KR101529701B1 - Wind turbine monitoring system to detect foundation displacement and abnormal structural movement during operation - Google Patents

Wind turbine monitoring system to detect foundation displacement and abnormal structural movement during operation Download PDF

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KR101529701B1
KR101529701B1 KR1020130111460A KR20130111460A KR101529701B1 KR 101529701 B1 KR101529701 B1 KR 101529701B1 KR 1020130111460 A KR1020130111460 A KR 1020130111460A KR 20130111460 A KR20130111460 A KR 20130111460A KR 101529701 B1 KR101529701 B1 KR 101529701B1
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Abstract

본 발명은 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치에 관한 것으로, 풍력발전기 구조물의 거동상태 정보들을 실시간으로 검출하는 센서부와, 상기 거동상태 정보들을 수집 저장하는 데이터 로거와, 상기 거동상태 정보들을 선택적으로 조합하여 상기 풍력발전기 구조물의 진동 상태를 분석하는 진동 분석부와, 상기 분석된 풍력발전기 구조물의 진동이 미리 설정된 기준치를 초과할 경우 알람을 출력하는 경고부 및 상기 분석된 풍력발전기 구조물의 진동 상태를 사용자가 시각적으로 이해할 수 있는 데이터 포맷으로 변경하여 출력하는 모니터링부를 포함한다.[0001] The present invention relates to a monitoring device for ground motion and structural anomalous displacement during operation of a wind turbine generator, comprising a sensor for detecting the movement state information of the wind turbine structure in real time, a data logger for collecting and storing the behavior information, An alarm unit for outputting an alarm when the analyzed vibration of the wind turbine structure exceeds a preset reference value, and a warning unit for outputting an alarm when the analyzed vibration of the wind turbine structure exceeds a preset reference value, And a monitoring unit for changing the vibration state of the generator structure to a data format that the user can visually understand and outputting.

Figure R1020130111460
Figure R1020130111460

Description

풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치{WIND TURBINE MONITORING SYSTEM TO DETECT FOUNDATION DISPLACEMENT AND ABNORMAL STRUCTURAL MOVEMENT DURING OPERATION}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wind turbine monitoring system for detecting a ground motion and an abnormal displacement of a structure during operation of a wind turbine generator,

본 발명은 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력발전기 지지구조물의 거동상태를 사전에 파악하여 설비 신뢰성 확보 및 사고를 예방할 수 있도록 하는 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a monitoring apparatus for monitoring ground motion and abnormal structural displacement during operation of a wind turbine generator, and more particularly, to a wind turbine generator And to a monitoring device for abnormal ground displacement and structural abnormal displacement.

일반적으로 풍력발전기는 바람 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 풍력발전기의 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산한다.Generally, a wind power generator is a device that converts wind energy into electric energy. It rotates the wing of the wind power generator and produces electric power by the rotating power of the wing.

상기 풍력발전기는 풍속이 세고, 풍차가 클수록 더 많은 풍력 에너지를 생산할 수 있기 때문에 풍력발전기의 발전량은 바람의 세기와 풍차의 크기에 의존하고 있다. 또한 높이가 높아질수록 바람이 세게 불기 때문에 높은 곳의 발전기가 낮은 곳의 발전기보다 크고 발전량도 많아진다.Since the wind turbine is capable of producing more wind energy as the wind speed is higher and the wind turbine is larger, the power generation amount of the wind turbine depends on the wind strength and the size of the windmill. Also, as the height increases, the wind blows harder, so the generator in the higher place is larger than the generator in the lower place and the power generation is increased.

통상적으로 풍력을 이용하여 발전하기 위해서는 평균 초속 4m/s 이상으로 부는 바람이 필요하다. 여기서 말하는 바람의 속도는 지면에서의 속도가 아니라 풍력발전기의 날개가 있는 높이에서의 속도를 의미한다.Generally, in order to generate electricity using wind power, a wind blowing at an average speed of 4 m / s or more is required. The speed of the wind referred to here is not the speed at the ground but the speed at the height of the wing of the wind turbine.

종래의 풍력발전기의 구조는, 도면으로 도시하지는 않았지만, 지면 또는 플랫폼에 세워지는 고층의 타워 상단에 로터블레이드(미도시)를 회동 지지하는 나셀(미도시)이 회전 가능하도록 설치되고, 나셀 내부에는 증속기 등의 구동장치(미도시) 및 발전장치(미도시), 제어장치(미도시)를 두어, 로터블레이드의 회전력이 허브(미도시)를 거쳐 주축을 통해 발전기에 이르도록 구성된다.The structure of the conventional wind turbine is not shown in the drawing, but a nacelle (not shown) for rotatably supporting a rotor blade (not shown) is rotatably installed on the upper end of a tower of a high-rise tower on a ground or platform, (Not shown) such as a speed reducer, a power generator (not shown), and a controller (not shown) so that the rotational force of the rotor blades is transmitted to the generator via a hub (not shown) via the main shaft.

따라서 상기 풍력발전기의 타워의 높이가 높을수록 발전 용량이 높아질 수 있다는 장점이 있지만, 이에 따른 비용과 타워의 무게가 증가하며, 또한 풍압이나 타워의 고유진동수에 의해 지반거동이나 지지구조물(또는 구조물)에 이상변위가 발생될 수 있는 문제점이 있다. Therefore, although the power generation capacity can be increased as the height of the tower of the wind turbine is increased, the cost and the weight of the tower are increased, and the ground motion or support structure (or structure) There is a problem that an abnormal displacement may occur.

