KR101486733B1 - 풍력 터빈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력 터빈에 관한 것으로, 상기 풍력 터빈은 나셀(5); 상기 나셀(5)에 로터 축(7)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 상기 로터 축(7)을 중심으로 회전하도록 바람(13)에 의해 구동될 수 있으며, 로터 허브(8)와, 상기 로터 축(7)에 대해 횡방향으로 또는 실질적으로 횡방향으로 연장하는 블레이드 축(11,12)의 방향으로 각각 연장하며, 상기 로터 허브(8)에 그들 각각의 블레이드 축(11,12)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되는 복수의 로터 블레이드(9,10)를 포함한 로터(6); 상기 로터(6)에 배열되며, 상기 로터 블레이드가 그들의 블레이드 축(11,12)을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18); 상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)에 커플링되고, 상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)가 제어될 수 있도록 하는 적어도 하나의 블레이드 각도 제어 장치(24); 및 상기 로터(6)에 기계적으로 커플링되고, 상기 로터에 의해 구동될 수 있으며, 전기 에너지가 발생되도록 하는 적어도 하나의 전기 제너레이터(15);를 포함한다. 상기 블레이드 각도 제어 장치(24)는 상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)에 각각 커플링된 복수의 제어 유닛(22,23)을 포함하고, 그 중 제 1 제어 유닛(22)은 상기 로터(6)에 고정되며, 제 2 제어 유닛(23)은 상기 나셀(5)에 고정된다.
Description
본 발명은 풍력 터빈에 관한 것으로, 상기 풍력 터빈은 나셀; 상기 나셀에 로터 축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 상기 로터 축을 중심으로 회전하도록 바람에 의해 구동될 수 있으며, 로터 허브와, 상기 로터 축에 대해 횡방향으로 또는 실질적으로 횡방향으로 연장하는 블레이드 축의 방향으로 각각 연장하며, 상기 로터 허브에 그들 각각의 블레이드 축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되는 복수의 로터 블레이드를 포함한 로터; 상기 로터에 배열되며, 상기 로터 블레이드가 그들의 블레이드 축을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 블레이드 각도 조절 드라이브; 상기 블레이드 각도 조절 드라이브에 커플링되고, 상기 블레이드 각도 조절 드라이브가 제어될 수 있도록 하는 적어도 하나의 블레이드 각도 제어 장치; 및 상기 로터에 기계적으로 커플링되고, 상기 로터에 의해 구동될 수 있으며, 전기 에너지가 발생되도록 하는 적어도 하나의 전기 제너레이터;를 포함한다.
현대의 풍력 터빈은 로터에 회전가능하게 장착된 로터 블레이드를 포함하며, 블레이드 각도를 개별적으로 변화시킴으로써, 바람의 받음각이 변화될 수 있다. 이러한 피치 조절형 풍력 터빈이 예컨대 DE 103 38 127 B4로부터 공지되어 있다. 이러한 풍력 터빈에서, 로터 블레이드를 조절하기 위한 피치 시스템은 완전히 로터 내부에 배열된다. 즉, 풍력 터빈의 회전부 내에 배열된다. 상기 피치 시스템은 교류 네트워크에 연결되며, 로터 블레이드를 조절하기 위한 제어 및 조절 장치와 연관된 컨버터뿐만 아니라, 각각의 로터 블레이드를 위한 직류 모터를 포함한다. 네트워크에서 고장 또는 장애가 발생하는 경우, 모터의 전압 공급이 적어도 단기간 유지되도록 보장되어야만 한다. 따라서, 각각의 로터 블레이드를 위해 상기 피치 시스템은 배터리 또는 전기 에너지 저장 장치의 형태로 로터 내부에 배열된 직류 소오스를 포함하며, 이는 네트워크 장애시 개별 모터에 직접적으로 연결된다. 각각의 로터 블레이드는 모터의 조절 운동에 의해 페더드 피치 위치(feathered pitch position)로 전환되며, 이에 따라, 풍력 터빈이 스위치 오프된다. 또한, 공지의 피치 시스템에서, 스위칭 장비에 의해 개별 모터에 대한 각각의 직류 소오스의 연결이 로터 내부에 배열된 블레이드 각도 제어 장치를 통해 가능하며, 이에 따라, 풍력 터빈을 스위치 오프할 필요없이, 로터 블레이드의 간접적인 제어되거나 조절된 조절이 이루어질 수 있다.
EP 1 707 807A2는 블레이드 조절을 위해 직류 드라이브를 가진 풍력 터빈의 다른 피치 시스템을 개시한다. 모터를 위한 전압 정류가 브릿지 회로의 도움으로 이루어지며, 상기 브릿지 회로는 능동적인 전기 스위칭 요소를 포함함과 동시에, 네트워크 고장 또는 장애시 상기 피치 시스템을 위한 에너지 소오스로서의 역할을 한다. 여기서도 마찬가지로 피치 시스템은 완전히 풍력 터빈의 회전부 내에 배열된다.
풍력 터빈의 회전부 내에 피치 시스템을 배치하는 것은 상당한 단점과 연관된다. 회전시, 피치 시스템의 부품들은 로터의 운동으로 유발되는 다수의 피로 과정을 겪게 된다. 따라서, 상기 부품들은 특히 그들의 회전 운동과 관련하여 기계적으로 그리고 전기적으로 모두 특수하게 설계되어야 하며, 이로 인해 부품의 제조 비용이 상대적으로 높다. 또한, 로터 내부에 블레이드 각도 제어 장치를 배열하는 것은 로터 외부에 배열된 풍력 터빈 컨트롤과 피치 시스템의 통신과 관련하여 상당한 노력 및 경비와 연관된다.
또한, 로터 내부에 피치 시스템을 완전히 배열하는 것은, 정비 및 유지보수 작업자에게는 회전 터빈부 내의 피치 시스템에 대한 접근이 매우 복잡하게 되고 어렵게 되기 때문에, 풍력 터빈의 유지보수와 관련한 단점과 연관된다. 아울러, 로터 내부로 국한된 배열은 이 영역의 온도 제어를 위한 추가적인 장비를 필요로 한다.
이러한 배경하에서, 본 발명의 목적은 서두에서 언급한 유형의 풍력 터빈에서 적어도 부분적으로 더 단순한 부품들을 가진 블레이드 각도 제어 장치를 실현할 수 있도록 하는 것이다.
이 목적은 청구항 제 1 항에 따른 풍력 터빈에 의해 구현된다. 본 발명의 바람직한 개선예가 종속항들에 개시되어 있다.
본 발명에 따른 풍력 터빈은 나셀; 상기 나셀에 로터 축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 상기 로터 축을 중심으로 회전하도록 풍력에 의해 구동될 수 있으며, 로터 허브와, 상기 로터 축에 대해 횡방향으로 또는 실질적으로 횡방향으로 연장하는 블레이드 축의 방향으로 각각 연장하며, 상기 로터 허브에 그들 각각의 블레이드 축을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되는 복수의 로터 블레이드를 포함한 로터; 상기 로터에 배열되며, 상기 로터 블레이드가 그들의 블레이드 축을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 블레이드 각도 조절 드라이브; 상기 블레이드 각도 조절 드라이브에 커플링되고, 상기 블레이드 각도 조절 드라이브가 제어될 수 있도록 하는 적어도 하나의 블레이드 각도 제어 장치; 및 상기 로터에 기계적으로 커플링되고, 상기 로터에 의해 구동될 수 있으며, 전기 에너지가 발생되도록 하는 적어도 하나의 전기 제너레이터;를 포함하고, 상기 블레이드 각도 제어 장치는 상기 블레이드 각도 조절 드라이브에 각각 커플링된 복수의 제어 유닛을 포함하고, 그 중 제 1 제어 유닛은 상기 로터에 고정되며, 제 2 제어 유닛은 상기 나셀에 고정된다.
