit 115, an LVRT state operation unit 116, .

필터(111)는 계통 측 전압 센서에서 감지한 계통 측 전압과 기어 박스(120) 내의 각종 파라미터를 입력받아 필터링한다. 전력 제어기(112)는 필터(111)를 거친 입력값을 이용하여 전력 레퍼런스(Power reference) Pelec을 출력한다. The filter 111 receives and filters the system side voltage sensed by the system side voltage sensor and various parameters in the gear box 120. The power controller 112 outputs a power reference Pelec using the input value passed through the filter 111. [

합성부(113)는 전력 제어기(112)의 출력값(Pelec)과 역률 보정 파라미터를 합성한다. 역률 보정 파라미터는 LVRT 상황에서 무효 전원 성분을 제어하기 위해 필요한 역률 보정을 위한 값으로, 예를 들어 "Tan (Vref)/역률"로 설정될 수 있다. The combining unit 113 combines the output value Pelec of the power controller 112 and the power factor correction parameter. The power factor correction parameter is a value for power factor correction required to control the reactive power component in the LVRT situation, and may be set to, for example, "Tan (Vref) / power factor ".

스위칭부(114)는 LVRT 상황의 감지 여부에 따라 전력 레퍼런스를 정상 상태 동작부(115) 혹은 LVRT 상태 동작부(116)로 전달한다. 정상 상태 동작부(115)에서는 전력 레퍼런스가 "0(zero)"으로 출력되어 모터 구동부(142)가 미들 샤프트(220)의 회전 속도를 제어하기 위한 모터 구동용으로 사용되도록 한다. LVRT 상태 동작부(116)에서는 전력 레퍼런스가 "1"로 출력되어 모터 구동부(142)가 컨버터로서 기능하게 한다. The switching unit 114 transmits a power reference to the steady state operation unit 115 or the LVRT state operation unit 116 according to whether the LVRT status is detected. In the steady-state operation unit 115, the power reference is outputted as " 0 "so that the motor drive unit 142 is used for driving the motor for controlling the rotation speed of the middle shaft 220. In the LVRT state operation section 116, the power reference is outputted as "1" to allow the motor drive section 142 to function as a converter.

즉, 정상 운전 상태에서는 모터 구동부 운전을 위해 DC 커패시터를 충전하며, 계통 측 전압 센서를 통해 계통 측 전압 상실이 확인되는 경우 모터 구동부(142)를 계통 연계형 컨버터로 운전 전환하고, DC 커패시터의 충전 전압을 활용하여 계통 측의 무효 전원 성분을 조정할 수 있게 된다. 여기서, LVRT 규격에 맞도록 운전한다는 것은 예를 들어 LVRT 전압이 계통 전압의 3~4%로 규정되어 있고 유지 시간은 10초 이내인 것을 의미한다. That is, in the normal operation state, the DC capacitor is charged to operate the motor driving unit. When the loss of the system side voltage is confirmed through the system side voltage sensor, the motor driving unit 142 is switched to the grid connection type converter, It is possible to adjust the ineffective power source component on the system side by utilizing the voltage. Here, the operation according to the LVRT standard means, for example, that the LVRT voltage is specified to 3 to 4% of the grid voltage and the sustain time is less than 10 seconds.

정상 운전 상태에서 DC 커패시터의 충전은 내부 전력 반도체 소자를 통해 이루어지며, 초기 운전 시작 시에는 별도의 계통 전원과 정류기(Thyristor)를 활용하여 충전하게 된다. 저용량의 경우 모터 구동부(142)에 포함되는 계통 측 컨버터 내부의 역방향 다이오드를 통해 충전이 이루어질 수 있다. In normal operation, the DC capacitor is charged through an internal power semiconductor device. At the start of the initial operation, a separate system power source and a thyristor are used to charge the DC capacitor. In the case of a low capacity, charging can be performed through a reverse diode inside the system side converter included in the motor driver 142.

이외에도 시스템 제어부(110)는 기어 박스(120) 내부의 기어들의 동작에 따른 온도, 진동, 회전 속도 등을 실시간으로 감시하고 이와 관련된 각종 데이터를 기록 및 보존(logging)할 수 있다. In addition, the system controller 110 can monitor temperature, vibration, and rotational speed of the gears 120 in the gear box 120 in real time and record and store various data related thereto.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기어 제어형 풍력 발전 시스템의 운영 방법의 순서도이다. 도 5에 도시된 각 단계들은 전술한 기어 제어형 풍력 발전 시스템의 각 구성요소들, 특히 시스템 제어부에서 수행될 수 있다. 5 is a flowchart of a method of operating a gear-controlled wind turbine system according to an embodiment of the present invention. Each of the steps shown in Fig. 5 can be performed in the respective components of the above-described gear-controlled wind power generation system, particularly in the system control section.