여기서 고유진동수란 건물이나 다리, 구조물, 기계부품 등이 가지고 있는 진동수를 의미한다. 마찬가지로 상기 타워도 일정한 고유진동수를 가지게 되는데, 만약 타워 주위에 부는 바람의 진동수가 상기 타워의 고유진동수와 일치하게 될 경우(즉, 공진될 경우), 상기 타워에 이상변위가 발생되거나 무너져 버리는 사고가 발생할 수 있는 문제점이 있는 것이다.Here, the natural frequency means the frequency of a building, a bridge, a structure, or a mechanical part. Likewise, the tower also has a constant natural frequency. If the frequency of the wind blowing around the tower coincides with the natural frequency of the tower (i.e., resonates), an accident that an abnormal displacement occurs or collapses in the tower There is a problem that can occur.

그리고 상기 풍력발전기의 지지구조물은 지지 철탑(타워)과 기초(콘트리트)로 구성된다. 따라서 상기 지지구조물은 이질적인 재료의 결합으로 완전한 접합이 불가능하며, 풍력발전기의 상시 환경 하중(풍하중) 뿐만 아니라, 회전에 의한 추력 발생 등으로 인하여 타워와 기초간의 균열(도 1의 (a) 참조)이나 융기(도 1의 (b) 참조) 발생할 수 있으며, 미세한 균열 발생이 타워와 기초간의 마찰력 및 지지력을 상실하여 전도 가능성이 존재하는 문제점이 있다.The support structure of the wind turbine is composed of a support tower and a foundation. Therefore, the support structure is incapable of perfect bonding due to the bonding of heterogeneous materials, and cracks (see Fig. 1 (a)) between the tower and the foundation due to the generation of thrust due to rotation, as well as the normal environmental load (wind load) (See Fig. 1 (b)), and there is a possibility that the generation of fine cracks may lose the frictional force and the supporting force between the tower and the foundation, thereby causing conduction.

따라서 기존에는 타워의 외부에 다이얼 게이지를 설치하여 기초와 타워 간의 거동을 현장에서는 계측할 수 있었으나 번거로우며 상시 모니터링이 불가능하다는 문제점이 있었다.
Therefore, in the past, a dial gauge was installed on the outside of the tower so that the behavior between the foundation and the tower could be measured in the field, but it was cumbersome and impossible to monitor at all times.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2013-0003517호(2013.06.13.공개, 풍력발전기의 거동상태 표시장치)에 개시되어 있다.
BACKGROUND ART [0002] The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0003517 (published on Mar. 13, 2013, a device for displaying the behavior of a wind turbine).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 풍력발전기의 타워를 포함한 지지구조물의 거동상태를 사전에 파악하여 설비 신뢰성 확보 및 사고를 예방할 수 있도록 하는 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a wind turbine generator, The object of the present invention is to provide a monitoring device for displacement.

본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치는, 풍력발전기 구조물의 거동상태 정보들을 실시간으로 검출하는 센서부; 상기 거동상태 정보들을 수집 저장하는 데이터 로거; 상기 거동상태 정보들을 선택적으로 조합하여 상기 풍력발전기 구조물의 진동 상태를 분석하는 진동 분석부; 상기 분석된 풍력발전기 구조물의 진동이 미리 설정된 기준치를 초과할 경우 알람을 출력하는 경고부; 및 상기 분석된 풍력발전기 구조물의 진동 상태를 사용자가 시각적으로 이해할 수 있는 데이터 포맷으로 변경하여 출력하는 모니터링부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The monitoring device for the ground motion and the abnormal displacement of the structure during operation of the wind turbine according to an aspect of the present invention includes a sensor unit for detecting the behavioral state information of the wind turbine structure in real time; A data logger for collecting and storing the behavior state information; A vibration analysis unit for analyzing a vibration state of the wind power generator structure by selectively combining the behavior state information; An alarm unit for outputting an alarm when the analyzed vibration of the wind turbine structure exceeds a preset reference value; And a monitoring unit for changing the vibration state of the analyzed wind power generator structure into a data format that a user can visually understand and outputting.

본 발명에 있어서, 상기 구조물은, 타워 및 그 타워가 지지되는 기초를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the structure includes a tower and a foundation to which the tower is supported.

본 발명에 있어서, 상기 센서부는, 상기 구조물에 포함되는 타워를 높이 방향으로 적어도 3개의 섹터로 가상 분할하고, 상기 타워에 설치된 사다리 측을 0도, 그 반대 면에 설치된 도어 측을 180도로 설정하고, 상기 섹터들의 경계 부분을 기준으로 기 설정된 소정 거리 및 소정 각도 지점에 설치되며, 상기 3개의 섹터는 지면으로부터 각각 하부 섹터, 중부 섹터, 상부 섹터로 구분되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the sensor unit divides the tower included in the structure into at least three sectors in the height direction, sets the ladder side on the tower to 0 degrees, and the door side on the opposite side to 180 degrees A predetermined distance and a predetermined angle based on a boundary portion of the sectors, and the three sectors are divided into a lower sector, a middle sector, and an upper sector from the ground.

본 발명에 있어서, 상기 센서부는, 가속도계, 경사계, 변형률계 및 간극수압계 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the sensor unit may include at least one of an accelerometer, an inclinometer, a strain gauge, and a pore pressure gauge.

본 발명에 있어서, 상기 간극수압계는, 상기 타워에서 지면 아래에 묻히는 가장 밑 부분의 하부에 설치되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the pore water pressure gauge is installed at a lower portion of the bottom portion buried under the ground in the tower.

본 발명에 있어서, 상기 변형률계는, 지면으로부터 제1 소정거리 상부의 제1 각도 지점과 제2 각도 지점에 각기 설치되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the strain meter is provided at each of the first and second angular points above the first predetermined distance from the ground.