블레이드 각도 제어 장치를 복수의 제어 유닛으로 세분함으로써, 그 중 제 1 제어 유닛이 로터와 함께 나셀에 배열된 제 2 제어 유닛에 대해 로터 축을 중심으로 회전할 수 있고, 블레이드 각도 제어 장치의 복수의 부품, 특히 제 2 제어 유닛의 부품들이 나셀에 제공됨으로써, 로터 축을 중심으로 회전할 수 있는 부품들의 수가 저감될 수 있다. 따라서, 로터 축을 중심으로 한 회전을 위해 더 적은 수의 부품들이 채용되어야 하며, 이는 비용 절감이 이루어질 수 있음을 의미한다. 예컨대, 회전 저항성이 아닌 단순한 전기 접촉기가 제 2 제어 유닛에 사용될 수 있다. 본 발명은 특히 로터에 배열되는 부품들의 수를 가능한 한 적게 유지하는 것을 목적으로 한다.
또한, 로터에서 전기 부품들의 수가 더 적기 때문에, 로터에서 열이 더 적게 생성됨으로써, 로터에 배열된 부품들의 과열 위험이 저감될 수 있다는 장점이 있다. 추가적인 장점은, 로터에서 전기 부품들의 수가 더 적기 때문에, 로터 내부에 더 많은 자유 공간이 생성됨으로써, 정비 및 유지보수 작업자가 로터 내에서 더 많은 운동 공간을 이용할 수 있다는 것이다. 또한, 배선에 대한 필요성이 저감될 수 있다.
바람직하게, 블레이드 각도 제어 장치는 전력 공급 장치로부터 전기 에너지를 공급받는다. 또한, 바람직하게, 제너레이터에 의해 발생될 수 있는 전기 에너지가 전기 네트워크로 공급될 수 있다. 본 발명의 변형예에 따라, 전력 공급 장치는 네트워크에 전기적으로 커플링되거나, 네트워크에 의해 형성될 수 있다. 첫 번째 경우에서, 바람직하게, 전력 공급 장치는 네트워크로부터 전기 에너지를 공급받을 수 있다. 바람직하게, 전력 공급 장치는 교류 소오스, 특히, 예컨대, 3상 네트워크와 같은 다상 교류 소오스를 형성한다. 바람직하게, 네트워크는 교류 네트워크, 특히, 예컨대, 3상 네트워크와 같은 다상 네트워크이다.
바람직하게, 블레이드 각도 조절 드라이브는 제 1 제어 유닛에 의해 제어 및/또는 조절될 수 있다. 특히, 블레이드 각도 제어 장치는, 로터에 고정되고 제 1 제어 유닛에 전기적으로 커플링된 하나 또는 복수의 제 1 전기 에너지 저장 장치를 포함하며, 특히, 전력 공급 장치 및/또는 네트워크의 고장시, 상기 제 1 전기 에너지 저장 장치에 의해, 블레이드 각도 조절 드라이브 및/또는 제 1 제어 유닛에 전기 에너지가 적어도 일시적으로 공급될 수 있다. 제 1 전기 에너지 저장 장치가 비상시 제거(withdrawal)를 허용함으로써, 로터 블레이드들은 각각의 제 1 제어 장치에 의해 그들의 블레이드 축을 중심으로 하여 바람에 대해 최소의 가능한 받음면(attack surface)을 제공하는 규정된 위치로 회전할 수 있으며, 이를 페더드 피치 셋팅(feathered pitch setting)이라고도 한다.
바람직하게, 블레이드 각도 조절 드라이브는 전기 모터를 포함하며, 이들은 특히 직류 모터 또는 교류 모터로서 설계된다. 본 발명의 변형예에 따르면, 전기 모터들은 제 1 제어 유닛에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 제 1 에너지 저장 장치(들)에 전기적으로 연결될 수 있다. 특히, 직류 모터의 경우, 직접 연결이 적합하다. 본 발명의 개선예에 따르면, 보조 컨버터 또는 직류-교류 인버터가 로터에 고정되며, 상기 보조 컨버터 또는 직류-교류 인버터의 상호접속을 통해, 전기 모터들이 제 1 제어 유닛에 의해 제 1 전기 에너지 저장 장치(들)에 연결될 수 있다. 특히, 교류 모터의 경우, 이러한 간접 연결이 적합하다. 블레이드 각도 제어 장치는 보조 컨버터 또는 직류-교류 인버터를 포함할 수 있다.
특히, 제 1 에너지 저장 장치(들)는 직류 소오스로서 각각 형성될 수 있다. 바람직하게, 제 1 에너지 저장 장치(들)는 각각 적어도 하나의 어큐뮬레이터(accumulator), 적어도 하나의 배터리 또는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다. 블레이드 각도 조절 드라이브를 위해 필요한 전력을 제공할 수 있는 배터리 및/또는 어큐뮬레이터가 흔히 사용되는 에너지 저장 장치이다. 특히, 커패시터는 2층 커패시터를 포함하며, 예컨대, 매우 높은 에너지 밀도가 실현될 수 있는 울트라캡(ultracaps)을 포함한다. 바람직하게, 하나 또는 복수의 제 1 에너지 저장 장치가 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브와 연관된다.
바람직하게, 블레이드 각도 조절 드라이브는 제 2 제어 유닛에 의해 제어 및/또는 조절될 수 있다. 특히, 블레이드 각도 조절 드라이브는 제 1 제어 유닛에 의해, 또는 제 2 제어 유닛에 의해, 필요에 따라 제어 및/또는 조절될 수 있다.
바람직하게, 제 2 제어 유닛은 하나 또는 복수의 컨버터를 포함하며, 이 컨버터에 의해 블레이드 각도 조절 드라이브가 제어될 수 있다. 특히, 컨버터는 하나 또는 복수의 직류 중간 회로를 포함한다. 본 발명의 변형예에 따르면, 컨버터는 각각 직류 중간 회로를 포함한다. 바람직하게, 컨버터(들)는 블레이드 각도 조절 드라이브에 전기적으로 연결된다. 또한, 바람직하게, 컨버터(들)는 전력 공급 장치에 연결된다.
본 발명의 변형예에 따르면, 제 2 제어 유닛은, 특히, 전력 공급 장치에 전기적으로 커플링된 입력단, 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브에 전기적으로 커플링된 출력단, 및 입력단과 출력단 사이에 연결된 직류 중간 회로 배열체를 포함한다. 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브를 위해 개별적인 컨버터가 제공되는 종래의 기술들과 비교하면, 본 변형예에서는 복수의 출력단들이 동일한 직류 중간 회로 배열체에 커플링되고, 이 직류 중간 회로 배열체는 단순히 하나의 입력단으로부터 공급받는다. 이러한 방식에 의하면, 비용을 절감할 수 있다. 바람직하게, 컨버터(들)는 입력단, 출력단 및 직류 중간 회로 배열체를 포함한다.
