KR101436998B1 - 풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치 - Google Patents

풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 전기 컨버터(13); 상기 컨버터(13)와 전기적으로 커플링되며, 상기 컨버터(13)에 의해 전력이 공급되거나 공급될 수 있는 하나 이상의 전기 모터(20); 상기 컨버터(13)의 동작을 모니터링 하는 하나 이상의 모니터링 유닛으로서, 상기 모니터링 유닛에 의해 상기 컨버터(13)의 동작 시의 하나 또는 복수의 기능 불량이 확인되거나 확인될 수 있으며, 그에 따라 상기 컨버터(13)의 동작이 적어도 일시적으로 방해되거나 방해될 수 있는, 모니터링 유닛; 활성화될 수 있는 하나 이상의 활성화 추가 유닛(28)을 가지는, 풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치에 관한 것이다. 상기 추가 유닛을 활성화하는 것은 비상 동작 동안 모니터링 유닛(43)에 의한 컨버터의 동작의 방해를 방지하거나 방지할 수 있다.

Description

풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치{BLADE ANGLE ADJUSTMENT DRIVE FOR A WIND POWER PLANT}
본 발명은 풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치와 관련된 것으로서, 상기 구동 장치는 하나 이상의 전기 컨버터, 컨버터와 전기적으로 커플링되며 컨버터에 의해 전력이 공급되거나 공급될 수 있는 하나 이상의 전기 모터, 컨버터의 동작을 모니터링 하는 하나 이상의 모니터링 유닛으로서, 모니터링 유닛에 의해 상기 컨버터의 동작 시의 하나 또는 복수의 기능 불량이 확인되거나 확인될 수 있으며, 그에 따라 컨버터의 동작이 적어도 일시적으로 방해되거나 방해될 수 있는, 모니터링 유닛을 포함한다. 본 발명은 또한 풍력 발전소용 블레이드 각 조절 구동 장치의 컨버터를 제어하는 방법과 관련된 것이다.
DE 20 2005 012 040 U1는, 인버터와 매개 회로 유닛에 동시에 전력을 공급하기 위해 전압 제한이 있는 일정-전류 소스로 로터 블레이드를 조절하는 전기 수단을 개시하고 있는데, 여기서 비-커플링 부재, 배터리 또는 매개 회로 캐패시터로 구성되는 배터리 저장 수단 이용된다. 네트워크가 중단되거나 단-시간의 모터의 높은 부하가 있다면 매개 회로 유닛에만 부하가 가해지도록, 일정-전류 소스의 전류-전압 특성이 전압 제한에 의해 조절되는데, 그것은 전기 에너지를 위한 드레인이 로터로부터 풍력 터빈으로 다시 공급될 때에 동작한다.
DE 10 2006 009 127 A1는, 그의 피치(pitch)가 피치 조절 수단에 의해 다양화되는 로터 블레이드를 구비하는 로터, 조절 목적을 위해 제공되는 비상 회로 및 피치 회로에 연결되는 서보모터(servomotor)를 포함하는 풍력 터빈을 개시하고 있는데, 여기서 정상 동작 동안 로터 블레이드는 피치 회로에 의해 동작되고, 비상 동작 동안 로터 블레이드는 비상 회로에 의해 동작되며, 비상 회로는 전기 에너지 저장 수단, 스위칭(switching) 수단, 보호 수단 및 서보모터에의 연결 라인을 포함한다. 보호 수단은 전기 전력이 서보모터 내로 또는 서보모터 밖으로 유동하는지 결정하도록 구성되는 전력-유동 탐지 모듈을 포함하며, 또한 전력이 서보모터 밖으로 유동할 때에 비상 회로 내에 전압 및/또는 전류를 제한하도록 구성되는 방전 모듈을 포함한다.
풍력 발전기에서, 컨버터를 구비한 구동 장치는 로터 블레이드 위치를 제어하기 위한 피치 구동 시스템으로 이용된다. 이러한 관점에서, 구동 시스템은 d.c. 컨버터 및 d.c. 모터(시리즈 권취형 기계, 션트(shunt) 권취형 기계 또는 이중-권취형 기계)로 구성되는 직류에 기초하여 구성될 수 있으며, 또는 주파수 컨버터(벡터-배향 제어가 있는 또는 없는) 및 3상 기계(비동기 기계 또는 동기 기계)로 구성되는 교류에 기초하여 구성될 수 있다. 전압에의 브리지 변동 또는 일시적인 전압 강하에 대비하여, d.c. 매개 회로를 구비하는 자기-정류 컨버터의 경우에, 배터리 또는 캐패시터가 다이오드에 의해 매개 회로 상에 커플링된다. 따라서, 이러한 상황에서 배터리로부터 필요 에너지가 취해질 수 있다.
컨버터의 최대 허용 전류를 초과하지 않기 위하여, 진행 전류가 모니터링 된다. 컨버터의 허용 전류 제한은 특히, 피크 전류보다 작은 공칭 전류로 감소된 이후에 정의된 시간 동안 동적 피크 전류가 허용되도록 구성된다.
컨버터의 동작성을 보장하는 다른 모니터링 기능이 컨버터 내에 통합된다. 종래의 모니터링 기능이 이용되는데, 예를 들면, 전기 모터의 실제 속도값의 모니터링, 과부하에 대한 컨버터의 출력 트랜지스터의 점검(출력 쇼트 회로, 비-접지), 주요 위상 감퇴에 대한 컨버터의 주요 공급 점검(세팅될 수 있는 시간 이후에 에러 메시지), 컨버터의 매개 회로 전압 모니터링(매개 회로 전압이 너무 높거나, 너무 낮거나, 추가 비교 임계치를 가지는 것), 전자 장치 공급의 모니터링, 과부하에 대한 브레이킹 저항 점검, 냉각 몸체 온도의 모니터링, 과부하에 대한 속도의 점검, 오픈 출력에 대한 컨버터의 점검, 컨버터 내에서의 CPU 프로그램 가동의 모니터링, 소통의 모니터링(이것이 오직 제어의 목적으로만 이용된다면; 시리얼 인터페이스, CAN 버스, 옵션 모듈), 계자 전류를 모니터링 하는데 추가하여 d.c. 시스템 내에서의 모터 온도 및 모터 과부하에 대한 모니터링을 들 수 있다. 이러한 모니터링 과정들이 채용될 수 있으며 또한 부분적으로 활성화되고 및/또는 비활성화될 수 있다.
d.c. 구동 장치가 이용될 때에, 안전 지점(예를 들어, 로터 블레이드의 날개형(feathered) 피치)의 방향으로의 비상 동작을 위해, 모터는 접촉을 스위칭함으로써 배터리에 직접 연결된다. 따라서, 교류에 대해, 컨버터에는 안전 지점 방향으로의 필수 비상 동작을 보장하는 것이 요구된다. 이러한 개념은 직류 구동 장치에 대한 증가분(increasing extent)에 비슷하게 이용되는데, 이는 스위칭의 필요는 적용할 수 없기 때문이다.
(실제 값에 따라 그리고 바이어스에 따라) 동적 피크 전류는 컨버터 내에 특정 시간 동안 제공되는데, 이러한 시간은 여느 바이어스 없이 유효하다. 전류가 이후에 세트 연속 전류(공칭 전류)로 감소된다. 값 및 시간은 정해진 방법으로 사전-결정된다. 더욱이, 전류는 소위 Ixt 계산에 의해 모니터링 된다.