본 발명에 있어서, 상기 경사계는, 지면으로부터 제2 소정거리 상부의 제1 각도 지점과 제2 각도 지점에 각기 설치되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the inclinometer is installed at a first angle point and a second angle point, respectively, above the second predetermined distance from the ground.

본 발명에 있어서, 상기 변형률계는, 하부 섹터의 상부 끝 지점에서 제3 소정거리 하부의 제1 각도 지점과 제2 각도 지점에 각기 설치되고, 또한 중부 섹터의 상부 끝 지점에서 제3 소정거리 하부의 제1 각도 지점과 제2 각도 지점에 각기 설치되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the strain gauge is provided at each of the first angular point and the second angular point below the third predetermined distance from the upper end point of the lower sector, and is further provided at the third predetermined distance lower portion from the upper end point of the center sector, The first angle point and the second angle point, respectively.

본 발명에 있어서, 상기 가속도계는, 중부 섹터의 상부 끝 지점에서 제4 소정거리 하부의 제1 각도 지점에 설치되고, 또한 상부 섹터의 상부 끝 지점에서 제5 소정거리 하부의 제1 각도 지점과 제2 각도 지점에 설치되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the accelerometer is installed at a first angle point of the fourth predetermined distance below the upper end point of the center sector, and further includes a first angle point at a fifth predetermined distance below the upper end point of the upper sector, And is installed at two angular points.

본 발명에 있어서, 상기 데이터 로거는, 상기 거동상태 정보들을 디지털 신호로 변환하여 내부 메모리에 저장하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the data logger converts the behavior state information into a digital signal and stores the converted digital signal in an internal memory.

본 발명에 있어서, 상기 센서부 및 데이터 로거는 풍력발전기의 타워에 설치되고, 상기 진동 분석부는 원격지의 풍력 감시센터에 설치되며, 상기 데이터 로거의 거동상태 정보를 상기 진동 분석부에 전송하기 위한 통신부가 상기 풍력발전기의 타워 및 풍력 감시센터에 각기 더 설치되고, 상기 각각의 통신부는 광통신 케이블, 와이어 케이블, 무선 중 적어도 어느 하나의 방식으로 연결되며, 또한 시리얼 통신, 패러렐 통신, 이더넷 통신 및 인터넷 통신 중 적어도 어느 하나의 통신 방식으로 정보를 전송하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.In the present invention, the sensor unit and the data logger are installed in a tower of a wind power generator, the vibration analysis unit is installed in a wind power monitoring center at a remote location, and a communication unit for transmitting the behavior state information of the data logger to the vibration analysis unit Wherein each of the communication units is connected to at least one of an optical communication cable, a wire cable, and a wireless communication unit, and the serial communication, the parallel communication, the Ethernet communication, and the Internet communication The information is transmitted through at least one of the communication methods.

본 발명에 있어서, 상기 모니터링부는, 상기 분석된 풍력발전기 구조물의 진동이 미리 설정된 기준치를 초과할 경우 위험 경고 메시지를 표시하며, 상기 진동 분석부에서 전송된 상기 진동 분석 결과를 이용하여 사용자가 시각적으로 이해하기 쉬운 데이터 포맷으로 변환하여 화면에 표시하고, 내부 메모리에 상기 진동 분석 결과를 지속적으로 누적하여, 년, 분기, 월, 주, 시간 단위의 통계를 산출하고, 그 비교 정보를 사용자가 시각적으로 이해하기 쉬운 데이터 포맷으로 변환하여 표시하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the monitoring unit displays a danger warning message when the analyzed vibration of the wind turbine structure exceeds a preset reference value, and the user can visually confirm the vibration using the vibration analysis result transmitted from the vibration analysis unit The vibration analysis result is continuously accumulated in the internal memory, the statistics of the year, quarter, month, week, and hour are calculated, and the comparison information is visually displayed It is converted into a data format easy to understand and displayed.

본 발명은 풍력발전기의 타워를 포함한 지지구조물의 변위, 기울기 등을 모니터링 하여 거동상태를 사전에 파악함으로써 설비 신뢰성 확보 및 사고를 예방할 수 있도록 하며, 지지구조물의 기초 손상 추이를 파악함으로써 정비시기를 예측할 수 있도록 하고, 기지구조물의 상부에서 하부까지의 모든 거동상태 데이터를 취득함으로써 정확한 상태 진단이 가능하도록 하며, 또한 취득한 모든 상태 데이터가 저장됨으로써 무인 감시가 가능하게 하는 효과가 있다.
The present invention monitors the displacement and inclination of a supporting structure including a tower of a wind turbine to determine the behavior of the equipment in advance to ensure facility reliability and prevent accidents. And acquires all the behavior state data from the upper part to the lower part of the base structure. Thus, accurate state diagnosis is enabled, and all acquired state data is stored, thereby enabling unattended monitoring.

도 1은 종래에 풍력발전기 타워와 기초간의 균열이나 융기가 발생한 모습을 보여주는 사진.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 3은 상기 도 2에 있어서, 센서들의 타워 부착 위치를 설명하기 위한 예시도.
FIG. 1 is a photograph showing a crack or a ridge between a tower and a foundation of a wind turbine in the past. FIG.
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wind turbine generator, and more particularly,
Fig. 3 is an exemplary view for explaining a tower attachment position of sensors in Fig. 2; Fig.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치의 일 실시예를 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a surveillance apparatus for ground motion and structural abnormal displacement during operation of a wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a monitoring apparatus for monitoring ground motion and anomalous displacement during operation of a wind turbine according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치는, 풍력발전기의 타워(100)에 설치되는 수단으로서, 센서부(110), 데이터 로거(120), 통신부(130) 및 무정전 전원공급부(140)를 포함하고, 풍력 감시센터(200)에 설치되는 수단으로서 통신부(210), 진동 분석부(220), 모니터링부(230) 및 경고부(240)를 포함한다.2, the monitoring device for the ground motion and the abnormal displacement of the structure during the operation of the wind turbine according to the embodiment of the present invention includes means for installing the sensor unit 110 on the tower 100 of the wind turbine, A data logger 120, a communication unit 130 and an uninterruptible power supply unit 140. The communication unit 210, the vibration analysis unit 220, the monitoring unit 230, And a warning unit 240.