바람직하게, 입력단은 정류 입력단이고, 따라서, 이는 정류기로서 작용하거나 작용할 수 있다. 바람직하게, 입력단은 전류 컨버터, 예컨대, 정류기를 포함한다. 바람직하게, 출력단은 제어될 수 있다. 특히, 출력단은, 예컨대, 트랜지스터단(transistor stage) 형태의 제어가능한 전류 컨버터를 각각 포함한다. 바람직하게, 각각의 출력단은 복수의 제어가능한 전기 스위칭 요소를 포함하며, 바람직하게, 이들은 함께 연결되어 브릿지 회로를 형성한다. 스위칭 요소들은, 예컨대, 트랜지스터로, 특히, IGBT로 형성된다. 바람직하게, 제 2 제어 유닛은 하나 또는 복수의 컨트롤을 포함하고, 이 컨트롤에 의해 출력단이 제어될 수 있다. 특히, 하나 또는 적어도 하나의 컴퓨터가 제공되며, 이 컴퓨터는 컨트롤 또는 컨트롤들을 전체적으로 또는 부분적으로 포함하거나 형성한다. 종래 기술에 비하면, 단지 하나의 컴퓨터로 실현이 가능하다는 것이 장점이다. 바람직하게, 직류 중간 회로 배열체는 직류 접속, 특히, 직류 버스를 형성한다. 바람직하게, 출력단들 중 하나는 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브와 연관되고, 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브가 그 연관된 출력단에 전기적으로 연결되며, 그 출력단에 의해 제어 및/또는 조절될 수 있다.
본 발명의 개선예에 따르면, 블레이드 각도 제어 장치는 나셀에 고정되고 제 2 제어 유닛에 전기적으로 커플링된 적어도 하나의 제 2 전기 에너지 저장 장치를 포함하며, 특히, 전력 공급 장치 및/또는 네트워크 전압의 일시적인 장애시, 상기 제 2 전기 에너지 저장 장치에 의해, 블레이드 각도 조절 드라이브 및/또는 제 2 제어 유닛에 전기 에너지가 적어도 일시적으로 공급될 수 있다. 특히, 제 2 에너지 저장 장치는, 네트워크 전압의 일시적인 장애시, 블레이드 각도 조절 드라이브가 계속 작동할 수 있도록 보장하는 역할을 한다. 따라서, 바람직하게, 블레이드 각도 조절 드라이브는, 이들이 제 2 에너지 저장 장치로부터 전기 에너지를 공급받으면, 제 2 제어 장치에 의해 제어 및/또는 조절될 수도 있다. 이러한 방식에 의하면, LVRT(Low Voltage Ride Through)라고도 칭하는 일시적인 네트워크 전압 장애가 처리될 수 있다. 특히, 제 2 제어 유닛 및/또는 입력단은 스위칭 장치를 포함하며, 풍력 터빈을 스위치 오프할 필요없이 및/또는 네트워크로부터 풍력 터빈을 단락할 필요없이, 이 스위칭 장치에 의해, 일시적인 네트워크 장애, 특히, 일시적인 네트워크 전압 장애가 처리될 수 있다.
바람직하게, 제 2 에너지 저장 장치는 컨버터(들)를 통해 블레이드 각도 조절 드라이브에 전기적으로 연결될 수 있다. 특히, 제 2 에너지 저장 장치는 컨버터(들)의 직류 중간 회로에 전기적으로 연결되거나, 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명의 개선예에 따르면, 제 2 에너지 저장 장치가 직류 중간 회로 배열체에 전기적으로 연결됨으로써, 출력단의 상호접속을 통해 제 2 에너지 저장 장치로부터 블레이드 각도 조절 드라이브에 전기 에너지가 공급될 수 있다. 특히, 제 2 에너지 저장 장치는 하나 또는 적어도 하나의 직류 소오스를 형성한다. 바람직하게, 제 2 에너지 저장 장치는 적어도 하나의 배터리, 적어도 하나의 어큐뮬레이터 또는 적어도 하나의 커패시터를 포함한다.
특히, 블레이드 각도 제어 장치는 풍력 터빈 제어 시스템에 바람직하게는 전기적으로 연결된다. 특히, 제 1 제어 유닛 및/또는 제 2 제어 유닛이 풍력 터빈 제어 시스템에 연결된다. 바람직하게, 풍력 터빈 제어 시스템에 의해 풍력 터빈의 전체 작동이 모니터링 및/또는 제어될 수 있다. 바람직하게, 블레이드 각도 제어 장치 및/또는 제 2 제어 유닛은, 특히, 나셀에 고정된 라인 필터를 포함한다. 따라서, 바람직하게, 특히, 풍력 터빈 제어 시스템에 연결된 오직 하나의 라인 필터가 필요하다. 따라서, 종래의 풍력 터빈에서는 일반적으로 로터 내부에 배열된 라인 필터가 각각의 드라이브에 할당되기 때문에, 본 발명은 비용을 절감할 수 있다. 또한, 라인 필터가 비교적 단순한 접속부를 통해 풍력 터빈 제어 시스템에 결합될 수 있는데, 그 이유는 이러한 접속부가 회전하는 로터로부터 유도될 필요가 없기 때문이다. 아울러, 로터 내부에 추가적인 자유 공간이 생성된다.
본 발명의 개선예에 따르면, 나셀은 캐리어 구조물에 요우(yaw)축을 중심으로 회전가능하게 장착되고, 요우 각도 컨트롤에 커플링된 적어도 하나의 요우 드라이브에 의해 상기 요우축을 중심으로 상기 캐리어 구조물에 대해 상대적으로 회전할 수 있으며, 특히, 제 2 제어 유닛이 요우 각도 컨트롤에 커플링된다. 블레이드 각도 제어 장치와 요우 각도 컨트롤 간의 접속이 단순한 인터페이스에 의해 이루어질 수 있는데, 그 이유는 이러한 접속이 회전하는 로터로부터 유도될 필요가 없기 때문이다. 바람직하게, 요우 드라이브는, 특히, 요우 각도 컨트롤에 의해 제어될 수 있는 적어도 하나의 교류 모터를 포함한다. 특히, 캐리어 구조물은 타워이다.
바람직하게, 블레이드 각도 조절은 요우 각도 컨트롤에 의해 조정될 수 있으며, 특히, 요우 각도 컨트롤을 블레이드 각도 조절과 동조시키는 것이 가능하다. 본 발명의 변형예에 따르면, 로터 블레이드는 요우 각속도에 따라, 또는 상기 요우 각속도에 영향을 미치는 기준량에 따라 그들의 블레이드 축을 중심으로 회전할 수 있다.
본 발명의 변형예에 따르면, 제 2 제어 유닛은, 특히, 연결 라인을 포함하는 연결 요소를 통해 블레이드 각도 조절 드라이브에 연결된다. 연결 라인은 전기적 및/또는 광학적 라인을 포함할 수 있다. 바람직하게, 연결 라인은 하나 또는 복수의 통신 라인, 하나 또는 복수의 제어 라인, 및/또는 하나 또는 복수의 전력 공급 라인을 포함한다. 바람직하게, 하나 또는 복수의 제어 라인은 하나 또는 복수의 전기 라인을 포함한다. 바람직하게, 하나 또는 복수의 전력 공급 라인은 하나 또는 복수의 전기 라인을 포함한다. 바람직하게, 연결 요소는 복수의 슬립 링(slip rings)을 포함하며, 이 슬립 링을 통해 연결 라인 또는 라인들이 가이드된다. 슬립 링은, 특히, 로터와 나셀 사이의 분리점에 제공된다. 바람직하게, 슬립 링은 로터에 배열되며, 특히, 로터 샤프트에 배열된다. 바람직하게, 각각의 슬립 링들은 로터 축의 방향으로 서로에 대해 변위된다. 특히, 하나 또는 복수의 제어 라인 및/또는 하나 또는 복수의 전력 공급 라인이 슬립 링을 통해 가이드된다. 바람직하게, 하나 또는 복수의 통신 라인은 하나 또는 복수의 광학 정보 전송 라인, 특히, 광 도파관을 포함한다. 바람직하게, 연결 요소는, 특히, 로터와 나셀 사이의 분리점에 제공된 적어도 하나의 광학 커플링 장치를 포함한다. 바람직하게, 광학 커플링 장치는 로터 축에 대해 방사상으로 중앙에 배열된다. 광학 라인들은 다량의 정보를 동시에 전송할 수 있으므로, 바람직하게, 광학 커플링 장치와 제 2 제어 유닛 간의 연결은 광학 라인에 의해 단순하게 실시될 수 있다. 바람직하게, 복수의 광학 라인이 광학 커플링 장치와 블레이드 각도 조절 드라이브 사이로 연장한다.