도 5를 참조하면, 단계 S300에서 시스템 제어부(110)는 계통 측 전압 센서에서 측정한 계통 측 전압을 입력받는다. Referring to FIG. 5, in step S300, the system control unit 110 receives the system side voltage measured by the system side voltage sensor.

단계 S305에서 시스템 제어부(110)는 계통 측 전압이 상실되었는지 여부, 즉 LVRT 상황이 되었는지를 판단한다. In step S305, the system control unit 110 determines whether or not the system side voltage has been lost, that is, whether or not the LVRT situation has been reached.

계통 측 전압이 상실되지 않은 경우에는 정상 운전 상태로 단계 S310 내지 S325에 따른 RPM 제어를 수행한다. 계통 측 전압이 상실된 경우에는 LVRT 운전 상태로 단계 S330으로 진행하여 전력 제어를 수행한다. When the system side voltage is not lost, RPM control according to steps S310 to S325 is performed in a normal operation state. If the system side voltage is lost, the process proceeds to step S330 in the LVRT operation state to perform power control.

우선 RPM 제어를 살펴보면, 단계 S310에서 시스템 제어부(110)는 동기 발전기(130)에 설치된 제1 RPM 센서(175)와 미들 샤프트(220)의 끝단에 설치된 제2 RPM 센서(170)에서 측정된 동기 발전기 RPM(RPM(G))과 미들 샤프트 RPM(RPM(g))을 전달받는다. First, in step S310, the system controller 110 controls the first RPM sensor 175 installed on the synchronous generator 130 and the second RPM sensor 170 installed on the end of the middle shaft 220, The generator RPM (RPM (G)) and middle shaft RPM (RPM (g)) are delivered.

단계 S315에서는 각 RPM 센서(170, 175)에서 전달받은 동기 발전기 RPM과 미들 샤프트 RPM을 비교하여 미들 샤프트 RPM이 동기 발전기 RPM에 동기화될 수 있도록 하는 RPM 제어 신호를 생성하고, 단계 S320에서 이를 동기 속도 제어기(140)의 모터 구동부(142)로 전달한다. In step S315, an RPM control signal is generated to allow the middle shaft RPM to be synchronized with the synchronous generator RPM by comparing the synchronous generator RPM and the middle shaft RPM received from the respective RPM sensors 170 and 175. In step S320, To the motor driver 142 of the controller 140.

단계 S325에서 모터 구동부(142)는 RPM 제어 신호에 상응하는 구동 신호를 생성하여 모터(144)를 구동시킴으로써, 미들 샤프트(220)의 구동측 미들 기어(222)와 치합하는 구동 기어(146)의 회전을 제어하여 미들 샤프트(220)의 회전을 조정하고, 기어 박스(120)의 출력단에서의 RPM이 동기 발전기(130)의 RPM과 동기화되도록 한다. In step S325, the motor drive unit 142 generates a drive signal corresponding to the RPM control signal and drives the motor 144 to drive the drive gear 146 meshed with the drive-side middle gear 222 of the middle shaft 220 The rotation of the middle shaft 220 is adjusted by controlling the rotation so that the RPM at the output of the gear box 120 is synchronized with the RPM of the synchronous generator 130. [

다음으로 전력 제어를 살펴보면, 단계 S330에서 시스템 제어부(110)는 모터 구동부(142)의 운전 모드를 컨버터로 전환한다. Next, the power control will be described. In step S330, the system control unit 110 converts the operation mode of the motor driving unit 142 into a converter.

단계 S335에서 컨버터로 전환된 모터 구동부(142)는 정상 운전 상태에서 내부의 DC 링크에 포함된 커패시터에 충전된 전원을 활용하여 계통 측 전원의 무효 전원 성분을 조정할 수 있게 된다. 또한, 단계 S340에서 풍속 센서에서 측정된 풍속 신호를 바탕으로 갑작스런 돌풍 상황이 감지된 경우, 단계 S315로 진행하여 모터 구동부(142)가 기어 박스(120)에 대한 제동 브레이크로서 기능하게 하는, 즉 미들 샤프트(220)에 역토크를 가하도록 하는 RPM 제어 신호를 생성할 수도 있다. The motor driving unit 142 converted to the converter in step S335 can use the power charged in the capacitor included in the internal DC link in the normal operation state to adjust the ineffective power source component of the system side power source. If a sudden blast condition is detected based on the wind speed signal measured by the wind speed sensor in step S340, the process proceeds to step S315 where the motor drive unit 142 functions as a braking brake for the gear box 120, And generate an RPM control signal to cause the shaft 220 to apply a reverse torque.