상기 센서부(110)는 가속도계(111), 경사계(112), 변형률계(113) 및 간극수압계(114) 중 적어도 하나 이상을 포함한다.The sensor unit 110 includes at least one of an accelerometer 111, an inclinometer 112, a strain gauge 113, and a pore pressure gauge 114.

상기 가속도계(111)는 상기 타워(100)에 발생되는 최대 진동이나 진동 가속도를 측정한다. 즉, 진동 크기 데이터를 측정(또는 검출)하여 출력한다.The accelerometer 111 measures the maximum vibration or vibration acceleration generated in the tower 100. That is, the vibration magnitude data is measured (or detected) and output.

상기 경사계(112)는 기초와 상기 타워(100)간의 기울기를 측정한다. 즉, 기울기나 수평변위 데이터를 측정(또는 검출)하여 출력한다.The inclinometer 112 measures the slope between the foundation and the tower 100. That is, the tilt and horizontal displacement data are measured (or detected) and output.

상기 변형률계(113)는 상기 타워(100)의 변형률을 측정한다. The strain gage 113 measures the strain of the tower 100.

즉, 타워(100)에 외력이 작용할 때 생기는 저항력인 응력이나 인장 데이터를 측정(또는 검출)하여 출력한다.That is, stress (tensile force) or tension data (resistance) generated when an external force acts on the tower 100 is measured (or detected) and output.

상기 변형률계(113)는 상기 타워(100)의 기울기를 측정하여 기초의 침하상태를 평가할 수 있도록 하는 정보를 측정하여 제공한다.The strain gage 113 measures the slope of the tower 100 and measures and provides information for evaluating the subsidence state of the foundation.

상기 간극수압계(114)는 지반의 침하, 변위, 거동 분석을 위한 간극 수압 데이터를 측정(또는 검출)하여 출력한다.The pore pressure gauge 114 measures (or detects) pore water pressure data for analyzing subsidence, displacement, and behavior of the ground, and outputs the data.

상기 간극수압계(114)는 해수면 상승시 기초 하부에 가해지는 부력을 측정하며, 이로 인해 기초의 기울기에 대한 영향을 분석할 수 있도록 하는 정보를 측정하여 제공한다.The pore pressure gauge 114 measures the buoyant force applied to the bottom of the foundation when the sea level rises, and measures and provides information for analyzing the influence of the slope of the foundation.

상기 센서부(110)는 기지구조물(즉, 타워)의 정확한 거동상태를 진단하기 위하여, 즉, 상기 타워(100)의 상부에서 하부까지의 전체적인 거동상태 데이터를 취득하기 위하여 각각의 센서(111 ~ 114)를 적절한 위치에 설치(또는 부착)하는 것이 바람직하다. The sensor unit 110 is provided with sensors 111 to 111 for diagnosing the accurate behavior of the known structures (i.e., towers), that is, for acquiring overall behavior state data from the top to the bottom of the tower 100, 114) at appropriate positions.

상기 센서(111 ~ 114)의 부착 위치에 대해서 도 2를 참조하여 설명한다.Mounting positions of the sensors 111 to 114 will be described with reference to Fig.

도 3은 상기 도 2에 있어서, 센서들의 타워 부착 위치를 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 3 is an exemplary view for explaining a tower attachment position of sensors in FIG.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 타워(100)는 크게 3부분의 섹터로 분할(가상 분할)하여 구분할 수 있다. As shown in FIG. 3, the tower 100 can be largely divided into three parts (virtual partition).

이때 상기 타워(100)의 높이는 얼마든지 가변될 수 있다.At this time, the height of the tower 100 may vary.

따라서 상기 섹터는 타워의 높이를 고려하여 가능한 균등하게 3부분으로 분할하여 구분하는 것이 바람직하다. 그러나 상기 섹터를 반드시 균등하게 분할해야 하는 것은 아니며, 본 실시예에서와 같이 불균등하게 분할할 수도 있다. 또한 상기 섹터의 개수도 타워의 높이에 따라 더 많거나 더 적게 분할될 수 있다.Accordingly, it is preferable that the sector is divided into three parts as much as possible considering the height of the tower. However, the sector is not necessarily divided equally, and may be unevenly divided as in the present embodiment. Also, the number of sectors can be divided more or less according to the height of the tower.

편의상 본 실시예에서는 지면 상부에 돌출된 타워 부분의 높이가 77.3미터이고, 상기 타워를 3개의 섹터로 불균등 분할하여 지정된 위치에 각각의 센서를 설치(또는 부착)하는 것으로 가정하여 설명한다.For convenience, the present embodiment assumes that the height of the tower portion protruding from the upper part of the ground is 77.3 meters, and that the towers are unevenly divided into three sectors and each sensor is installed (or attached) at a designated position.

이때 상기 센서(111 ~ 113)가 설치되는 높이와 위치는 바람직한 일 실시예로서 설명하는 것이므로, 타워의 구조, 높이, 직경 및 둘레에 따라 얼마든지 변경될 수 있음에 유의한다.It should be noted that the height and the position of the sensors 111 to 113 are described as a preferred embodiment, and thus the height and position of the sensors 111 to 113 can be changed according to the structure, height, diameter and circumference of the tower.