대응 바이어스 및 진행 전류 요구가 있을 때에, 컨버터는 공칭 전류만을 허용하는 일이 발생할 수 있다. 부하 모멘트에 따라, 이는 구동 장치의 정지에까지, 관련되는 모터의 요구되는 속도값이 달성되지 못한다는 것을 의미할 수 있는데, 이는 로터 블레이드 위치의 위험한 불균형을 야기할 수 있다.
컨버터 내의 모니터링 기능들 중 하나가 에러를 탐지한다면, 이것은 컨버터의 억제를 유발하고, 상기 컨버터의 억제는 로터 블레이드 위치의 상위 모니터링을 이용한 비상 동작의 개시를 유발할 수 있다. 그러나, 이러한 비상 동작에 대해, 에러 리셋이 처음으로 수행될 수 있도록, 컨버터가 동작하는 것이 필요하다. 다시 구동 장치의 정지가 있을 수 있도록 비상 동작 동안 모니터링 과정들은 계속 활성화되고, 이에 따라 로터 블레이드 지점의 위험한 불균형이 수반될 수 있다.
본 발명의 목적은, 처음부터 전술한 형태의 블레이드 각 조절 구동 장치를 개선하여 로터 블레이드가 비상 동작 동안 가급적 빠르게 그들의 안전 지점에 이를 수 있도록 하는 것이다.
이러한 목적은 특허청구범위 제1항에 따른 블레이드 각 조절 구동 장치, 및 특허청구범위 제9항에 따른 방법에 의한 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 바람직한 개선은 종속항에서 제공된다.
이하에서, 본 발명이 도면을 참고하여 바람직한 실시예에 기초해서 설명될 것이다.
도 1은 풍력 발전기의 개략적인 모습을 도시하고 있다.
도 2는 블레이드 각 조절 구동 장치의 개략적인 블록 다이어그램을 도시하고 있다.
도 3은 전류 모니터링 시스템의 개략적인 블록 다이어그램을 도시하고 있다.
도 4는 속도 모니터링 시스템의 개략적인 블록 다이어그램을 도시하고 있다.
도 5는 풍력 터빈의 로터의 개략적인 정면을 도시하고 있다.
도 6은 개략적인 일련의 부하 신호를 도시하고 있다.
도 7은 개략적인 일련의 모터 전류를 도시하고 있다.
도 8은 로터 블레이드의 측면을 개략적으로 도시하고 있다.
도 9는 복수의 유닛들의 개략적인 모습을 도시하고 있다.
본 발명에 따른 풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치는 하나 이상의 전기 컨버터, 컨버터와 전기적으로 커플링되며, 컨버터에 의해 전력이 공급되거나 공급될 수 있는 하나 이상의 전기 모터, 컨버터의 동작을 모니터링 하는 하나 이상의 모니터링 유닛으로서, 모니터링 유닛에 의해 컨버터의 동작 시의 하나 또는 복수의 기능 불량(malfunction)이 확인되거나 확인될 수 있으며, 그에 따라 컨버터의 동작이 일시적으로 또는 적어도 일시적으로 방해되거나 방해될 수 있는, 모니터링 유닛, 및 하나 이상의 활성화 추가 유닛으로서, 활성화 추가 유닛의 활성화는 비상 동작 동안 모니터링 유닛에 의한 컨버터의 동작에의 방해를 방지하거나 방지할 수 있는, 활성화 추가 유닛을 포함한다.
추가 유닛의 활성화는 심지어 모니터링 유닛이 에러를 진단할 때에 컨버터의 무-방해(interruption-free) 동작을 허용한다. 따라서, 비상 동작 동안 상대적으로 빠르게 안전 지점에 이를 수 있다. 하나 이상의 모니터링 유닛은 바람직하게는 추가 유닛의 활성화된 상태에서 계속하여 동작할 수 있으나, 더 이상 컨버터 동작에의 방해를 가져오지 않는다.
용어 "비상 동작"은 특히 전기 모터에 커플링된 로터 블레이드가 안전 지점으로 그의 로터 블레이드 축 주위에서 회전되는 것을 의미한다고 이해될 수 있다. 안전 지점에서 바람은 바람직하게는 로터 블레이드 상에 작은 힘만을 발휘한다. 예를 들어, 안전 지점에서 로터 블레이드의 피치는 0이며, 이는 안전 지점이 또한 날개형 피치로 알려지도록 한다. 비상 동작 동안 풍력 발전기의 로터의 모든 블레이드는 바람직하게는 개별적인 안전 지점 내에 세팅된다. 특히 추가 유닛은, 비상 동작 동안 활성화되며, 혹은 비상 동작 동안 또는 비상 동작과 함께 활성화될 수 있다.
컨버터의 동작을 모니터링 하는 복수의 모니터링 유닛이 바람직하게 제공되는데, 이를 이용하여 컨버터 동작 시의 하나 또는 복수의 기능 불량이 확인되고, 그에 따라 컨버터의 동작이 일시적으로 또는 적어도 일시적으로 방해되거나 방해될 수 있다. 모니터링 유닛은 바람직하게는, 전기 모터의 속도, 과부하에 대한 컨버터의 출력 트랜지스터, 감쇠에 대한 컨버터의 주요 공급, 컨버터의 매개 회로에의 매개 회로 전압, 컨버터의 전자 부품에의 전기 에너지의 공급, 과부하에 대한 브레이킹 저항성, 컨버터 상에 공급되는 냉각 바디의 온도, 초과속도에 대한 전기 모터, 오픈 출력에 대한 컨버터, 컨버터 내에의 프로그램 동작, 컨버터와 하나 또는 복수의 다른 유닛 사이의 소통(예를 들어, 풍력 터빈의 제어), 전기 모터의 온도 및/또는 전기 모터의 과부하를 모니터링 한다. 직류 시스템에서, 계자 전류 역시 모니터링 된다. 이러한 모니터링 과정 각각은 하나의 모니터링 유닛에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 모니터링 유닛은 블레이드 각 조절 구동 장치 또는 컨버터의 동작에 영향을 미치거나 미칠 수 있는, 및/또는 블레이드 각 조절 구동 장치 또는 컨버터의 동작에 영향을 받거나 받을 수 있는 신호 및/또는 수량을 모니터링 한다.
블레이드 각 조절 구동 장치 또는 컨버터의 동작을 나타내는 신호는 바람직하게는 모니터링 유닛에 의해, 또는 모니터링 유닛 각각에 의해 모니터링 된다. 이러한 관점에서, 유효값 또는 유효값 범위가 구체적으로 신호 각각에 할당되는데 이는 신호 중 하나가 개별적인 유효값으로부터 벗어나거나 값의 개별적인 유효 범위 밖에 있을 때에 에러가 항상 존재하도록 한다. 추가 유닛이 활성화되지 않을 때에, 그리고 에러가 탐지될 때에, 결함 신호를 모니터링 할 담당인 모니터링 유닛은 컨버터 동작에의 방해를 시작하거나 시작할 수 있다. 그러나, 비상 동작에 있을 때에, 추가 유닛의 활성화 때문에, 이러한 방해는 방지되거나 방지될 수 있다. 특히, 추가 유닛의 활성화 때문에, 모니터링 유닛에 의한 컨버터의 동작에의 방해는 비상 동작 동안 방지되거나 방지될 수 있다.
