KR101571492B1 - a control method for reducing wind load of a wind generator unit depended on turbulence intensity - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법은, 풍력 발전 유닛에 설치된 풍속 센서로부터 실시간 풍속(WS)을 측정하는 실시간 풍속 측정 단계, 상기 실시간 풍속 측정 단계에서 측정된 상기 실시간 풍속(WS)의 변화를 기반으로 난류강도(TI)를 정량화 하는 난류강도 도출 단계 및 상기 난류강도 도출 단계에서 도출된 난류강도(TI)를 기준으로 상기 풍력 발전 유닛을 운전속도를 감속 제어하는 운전제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 실시간 풍속 측정 단계에서 측정된 실시간 풍속(WS)의 표준편차(SD) 및 상기 실시간 풍속의 평균(AVE)을 계산하고, 상기 표준편차(SD)와 평균(AVE)의 비율로 난류강도(TI)를 도출하는 것 특징으로 한다.
The load reduction control method of a wind power generation unit according to the present invention includes a real time wind speed measurement step of measuring a real time wind speed WS from an wind speed sensor installed in a wind power generation unit, And a driving control step of controlling the operation speed of the wind power unit to be decelerated based on a turbulence intensity (TI) derived from the turbulence intensity derivation step and a turbulence intensity deriving step for quantifying the turbulence intensity (TI) .
The standard deviation (SD) of the real-time wind speed (WS) and the average wind speed average (AVE) of the real-time wind speed measured in the real-time wind speed measuring step are calculated and the turbulence intensity (TI) is derived.

Description

난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법{a control method for reducing wind load of a wind generator unit depended on turbulence intensity}A control method for reducing the load on a wind turbine generator according to the turbulence intensity is disclosed.

본 발명은 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난류의 강도가 높은 풍황에 있어서 풍력 발전 유닛의 하중을 감소시키기 위한 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법에 해당한다.
More particularly, the present invention relates to a load reduction control method for a wind power generation unit in accordance with a turbulence intensity for reducing a load of a wind power generation unit in a wind force with a high turbulent intensity, Control method.


일반적으로, 풍력발전시설에 있어, 난류 및 진동의 존재 및 영향력은 풍력발전기의 가동 및 유지에 있어 설계치를 벗어난 피로하중을 발생시켜, 상당한 영향을 미치게 된다.
대표적으로, 풍력발전시설의 가동 중에 설계범위를 벗어나는 강한 난류 및 진동이 발생할 경우, 제어 시스템이 갖춰지지 않은 풍력발전시설의 경우에는 강한 피로하중이 발생하며 시스템상의 에러가 발생하는 현실적인 문제점이 있다.
종래기술은 풍력발전시설을 실시간으로 제어를 할 수 없어 난류 및 진동의 존재에 따라 시설의 건설여부 및 설계방향에 큰 영향이 있었다.

도 1-a는 난류가 발생된 지역에서의 풍력 발전 유닛을 나타내는 개념도이다. 난류강도(turbulence intensity)가 높은 지역에 설치된 풍력 발전 유닛의 경우, 운전 시 하중 증가로 인하여 기기의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

Generally, in wind power plants, the presence and influence of turbulence and vibration have a significant effect on the operation and maintenance of the wind turbine generator, resulting in fatigue loads that deviate from the design values.
Typically, in the case of strong turbulence and vibration that occurs outside the design range during the operation of a wind power generation facility, there is a real problem in that a strong fatigue load occurs in a wind power generation facility not equipped with a control system and errors occur in the system.
The conventional technology can not control the wind power generation facility in real time, and the existence of the turbulence and vibration greatly influences the construction and design direction of the facility.

1 (a) is a conceptual diagram showing a wind power generation unit in a region where a turbulent flow is generated. In the case of a wind power unit installed in an area having a high turbulence intensity, there is a problem that the life of the device is shortened due to an increase in load during operation.

보다 상세하게는 난류에 따른 하중 변화로 블레이드(2) 등의 구조물에 진동이 발생하게 되고 이러한 진동은 구조적인 피로를 야기시킨다.More specifically, a vibration occurs in a structure such as the blade 2 due to a change in load due to turbulence, and such vibration causes structural fatigue.