돌풍 상황이 발생할 경우 내부의 갑작스런 기어 회전 속도 및 토크가 발생하게 되며, 이로 인해 기계적인 스트레스를 받게 되어 기계적인 파손이 발생하게 된다. 하지만, RPM 제어 신호를 통해 미들 샤프트(220)에 역토크를 가함으로써 동기 속도 제어기(140)가 기어 박스(120)의 제동 브레이크로서 기능하게 되어 기계적인 파손을 방지할 수 있게 된다. When a blast condition occurs, the internal sudden gear rotation speed and torque are generated, which causes mechanical stress, resulting in mechanical breakage. However, by applying reverse torque to the middle shaft 220 through the RPM control signal, the synchronous speed controller 140 functions as a braking brake of the gear box 120, thereby preventing mechanical breakage.

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: 기어 제어형 풍력 발전 시스템 110: 시스템 제어부
120: 기어 박스 130: 동기 발전기
140: 동기 속도 제어기 150: 계통
160: 피치 제어기 142: 모터 구동부
144: 모터 146: 구동 기어
210: 메인 샤프트 212: 메인 기어
220: 미들 샤프트 222: 구동측 미들 기어
224: 메인측 미들 기어 226: 보조측 미들 기어
230: 보조 샤프트 232: 보조 기어100: Gear control type wind power generation system 110: System control section
120: gear box 130: synchronous generator
140: Synchronous speed controller 150: System
160: Pitch controller 142: Motor driver
144: motor 146: drive gear
210: main shaft 212: main gear
220: Middle shaft 222: Drive side middle gear
224: Main side middle gear 226: Auxiliary side middle gear
230: auxiliary shaft 232: auxiliary gear

Claims (9)