본 발명의 개선예에 따르면, 바람직하게, 블레이드 각도 조절 드라이브는 모터 패널이라고도 칭하는 스위칭 장치를 각각 포함한다. 특히, 스위칭 장치는 제 1 제어 유닛 및/또는 제 2 제어 유닛에 커플링되고, 바람직하게, 측정 장치를 각각 포함하며, 이 측정 장치에 의해, 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브에서 측정값이 수집될 수 있다.
본 발명의 개선예에 따르면, 바람직하게, 블레이드 각도 조절 드라이브는 모터 샤프트를 가진 적어도 하나의 전기 모터를 각각 포함한다. 바람직하게, 전기 모터는 블레이드 각도 조절 드라이브의 전술한 전기 모터이며, 따라서, 직류 모터로서 또는 교류 모터로서 설계될 수 있다. 바람직하게, 측정 장치는 개별 모터 샤프트의 각 위치 및/또는 각속도를 기록하기 위한 센서 시스템을 각각 포함한다. 또한, 바람직하게, 측정 장치는 개별 전기 모터의 온도를 기록하기 위한 센서 시스템을 각각 포함한다. 본 발명의 개선예에 따르면, 스위칭 장치는 개별 블레이드 각도 조절 드라이브 및/또는 전기 모터를 위한 브레이크 컨트롤을 가진 브레이크 장치를 각각 포함한다. 바람직하게, 브레이크 컨트롤은 제 1 제어 유닛 및/또는 제 2 제어 유닛에 커플링된다. 본 발명의 개선예에 따르면, 스위칭 장치는 통신 라인 및/또는 제어 라인을 통해, 특히, 직접적으로 서로 커플링된다. 또한, 제 1 에너지 저장 장치 중 적어도 하나는 스위칭 장치에 각각 할당될 수 있다.
본 발명의 개선예에 따르면, 스위치기어 캐비넷(switchgear cabinet)이 제 1 제어 유닛과 연관되며, 바람직하게, 스위치기어 캐비넷은 로터 축에 대해 방사상으로 로터의 중앙에 또는 방사상으로 거의 중앙에 배열된다. 바람직하게, 스위치기어 캐비넷은 당해 스위치기어 캐비넷의 내부 챔버를 복수의 분리 영역으로 소분할하는 내부 격벽을 포함하고, 바람직하게, 이는 스위치기어 캐비넷의 외부 벽체에 의해 각각 접합되며, 특히, 상기 영역의 수는 블레이드 각도 조절 드라이브의 수에 대응한다. 내부 격벽은, 예컨대, 기계적인 절첩에 의해 생성될 수 있음으로써, 이들의 제조를 위해 용접 작업이 필요하지 않다. 바람직하게, 상기 영역들은 서로로부터 전기적으로 절연된다. 스위칭기어 캐비넷이 방사상으로 로터의 중앙에 배열되기 때문에, 설치 공간이 절약될 수 있으며, 이에 따라, 정비 및 유지보수 작업자가 더 많은 자유 공간을 이용할 수 있다. 바람직하게, 스위치기어 캐비넷은 다각형 형상이다. 본 발명의 변형예에 따르면, 스위치기어 캐비넷은 로터 축을 둘러싼다.
각각의 제 1 에너지 저장 장치는 이 장치가 연관된 블레이드 각도 조절 드라이브에 배열 및/또는 고정될 수 있다. 특히, 각각의 제 1 에너지 저장 장치를 개별 모터 및/또는 개별 모터 패널(스위칭 장치)에 직접적으로 플랜지 연결하는 것이 가능하다. 그러나, 바람직하게, 제 1 에너지 저장 장치(들)는 블레이드 각도 조절 드라이브로부터 소정 거리에, 서로에 대해 공간적으로 인접하여 배열된다. 바람직하게, 제 1 에너지 저장 장치(들)는 스위치기어 캐비넷의 영역에 배열된다. 특히, 제 1 에너지 저장 장치(들)는 스위치기어 캐비넷 상에 또는 그 내부에 배열된다. 바람직하게, 제 1 에너지 저장 장치(들)는 스위치기어 캐비넷 외부에서 그 외부 벽체 또는 외부 벽체들에 고정된다. 따라서, 정비 및 유지보수 작업자에게 있어서, 제 1 에너지 저장 장치(들)는 유지보수 및/또는 교체가 더 간단하다.
특히, 제 1 제어 유닛은 스위치기어 캐비넷에 배열된다. 바람직하게, 제 1 제어 유닛은 복수의 부분 제어 유닛을 포함하고, 각각의 부분 제어 유닛은 상기 영역들 중 하나에 배열된다. 바람직하게, 각각의 부분 제어 유닛은 블레이드 각도 조절 드라이브 중 하나와 연관된다. 특히, 부분 제어 유닛의 수는 블레이드 각도 조절 드라이브의 수에 대응한다.
본 발명의 제 1 변형예에 따르면, 각각의 스위칭 장치 또는 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브의 하나 또는 복수의 통신 라인, 하나 또는 복수의 제어 라인 및 하나 또는 복수의 전력 공급 라인은 제 1 및/또는 제 2 제어 유닛으로 유도된다. 본 발명의 제 2 변형예에 따르면, 각각의 스위칭 장치 또는 블레이드 각도 조절 드라이브는 하나 또는 복수의 통신 라인을 통해 및/또는 하나 또는 복수의 제어 라인을 통해 서로 직렬로 연결된다. 이 경우, 단순히 스위칭 장치들 중 하나로부터 또는 단순히 블레이드 각도 조절 드라이브들 중 하나로부터 하나 또는 복수의 통신 라인 및/또는 하나 또는 복수의 제어 라인을 제 1 및/또는 제 2 제어 유닛으로 안내하는 것이 가능하다. 그러나, 바람직하게, 하나 또는 복수의 전력 공급 라인은 각각의 스위칭 라인으로부터 또는 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브로부터 제 1 및/또는 제 2 제어 유닛으로 유도된다.
특히, "로터에 고정된다"라는 표현은 로터에 고정된 대상물이 로터 축을 중심으로 로터와 함께 회전할 수 있다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 대상물은, 예컨대, 제 1 제어 유닛, 제 1 에너지 저장 장치(들), 스위칭 장치 및/또는 블레이드 각도 조절 드라이브를 포함한다. 로터에 대한 대상물의 고정은 각각의 경우에서 간접적으로 또는 직접적으로, 예컨대, 하나 또는 복수의 홀더 또는 다른 중간 요소에 의해 이루어질 수 있다. 또한, "나셀에 고정된다"라는 표현은 라셀에 고정된 대상물이 로터 축을 중심으로 로터와 함께 회전할 수 없다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 대상물은, 예컨대, 제 2 제어 유닛, 제 2 에너지 저장 장치, 라인 필터 및/또는 요우 각도 컨트롤을 포함한다. 나셀에 대한 대상물의 고정은 각각 간접적으로 또는 직접적으로, 예컨대, 하나 또는 복수의 홀더 또는 다른 중간 요소에 의해 이루어질 수 있다. 따라서, 특히, 로터에 고정된 대상물은, 나셀에 고정된 대상물과 대조적으로, 로터 축을 중심으로 로터와 함께 회전할 수 있다. 예컨대, 제 1 에너지 저장 장치(들)는, 제 1 에너지 저장 장치와 대조적으로, 로터 축을 중심으로 로터와 함께 회전할 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 풍력 터빈의 적어도 하나의 로터 블레이드의 블레이드 각도를, 로터 블레이드를 그 블레이드 축을 중심으로 회전시킴으로써, 조절하기 위한 방법에 관한 것으로서, 로터 블레이드의 블레이드 각도 조절이 나셀에 고정된 제 2 제어 유닛에 의해, 또는 로터에 고정된 제 1 제어 유닛에 의해 필요에 따라 이루어진다. 풍력 터빈은 전술한 모든 변형예에 따라 개발될 수 있다.