바람직하게는, 전류 모니터링 유닛은 컨버터에 의해 전기 모터로 방출되는 전기 출력 전류를 모니터링 하며, 이에 따라 컨버터의 부하를 결정한다. 더욱이, 하나 이상의 전류 제한 유닛은 바람직하게는 컨버터의 과부하가 걸린 상태에서 최대 가능 출력 전류를 공칭 전류로 감소시키는데, 공칭 전류는 비-과부하 상태에서 컨버터가 제공하거나 제공할 수 있는 최대 가능 출력 전류로서의 피크 전류보다 더 작다. 출력 전류는 바람직하게는 추가 유닛이 활성화되지 않을 때만 전류 제한 유닛에 의해 공칭 전류로 감소된다. 특히, 추가 유닛의 활성화는 전류 제한 유닛에 의한 공칭 전류로의 출력 전류의 감소를 방지할 수 있다. 추가 유닛의 활성화에 의해, 비상 동작 동안 피크 전류는 바람직하게는 영구적으로 최대 가능 출력 전류로서 제공될 수 있으며, 이는 활성화 시기에의 컨버터의 부하에 무관하다. 따라서, 전기 모터의 감소된 속도 및 정지는 실질적으로 회피될 수 있으며, 이는 빠른 비상 동작이 가능하도록 한다. 본 발명의 구성에 따라, 전류 모니터링 유닛은 모니터링 유닛이거나 모니터링 유닛들 중의 하나이다. 전류 모니터링 유닛은 바람직하게는 컨버터 내부에 있다.
피크 전류는 구체적으로 공칭 전류보다 크다. 피크 전류는 바람직하게는 공칭 전류 크기의 1.5배이며 또는 2배 이하이다.
속도 모니터링 유닛은 바람직하게는 전기 모터의 속도를 나타내는 실제 속도값을 모니터링 하는데, 속도 센서는 상기 실제 속도값을 탐지하도록 제공된다. 실제 속도값을 고려하여서, 전기 모터의 속도는 바람직하게는 하나 이상의 속도 제어부를 이용하여 제어된다. 실제 속도값은 블레이드 각 조절 구동 장치의 동작을 특성화하는 신호를 형성하며, 즉 결함 있는 속도 센서 때문에, 상기 신호가 손실된다면, 속도 모니터링 유닛은 바람직하게는 컨버터 동작에의 방해를 시작한다. 따라서, 실제 속도값의 손실은 에러 중 하나이다. 속도 모니터링 유닛은 바람직하게는 추가 유닛이 활성화되지 않을 때에만 컨버터 동작을 방해한다. 따라서 특히, 추가 유닛의 활성화는 속도 모니터링 유닛에 의한 컨버터 동작에의 방해를 방지할 수 있다. 더욱이, 추가 유닛이 활성화 상태에 있을 때에, 속도 제어부는 바람직하게는 실제 속도값이 손실될 때의 제어 동작 모드(오픈-루프 동작)로 전이되는데, 이는 전기 모터의 속도가 비상 동작 동안 제어되거나 제어될 수 있도록 한다. 오픈-루프 동작으로의 전이는 바람직하게는 속도 모니터링 유닛에 의해 수행된다. 본 발명의 구성에 따르면, 속도 모니터링 유닛은 모니터링 유닛이거나 모니터링 유닛들 중 하나이다. 속도 모니터링 유닛은 바람직하게는 컨버터 내부에 있다.
하나 이상의 로터 블레이드는 바람직하게는 전기 모터에 커플링되는데, 특히 기계적으로 커플링되며, 전기 모터에 의해 로터 블레이드 축 주위에서 회전되거나 회전될 수 있다. 비상 동작을 이행할 때에, 로터 블레이드는 안전 지점으로 전기 모터에 의해 로터 블레이드 축 주위에서 회전된다.
본 발명의 개선에 따르면, 인터페이스 모니터링 유닛은 컨버터의 인터페이스를 모니터링 하는데, 인터페이스는 컨버터를 바람직하게는 컨버터 외부에 위치되는 제어 수단에 전기적으로 연결시킨다. 연결이 없다면 및/또는 컨버터와 제어 수단 사이에 결함 연결이 있다면, 컨버터 동작에의 방해가 바람직하게는 시작된다. 따라서, 연결의 결핍 및/또는 컨버터와 제어 수단 사이에의 결함 연결은 에러 중 하나이다. 인터페이스 모니터링 유닛은 바람직하게는 활성화 유닛이 활성화되지 않을 때에만 컨버터의 동작을 방해한다. 따라서 특히, 추가 유닛의 활성화는 인터페이스 모니터링 유닛에 의한 컨버터 동작에의 방해를 방지할 수 있다. 추가 유닛이 활성화될 때에, 그리고 연결이 없다면, 및/또는 컨버터와 제어 수단 사이에 결함 연결이 있다면, 컨버터는 특히 비상 동작을 수행하도록 활성화되는데, 이는 로터 블레이드가 안전 지점으로 회전되거나 회전될 수 있도록 한다. 이를 위해, 인터페이스 모니터링 유닛은 바람직하게는 비상 동작 활성화 신호를 생성하며, 그것을 컨버터의 비상 동작 활성화 인풋(input)에 공급할 수 있는데, 비상 동작 활성화 인풋은 그 이후에, 즉 비상 동작 활성화 신호에 응답하여, 비상 동작을 이행하거나 이행할 수 있으며, 안전 지점으로 로터 블레이드를 회전하거나 회전할 수 있다. 컨버터 동작에의 방해는 바람직하게는 시작되지 아니한다. 본 발명의 구성에 따르면, 인터페이스 모니터링 유닛은 모니터링 유닛이거나 모니터링 유닛들 중 하나이다. 인터페이스 모니터링 유닛은 바람직하게는 컨버터 내부에 있으나, 컨버터 외부에 구성될 수도 있다. 후자의 경우에, 인터페이스 모니터링 유닛은 바람직하게는 제어 수단 내에 통합된다. 컨버터의 비상 동작 활성화 인풋은 특히 비상 동작을 이행하기 위해 외부로부터 활성화될 수 있다. 예를 들어, 컨버터의 비상 동작 활성화 인풋은 제어 수단에 의해 제어될 수 있다. 추가 유닛이 활성활 될 때에, 그리고, 컨버터와 제어 수단 사이의 연결에 에러가 있다면, 컨버터의 비상 동작 활성화 인풋이 바람직하게는, 특히 비상 동작을 수행하기 위해, 인터페이스 모니터링 유닛에 의해 제어되거나 제어될 수 있다.
컨버터와 제어 수단 사이에의 연결의 모니터링은, 예를 들어 테스트 신호가 컨버터와 제어 수단 사이에 전송되도록 수행될 수 있다. 신호가 손실된다면, 연결에는 결함이 있는 것으로 고려될 수 있다. 인터페이스 모니터링 유닛이 컨버터 내부에 위치될 때에, 테스트 신호는 제어 수단에 의해 생성될 수 있으며, 예를 들어 인터페이스를 경유하여 컨버터로 공급될 수 있고, 인터페이스 모니터링 유닛이 인입(incoming) 테스트 신호를 모니터링 할 수 있다. 제어 수단은, 예를 들어 풍력 발전기의 제어 수단이다.