또한, 적절한 제어가 이루어 지지 않은 상태에서 난류강도가 설계 기준치를 초과할 경우 잦은 에러가 발생하게 되고 결과적으로 운전을 정지하게 되어 가동률이 낮아지는 문제점이 있다.Also, when the turbulence intensity exceeds the design reference value in the state where the proper control is not performed, frequent errors occur, and as a result, the operation is stopped and the operation rate is lowered.

도 1-b는 풍속에 따른 난류강도(turbulence intensity)의 설계 기준을 나타낸다. 예를 들어 풍속 20m/s에서 설계 기준 난류강도(limit turbulence intensity, LTI, 이하 ‘제한난류강도(LTI)’라 한다.)는 약 0.175에 해당한다. 만약 풍속 20m/s 풍속하에서 별다른 제어가 이루어지지 않은 상태에서 약 0.25 정도의 난류가 발생된다면 제한 난류 강도를 크게 초과하게 되어 강한 진동이 발생하게 되며, 피로하중에 따라 풍력 발전 유닛의 수명 단축 및 각종 에러에 의한 발전 설비의 손상이 발생된다.

(특허문헌 1) JP2009-236025 A
Figure 1-b shows the design criteria for the turbulence intensity according to the wind speed. For example, at the wind speed of 20m / s, the design turbulence intensity (LTI) is about 0.175. If a turbulence of about 0.25 occurs without any control under the wind speed of 20m / s wind speed, it will greatly exceed the limited turbulence intensity, resulting in strong vibration, shortening the lifetime of the wind power unit according to the fatigue load, Damage to the power plant due to errors occurs.

(Patent Document 1) JP2009-236025 A

본 발명은, 상술한 문제점을 해소하기 위하여, 난류의 영향으로부터 풍력 발전 유닛을 안전하게 보호하는 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
It is an object of the present invention to provide a load reduction control method for a wind power generator unit according to a turbulence intensity that safely protects the wind power generator unit from the influence of turbulence in order to solve the above problems.

상술한 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법은, 풍력 발전 유닛에 설치된 풍속 센서로부터 실시간 풍속(WS)을 측정하는 실시간 풍속 측정 단계, 상기 실시간 풍속 측정 단계에서 측정된 상기 실시간 풍속(WS)의 변화를 기반으로 난류강도(TI)를 정량화 하는 난류강도 도출 단계 및 상기 난류강도 도출 단계에서 도출된 난류강도(TI)를 기준으로 상기 풍력 발전 유닛을 운전속도를 감속 제어하는 운전제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 실시간 풍속 측정 단계에서 측정된 실시간 풍속(WS)의 표준편차(SD) 및 상기 실시간 풍속의 평균(AVE)을 계산하고, 상기 표준편차(SD)와 평균(AVE)의 비율로 난류강도(TI)를 도출하는 것을 특징으로 한다.
In order to achieve the above object, a load reduction control method of a wind power unit according to the present invention, which is devised to achieve the above object, includes a real time wind speed measurement step of measuring a real time wind speed WS from an wind speed sensor installed in a wind power generation unit, A turbulence intensity derivation step of quantifying the turbulence intensity TI based on the measured change of the real time wind speed WS and a turbidity intensity calculation step of calculating the turbulence intensity TI based on the turbulence intensity TI, And an operation control step of controlling the deceleration. The standard deviation (SD) of the real-time wind speed (WS) and the average wind speed average (AVE) of the real-time wind speed measured in the real-time wind speed measuring step are calculated and the turbulence intensity (TI) is derived.

본 발명은 난류강도를 기반으로 풍력 발전 유닛의 운전속도를 제어함으로써 설계치를 초과하는 강한 난류에 의해 발생되는 진동 및 에러로 인한 풍력 발전 유닛의 손상 및 수명 단축을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다. The present invention has an effect of preventing the damage and shortening of the life of the wind power generating unit due to the vibration and error caused by the strong turbulence exceeding the designed value by controlling the operation speed of the wind power generating unit based on the turbulence intensity .

난류강도에 따라 실시간으로 대처가 가능하며, 이에 따라 유닛의 수명증가로 발전량 증가가 가능하다.It is possible to cope with the turbulence intensity in real time, and thus it is possible to increase the generation amount by increasing the lifetime of the unit.