바람직하게, 블레이드 각도는 제 2 제어 유닛에 의한 블레이드 각도 조절에서 조절된다. 바람직하게, 블레이드 각도는 제 1 제어 유닛에 의한 블레이드 각도 조절에서, 특히, 페더드 피치에 대응하는 규정된 각도로 조절된다.
본 발명의 개선예에 따르면, 제 1 제어 유닛에 의한 블레이드 각도 조절의 경우, 특히, 예컨대, 전력 공급 장치 및/또는 네트워크의 고장과 같은 장애시, 블레이드 각도 조절 드라이브는 로터에 고정되고 제 1 제어 유닛에 커플링된 하나 또는 복수의 제 1 전기 에너지 저장 장치로부터 전기 에너지를 공급받는다.
본 발명의 변형예에 따르면, 제 2 제어 유닛에 의한 블레이드 각도 조절의 경우, 특히, 예컨대, 전력 공급 및/또는 네트워크 전압의 간섭과 같은 장애시, 블레이드 각도 조절 드라이브는 나셀에 고정되고 제 2 제어 유닛에 커플링된 적어도 하나의 제 2 에너지 저장 장치로부터 전기 에너지를 공급받는다.
바람직하게, 블레이드 각도 조절 드라이브는 스위칭 장치를 포함하며, 이 스위칭 장치에 의해, 전기 네트워크에 의한 블레이드 각도 조절 드라이브의 전력 공급에서 에너지 저장 장치(들)에 의한 블레이드 각도 조절 드라이브의 전력 공급으로의 전환(switchover)이 이루어진다.
이하, 첨부도면을 참조하여, 바람직한 실시예의 도움으로 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 터빈의 개략도이고,
도 2는 도 1에서 볼 수 있는 로터의 부분 정면도이며,
도 3은 제 1 실시예에 따른 블레이드 각도 조절 드라이브의 개략도이고,
도 4는 제 1 실시예에 따른 모터 패널의 개략도이며,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 블레이드 각도 조절 드라이브의 개략도이고,
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 블레이드 각도 조절 드라이브의 개략도이며,
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 블레이드 각도 조절 드라이브의 개략도이고,
도 8은 개방된 상태의 제 1 실시예에 따른 스위치기어 캐비넷의 사시도이며,
도 9는 어큐뮬레이터가 설치된 도 8에 따른 스위치기어 캐비넷의 사시도이고,
도 10은 어큐뮬레이터가 설치되고 폐쇄된 상태의 도 8에 따른 스위치기어 캐비넷의 평면도이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 터빈의 개략도이고,
도 2는 도 1에서 볼 수 있는 로터의 부분 정면도이며,
도 3은 제 1 실시예에 따른 블레이드 각도 조절 드라이브의 개략도이고,
도 4는 제 1 실시예에 따른 모터 패널의 개략도이며,
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 블레이드 각도 조절 드라이브의 개략도이고,
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 블레이드 각도 조절 드라이브의 개략도이며,
도 7은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 블레이드 각도 조절 드라이브의 개략도이고,
도 8은 개방된 상태의 제 1 실시예에 따른 스위치기어 캐비넷의 사시도이며,
도 9는 어큐뮬레이터가 설치된 도 8에 따른 스위치기어 캐비넷의 사시도이고,
도 10은 어큐뮬레이터가 설치되고 폐쇄된 상태의 도 8에 따른 스위치기어 캐비넷의 평면도이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따른 풍력 터빈(1)을 도 1에서 볼 수 있으며, 풍력 터빈(1)은 기단(2)에 입설된 타워(3)와, 기단(2)으로부터 멀리 떨어진 타워의 단부에 배열된 기계실(4)을 포함한다. 기계실(4)은 나셀(5)을 포함하거나 나셀에 고정되며, 나셀에는 로터(6)가 로터 축(7)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 로터는 로터 허브(8)와 로터 허브에 연결된 복수의 로터 블레이드(9,10,67)(도 2 참조)를 포함하며, 이 로터 블레이드들은 로터 허브(8)에 블레이드 축(11,12,68)(도 2 참조)을 중심으로 회전할 수 있도록 각각 장착된다. 로터 블레이드(9,10,67)는 로터 허브(8)로부터 그들 각각의 블레이드 축(11,12,68)의 방향으로 연장하며, 블레이드 축(11,12,68)은 로터 축(7)에 대해 횡방향으로 연장한다. 로터(6)는 바람(13)에 의해 로터 축(7)을 중심으로 회전되며, 나셀(5)에 고정된 전기 제너레이터(15)에 로터 샤프트(14)에 의해 기계적으로 커플링되고, 상기 제너레이터는 로터(6)에 의해 구동된다. 제너레이터(15)는 전기 에너지를 발생시키고, 이를 외부 전기 네트워크(16)로 공급한다. 로터 블레이드(9,10,67)는 로터 허브(8)에 대하여 그들 각각의 블레이드 축(11,12,68)을 중심으로 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18,69)를 통해 각각 회전할 수 있다. 도 2는 로터(6)의 부분 정면도를 나타낸다.
나셀(5)은 요우축(19)을 중심으로 회전할 수 있도록 타워(3)에 장착되며, 타워(3)에 대해 요우축(19)을 중심으로 요우 드라이브(20)에 의해 회전할 수 있고, 이 예에서, 요우축은 타워(3)의 종축과 일치한다. 요우 드라이브(20)는 나셀(5)에 고정된 요우 제어 시스템(21)에 의해 제어될 수 있다.
블레이드 각도 조절 드라이브(17,18,69)는 로터(6)에 배열된 제 1 제어 유닛(22)과 나셀(5)에 고정된 제 2 제어 유닛(23)에 각각 연결된다. 상기 2개의 제어 유닛(22,23)은 도 3에서 볼 수 있는 블레이드 각도 제어 장치(24)의 일부이다. 또한, 요우 각도 컨트롤(21)과 블레이드 각도 제어 장치(24)는 풍력 터빈 제어 시스템(25)에 전기적으로 연결되며, 본 실시예에 따른 풍력 터빈 제어 시스템은 나셀(5)에 고정된다. 제 1 제어 유닛(22)을 수용하고 있는 스위치기어 캐비넷(26)은 방사상으로 로터 허브(8)의 중앙에 배열되며, 로터 허브에 고정된다.