컨버터는 바람직하게는 특히 전기 캐피시터가 연결되는 매개 회로를 구비한다. 매개 회로는 바람직하게는 컨버터의 두 개의 전력 컨버터 사이에, 특히 컨버터의 정류기와 직류 단속기 또는 인버터 사이에 연결되는데, 여기서 정류기는 특히 컨버터의 인풋을 형성하거나 가지며, 직류 단속기 또는 인버터는 특히 컨버터의 아웃풋을 형성하거나 가진다. 전기 모터가 a.c. 모터라면, 인버터는 바람직하게는 아웃풋 측면 상에서 이용된다. 그러나, 전기 모터가 d.c. 모터이면, 직류 단속기는 바람직하게는 아웃풋 측면 상에서 이용된다. 매개 회로는 특히 d.c. 매개 회로이다.
매개 회로 전압 모니터링 유닛은 바람직하게는 컨버터의 매개 회로 전압을 모니터링 한다. 매개 회로 전압이 허용할 수 있는 범위 밖에 있다면, 컨버터 동작에의 방해가 바람직하게는 시작된다. 따라서, 허용할 수 있는 범위 밖에 있는 매개 회로 전압은 에러 중에 하나이다. 매개 회로 전압 모니터링 유닛은 바람직하게는 추가 유닛이 활성화되지 않을 때에만 컨버터의 동작을 방해한다. 따라서, 특히, 추가 유닛의 활성화는 매개 회로 전압 모니터링 유닛에 의한 컨버터 동작에의 방해를 방지할 수 있다. 더욱이, 추가 유닛이 활성화될 때에, 비상 동작 동안 매개 회로 전압은 바람직하게는 전압 조정기에 의해 제어되며, 따라서 허용할 수 있는 한계 내에서 유지된다. 이것은 바람직하게는 전기 모터의 발전기-기반의 동작에도, 예를 들어 전기 모터가 너무 빨리 회전할 때에도 적용된다. 본 발명의 구성에 따르면, 매개 회로 전압 모니터링 유닛은 모니터링 유닛이거나 모니터링 유닛들 중 하나이다. 매개 회로 전압 모니터링 유닛은 바람직하게는 컨버터 내부에 있다.
컨버터는 바람직하게는 디지털 컴퓨터를 포함한다. 본 발명의 구성에 따르면, 유닛들 각각은, 특히 모니터링 유닛 및/또는 하나 이상의 추가 유닛 각각은 디지털 컴퓨터에 의해 완전하게 또는 부분적으로 형성되며, 혹은 완전하게 또는 부분적으로 형성되는 디지털 컴퓨터이다. 대안적으로, 또는 그에 추가로, 유닛들의 하나의 또는 복수의 유사한 구성이 가능하다.
본 발명은 또한, 로터 허브 및 그들이 로터 블레이드 축 주위에서 회전할 수 있도록 각각이 로터 허브 상에 장착되는 복수의 로터 블레이드를 포함하며, 바람에 의해 구동되거나 구동될 수 있어 로터 축 주위를 회전할 수 있는 로터가 장착되는 장비를 포함하고, 로터 블레이드 마다 본 발명에 따른 블레이드 각 조절 구동 장치가 구비되어 각 로터 블레이드가 그의 로터 블레이드 축 주위에서 회전될 수 있는 블레이드 각 조절 시스템을 더 포함하는 풍력 발전기에 관한 것이다. 이러한 관점에서, 각 로터 블레이드는 바람직하게는 각 블레이드 각 조절 구동 장치의 전기 모터에 커플링되는데, 특히 기계적으로 커플링된다. 블레이드 각 조절 구동 장치 각각은, 이와 관련하여 설명된 모든 구성에 따라 개선될 수 있다.
바람직하게는 두 개 이상 또는 세 개 이상의 로터 블레이드가 있다. 특히, 세 개의 로터 블레이드가 있다. 로터 블레이드 축 각각은 로터 축에 대해 특히 가로축으로 또는 비스듬하게 움직인다.
본 발명은 또한 풍력 발전기의 블레이드 각 조절 구동 장치의 컨버터를 제어하는 방법과 관련된 것으로서, 상기 방법에서, 컨버터와 전기적으로 커플링되는 하나 이상의 전기 모터에는 컨버터에 의해 전력이 공급되며, 컨버터의 동작이 기능 불량에 대해 모니터링 되고, 기능 불량 시에 컨버터의 동작이 일시적으로 또는 적어도 일시적으로 방해되며, 컨버터의 추가 기능 활성화는 비상 동작 동안 기능 불량의 경우에 컨버터 동작에의 방해를 방지한다. 컨버터의 동작은 기능 불량의 경우에 특히 활성화되지 않을 때에만 방해된다.
컨버터의 동작은 바람직하게는 또한 활성화 동안 기능 불량에 대해 모니터링 된다. 그러나, 이러한 경우에, 기능 불량은 특히 컨버터 동작에의 방해를 유발하지 아니한다. 그러나, 일어나는 기능 불량은 바람직하게는 로그된다(logged).
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 본 발명의 블레이드 각 조절 구동 장치를 이용하여 수행되는데, 이는 상기 방법이 이와 관련하여 설명된 모든 구성에 따라 개선될 수 있도록 한다.
컨버터에 의해 전기 모터로 전달되는 전기 출력 전류는 바람직하게는 모니터링 되며, 컨버터의 부하는 그에 따라 결정된다. 특히, 컨버터가 과부하가 걸린다면, 최대 가능 출력 전류는 비-과부하 상태 시에 컨버터가 제공하는 최대 가능 출력 전류로서의 피크 전류보다 더 작은 공칭 전류로 감소된다. 출력 전류는 바람직하게는 활성화되지 않을 때에만 공칭 전류로 감소된다. 특히, 활성화는 출력 전류의 공칭 전류로의 감소를 방지한다. 활성화는 바람직하게는 영구적으로 비상 동작 동안 최대 가능 출력 전류로서의 피크 전류를 제공하며, 그 것은 활성화 시기에의 컨버터의 부하에 무관하다.
최대 가능 출력 전류로서의 피크 전류가 제공된다는 특징은 반드시 피크 전류가 또한 출력 전류로서 흐른다는 사실을 의미하지는 않는다. 그러나, 이것은 가능하다.
본 발명의 개선에 따르면, 전기 모터의 속도를 나타내는 실제 속도값은 모니터링 되며, 실제 속도값을 고려하여서 전기 모터의 속도는 제어된다. 그러나, 실제 속도값이 손실된다면, 제어는 더 이상 가능하지 않은데, 이는 컨버터 동작에의 방해가 시작되도록 한다. 따라서, 실제 속도값의 손실은 에러이다. 컨버터 동작은 바람직하게는 활성화되지 않을 때에만 방해된다. 특히, 실제 속도값이 손실될 때에 활성화는 바람직하게는 제어되는 전기 모터의 속도가 제어되도록 컨버터 동작에의 방해를 방지한다. 이것은 바람직하게는 비상 동작 동안 발생한다.
전기 모터는 바람직하게는 로터 블레이드 축 주위에서 로터 블레이드를 회전시킨다. 비상 동작의 경우에, 로터 블레이드는 특히 로터 블레이드 축 주위에서 안전 지점으로 회전된다.