또한, 난류강도가 높은 육상지역 또는 단지의 유닛 배치거리가 짧아 큰 후류 영향이 발생되는 경우의 풍력 발전 유닛의 설치에 어려움이 있었으나, 본 발명에 따른 제어 방법을 적용하게 될 경우, 보다 난류강도가 비교적 높은 육상지역에서도 용이한 입지 선정이 가능하며, 나아가 유닛 간 배치 거리를 좁히는 것 또한 가능하다 효과가 있다.
Further, it has been difficult to install a wind power generation unit when a large wake effect occurs due to a short unit arrangement distance of a land area or a complex having a high turbulent intensity. However, when the control method according to the present invention is applied, It is possible to easily select the location even in a relatively high land area, and furthermore, it is also possible to narrow the arrangement distance between the units.

도 1-a는 난류가 발생된 지역에서의 풍력 발전 유닛을 나타내는 개념도이다.
도 1-b는 풍속에 따른 난류강도(turbulence intensity)의 설계 기준을 나타낸다.
도 2는 풍력 발전 유닛의 주요 구성을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 난류강도를 기반으로 한 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법을 나타내는 순서도에 해당한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동강도를 기반으로 한 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법을 나타내는 순서도에 해당한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 난류강도 및 진동강도를 기반으로 한 제어 방법을 나타내는 순서도에 해당한다.
1 (a) is a conceptual diagram showing a wind power generation unit in a region where a turbulent flow is generated.
Figure 1-b shows the design criteria for the turbulence intensity according to the wind speed.
2 is a conceptual diagram showing a main configuration of the wind power generation unit.
3 is a flowchart illustrating a method of controlling a load reduction of a wind power unit according to a turbulence intensity based on a turbulence intensity according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method for controlling a load reduction of a wind power unit according to a turbulence intensity based on vibration intensity according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a control method based on turbulence intensity and vibration intensity according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 난류강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법을 나타내는 순서도에 해당한다.
3 is a flowchart illustrating a method for controlling a load reduction of a wind power unit according to a turbulence intensity according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법은 풍력 발전 유닛에 설치된 풍속 센서로부터 실시간 풍속(WS)을 측정하는 실시간 풍속 측정 단계로부터 시작된다.
The load reduction control method of a wind power generation unit according to the present invention starts from a real time wind speed measurement step of measuring a real time wind speed (WS) from an wind speed sensor installed in a wind power generation unit.

여기서, 상기 풍속 센서는 풍속을 측정하는 다양한 장치로 이루어질 수 있으며, 풍력 발전 유닛의 나셀(8)의 상부에 설치된 풍속계(6)를 활용하는 것 또한 고려할 수 있다.
Here, the wind speed sensor may be composed of various devices for measuring wind speed, and an anemometer 6 installed on the nacelle 8 of the wind power generating unit may also be considered.

상기 실시간 풍속 측정 단계에서 실시간 풍속(WS)이 측정되면, 실시간 풍속(WS)의 변화를 기반으로 난류강도(TI)를 정량화하는 난류강도 도출단계가 진행된다.
When the real-time wind speed WS is measured in the real-time wind speed measurement step, a turbulence intensity deriving step for quantifying the turbulence intensity TI based on the change of the real-time wind speed WS is performed.

상기 난류강도 도출단계는 실시간 풍속 측정단계에서 측정된 실시간 풍속(WS)의 표준편차(SD) 및 상기 실시간 풍속의 평균(AVE)을 계산하고, 상기 표준편차(SD)와 평균(AVE)의 비율로 난류강도(TI)를 도출하게 된다. The turbulence intensity deriving step may include calculating a standard deviation SD of the real-time wind speed WS and an average AVE of the real-time wind speed measured in the real-time wind speed measuring step and calculating a ratio of the standard deviation SD to the average AVE The turbulence intensity (TI) is derived.

즉, 난류강도(TI)는 난류의 변화 정도를 나타내는 표준편차(SD) 값에 비례할 뿐만 아니라, 평균 풍속(AVE) 값의 역수에 비례하게 된다. 표준편차(SD) 값이 커질수록 증가하며, 평균 풍속(AVE)이 커질수록 감소한다.
In other words, the turbulence intensity (TI) is proportional to the inverse of the average wind speed (AVE) as well as the standard deviation (SD) value indicating the degree of turbulence change. It increases as the standard deviation (SD) value increases, and decreases as the average wind speed (AVE) increases.