블레이드 각도 제어 장치(24)를 도 3에서 볼 수 있으며, 로터(6)는 점선으로 표시된 박스로서 개략적으로 도시되어 있다. 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18,69)는 각각 전기 모터를 포함하며, 전기 모터(27)는 블레이드 각도 조절 드라이브(17)와 연관되고, 전기 모터(28)는 블레이드 각도 조절 드라이브(18)와 연관되며, 전기 모터(29)는 블레이드 각도 조절 드라이브(69)와 연관된다. 전기 모터(27,28,29)는 스위칭 장치(모터 패널)(30)와 연결 라인(31)을 통해 제 1 제어 유닛(22)과 또한 제 2 제어 유닛(23)에 각각 연결된다. 연결 라인은 전력 공급 라인(32), 전기 제어 라인(33), 및 광 도파관 형태의 통신 라인(34)을 포함한다. 전력 공급 라인(32)과 제어 라인(33)은 로터 샤프트(14)에 장착된 슬립 링(35) 위로 제 2 제어 유닛(23)에 유도된다. 한편, 통신 라인(34)은 로터 축(7)에 장착된 광학 커플링 장치(36)(광학 인터페이스)를 통해 제 2 제어 유닛(23)에 연결된다. 어큐뮬레이터(37)가 또한 도시되어 있으며, 이들은 스위치기어 캐비넷(26)의 외부에 고정되고, 제 1 제어 유닛(22)에 전기적으로 연결된다.
제 2 제어 유닛(23)은 라인 필터(39)를 통해 교류측이 전력 공급 장치(40)에 연결된 정류기(38)를 포함하고, 상기 전력 공급 장치는 제 2 제어 유닛(23)에 교류를 공급하며 네트워크(16)에 연결되어 있다. 대안적으로, 라인 필터(39)가 또한 네트워크(16)에 직접적으로 연결될 수 있으며, 이에 따라, 전력 공급 장치(40)가 생략되거나 네트워크(16)에 의해 형성된다.
정류기(38)는 직류측이 직류 버스(41)에 연결되며, 직류 버스에는 3개의 출력단(42,43,44)이 연결된다. 출력단(42)은 모터(27)의 전력 공급 라인(32)을 통해 그와 연관된 스위칭 장치(30)에 연결된다. 출력단(43)은 모터(28)의 전력 공급 라인(32)을 통해 그와 연관된 스위칭 장치(30)에 연결된다. 또한, 출력단(44)은 모터(29)의 전력 공급 라인(32)을 통해 그와 연관된 스위칭 장치(30)에 연결된다. 모터(27)는 출력단(42)에 의해 제어될 수 있고, 모터(28)는 출력단(43)에 의해 제어될 수 있으며, 모터(29)는 출력단(44)에 의해 제어될 수 있다. 정류기(38)와 직류 버스(41)는 각각의 출력단을 가진 컨버터를 각각 형성한다. 그러나, 정류기(38), 직류 버스(41) 및 출력단(42,43,44)이 3개의 출력단을 가진 컨버터를 형성하는 것이라고도 말할 수 있다.
제 2 제어 유닛(23)은 컨트롤(45)을 포함하며, 이 컨트롤에 의해 출력단(42,43,44)이 제어될 수 있다. 따라서, 제 2 제어 유닛(23)에 의해 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18,69)의 모터(27,28,29)를 트리거하는 것이 가능하다. 또한, 어큐뮬레이터(66)가 직류 버스(41)에 연결된다. 어큐뮬레이터(66)는 직류 버스(41)에 영구적으로 전기적으로 연결될 수 있거나, 컨트롤(45) 및/또는 입력단(38)에 의해 직류 버스(41)에 전기적으로 연결될 수 있다.
따라서, 네트워크(16)에 일시적인 전압 장애가 발생하면, 직류 버스(41)에 대한 전기 공급이 어큐뮬레이터(66)에 의해 제공된다. 따라서, 전압 장애가 지나고 완전한 네트워크 전압이 복구될 때까지, 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18,69)를 계속 작동시키는 것이 가능하다. 이는 일시적인 전압 장애 동안 풍력 터빈(1)이 스위치 오프될 필요가 없다는 장점이 있다. 그러나, 전압 장애의 길이가 미리 결정된 기간을 초과하거나, 전압 강하가 미리 결정된 한계치 이하이면, 로터 블레이드(9,10,67)는 제 1 제어 유닛(22)에 의해 소위 페더드 피치 위치로 회전된다. 이 경우, 모터(27,28,29)에 대한 전력 공급은 어큐뮬레이터(37)에 의해 제공된다. 모터(27,28,29)가 직류 모터이므로, 어큐뮬레이터(37)는 제 1 제어 유닛(22)에 의해 모터(27,28,29)에 직접적으로 전기적으로 연결된다. 그러나, 대안적으로, 모터(27,28,29)가 교류 모터로서 형성될 수도 있으며, 이에 따라, 모터(27,28,29)에 대한 어큐뮬레이터(37)의 연결은 직류-교류 인버터(70)들의 상호연결에 의해 이루어지고, 바람직하게, 이들은 스위칭 장치(30)에 제공된다(도 4 참조). 그러나, 대안적으로, 직류/교류 인버터들은 제 1 제어 유닛(22)에 제공될 수도 있으며, 또는 어큐뮬레이터(37)와 모터(27,28,29) 사이의 다른 지점에 연결될 수 있다. 따라서, 제 2 제어 유닛(23)이 고장나거나 및/또는 어큐뮬레이터(66)가 방전되어도, 로터 블레이드들은 페더드 피치 위치로 회전할 수 있다.
모터(27)와 연관된 스위칭 장치(30)의 개략적인 회로도가 도 4에 도시되어 있으며, 상기 모터는 브레이크 장치(47)에 의해 제동되거나 및/또는 적소에 유지될 수 있는 모터 샤프트(46)를 포함한다. 브레이크 장치(47)는 공급 라인(48)을 통해 전기 에너지를 공급받으며, 바람직하게, 전력 공급 라인(32)이 상기 공급 라인(48)을 포함한다.
스위칭 장치(30)는, 모터(27)의 온도를 기록하기 위한 센서 시스템(50)을 가진 온도 모니터링 장치(49), 모터 샤프트(46)의 각 위치와 각속도를 기록하기 위한 센서 시스템(51), 및 브레이크 장치(47)를 제어할 수 있는 브레이크 컨트롤(52)을 포함한다. 모니터링 시스템(49), 센서 시스템(51) 및 컨트롤(52)은 통신 라인(34)과 인터페이스를 형성하는 광학 통신 장치(53)에 전기적으로 각각 연결된다. 직류-교류 인버터(70)가 또한 도시되어 있으나, 모터(27)가 직류 모터로서 설계되면 생략될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예가 도 5 내지 도 7에 도시되어 있으며, 제 1 실시예와 동일하거나 유사한 특징들은 제 1 실시예와 동일한 참조번호로 표시되어 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 블레이드 각도 제어 장치(24)가 도 5에 도시되어 있으며, 요우 각도 컨트롤(21)이 제 2 제어 유닛(23)에 전기적으로 연결된다. 요우 드라이브(20)는 컨버터(56,57)를 통해 요우 각도 컨트롤(21)에 각각 연결된 2개의 전기 모터(54,55)를 포함한다. 또한, 요우 각도 컨트롤(21)은 직류 버스(51)에 각각 연결된 복수의 제어가능한 출력단(58)을 포함한다. 바람직하게, 출력단(58)들이 블레이드 각도 조절 드라이브들에 연결됨으로써, 바람직하게는 요우축(19)을 중심으로 한 나셀(5)의 요우 운동에 따라, 이들이 요우 각도 컨트롤(21)에 의해 추가적으로 제어될 수 있다. 스위칭 장치(30)와 연관된 센서(59)들이 도 5에 또한 도시되어 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 블레이드 각도 제어 장치(24)가 도 6에 도시되어 있으며, 여기서, 어큐뮬레이터(37)는 스위치기어 캐비넷(26) 상에 배열되지 않고, 모터(27,28,29) 상에 또는 그의 영역 내에 배열되어 있다. 이와 관련하여, 어큐뮬레이터(37)들 중 하나는 각각의 스위칭 장치(30)와 관련된다.