본 발명의 구성에 따르면, 컨버터와 제어 수단 사이에의 전기적 연결이 모니터링 된다. 연결이 없다면 및/또는 컨버터와 제어 수단 사이에 결함 연결이 있다면, 컨버터 동작에의 방해가 시작된다. 따라서, 연결의 결핍 및/또는 컨버터와 제어 수단 사이에의 결함 연결은 에러이다. 컨버터의 동작은 바람직하게는 활성화되지 않을 때에만 방해된다. 특히, 활성화는 컨버터 동작에의 방해를 방지한다. 연결이 없다면 및/또는 컨버터와 제어 수단 사이에 결함 연결이 있다면, 활성화는 로터 블레이드가 안전 지점으로 회전되도록 비상 동작을 수행하기 위해 컨버터를 활성화한다. 이러한 목적을 위해, 비상 동작 활성화 신호가 특히 생성되며, 컨버터의 비상 동작 활성화 인풋에 공급된다. 그 이후에, 즉 비상 동작 활성화 신호에 응답하여, 비상 동작이 수행되고 로터 블레이드는 안전 지점으로 회전된다.
컨버터는 바람직하게는 매개 회로를 구비하는데, 이의 전압은 비상 동작 동안 모니터링 된다. 매개 회로 전압이 허용할 수 있는 범위 밖에 있다면, 컨버터 동작에의 방해가 시작된다. 따라서, 허용할 수 있는 범위 밖에 있는 매개 회로 전압은 에러이다. 컨버터의 동작은 바람직하게는 활성화되지 않을 때에만 방해된다. 특히, 활성화는 컨버터 동작에의 방해를 방지한다. 활성화는 바람직하게는 비상 동작 동안 매개 회로 전압을 제어하며, 이에 그것을 허용할 수 있는 한계 내에 유지시킨다. 매개 회로는 바람직하게는 d.c. 매개 회로이며, 특히 인풋 측면 상에의 정류기와 아웃풋 측면 상에의 컨버터의 직류 단속기 또는 인버터 사이에 연결된다. 매개 회로는 바람직하게는 매개 회로 캐패시터를 포함한다.
추가 기능은 활성화될 수 있다. 추가 기능은 바람직하게는 또한 비-활성화될 수 있다. 본 발명의 구성에 따르면, 예를 들어 전기 회로 및/또는 프로그램(소프트웨어)으로서 구현되는 추가 유닛에 의해, 추가 기능이 제공되며 및/또는 구현된다. 바람직하게는 컨버터 내면 및/또는 외면의 제어 수단, 예를 들어 풍력 터빈 제어 수단으로부터, 특히 추가 유닛에 공급되는 활성화 신호에 의해, 활성화가 바람직하게는 일어난다. 추가 유닛은 활성화 신호에 의해 활성화될 수 있으며, 이에 활성화된 상태로 이동될 수 있다. 추가 유닛은 바람직하게는 컨버터 내부에 있으며, 특히 디지털 컴퓨터에 의해 완전하게 또는 부분적으로 형성된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 활성화 시에 비상 동작을 가능하게 하는 추가 기능(추가 유닛)이 컨버터 내에 일체화되는데, 다시 말해서, 컨버터의 내부 모니터링 기능이 컨버터를 방해할 수 있는 것 없이 일체화된다. 추가로, 출력 전류에 대한 전류 제한이 바람직하게는 시간 한정 없이 피크 전류 값으로 세팅되며, 이는 전기 모터가 피크 모멘트를 적용할 수 있도록 한다. 개선에 따르면, 실제 속도값이 손실되면, 그로부터 대개 일어나는 구동 정지가, 자동적인, 오픈-루프 동작으로의 내부 변경에 의해 방지된다. 본 발명의 구성에 따르면, 컨버터의 제어 동안, 인터페이스는 버스 인터페이스에 의해 모니터링 되며, 연결이 없을 때에 메시지가 비상 동작의 외부 활성화를 위해 생성된다.
비상 동작 동안, 전기 모터의 발전기-기반의 동작이 발생할 때에, 구동 장치의 분리 정지 없이 그리고 이것이 컨버터의 파괴를 유발하는 일 없이, 매개 회로 전압은 또한 바람직하게는 허용할 수 있는 제한이 관찰되는 정도로 제어된다.
활성화 가능한 추가 기능은 구체적으로 비상 상황에 활성화되며, 이는 풍력 발전기에의 여느 위험이 방지되는 것이 가능하도록 한다. 추가 기능(추가 유닛)의 활성화가 컨버터를 손상시킬 수 있기 때문에, 추가 기능의 활성화는 바람직하게는 기록되는데, 이는 예를 들어 컨버터 내부에의 로그북(logbook) 내에서 수행될 수 있으며, 이는 추가 기능의 활성화가 재추적될 수 있도록 한다.
활성화 상태에서 피크 전류의 영구적인 공급은 또한, 컨버터의 바이어스에도 불구하고 전기 모터가 가능한 불량(sluggishness)을 극복하기에 충분한 토크를 적용할 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 기본적으로 구동 장치의 정지를 방지하는 것이 가능하다. 더욱이, 전기 모터에 의한 피크 전류의 공급 때문에, 존재하는 차단(blockade)의 최초 이탈(breakaway) 토크보다 더 큰 토크가 적용될 수 있다면, 이미 억제된 구동 장치가 다시 시작될 수 있다.
기능 불량 시의 컨버터 동작에의 방해의 억제와 추가 기능의 일체화는, 예를 들어 오픈-루프 동작으로의 변경과 매개 회로 전압의 제어는, 여전히 발생하는 기능 불량이 컨버터를 기능할 수 있게 한다면, 본 발명에 따른 구동 장치가 매우 유용하게 이용될 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 기초 부재(2) 상에 위치되는 타워(3) 및 기초 부재(2)로부터 멀리 떨어져 타워(3)의 일단 상에 위치되는 전력 하우스(4)를 구비하는 풍력 발전기(1)의 개략적인 모습을 나타내고 있다. 전력 하우스(4)는 그 위에 로터(6)가 회전 가능하게 장착되는 설비(지지부)를 구비하는데, 로터(6)는 로터 허브(7) 및 상기 로터 허브(7)에 연결되는 복수의 로터 블레이드(8, 9, 10)를 포함한다(도 5 참조). 로터(6)는 전력 하우스(4) 내에 배치되며 지지부(5)에 부착되는 전기 발전기(11)에 기계적으로 커플링된다.
로터(6) 내에는 컨버터(13)를 포함하며 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 각 조절 구동 장치(14)를 구비하는 블레이드 각 조절 시스템(12)이 배치되는데, 구동 장치(14)에 의해 로터 블레이드(8, 9, 10)는 로터 허브(7)에 대해 그의 각 길이방향 축(로터 블레이드 축)(15, 16, 17) 주위에서 회전될 수 있다. 블레이드 각 조절 구동 장치(14)들 중 하나는 바람직하게는 로터 블레이드 각각과 연계된다. 로터(6)는 바람(18)의 힘에 의해 로터 축(19) 주위에서 회전된다.
도 5는 로터(6)의 개략적인 정면을 나타내는 도면으로서, 도 5에는 세 개의 로터 블레이드(8, 9, 10)가 도시되고 있다.