상기 3개의 섹터(예 : 하부 섹터, 중부 섹터, 상부 섹터) 중, 하부 섹터는 지면에서 약 19미터(19,210mm) 지점까지이며, 중부 섹터는 그 지점(즉, 하부 섹터의 상부 끝 지점)부터 약 29미터(29,005mm) 지점까지이며, 상부 섹터는 그 지점(즉, 중부 섹터의 상부 끝 지점)부터 상단 끝까지 약 29미터(29,085mm)이다.Of the three sectors (e.g., the bottom sector, the middle sector, and the top sector), the bottom sector is about 19 meters (19,210 mm) from the ground, And the upper sector is about 29 meters (29,085 mm) from that point (i.e., the upper end of the central sector) to the upper end.

그리고 상기 센서를 설치하기 위한 기준 위치로서, 타워에 설치된 사다리(Ladder) 측을 0도라고 할 때, 그 반대 면에 설치된 도어(Door) 측이 180도인 것으로 설정한다.As a reference position for installing the sensor, when the ladder side provided on the tower is assumed to be 0 degree, the door side provided on the opposite side is set to be 180 degrees.

우선 상기 간극수압계(114)는 상기 타워(100)의 가장 밑 부분(즉, 지면 아래에 묻히는 부분)(Embedded) 의 아래에 설치된다. 그에 따라 지반이 침하되거나 떠오르는 경우(즉, 부양되는 경우)에 그 정도를 검출하게 된다.The pore pressure gauge 114 is installed below the bottom portion of the tower 100 (i.e., a portion buried under the ground). And when the ground subsides or floats (that is, floats), the extent is detected.

상기 변형률계(113)는 지면에서 약 250mm 상부의 155도 지점과 335도 지점에 설치되고, 그리고 상기 경사계(112)는 지면에서 약 650mm 상부의 155도 지점과 245도 지점에 설치된다.The strain gage 113 is installed at a point of about 155 degrees and 335 degrees above the ground by about 250 mm and the inclinometer 112 is installed at a point of about 155 degrees and about 245 degrees above the ground by about 650 mm.

또한 상기 변형률계(113)는 하부 섹터의 상부 끝 지점에서 약 600mm 하부의 155도 지점과 335도 지점에 설치되고, 또한 중부 섹터의 상부 끝 지점에서 약 600mm 하부의 155도 지점과 335도 지점에 설치된다.Further, the strain gage 113 is installed at a position of 155 degrees and 335 degrees below the upper end of the lower sector by about 600 mm, and at a position of 155 degrees and 335 degrees below the upper end of the central sector by about 600 mm Respectively.

상기 가속도계(111)는 중부 섹터의 상부 끝 지점에서 약 900mm 하부의 155도 지점에 설치되고, 또한 상부 섹터의 상부 끝 지점에서 약 750 mm 하부의 155도 지점과 245도 지점에 설치된다.The accelerometer 111 is installed at a point about 155 degrees below the upper end of the middle sector and about 155 degrees below the upper end of the upper sector and about 245 degrees below the upper end of the upper sector.

한편 상기 본 발명의 실시예에서는 각 섹터의 경계 부근에서 2개씩의 센서가 설치되었으나, 사실상 이는 타워의 상부에서 하부까지의 전반적인 거동상태 정보를 취득하기 위한 최소한의 센서 개수이며, 더 정확한 상태 정보를 취득하기 위하여 더 많은 센서가 부착될 수도 있음은 자명하다.In the embodiment of the present invention, two sensors are provided in the vicinity of the boundaries of the respective sectors. In fact, this is the minimum number of sensors for acquiring the overall behavior state information from the top to the bottom of the tower. It is obvious that more sensors may be attached to obtain.

상기 센서부(110)에서 취득한 정보들은 데이터 로거(120)에 전송된다.The information obtained from the sensor unit 110 is transmitted to the data logger 120.

상기 데이터 로거(120)는 상기 센서부(110)에서 취득한 각 센싱 정보들을 디지털 신호로 변환하여 내부 메모리에 주기적으로 저장한다.The data logger 120 converts the sensing information obtained from the sensor unit 110 into a digital signal and periodically stores the digital signal in an internal memory.

상기 통신부(130)는 상기 데이터 로거(120)에 저장된 센싱 정보들을 풍력 감시센터(200)에 주기적으로 전송한다. The communication unit 130 periodically transmits the sensing information stored in the data logger 120 to the wind power monitoring center 200.

또한 상기 통신부(130)는 상기 풍력 감시센터(200)의 통신부(210)와 통신하여 상기 풍력 감시센터(200)에서 센싱 정보를 요구할 경우에 상기 데이터 로거(120)에 저장된 센싱 정보들을 풍력 감시센터(200)에 전송할 수도 있다.The communication unit 130 communicates with the communication unit 210 of the wind power monitoring center 200 and transmits sensing information stored in the data logger 120 to the wind power monitoring center 200 when the wind power monitoring center 200 requests sensing information. (200).

상기 통신부(130)와 상기 풍력 감시센터(200)의 통신부(210)는 광통신 케이블을 이용하여 연결되지만, 그에 한정되지 않고 일반 와이어 케이블이나 무선 방식으로 연결될 수도 있다. 또한 시리얼 통신, 패러렐 통신, 이더넷 통신 및 인터넷 통신 중 적어도 어느 하나의 통신 방식을 이용하여 정보를 전송할 수 있다.The communication unit 130 and the communication unit 210 of the wind power monitoring center 200 are connected using an optical communication cable, but are not limited thereto. In addition, information can be transmitted using at least one of serial communication, parallel communication, Ethernet communication, and Internet communication.