한편, 여기서 평균(AVE)이라 함은, 일정 시간 간격으로 측정된 실시간 풍속(WS)의 산술평균으로 도출될 수 있을 뿐만 아니라, 보다 의미 있는 평균값을 도출하기 위하여 추가로 각종 필터를 사용하여 도출될 수 있다.Here, the average (AVE) can be derived not only by arithmetic mean of the real-time wind speed (WS) measured at a predetermined time interval but also by using various filters to derive a more meaningful average value .

먼저, low pass filter(저역 통과 필터)를 적용하는 것을 고려할 수 있다. 실시간 풍속(WS) 값에 대하여 low pass filter(저역 통과 필터)를 적용한 후 일정 값 이상의 실시간 풍속(WS) 값을 노이즈로 간주하여 무시하고 일정 값 이하의 실시간 풍속(WS)를 유효 범위로 간주하여 그 산술평균을 통하여 상기 평균(AVE)을 도출하는 것이다.First, a low pass filter (low-pass filter) can be considered. After applying a low pass filter (low pass filter) to the real wind speed (WS) value, the real wind speed (WS) value over a certain value is regarded as noise and is ignored and the real wind speed And derive the average (AVE) through the arithmetic mean.

한편으로는, moving average filter(이동 평균 필터)를 적용하는 것을 고려할 수 있다. 실시간 풍속(WS) 값에 대하여 moving average filter(이동 평균 필터)를 적용하여 현 시점으로부터 일정 시간 이전의 실시간 풍속(WS) 값을 노이즈로 간주하여 무시하고, 현 시점으로부터 일정 시간 이내에 측정된 실시간 풍속(WS) 값을 유효 범위로 간주하여 그 산술평균을 통하여 상기 평균(AVE)을 도출하는 것이다.
On the other hand, a moving average filter (moving average filter) may be considered. The moving average filter (moving average filter) is applied to the real-time wind speed (WS) value to ignore the real-time wind speed (WS) value before a certain time from the current time as noise and to measure the real- (WS) value as an effective range and derive the average (AVE) through the arithmetic average.

그리고, 상기 표준편차(SD)를 도출함에 있어서도 low pass filter(저역 통과 필터) 또는 moving average filter(이동 평균 필터)를 적용하는 것을 고려할 수 있다.Also, in deriving the standard deviation SD, it may be considered to apply a low pass filter (low pass filter) or a moving average filter (moving average filter).

첫 번째로 low pass filter(저역 통과 필터)를 적용하는 것을 고려할 수 있다. 분산(V) 값에 대하여 low pass filter(저역 통과 필터)를 적용한 후 일정 값 이상의 분산(V) 값을 노이즈로 간주하여 무시하고 일정 값 이하의 분산(V) 값을 유효 범위로 간주하여 상기 유효 범위 내의 분산(V) 값을 기초로 상기 표준편차(SD)를 도출하는 것이다.First, it is possible to consider applying a low pass filter (low-pass filter). After applying a low pass filter (low-pass filter) to the dispersion (V) value, the dispersion (V) value equal to or larger than a predetermined value is regarded as noise and neglected, And deriving the standard deviation SD based on the variance (V) value in the range.

두 번째로 moving average filter(이동 평균 필터)를 적용하는 것을 고려할 수 있다.Second, a moving average filter (moving average filter) can be considered.

분산(V) 값에 대하여 moving average filter(이동 평균 필터)를 적용하여 현 시점으로부터 일정 시간 이전에 측정된 실시간 풍속(WS) 값을 기초로 도출된 분산(V) 값을 노이즈로 간주하여 무시하고, 현 시점으로부터 일정 시간 이내에 측정된 실시간 풍속(WS) 값을 기초로 도출된 분산(V) 값을 유효 범위로 간주하여 상기 유효 범위 내의 분산(V) 값을 기초로 상기 표준편차(SD)를 도출하는 것이다.
The moving average filter (moving average filter) is applied to the variance (V) value, and the variance (V) value derived based on the measured real time wind speed (WS) (V) value derived on the basis of the real-time wind speed (WS) value measured within a predetermined time from the current time is regarded as an effective range, and the standard deviation (SD) is calculated based on the variance .

low pass filter(저역 통과 필터) 또는 moving average filter(이동 평균 필터)를 적용하여 도출된 표준편차(SD) 값을 실효값(rms, root mean square)라 볼 수 있다.
A standard deviation (SD) value obtained by applying a low pass filter (low pass filter) or a moving average filter (moving average filter) can be regarded as a root mean square (rms) value.