도 2는 로터 블레이드 조절 시스템(12)의 블레이드 각 조절 구동 장치(14)들 중 하나의 개략적인 블록 다이어그램을 도시하고 있는데, 여기에서 전기 모터(20)는, 전기 전력 공급부(21)에 연결되며 그에 의해 전력이 공급되는 컨버터(13)들 중 하나에 전기적으로 커플링되는 d.c. 모터로서 구성된다. 더욱이, 컨버터(13)는 컨버터(13)를 제어하는 제어 수단(22)에 연결된다. 컨버터(13)는 정류기(23), 캐패시터(24)를 구비하는 매개 회로 및 직류 단속기(25)를 포함한다. 모터(20)는 모터(20)에 의해 로터 블레이드 축(15) 주위에서 회전될 수 있는 로터 블레이드(8)에 기계적으로 커플링된다.
도 3으로부터 확인할 수 있듯이, 컨버터(13)는 전류계(27)를 이용하여 모터 전류(출력 전류; IM)를 탐지하고, 그에 따라 컨버터(13)의 부하를 나타내는 부하 신호(UB, '제 1 신호'로도 지칭됨)를 생성하는 전류 모니터링 유닛(26)을 포함하는데, 부하 신호는 추가 유닛(28)과 상호 접속하는 전류 제한 유닛(29)에 공급되거나 공급될 수 있다. 부하 신호(UB)가 임계치(US) 아래에 있는 동안, 전류 제한 유닛(29)은 모터 전류(IM)를 피크 전류(IS)로 제한한다. 부하 신호(UB)가 임계치(US)에 이르거나 임계치(US)를 초과한다면, 전류 제한 유닛(29)은 모터 전류(IM)를 피크 전류(IS)보다 더 작은 공칭 전류(IN)로 감소시킨다. 공칭 전류(IN)는 바람직하게는 피크 전류(IS)의 절반이다.
도 3에서 추가 유닛의 오직 일부만이 도시되고 있는데, 그것은 스위칭 신호(30)에 의해 변경될 수 있는 스위치(S1)를 포함한다. 스위치(S1)는 예를 들어 트랜지스터 또는 계전기(relay)에 의해 형성된다. 추가 유닛(28)의 활성화된 상태에 대응하는 도시된 상태에서, 전류 제한 유닛(29)으로 스위칭되는 것은 부하 신호(UB)가 아니고 컨버터의 무부하 상태를 나타내는 신호(U0, '제 2 신호'라고도 지칭됨)이며, 따라서 그것은 임계값(US)에 이르거나 임계값(US)을 초과하지 않는다. 그러나, 스위칭 신호(30)는 스위치(S1)를 전류 제한 유닛(29)에 부하 신호(UB)가 공급되는 제2 지점으로 변경할 수 있는데, 이는 추가 유닛(28)의 비-활성화된 상태의 경우이다. 추가 유닛(28)의 활성화된 상태에서, 컨버터(13)의 과부하 상태는 전류 제한 유닛(29)의 동작 개시를 유발하지 아니하며, 이는 피크 전류(IS)가 출력 전류(IM)로서 일정하게 제공되도록 한다.
도 4는 전기 모터(20)의 속도 n을 제어하기 위한 속도 제어부(31)를 포함하는 속도 모니터링 시스템의 개략적인 블록 다이어그램을 도시하고 있는데, 여기서 속도는 속도 센서(33)에 의해 탐지되고 속도 제어부(31)에 실제 속도값(nactual)으로 공급된다. 더욱이, 세트 속도값(nset)이 세트 포인트 발전기(42)에 의해 속도 제어부(31)로 공급된다. 실제 속도값(nactual)이 이용 가능하지 않다면, 속도 제어부(31)의 제어된 동작으로 스위칭하는 것도 가능한데, 속도 제어부(31)는 이러한 목적을 위해 스위칭 신호(35)에 의해 동작될 수 있는 스위치(S2) 및 속도 제어 유닛(34)을 포함한다. 스위치(S2)는 예를 들어 트랜지스터 또는 릴레이에 의해 형성된다. 실제 제어부를 형성하는 속도 조절 유닛(32)이 또한 개략적으로 도시되고 있다. 도시된 스위치(S2)의 지점에서, 속도 제어부(31)는 실제 속도값 없이도 가능한 제어된 동작으로 스위칭된다. 그러나, 스위칭 신호(35)를 이용하여 스위치(S2)를 변경함으로써, 모터(21)가 실제 속도값 없이 불가능한 제어된 동작으로 스위칭된다.
도 3 및 도 4에서 유닛(26, 28, 31)들이 오직 개략적으로만 도시되고 있는데, 컨버터(13) 내에 통합된 디지털 컴퓨터(36)를 이용하여 수량적으로 구현되고 있다. 동일한 것이 대응되게 전압 조정기(37)에 적용되는데, 그 결과 추가 유닛(28)의 활성화된 상태에서, 매개 회로 전압(UZ)은 제어될 수 있고, 이에 따라 미리-정해진 제한 내에서 유지될 수 있다. 더욱이, 컨버터(13)의 인터페이스(38)는 모니터링 되며, 인터페이스(38)에 의해 제어 수단(22)이 컨버터(13)에 연결된다. 인터페이스(38)를 경유하여 제어 수단(22)과 컨버터(13) 사이에 결함 연결이 있다면, 제어 수단(22) 또는 컴퓨터(36)에 의해 구현되는 인터페이스 모니터링 유닛(43)이 적절한 비상 동작 활성화 신호를 생성하고 비상 동작 활성화 유닛(39)으로 그것을 공급하도록, 비상 동작이 컨버터(13)의 비상 동작 활성화 인풋(39)을 경유하여 개시된다.
비상 동작 동안, 예를 들어 인터페이스(38)를 경유하여 또는 인풋(39)을 경유하여 비상 동작이 외부에서 개시되었는지 여부와 무관하게, 또는 예를 들어 유닛들 중 하나에 의해 또는 디지털 컴퓨터(36)에 의해 비상 동작이 내부에서 개시되었는지 여부와 무관하게, 추가 유닛(28)은 바람직하게는 일정하게 활성화된다.
도 6에서 시간 t 동안 일련의 부하 신호(UB)는 개략적으로 플로팅되는데(plotted), 여기서 U0는 시간 t0에서 컨버터(13)의 무부하 상태를 나타낸다. 이러한 경우에, 최대 가능 피크 전류(IS)는 모터 전류(IM)로서 영구적으로 흐르며, 이는 부하 신호(UB)가 꾸준히 증가하도록 한다. 시간 t1에서, 스위치 S1은 차단되며, 부하 신호(UB)는 무부하 상태(U0)로 리셋된다. 일련의 모터 전류(IM)가 시간 t 동안 플로팅되는 도 7에서 확인할 수 있듯이, 피크 전류(IS)는 계속해서 흐른다. 스위칭 시간 t1에서, 전압(UB)은 컨버터(13)의 부하가 걸린 상태를 나타내는 값(U1)을 가진다. 값(U1)은 무부하 상태에 대한 값(U0)과 컨버터(13)의 과부하가 걸린 상태를 나타내는 값(US) 사이에 있다. 도 6은 컨버터(13)의 과부하가 걸린 상태를 나타내는 임계값 전압(US)을 도시하고 있다.
이하에서, 피크 전류(IS)가 계속 흐르도록 스위치(S1)는 시간 t1에서 폐쇄되지 않았다고 가정되는데, 전압(UB)은 시간 t2에서 임계값(US)에 이르며(도 6에서 점선으로 도시됨), 이는 피크 전류(IS)보다 더 작은 공칭 전류(IN)로의 출력 전류(IM)의 직접적인 감소를 유발한다(도 7에서 점선으로 도시됨). 전류 제한 유닛(29)은 모터 전류(IM)를 공칭 전류(IN)로 감소시킨다.