상기 무정전 전원공급부(140)는 외부전원의 공급이 중단될 경우에도 상기 데이터 로거(120) 및 상기 통신부(130)의 안정적인 동작을 위하여 동작 전원을 공급한다.The uninterruptible power supply unit 140 supplies operating power for stable operation of the data logger 120 and the communication unit 130 even when the supply of external power is interrupted.

한편 상기 풍력 감시센터(200)의 통신부(210)는 상기 풍력발전기 타워(100)의 통신부(130)로부터 전송된 센싱 정보를 전송받아 상기 진동 분석부(220)로 출력한다. The communication unit 210 of the wind power monitoring center 200 receives the sensing information transmitted from the communication unit 130 of the wind turbine tower 100 and outputs the sensing information to the vibration analyzer 220.

상기 풍력 감시센터(200)는 풍력 발전 단지에 설치된 적어도 하나 이상의 풍력발전기 타워로부터 측정된 센싱 정보들을 각기 전송받는다. 각 풍력발전기 타워의 거동상태(예 : 진동)를 분석한다.The wind power monitoring center 200 receives sensing information measured from at least one wind turbine tower installed in the wind power generation complex. Analyze the behavior of each wind turbine tower (eg, vibration).

상기 진동 분석부(220)는 상기 센서부(110)에서 측정된 정보(예 : 진동 크기, 기울기, 수평변위, 인장, 압축응력, 전극 수압 등)들을 조합하여 타워의 거동상태(예 : 진동)를 분석한다.The vibration analyzer 220 combines information (e.g., vibration amplitude, tilt, horizontal displacement, tension, compressive stress, electrode water pressure, etc.) measured by the sensor unit 110, .

상기 진동 분석부(220)는 공지된 임의의 진동 분석 알고리즘을 이용하여 진동을 분석할 수 있다. 예컨대 상기 진동 분석 알고리즘은 소정 시간 구간(예 : 100초)에 측정된 정보(예 : 진동 크기, 기울기, 수평변위, 인장, 압축응력, 전극 수압 등)들을 매틀랩(MATLAB)을 사용하여 푸리에 변환(Fourier Transform)을 수행하는 방식으로 산출할 수 있다. 상기 진동 분석 방식은 사용된 알고리즘에 따라 달라질 수 있다.The vibration analysis unit 220 may analyze the vibration using any known vibration analysis algorithm. For example, the vibration analysis algorithm performs Fourier transform (Fourier transformation) using MATLAB (for example, vibration amplitude, tilt, horizontal displacement, tension, compressive stress, Fourier Transform) is performed. The vibration analysis method may vary depending on the algorithm used.

상기 진동 분석부(220)는 상기 진동 분석 결과, 진동이 미리 설정된 기준치를 초과할 경우, 상기 경고부(240)에 알람 신호를 출력한다. 상기 알람 신호가 발생할 경우 응급조치를 수행할 수 있다. 예컨대 상기 응급조치는 발전을 정지시키거나 주변 사람의 대피, 또는 타워 보수를 수행할 수 있다.The vibration analysis unit 220 outputs an alarm signal to the warning unit 240 when the vibration exceeds the preset reference value as a result of the vibration analysis. When the alarm signal is generated, the emergency action can be performed. For example, the emergency action may stop evolving, evacuate nearby persons, or perform tower maintenance.

또한 상기 진동 분석부(220)는 상기 진동 분석 결과를 상기 모니터링부(230)에 출력하여 화면에 표시한다. The vibration analysis unit 220 outputs the vibration analysis result to the monitoring unit 230 and displays the result on the screen.

상기 진동 분석 결과, 진동이 미리 설정된 기준치를 초과할 경우, 상기 모니터링부(230)에 위험 경고 메시지를 표시할 수 있다. As a result of the vibration analysis, if the vibration exceeds a preset reference value, the monitoring unit 230 may display a danger warning message.

상기 모니터링부(230)는 상기 진동 분석부(220)에서 전송된 상기 진동 분석 결과를 이용하여 사용자(감시센터의 관리자)가 시각적으로 이해하기 쉬운 포맷(예 : 그래프, 애니메이션 이미지 등)으로 변환하여 화면(미도시)에 표시한다.The monitoring unit 230 converts the vibration analysis result transmitted from the vibration analysis unit 220 into a format (for example, a graph, an animation image, or the like) that the user (the manager of the monitoring center) can visually understand And displays it on a screen (not shown).

상기 모니터링부(230)는 내부 메모리에 상기 진동 분석 결과를 지속적으로 누적하여, 년, 분기, 월, 주, 시간 단위의 통계(예 : 평균, 변화 추이 등)를 산출하고, 사용자가 시각적으로 이해하기 쉬운 포맷(예 : 비교표, 비교 이미지)으로 표시함으로써, 과거 대비 현재의 타워의 거동상태 변화를 예측할 수 있도록 한다.The monitoring unit 230 continuously accumulates the vibration analysis results in the internal memory to calculate statistics (e.g., average, change trend, etc.) in units of years, quarters, months, weeks and hours, (Eg, comparison charts, comparison images) so that the change in the behavior of the tower at present relative to the past can be predicted.

상기 모니터링부(230)는 단순히 진동 분석 결과를 표시하는 기능뿐만 아니라, 기존에 누적 저장된 정보들과 새로 전송받은 정보들을 가공하여 비교하고, 그 비교 결과를 적어도 하나의 이상의 포맷으로 표시할 수 있도록 함으로써, 사용자가 다각적으로 타워(지지구조물)의 거동상태를 판단할 수 있도록 지원한다.The monitoring unit 230 not only displays the vibration analysis result, but also processes and compares the previously accumulated information with the newly transmitted information and displays the comparison result in at least one format , So that the user can judge the behavior of the tower (support structure) in various ways.