한편, 상기 난류강도 도출단계에서 도출된 난류강도(TI)에 따라서 운전속도의 감속 제어 여부를 결정하게 되며, 이를 운전제어단계라 한다.
Meanwhile, it is determined whether or not to decelerate the operation speed according to the turbulence intensity (TI) derived from the turbulence intensity derivation step, and this is referred to as the operation control step.

보다 구체적으로, 상기 운전제어단계의 이전에 제어 여부를 판단하는 단계로서, 난류강도 정상모드/제어모드 판단단계를 더 포함한다.
More specifically, the step of determining whether or not the control is performed prior to the operation control step further includes the step of determining the turbulent intensity normal mode / control mode.

상기 난류강도 정상모드/제어모드는 난류강도(TI)가 제한난류강도(LTI) 이상인 경우 제어모드로 판단하며, 상기 난류강도(TI)가 제한난류강도(LTI) 미만인 경우 정상모드로 판단하고, 상기 제어모드에 해당하는 경우에만 상기 운전제어단계에 따라 블레이드(2)의 회전 속도를 감속 제어한다.The turbulence intensity normal mode / control mode is determined as a control mode when the turbulence intensity TI is equal to or higher than the limited turbulence intensity LTI. When the turbulence intensity TI is less than the limited turbulence intensity LTI, And decelerates and controls the rotation speed of the blade (2) according to the operation control step only when the control mode corresponds to the control mode.

이는 제어의 효율을 높이기 위하여 일정 수준 이하의 난류강도는 무시하고, 유닛의 수명에 영향을 줄 수 있는 일정 수준 이상의 난류강도(TI)가 발생된 경우에만 운전제어단계가 발동되도록 하는 것이다.
This is to ignore the turbulence intensity below a certain level in order to increase the efficiency of the control and to activate the operation control step only when a certain level of turbulence intensity (TI) is generated which may affect the lifetime of the unit.

한편, 상기 정상모드는 도 6에 도시된 바와 같이 다시 무응모드와 알람모드로 나눌 수 있다. 난류강도(TI)가 제한난류강도(LTI) 미만인 정상모드 내에서도 난류강도(TI)가 일정치 이상인 경우에는 알람모드를 적용하여 풍력 단지 운영자로 하여금 위험이 임박하였음을 경고하게 되며, 일정치 미만인 경우에는 무응모드를 적용하여 별도의 제어나 알람 없이 계속 풍력 발전 유닛을 운전하게 된다.Meanwhile, as shown in FIG. 6, the normal mode can be divided into the non-adaptive mode and the alarm mode. If the turbulence intensity (TI) is more than a predetermined value even in a normal mode where the turbulence intensity (TI) is less than the limited turbulence intensity (LTI), the alarm mode is applied to warn the wind farm operator that the danger is imminent. , The wind power generation unit is continuously operated without any control or alarm by applying the non-adaptive mode.

한편, 난류강도(TI)가 제한난류강도(LTI) 이상인 상기 제어모드에서도, 난류강도가 일정치 이상에 해당하여 극히 불안정한 경우 풍력 발전 장치를 완전히 정지시키는 정지모드가 적용되며, 난류강도(TI)가 일정치 미만인 경우에는 감속모드를 적용하여 풍력 발전 유닛의 블레이드 회전 속도를 점차 감소시키게 된다.
On the other hand, even in the above-mentioned control mode in which the turbulence intensity (TI) is equal to or higher than the limited turbulence intensity (LTI), a stop mode in which the wind turbine is stopped completely is applied when the turbulence intensity is equal to or more than a predetermined value, The rotation speed of the blade of the wind power generation unit is gradually reduced by applying the deceleration mode.

여기서 제어 여부의 기준이 되는 상기 제한난류강도은 설계 기준의 하나로서, 도 1-a에 도시된 바와 같이 실시간 풍속(WS)이 감소할수록 높아지며, 실시간 풍속이 증가할수록 낮아지는 경향을 가진다. The limited turbulence intensity, which is a criterion of control or not, is one of the design criteria. As shown in FIG. 1-a, as the real-time wind speed WS decreases, the limited turbulence intensity tends to decrease as the real-time wind speed increases.