도 8은 로터 블레이드(8)의 단면을 개략적으로 도시하고 있는데, 여기서 α는 공기(바람)의 흐름 방향(40)에 대한 로터 블레이드(8)의 피치를 나타낸다. 로터 블레이드(8)를 로터 블레이드 축(15) 주위에서 회전시킴으로써, 로터 블레이드(8)은 다른 위치, 로터 블레이드(8)가 안전 지점에 세팅되었음을 나타내는, 점선의 도해(41) 내에 세팅될 수 있다.
도 9는 복수의 모니터링 유닛(26, 43, 46, 47) 및 활성화 상태에서 모니터링 유닛에 의한 컨버터(13)의 동작에의 방해를 방지하는 추가 유닛(28)을 개략적으로 도시하고 있다. 방해 활성화 유닛(44)이 또한 도시되고 있는데, 이의 활성화는 컨버터(13)의 방해를 유발한다. 방해 활성화 유닛(44)의 활성화를 위해 제공되는 모니터링 유닛의 출력은, 그의 인풋의 논리적 OR-동작을 방출하고 출력 신호로서 이러한 논리적 동작의 결과를 제공하는 논리 유닛(45)의 인풋에 연결된다. 논리 유닛(45)의 아웃풋과 방해 활성화 유닛(44) 사이에 논리 유닛(48)이 연결되는데, 논리 유닛(45)의 아웃풋은 논리 유닛(48)의 하나의 인풋에 연결되고, 추가 유닛은 논리 유닛(48)의 다른 인풋에 연결된다. 논리 유닛(48)은 그의 인풋들 모두의 논리적 AND-동작을 방출하고, 방해 활성화 유닛(44)에 출력 신호로서 이러한 논리 동작의 결과를 전송한다. 활성화 상태에서, 추가 유닛(28)은 일정하게 논리 유닛(48)으로 논리적 낮은 레벨을 방출하는데, 이는 모니터링 유닛의 출력 신호와 관계없이 방해 활성화 유닛(44)의 활성화가 방지되도록 한다. 이러한 경우에, 논리 유닛(48)은, 즉 일정하게, 그의 활성화가 논리적 높은 레벨을 요구하는 방해 활성화 유닛(44)으로, 논리적 낮은 레벨을 방출한다.
그러나, 비활성화된 상태에서, 추가 유닛(28)은 일정하게 논리 유닛(48)으로 논리적 높은 레벨을 방출하며, 이는 방해 활성화 유닛(44)의 활성화가 모니터링 유닛들 중 여느 것에 의해 가능하도록 하며, 하나의 또는 복수의 모니터링 유닛은, 이후에 논리 유닛(48)으로 낮은 레벨을 전송하는 논리 유닛(45)으로, 출력 신호로서 논리적 높은 레벨을 전송한다. 따라서, 논리 유닛(48)은, 이후에 활성화되고 컨버터(13)의 방해를 가져오는 방해 활성화 유닛(44)으로 논리적 높은 레벨을 전송한다. 추가 유닛(28)은 활성화 신호(49)에 의해 활성화될 수 있고 비활성화될 수 있다.
도 9는 속도 모니터링 유닛(46) 및 매개 회로 전압 모니터링 유닛(47)을 개략적으로 도시하고 있다. 속도 모니터링 유닛(46)은 전기 모터(20)의 실제 속도값(nactual)을 모니터링 하며, 이러한 값이 손실된다면, 추가 유닛(28)이 비활성화될 때에, 컨버터(13) 동작에의 방해를 개시한다. 더욱이, 매개 회로 전압 모니터링 유닛(47)은 매개 회로 전압(UZ)을 모니터링 하며, 매개 회로 전압이 허용할 수 있는 범위 밖에 있다면, 그리고 추가 유닛(28)이 비활성화된다면 컨버터(13)의 동작에의 방해를 개시한다.
도 9를 참고하여 설명되는, 추가 유닛(28)의 동작 모드 및 다른 유닛들과의 협력은 오직 실시예로서 이해되어야 하며, 다른 방법으로도 구현될 수 있다. 추가 유닛(28) 및 그의 다른 유닛과의 협력은 바람직하게는 컴퓨터(36)에 의해 수량적 방법으로 완전하게 또는 부분적으로 구현된다. 다른 유닛들 또한 바람직하게는 컴퓨터(36)에 의해 수량적 방법으로 완전하게 또는 부분적으로 구현된다.
1 풍력 발전기
2 기초 부재
3 타워
4 전력 하우스
5 지지부/설비
6 로터
7 로터 허브
8 로터 블레이드
9 로터 블레이드
10 로터 블레이드
11 전기 발전기
12 블레이드 각 조절 시스템
13 컨버터
14 블레이드 각 조절 구동 장치
15 로터 블레이드 축
16 로터 블레이드 축
17 로터 블레이드 축
18 바람
19 로터 축
20 전기 모터
21 전기 네트워크, 바람직하게는 a.c. 네트워크
22 제어 수단
23 정류기
24 매개 회로 캐패시터
25 직류 단속기
26 전류 모니터링 유닛
27 전류계
28 추가 유닛
29 전류 제한 유닛
30 스위칭 신호
31 속도 제어기
32 속도 조정 유닛
33 속도 센서
34 속도 제어 유닛
35 스위칭 신호
36 디지털 컴퓨터
37 전압 조정기
38 인터페이스
39 컨버터의 외부 인풋
40 흐름 방향
41 로터 블레이드의 안전 지점
42 세트-포인트 발전기
43 인터페이스 모니터링 유닛
44 방해 활성화 유닛
45 논리 유닛, OR-게이트
46 속도 모니터링 유닛
47 매개 회로 전압 모니터링 유닛
48 논리 유닛, AND-게이트
49 활성화 신호
IM 모터 전류
UB 부하 신호
US 임계치
U0 무부하 상태를 나타내는 신호
U1 스위칭 시기에의 부하 신호의 값
UZ 매개 회로 전압
S1 스위치
S2 스위치
IS 피크 전류
IN 공칭 전류
n 모터의 속도
nactual 실제 속도
nset 세트 속도
t0 시작 시간
t1 스위칭 시간
t2 과부하 시기
α 피치

Claims (15)

  1. 풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치로서,
    - 하나 이상의 전기 컨버터(13),
    - 상기 컨버터(13)와 전기적으로 커플링되며, 상기 컨버터(13)에 의해 전력이 공급되거나 공급될 수 있는 하나 이상의 전기 모터(20),
    - 상기 컨버터(13)의 동작을 모니터링하는 하나 이상의 모니터링 유닛으로서, 상기 모니터링 유닛에 의해 상기 컨버터(13)의 동작 시의 하나 또는 복수의 기능 불량이 확인되거나 확인될 수 있으며, 그에 따라 상기 컨버터(13)의 동작이 적어도 일시적으로 방해되거나 방해될 수 있는, 모니터링 유닛
    을 포함하고
    - 하나 이상의 활성화 추가 유닛(28)으로서, 상기 활성화 추가 유닛(28)의 활성화는 비상 동작 동안 상기 모니터링 유닛에 의한 상기 컨버터 동작에의 방해를 방지하거나 방지할 수 있는, 하나 이상의 활성화 추가 유닛(28)
    을 더 포함하고,
    상기 하나 이상의 활성화 추가 유닛은 상기 전기 컨버터에 걸린 부하를 나타내는 제 1 신호를 차단하고 상기 제 1 신호를 대신하여 상기 전기 컨버터의 무부하 상태를 나타내는 제 2 신호를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    - 전류 모니터링 유닛(26)을 이용하여, 상기 컨버터(13)에 의해 상기 전기 모터(20)로 전달되는 전기 출력 전류(IM)가 모니터링되거나 모니터링될 수 있으며, 이에 따라 상기 컨버터(13)의 부하가 결정되거나 결정될 수 있고,
    - 상기 제 1 및 제 2 신호들을 수신하기 위한 하나 이상의 전류 제한 유닛(29)을 이용하여, 상기 컨버터(13)의 과부하 상태에서, 최대 가능 출력 전류(IM)는, 상기 컨버터(13)가 비-과부하 상태에서 제공하거나 제공할 수 있는 최대 가능 출력 전류로서 피크값(peak value)(IS)보다 더 작은 공칭값(nominal value)(IN)으로 감소되거나 감소될 수 있으며,