본 발명의 제 4 실시예에 따라 블레이드 각도 제어 장치(24)가 도 7에 도시되며, 여기에서 어큐뮬레이터(37)의 배열은 제 3 실시예에 대응한다. 제 3 실시예와는 대조적으로, 그러나, 제 1 제어 유닛(22)이 모터(27) 상에 또는 그의 영역 내에 제공되고, 스위칭 장치(30)들이 통신 라인(34)과 제어 라인(33)을 통해 서로 직렬로 연결된다. 따라서, 통신 라인(34) 및 제어 라인(33)과 관련된 설치 작업이 저감될 수 있다.
개방된 상태의 제 1 실시예에 따른 스위치기어 캐비넷(26)의 사시도가 도 8에 도시되어 있으며, 스위치기어 캐비넷의 내부 챔버가 내부 격벽(60)에 의해 복수의 영역(61)으로 소분할되고, 이 영역들은 스위치기어 캐비넷(26)의 외부 벽체(62)에 의해 접합된다. 정확하게, 영역(61)들 중 하나가 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18,69)와 연관된다. 제 1 제어 유닛(22)은 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브를 위한 부분 제어 유닛(64)을 포함하고(도 9 참조), 각각의 부분 제어 유닛(64)은 영역(61)들 중 하나에 배열된다. 어큐뮬레이터(37)가 장착될 수 있는 홀더(63)가 다른 벽체(62)의 외측면에 고정된다.
어큐뮬레이터가 함께 설치된 스위치기어 캐비넷(26)의 사시도가 도 9에 도시되어 있으며, 여기에도 영역(61)에 배열된 부분 제어 유닛(64)이 개략적으로 도시되어 있다. 어큐뮬레이터(37)들 중 2개가 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브와 각각 연관되며, 상기 어큐뮬레이터들은 개별 영역(61)의 외부 벽체(62)에 배열되어 있다. 어큐뮬레이터(37)가 설치된 스위치기어 캐비넷(26)의 평면도가 도 10에 도시되어 있으며, 스위치기어 캐비넷(26)은 덮개(64)로 폐쇄되어 있다.
1: 풍력 터빈
2: 기단
3: 타워
4: 기계실
5: 나셀
6: 로터
7: 로터 축
8: 로터 허브
9: 로터 블레이드
10: 로터 블레이드
11: 블레이드 축
12: 블레이드 축
13: 바람
14: 로터 샤프트
15: 전기 제너레이터
16: 전기 네트워크
17: 블레이드 각도 조절 드라이브
18: 블레이드 각도 조절 드라이브
19: 요우 축/타워 축
20: 요우 드라이브
21: 요우 각도 컨트롤
22: 제 1 제어 유닛
23: 제 2 제어 유닛
24: 블레이드 각도 제어 장치
25: 풍력 터빈 컨트롤
26: 스위치기어 캐비넷
27: 전기 모터
28: 전기 모터
29: 전기 모터
30: 스위칭 장치/모터 패널
31: 연결 라인
32: 전력 공급 라인
33: 제어 라인
34: 통신 라인
35: 슬립 링
36: 광학 커플링 장치
37: 어큐뮬레이터
38: 정류기
39: 라인 필터
40: 전력 공급 장치
41: 직류 버스/ 직류 중간 회로 배열체
42: 출력단
43: 출력단
44: 출력단
45: 컨트롤
46: 모터 샤프트
47: 브레이크 장치
48: 공급 라인
49: 온도 모니터링 장치
50: 온도 센서 시스템
51: 위치 및 속도 센서 시스템
52: 브레이크 컨트롤
53: 광학 통신 장치
54: 전기 모터
55: 전기 모터
56: 컨버터
57: 컨버터
58: 출력단
59: 스위칭 장치의 센서
60: 스위치기어 캐비넷의 내부 격벽
61: 스위치기어 캐비넷 내부 챔버의 영역
62: 스위치기어 캐비넷의 외부 벽체
63: 어큐뮬레이터용 홀더
64: 부분 제어 유닛
65: 스위치기어 캐비넷의 덮개
66: 어큐뮬레이터
67: 로터 블레이드
68: 블레이드 축
69: 블레이드 각도 조절 드라이브
70: 직류-교류 인버터
2: 기단
3: 타워
4: 기계실
5: 나셀
6: 로터
7: 로터 축
8: 로터 허브
9: 로터 블레이드
10: 로터 블레이드
11: 블레이드 축
12: 블레이드 축
13: 바람
14: 로터 샤프트
15: 전기 제너레이터
16: 전기 네트워크
17: 블레이드 각도 조절 드라이브
18: 블레이드 각도 조절 드라이브
19: 요우 축/타워 축
20: 요우 드라이브
21: 요우 각도 컨트롤
22: 제 1 제어 유닛
23: 제 2 제어 유닛
24: 블레이드 각도 제어 장치
25: 풍력 터빈 컨트롤
26: 스위치기어 캐비넷
27: 전기 모터
28: 전기 모터
29: 전기 모터
30: 스위칭 장치/모터 패널
31: 연결 라인
32: 전력 공급 라인
33: 제어 라인
34: 통신 라인
35: 슬립 링
36: 광학 커플링 장치
37: 어큐뮬레이터
38: 정류기
39: 라인 필터
40: 전력 공급 장치
41: 직류 버스/ 직류 중간 회로 배열체
42: 출력단
43: 출력단
44: 출력단
45: 컨트롤
46: 모터 샤프트
47: 브레이크 장치
48: 공급 라인
49: 온도 모니터링 장치
50: 온도 센서 시스템
51: 위치 및 속도 센서 시스템
52: 브레이크 컨트롤
53: 광학 통신 장치
54: 전기 모터
55: 전기 모터
56: 컨버터
57: 컨버터
58: 출력단
59: 스위칭 장치의 센서
60: 스위치기어 캐비넷의 내부 격벽
61: 스위치기어 캐비넷 내부 챔버의 영역
62: 스위치기어 캐비넷의 외부 벽체
63: 어큐뮬레이터용 홀더
64: 부분 제어 유닛
65: 스위치기어 캐비넷의 덮개
66: 어큐뮬레이터
67: 로터 블레이드
68: 블레이드 축
69: 블레이드 각도 조절 드라이브
70: 직류-교류 인버터
Claims (31)
- 나셀(5);
상기 나셀(5)에 로터 축(7)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되고, 상기 로터 축(7)을 중심으로 회전하도록 바람(13)에 의해 구동될 수 있으며, 로터 허브(8)와, 상기 로터 축(7)에 대해 횡방향으로 또는 실질적으로 횡방향으로 연장하는 블레이드 축(11,12)의 방향으로 각각 연장하며 상기 로터 허브(8)에 각각의 블레이드 축(11,12)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착되는 복수의 로터 블레이드(9,10)를 포함하는 로터(6);
상기 로터(6)에 배열되며, 상기 로터 블레이드가 그들의 블레이드 축(11,12)을 중심으로 회전할 수 있도록 하는 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18);
상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)에 커플링되고, 상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)가 제어될 수 있도록 하는 하나 이상의 블레이드 각도 제어 장치(24); 및
상기 로터(6)에 기계적으로 커플링되고, 상기 로터에 의해 구동될 수 있으며, 전기 에너지가 발생될 수 있도록 하는 하나 이상의 전기 제너레이터(15);를 포함하는, 풍력 터빈에 있어서,
상기 블레이드 각도 제어 장치(24)는 상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)에 각각 커플링된 복수의 제어 유닛(22,23)을 포함하고, 복수의 제어 유닛 중 제 1 제어 유닛(22)은 상기 로터(6)에 고정되며, 제 2 제어 유닛(23)은 상기 나셀(5)에 고정되고,
상기 블레이드 각도 제어 장치(24)는 풍력 터빈 제어 시스템(25)에 연결되고,
상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)의 전력 공급 라인(32)이 제 2 제어 유닛(23)에 이어지고,
상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)는 상기 제 2 제어 유닛(23)에 의해 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 블레이드 각도 제어 장치(24)는, 로터(6)에 고정되고 제 1 제어 유닛(22)에 전기적으로 커플링된 하나 또는 복수의 제 1 전기 에너지 저장 장치(37)를 포함하며, 상기 제 1 전기 에너지 저장 장치에 의해, 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)에 전기 에너지가 적어도 일시적으로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 2 항에 있어서,
상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)는 전기 모터(27,28,29)들을 포함하며, 상기 전기 모터들은 제 1 제어 유닛(22)에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 제 1 에너지 저장 장치(들)(37)에 전기적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 3 항에 있어서,