상기와 같이 본 발명에 따른 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치는 간극수압계 및 가속도계를 이용하여 타워 변위 및 타워 기울기를 모니터링 함으로써 타워의 상태를 예측함으로써 신뢰도를 향상시킨다.As described above, the monitoring apparatus for the ground motion and the abnormal displacement during operation of the wind turbine according to the present invention improves the reliability by predicting the state of the tower by monitoring the tower displacement and the tower slope using the pore pressure meter and the accelerometer.

또한 종래에는 타워 변위 상태를 계측하기 위해서 다이알 게이지 등을 사용하기 때문에 빈번한 설치와 철거 작업이 필요하였으나 본 발명에 따른 장치는 타워 변위 상태를 연속해서 자동으로 취득하여 편의성을 향상시킨다.Conventionally, since a dial gauge or the like is used to measure a tower displacement state, frequent installation and dismantling operations are required. However, the apparatus according to the present invention automatically acquires a tower displacement state continuously to improve convenience.

또한 종래에는 타워의 거동상태를 측정하는 장비를 휴대하고 풍력발전기가 설치된 현장에 이동하여 상태 정보를 측정해야 하므로 시간이 많이 소요되고 타워의 상부 상태 데이터를 취득하기가 어렵고 위험하였으나 본 발명에 따른 장치는 이런 위험성을 감소시킨다.In addition, conventionally, since it is necessary to carry the equipment for measuring the behavior of the tower and move to the site where the wind turbine generator is installed and to measure the state information, it takes a long time and it is difficult and dangerous to acquire the top state data of the tower. This reduces the risk.

한편 종래의 풍력발전기의 거동상태 계측은 풍향, 풍속 등 환경적인 계측과 나셀 내부 풍력발전기의 기계/전기적 계측에 치중되었으나 본 발명에서는 환경적인 요소를 배제하고 지반거동과 지지구조물의 이상변위에 직접적인 영향을 미치는 정보들을 계측하므로 보다 정확한 상태 예측이 가능하다.Meanwhile, the measurement of the behavior of the conventional wind turbine has been focused on environmental measurement such as wind direction and wind speed and mechanical / electrical measurement of the wind turbine in the nacelle. In the present invention, however, environmental factors are excluded and direct influence on the ground motion and abnormal displacement of the support structure So that more accurate state prediction is possible.

또한 종래의 풍력발전기는 지반침하에 대한 측정은 수행하지 않고 있으나 본 발명에서 지반침하에 대한 측정을 수행함으로써 다른 계측기를 통해서 검출하지 못하는 부분이나 좀 더 확증적인 정보를 계측함으로써 신뢰성을 향상시킨다.In addition, the conventional wind turbine does not measure the ground settlement. However, the present invention improves the reliability by measuring the ground settlement by measuring the part that can not be detected through other measuring instruments or more reliable information.

또한 본 발명은 경사계와 변형률계를 이용하여 지지구조물에 문제가 발생하기 전에 이상 상태를 빠르게 인지할 수 있도록 한다.Further, the present invention enables the user to quickly recognize an abnormal state before a problem occurs in the support structure by using an inclinometer and a strain gauge.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, I will understand the point. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.

100 : 풍력발전기 타워 110 : 센서부
111 : 가속도계 112 : 경사계
113 : 변형률계 114 : 간극수압계
120 : 데이터 로거 130 : 통신부
140 : 무정전 전원공급부 200 : 풍력 감시센터
210 : 통신부 220 : 진동 분석부
230 : 모니터링부 240 : 경고부
100: Wind turbine generator tower 110: Sensor unit
111: accelerometer 112: inclinometer
113: Strain meter 114: Pore pressure meter
120: Data logger 130:
140: uninterruptible power supply 200: wind power monitoring center
210: communication unit 220: vibration analysis unit
230: monitoring section 240: warning section

Claims (12)