    - 상기 활성화 추가 유닛(28)의 활성화에 의해 제공되는 제 2 신호를 이용하여, 활성화 시에의 상기 컨버터(13)의 부하에 무관하게, 비상 동작 동안 피크 전류(IS)가 영구적으로 최대 가능 출력 전류(IM)로서 제공되거나 제공될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 속도 모니터링 유닛(46)을 이용하여, 상기 전기 모터(20)의 속도를 나타내는 실제 속도값(nactual)이 모니터링 되거나 모니터링 될 수 있으며,
    - 하나 이상의 속도 제어기(31)를 이용하여, 상기 실제 속도값(nactual)을 고려하여서 상기 전기 모터(20)의 속도(n)가 제어되거나 제어될 수 있고,
    - 상기 활성화 추가 유닛(28)의 활성화에 의해, 비상 동작 동안 상기 전기 모터(20)의 속도(n)가 제어되거나 제어될 수 있도록, 상기 실제 속도값(nactual)이 손실될 때 상기 속도 제어기(31)가 동작 제어 모드로 전이되거나 전이될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기 모터(20)에 커플링되며, 상기 전기 모터(20)에 의해 로터 블레이드 축(15) 주위에서 회전되거나 회전될 수 있는 하나 이상의 로터(rotor) 블레이드(8)를 포함하는,
    풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    비상 동작이 이행될 때에, 상기 로터 블레이드(8)는 안전 지점까지 상기 로터 블레이드 축(15) 주위에서 회전되거나 회전될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    - 인터페이스 모니터링 유닛(43)을 이용하여, 상기 컨버터(13)의 인터페이스(38)가 모니터링되거나 모니터링될 수 있으며, 상기 인터페이스(38)에 의해 상기 컨버터(13)가 제어 수단(22)에 전기적으로 연결되고,
    - 상기 컨버터(13)와 상기 제어 수단(22) 사이에 결함 연결이 있을 때에, 상기 로터 블레이드(8)가 상기 안전 지점까지 회전되거나 회전될 수 있도록, 상기 컨버터(13)는 비상 동작을 이행하게끔 활성화되거나 활성화될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    - 상기 컨버터(13)는 정류기(23)와 직류 단속기 또는 인버터(25) 사이에 연결되는 매개 회로를 포함하며, 상기 매개 회로에는 매개 회로 전압(UZ)이 인가되고,
    - 상기 활성화 추가 유닛(28)의 활성화 때문에, 상기 컨버터(13)의 상기 매개 회로 전압(UZ)은 비상 동작 동안 제어되거나 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    유닛들은 디지털 컴퓨터(36)에 의해 완전하게 또는 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기용 블레이드 각 조절 구동 장치.
  9. 풍력 발전기의 블레이드 각 조절 구동 장치의 컨버터를 제어하기 위한 방법으로서,
    - 상기 컨버터(13)와 전기적으로 커플링되는 하나 이상의 전기 모터(20)에는 상기 컨버터(13)에 의해 전력이 공급되며,
    - 상기 컨버터(13)의 동작이 기능 불량에 대해 모니터링되고, 기능 불량 시에 상기 컨버터(13)의 동작이 적어도 일시적으로 방해되며,
    - 상기 컨버터(13)의 추가 기능 활성화에 의해, 비상 동작 동안 기능 불량 시에의 상기 컨버터(13) 동작에의 방해가 방지되고,
    상기 추가 기능 활성화에 의해 상기 전기 컨버터에 걸린 부하를 나타내는 제 1 신호가 차단되고 상기 제 1 신호를 대신하여 상기 전기 컨버터의 무부하 상태를 나타내는 제 2 신호가 공급되도록 구성되는,
    풍력 발전기의 블레이드 각 조절 구동 장치의 컨버터를 제어하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    - 상기 컨버터(13)에 의해 상기 전기 모터(20)에 전달되는 전기 출력 전류(IM)가 모니터링 되며, 그에 따라 상기 컨버터(13)의 부하가 결정되고,
    - 상기 컨버터(13)의 과부하 상태 시에, 최대 가능 출력 전류(IM)가, 비-과부하 상태에서 상기 컨버터(13)가 최대 가능 출력 전류(IM)로서 제공하는 피크 전류(IS)보다 더 작은 공칭 전류(IN)로 감소되며,
    - 활성화에 의해 제공되는 상기 제 2 신호를 사용하여, 활성화 시에의 상기 컨버터(13)의 부하에 무관하게, 비상 동작 동안 피크 전류(IS)가 최대 가능 출력 전류(IM)로서 영구적으로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기의 블레이드 각 조절 구동 장치의 컨버터를 제어하기 위한 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    - 상기 전기 모터(20)의 속도(n)를 나타내는 실제 속도값(nactual)이 모니터링되며, 상기 실제 속도값(nactual)을 고려하여서 상기 전기 모터(20)의 속도(n)가 제어되고,
    - 활성화의 결과로서, 상기 실제 속도값(nactual)이 손실될 때 상기 전기 모터(20)의 속도(n)가 제어되는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기의 블레이드 각 조절 구동 장치의 컨버터를 제어하기 위한 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    로터 블레이드(8)가 상기 전기 모터(20)에 의해 로터 블레이드 축(15) 주위에서 회전되는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기의 블레이드 각 조절 구동 장치의 컨버터를 제어하기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    비상 동작 동안, 상기 로터 블레이드(8)는 안전 지점까지 회전되는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기의 블레이드 각 조절 구동 장치의 컨버터를 제어하기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    - 상기 컨버터(13)와 제어 수단(22) 사이의 전기적 연결(36)이 모니터링 되고,
    - 활성화의 결과로서, 상기 컨버터(13)와 상기 제어 수단(22) 사이에 결함 연결이 있을 때에, 상기 컨버터는 비상 동작을 이행하게끔 활성화되어 상기 로터 블레이드(8)가 상기 안전 지점까지 회전되는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기의 블레이드 각 조절 구동 장치의 컨버터를 제어하기 위한 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    - 활성화의 결과로서, 비상 동작 동안 상기 컨버터(13)의 매개 회로 전압(UZ)이 제어되는 것을 특징으로 하는,
    풍력 발전기의 블레이드 각 조절 구동 장치의 컨버터를 제어하기 위한 방법.
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