상기 로터(6)에 보조 컨버터 또는 인버터(70)가 고정되며, 상기 보조 컨버터 또는 인버터(70)의 상호접속을 통해, 전기 모터(27,28,29)들이 제 1 제어 유닛(22)에 의해 제 1 전기 에너지 저장 장치(들)(37)에 전기적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 에너지 저장 장치(37)는 각각 하나 이상의 어큐뮬레이터 또는 하나 이상의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)는 제 1 제어 유닛(22)에 의해, 또는 제 2 제어 유닛(23)에 의해, 필요에 따라 제어 또는 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 제어 유닛(23)은 하나 또는 복수의 컨버터를 포함하며, 상기 컨버터에 의해 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)가 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 제어 유닛(23)은 정류 입력단(38), 각각의 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)에 전기적으로 연결된 출력단(42,43,44), 및 상기 입력단과 출력단 사이에 연결된 직류 중간 회로 배열체(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블레이드 각도 제어 장치(24)는, 나셀(5)에 고정되고 제 2 제어 유닛(23)에 전기적으로 커플링된 하나 이상의 제 2 전기 에너지 저장 장치(66)를 포함하며, 상기 제 2 전기 에너지 저장 장치에 의해, 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)에 전기 에너지가 적어도 일시적으로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 에너지 저장 장치(66)는 컨버터를 통해 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)에 전기적으로 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 에너지 저장 장치(66)는, 직류 중간 회로 배열체(41)에 전기적으로 연결되거나, 전기적으로 연결될 수 있으며, 이에 따라, 출력단(42,43,42)과의 상호접속을 통해 제 2 에너지 저장 장치(66)로부터 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)에 전기 에너지가 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 2 에너지 저장 장치(66)는 하나 이상의 어큐뮬레이터 또는 하나 이상의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블레이드 각도 제어 장치(24)는 나셀(5)에 고정된 라인 필터(39)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나셀(5)은, 캐리어 구조물(3)에 요우 축(19)을 중심으로 회전가능하게 장착되고, 요우 각도 컨트롤(21)에 커플링된 하나 이상의 요우 드라이브(20)에 의해 상기 요우 축(19)을 중심으로 상기 캐리어 구조물(3)에 대해 상대적으로 회전할 수 있으며,
상기 제 2 제어 유닛(23)이 요우 각도 컨트롤(21)에 커플링된 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 제어 유닛(23)은 연결 요소(31)를 통해 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)에 연결되고, 상기 연결 요소는 통신 라인(34), 전기 제어 라인(33) 및 전력 공급 라인(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 15 항에 있어서,
상기 통신 라인(34)은 광학 정보 전송 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)는 측정 장치를 갖는 스위칭 장치(30)를 각각 포함하고, 상기 스위칭 장치는 제 2 제어 유닛(23) 뿐만 아니라 제 1 제어 유닛(22)에 커플링되는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 17 항에 있어서,
상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)는 모터 샤프트(46)를 가진 하나 이상의 전기 모터를 각각 포함하고,
상기 측정 장치는 개별 모터 샤프트(46)의 각 위치와 각속도를 기록하기 위한 센서 시스템(51) 및 개별 전기 모터의 온도를 기록하기 위한 센서 시스템(50)을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 17 항에 있어서,
상기 스위칭 장치(30)는 개별 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)를 위한 브레이크 컨트롤(52)을 구비한 브레이크 장치(47)를 각각 포함하고, 상기 브레이크 컨트롤은 제 1 제어 유닛(22) 및 제 2 제어 유닛(23)에 커플링되는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 17 항에 있어서,
상기 스위칭 장치(30)는 통신 라인(34) 및 제어 라인(33)을 통해 서로 커플링되는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 17 항에 있어서,
상기 스위칭 장치(30)는 제 1 에너지 저장 장치(37)들 중 하나 이상과 각각 연관되는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 제어 유닛(22)과 스위치기어 캐비넷(26)이 연관되며, 상기 스위치기어 캐비넷은 로터 축(7)에 대해 방사상으로 로터(6)의 중앙에 배열되는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 22 항에 있어서,
상기 스위치기어 캐비넷(26)은 스위치기어 캐비넷(26)의 내부 챔버를 복수의 분리 영역(61)으로 소분할하는 내부 격벽(60)을 포함하고, 상기 내부 격벽은 스위치기어 캐비넷(26)의 외부 벽체(62)에 의해 각각 경계가 형성되며, 상기 분리 영역(61)의 수는 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)의 수에 대응하는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 23 항에 있어서,
상기 분리 영역(61)들은 서로로부터 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 에너지 저장 장치(37)는, 서로에 대해 공간적으로 인접하여 배열되고 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)로부터 이격되는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 22 항에 있어서,
상기 제 1 에너지 저장 장치 (37)는 스위치기어 캐비넷(26) 상에 또는 그 내부에 배열되는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 제 26 항에 있어서,
상기 제 1 에너지 저장 장치(37)는 스위치기어 캐비넷(26) 외부에서 스위치기어 캐비닛(26)의 외부 벽체(62)에 고정되는 것을 특징으로 하는,
풍력 터빈.
- 로터 블레이드를 그 블레이드 축을 중심으로 회전시킴으로써, 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 풍력 터빈의 하나 이상의 로터 블레이드의 블레이드 각도를 조절하기 위한 방법에 있어서,
상기 로터 블레이드(9)의 블레이드 각도 조절이 나셀(5)에 고정된 제 2 제어 유닛(23)에 의해, 또는 로터(6)에 고정된 제 1 제어 유닛(22)에 의해 필요에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는,
블레이드 각도 조절 방법.
- 제 28 항에 있어서,
상기 제 1 제어 유닛(22)에 의한 블레이드 각도 조절의 경우, 상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)는, 로터(6)에 고정되고 제 1 제어 유닛(22)에 커플링된 하나 또는 복수의 제 1 전기 에너지 저장 장치(37)로부터 전기 에너지를 공급받는 것을 특징으로 하는,
블레이드 각도 조절 방법.
- 제 28 항에 있어서,
상기 제 2 제어 유닛(23)에 의한 블레이드 각도 조절의 경우, 상기 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)는, 나셀(5)에 고정되고 제 2 제어 유닛(23)에 커플링된 하나 이상의 제 2 에너지 저장 장치(66)로부터 전기 에너지를 공급받는 것을 특징으로 하는,
블레이드 각도 조절 방법.
- 제 28 항에 있어서,
상기 블레이드 각도 조절 드라이브(24)는 전환 장치를 포함하며, 이 전환 장치에 의해, 전기 네트워크(16)에 의한 블레이드 각도 조절 드라이브(17)의 전력 공급에서 에너지 저장 장치(37,66)에 의한 블레이드 각도 조절 드라이브(17,18)의 전력 공급으로의 스위칭이 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는,
블레이드 각도 조절 방법.
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