풍력발전기 구조물의 거동상태 정보들을 실시간으로 검출하는 센서부;
상기 거동상태 정보들을 수집 저장하는 데이터 로거;
상기 거동상태 정보들을 선택적으로 조합하여 상기 풍력발전기 구조물의 진동 상태를 분석하는 진동 분석부;
상기 분석된 풍력발전기 구조물의 진동이 미리 설정된 기준치를 초과할 경우 알람을 출력하는 경고부; 및
상기 분석된 풍력발전기 구조물의 진동 상태를 사용자가 시각적으로 이해할 수 있는 데이터 포맷으로 변경하여 출력하는 모니터링부;를 포함하고,
상기 센서부는, 상기 구조물에 포함되는 타워를 높이 방향으로 적어도 3개의 섹터로 가상 분할하고, 상기 타워에 설치된 사다리 측을 0도, 그 반대 면에 설치된 도어 측을 180도로 설정하고, 상기 섹터들의 경계 부분을 기준으로 기 설정된 소정 거리 및 소정 각도 지점에 설치되며, 가속도계, 경사계, 변형률계 및 간극수압계 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
상기 변형률계는, 지면으로부터 적어도 250mm 상부의 155도 지점과 335도 지점에 각기 설치되며, 하부 섹터의 상부 끝 지점에서 적어도 600mm 하부의 155도 지점과 335도 지점에 각기 설치되고, 또한 중부 섹터의 상부 끝 지점에서 적어도 600mm 하부의 155도 지점과 335도 지점에 각기 설치되고,
상기 가속도계는, 중부 섹터의 상부 끝 지점에서 적어도 900mm 하부의 155도 지점에 설치되고, 또한 상부 섹터의 상부 끝 지점에서 적어도 750mm 하부의 155도 지점과 245도 지점에 각기 설치되며,
상기 경사계는, 지면으로부터 적어도 650mm 상부의 155도 지점과 245도 지점에 각기 설치되고,
상기 3개의 섹터는, 지면 상부에 돌출된 타워 부분의 높이가 적어도 77미터일 때, 지면으로부터 적어도 19미터 지점까지의 하부 섹터, 상기 하부 섹터의 상부 끝 지점부터 적어도 29미터지점까지의 중부 섹터, 및 상기 중부 섹터의 상부 끝 지점부터 상단 끝 지점까지의 상부 섹터로 구분되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치.
A sensor unit for detecting the behavioral state information of the wind power generator structure in real time;
A data logger for collecting and storing the behavior state information;
A vibration analysis unit for analyzing a vibration state of the wind power generator structure by selectively combining the behavior state information;
An alarm unit for outputting an alarm when the analyzed vibration of the wind turbine structure exceeds a preset reference value; And
And a monitoring unit for changing the vibration state of the analyzed wind power generator structure into a data format that the user can visually understand and outputting,
Wherein the sensor unit is configured to virtually divide the tower included in the structure into at least three sectors in the height direction, set the ladder side on the tower to 0 degrees, the door side on the opposite side to 180 degrees, And at least one of an accelerometer, an inclinometer, a strain gauge, and a pore pressure gauge is installed at a predetermined distance and a predetermined angle point,
The strain gauges are installed at 155 degrees and 335 degrees at least 250 mm above the ground, respectively, at 155 degrees and 335 degrees below the upper end of the lower sector by at least 600 mm, respectively, At a point of 155 degrees and a point of 335 degrees, at least 600 mm below the upper end point,
The accelerometer is installed at a position of 155 degrees lower than the upper end of the central sector by at least 900 mm and at 155 degrees and 245 degrees below the upper end of the upper sector by at least 750 mm,
The inclinometer is installed at 155 degrees and 245 degrees at least 650 mm above the ground,
The three sectors may include a lower sector from the ground to at least 19 meters when the height of the tower portion protruding above the ground is at least 77 meters, a middle sector from the upper end of the lower sector to at least 29 meters, And an upper sector from an upper end point to an upper end point of the middle sector. The monitoring device for the ground motion and the abnormal structure displacement during operation of the wind power generator.
제 1항에 있어서, 상기 구조물은,
타워 및 그 타워가 지지되는 기초를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치.
The structure according to claim 1,
And a foundation on which the tower is supported. The monitoring device for the ground motion and the abnormal displacement of the structure during operation of the wind power generator.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 간극수압계는,
상기 타워에서 지면 아래에 묻히는 가장 밑 부분의 하부에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치.
The apparatus according to claim 1,
Wherein the monitoring unit is installed at a lower portion of a bottom portion buried under the ground in the tower.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 데이터 로거는,
상기 거동상태 정보들을 디지털 신호로 변환하여 내부 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치.
The data logger according to claim 1,
And converting the behavior information into a digital signal and storing the digital signal in an internal memory.
제 1항에 있어서,
상기 센서부 및 데이터 로거는 풍력발전기의 타워에 설치되고, 상기 진동 분석부는 원격지의 풍력 감시센터에 설치되며,
상기 데이터 로거의 거동상태 정보를 상기 진동 분석부에 전송하기 위한 통신부가 상기 풍력발전기의 타워 및 풍력 감시센터에 각기 더 설치되고,
상기 각각의 통신부는 광통신 케이블, 와이어 케이블, 무선 중 적어도 어느 하나의 방식으로 연결되며, 또한 시리얼 통신, 패러렐 통신, 이더넷 통신 및 인터넷 통신 중 적어도 어느 하나의 통신 방식으로 정보를 전송하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the sensor unit and the data logger are installed in a tower of a wind power generator, the vibration analysis unit is installed in a wind power monitoring center at a remote place,
A communication unit for transmitting the behavioral state information of the data logger to the vibration analysis unit is further provided in the tower of the wind turbine and the wind turbine monitoring center,
Wherein each of the communication units is connected to each other by at least one of an optical communication cable, a wire cable, and a wireless communication, and further, the information is transmitted through at least one of serial communication, parallel communication, Ethernet communication, Monitoring system for earthquake behavior and abnormal displacement of structures during operation of wind turbine.
제 1항에 있어서, 상기 모니터링부는,
상기 분석된 풍력발전기 구조물의 진동이 미리 설정된 기준치를 초과할 경우 위험 경고 메시지를 표시하며,
상기 진동 분석부에서 전송된 상기 진동 분석 결과를 이용하여 사용자가 시각적으로 이해하기 쉬운 데이터 포맷으로 변환하여 화면에 표시하고,
내부 메모리에 상기 진동 분석 결과를 지속적으로 누적하여, 년, 분기, 월, 주, 시간 단위의 통계를 산출하고, 그 비교 정보를 사용자가 시각적으로 이해하기 쉬운 데이터 포맷으로 변환하여 표시하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 운전 중 지반거동과 구조물 이상변위에 대한 감시 장치.
The apparatus according to claim 1,
And displaying a danger warning message when the analyzed vibration of the wind turbine structure exceeds a preset reference value,
Converting the vibration analysis result transmitted from the vibration analysis unit into a data format easy for a user to visually understand and displaying on a screen,
The vibration analysis result is continuously accumulated in the internal memory to calculate statistics for each year, quarter, month, week, and hour, and the comparison information is converted into a data format easy for the user to visually understand and displayed. Monitoring system for earthquake behavior and abnormal displacement of structures during operation of wind turbine.
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