계통(Grid)에 연계된 동기 발전기를 포함하는 풍력 발전 시스템에서,
전단에 설치된 허브에 장착된 블레이드의 회전력을 후단의 상기 동기 발전기에 전달하는 메인 샤프트, 미들 샤프트, 보조 샤프트의 3단 샤프트 구조를 가지는 기어 박스와;
RPM 제어 신호에 따라 상기 미들 샤프트의 회전을 가감하는 동기 속도 제어기와;
상기 보조 샤프트가 상기 동기 발전기에 상응하는 RPM을 가지도록 하는 상기 RPM 제어 신호를 생성하는 시스템 제어부를 포함하는 기어 제어형 풍력 발전 시스템. In a wind turbine system including a synchronous generator linked to a grid,
A gear box having a three-stage shaft structure of a main shaft, a middle shaft, and an auxiliary shaft for transmitting rotational force of a blade mounted on a hub installed at a front end to the synchronous generator at a rear end;
A synchronous speed controller for increasing / decreasing rotation of the middle shaft according to an RPM control signal;
And the system control unit generates the RPM control signal such that the auxiliary shaft has an RPM corresponding to the synchronous generator. 제1항에 있어서,
상기 기어 박스는,
상기 허브와 같이 회전하며 후단부에 상기 미들 샤프트로 회전력을 전달하는 메인 기어가 결합된 상기 메인 샤프트와;
전단부에 상기 미들 샤프트로부터 회전력을 전달받는 보조 기어가 결합되어 있어 상기 회전력을 상기 동기 발전기로 전달하는 보조 샤프트와;
전단부에 상기 메인 기어와 치합하는 메인측 미들 기어가 결합되고, 후단부에 상기 보조 기어와 치합하는 보조측 미들 기어가 결합되며, 중간부에 상기 동기 속도 제어기의 구동 기어와 치합하는 구동측 미들 기어가 결합되어 있는 미들 샤프트를 포함하는 기어 제어형 풍력 발전 시스템. The method according to claim 1,
The gear box includes:
A main shaft rotatable with the hub and coupled to a rear end of the main shaft to transmit rotational force to the middle shaft;
An auxiliary shaft coupled to an auxiliary gear which receives a rotational force from the middle shaft at a front end thereof to transmit the rotational force to the synchronous generator;
Side intermediate gear meshed with the main gear is coupled to a front end portion of the driven-side middle gear, the auxiliary-side middle gear meshed with the auxiliary gear is coupled to a rear end portion thereof, A gear-controlled wind turbine system comprising a middle shaft to which gears are coupled. 제2항에 있어서,
상기 동기 속도 제어기는,
상기 RPM 제어 신호에 따라 모터의 회전 속도를 제어하는 모터 구동부와;
상기 모터의 샤프트에 결합되며 상기 구동측 미들 기어와 치합하는 상기 구동 기어를 포함하는 기어 제어형 풍력 발전 시스템. 3. The method of claim 2,
Wherein the synchronous speed controller comprises:
A motor driving unit for controlling the rotation speed of the motor according to the RPM control signal;
And a drive gear coupled to the shaft of the motor and meshing with the drive side middle gear. 제1항에 있어서,
상기 시스템 제어부는 풍속 센서로부터의 풍속 신호를 분석한 결과 돌풍 상황이 감지되면 상기 미들 샤프트에 역토크를 가하도록 하는 상기 RPM 제어 신호를 생성하여 상기 동기 속도 제어기로 출력하는 기어 제어형 풍력 발전 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the system control unit generates the RPM control signal for applying a reverse torque to the middle shaft when the blast condition is detected as a result of analysis of the wind speed signal from the wind speed sensor and outputs the RPM control signal to the synchronous speed controller. 제1항에 있어서,
상기 시스템 제어부는 계통 측 전압을 측정한 결과 LVRT(Low Voltage Ride Through) 상황으로 감지되면 상기 동기 속도 제어기를 컨버터로 전환하는 기어 제어형 풍력 발전 시스템. The method according to claim 1,
Wherein the system controller switches the synchronous speed controller to a converter when it is detected as a low voltage ride through (LVRT) condition as a result of measuring a grid voltage. 제1항에 기재된 상기 기어 제어형 풍력 발전 시스템의 시스템 제어부에서 수행되는 풍력 발전 시스템 운영 방법으로서,
(a) 상기 시스템 제어부에서 계통 측 전압을 입력받는 단계;
(b) LVRT 상황 여부를 판단하는 단계;
(c) LVRT 상황이 아닌 경우 상기 기어 제어형 풍력 발전 시스템을 정상 운전 상태로 설정하여 RPM 제어를 수행하고, LVRT 상황인 경우 LVRT 운전 상태로 설정하여 전력 제어를 수행하는 단계를 포함하는 풍력 발전 시스템 운영 방법. A method of operating a wind turbine system performed in a system control unit of the gear-controlled wind turbine system according to claim 1,
(a) receiving a system side voltage from the system controller;
(b) determining whether the LVRT situation is present;
(c) performing the RPM control by setting the gear-controlled wind turbine system to the normal operation state and performing the power control by setting the LVRT operation state when the LVRT situation is not LVRT Way. 제6항에 있어서,
상기 단계 (c)에서 LVRT 상황이 아닌 경우,
(c1) 상기 동기 발전기의 RPM과 상기 미들 샤프트의 RPM을 입력받는 단계;
(c2) 상기 동기 발전기의 RPM과 상기 미들 샤프트의 RPM을 비교하여 상기 미들 샤프트의 RPM이 상기 동기 발전기의 RPM에 동기화되도록 하는 RPM 제어 신호를 생성하는 단계; 및
(c3) 상기 RPM 제어 신호에 따라 상기 동기 속도 제어부의 모터 구동부가 구동 신호를 생성하여 모터를 구동시켜 상기 미들 샤프트의 회전을 제어하는 단계를 포함하는 풍력 발전 시스템 운영 방법. The method according to claim 6,
If it is not the LVRT situation in step (c)
(c1) receiving the RPM of the synchronous generator and the RPM of the middle shaft;
(c2) comparing the RPM of the synchronous generator with the RPM of the middle shaft to produce an RPM control signal that causes the RPM of the middle shaft to be synchronized to the RPM of the synchronous generator; And
(c3) controlling the rotation of the middle shaft by driving the motor by generating a driving signal by the motor driving unit of the synchronous speed control unit according to the RPM control signal. 제6항에 있어서,
상기 단계 (c)에서 LVRT 상황인 경우,
(c1) 상기 동기 속도 제어기의 모터 구동부의 운전을 컨버터로 전환하는 단계; 및
(c2) 정상 운전 상태에서 상기 모터 구동부의 DC 커패시터에 충전된 전원을 이용하여 상기 계통의 무효 전원 성분을 조정하는 단계를 포함하는 풍력 발전 시스템 운영 방법. The method according to claim 6,
In the LVRT situation in step (c)
(c1) switching the operation of the motor driving unit of the synchronous speed controller to a converter; And
(c2) adjusting an ineffective power source component of the system using a power source charged in a DC capacitor of the motor driving unit in a normal operation state. 제6항에 있어서,
상기 단계 (c)에서 RPM 제어 중 풍속 센서에서 입력된 풍속 신호의 분석 결과 돌풍 상황으로 감지된 경우, 상기 시스템 제어부는 상기 미들 샤프트에 역토크를 가하도록 하는 상기 RPM 제어 신호를 생성하여 상기 동기 속도 제어부에 전달하는 풍력 발전 시스템 운영 방법. The method according to claim 6,
The system control unit generates the RPM control signal for causing the reverse shaft torque to be applied to the middle shaft when the wind speed signal inputted from the wind speed sensor during the RPM control in the step (c) To the control unit.
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