일 실시예로는 ‘제한난류강도(LTI) = A / 실시간 풍속(WS) + B’ 등 실시간 풍속(WS)에 반비례하는 형태의 식을 고려할 수 있다. 여기서 A, B는 설계 상수에 해당한다.In one embodiment, an equation of the form that is inversely proportional to the real-time wind speed (WS) such as the limited turbulence intensity (LTI) = A / real wind speed (WS) + B 'can be considered. Where A and B are design constants.

다른 한편으로는 ‘제한난류강도(LTI) = A / 실시간 풍속(WS)2 + B’ 등 실시간 풍속의 제곱, 세제곱에 반비례하는 형태의 식을 고려할 수도 있다.
On the other hand, it is possible to consider the form of an equation that is inversely proportional to the square of the real-time wind speed, such as 'LTI = A / real-time wind speed (WS) 2 + B'.

제한난류강도(LTI)가 실시간 풍속(WS)에 반비례하는 것은 실시간 풍속의 클수록 풍력 발전 유닛이 난류의 영향으로부터 취약하기 때문이다.
The reason that the limited turbulence intensity (LTI) is inversely proportional to the real-time wind speed (WS) is that the larger the real-time wind speed, the weaker the wind power unit is from the effect of turbulence.

다른 한편으로 상기 제한난류강도는 풍속에 따라 테이블화 된 형태로 미리 주어지는 것을 고려할 수 있으며, 풍력발전기 제어기에 저장되어 사용될 수 있다.
On the other hand, the limited turbulence intensity may be given in tabular form according to the wind speed, and may be stored and used in the wind turbine controller.

한편, 이상에서는 난류강도를 기반으로 한 풍력 발전 장치의 하중 감소 제어 방법에 대하여 설명하였다. 이러한 난류강도를 기반으로 한 풍력 발전 장치의 하중 감소 제어 방법을 보완하기 위하여 진동강도 기반으로 하는 제어방법을 병행할 수 있다.
In the foregoing, the load reduction control method of the wind turbine based on the turbulence intensity has been described. In order to supplement the load reduction control method of the wind turbine based on the turbulence intensity, a control method based on the vibration strength can be performed in parallel.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 진동강도를 기반으로 한 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법을 나타내는 순서도에 해당한다.
4 is a flowchart illustrating a method for controlling a load reduction of a wind power unit according to a turbulence intensity based on vibration intensity according to an embodiment of the present invention.

먼저, 상기 풍력 발전 유닛은 일측에 진동 센서를 마련한다. 상기 일측이라 함은 풍력 발전기의 나셀(8) 내부, 블레이드(2) 내부, 타워 상부 등 효율적으로 진동을 감지할 수 있는 다양한 지점을 의미한다.
First, the wind power generator unit is provided with a vibration sensor on one side. The term " one side " means various points within the nacelle (8) of the wind power generator, inside the blade (2)

구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 진동센서에 의해 측정된 상기 진동강도(VI)가 제한진동강도(LVI) 이상인 경우 제어모드로 판단하며, 상기 진동센서에 의해 측정된 상기 진동강도(VI)가 제한진동강도(LVI) 미만인 경우 정상모드로 판단하고, 상기 제어모드에 해당하는 경우에만 블레이드(2)의 회전 속도를 감속 제어한다.
Specifically, as shown in FIG. 4, when the vibration intensity VI measured by the vibration sensor is equal to or higher than the limiting vibration intensity LVI, it is determined as the control mode, and the vibration intensity VI) is less than the limiting vibration intensity (LVI), it is determined that the normal mode is selected, and the rotation speed of the blade (2) is controlled to be decelerated only when it corresponds to the control mode.

한편, 도 5는 난류강도에 따른 제어 방법을 보완하기 위하여 진동강도에 의한 제어를 병행하는 것을 나타내는 순서도에 해당한다.Meanwhile, FIG. 5 corresponds to a flowchart showing the control by the vibration intensity in parallel to complement the control method according to the turbulence intensity.

상기 진동강도 정상모드/제어모드 판단단계는 상기 난류강도 정상모드/제어모드 판단단계의 오류를 보완하기 위한 안전장치로서, 상기 난류강도 정상모드/제어모드 판단단계에서 판단된 난류강도(TI)가 제한진동강도(LTI) 미만으로 판단된 경우에도, 상기 진동강도(VI)가 제한진동강도(VLI) 이상으로 판단되는 경우에는 블레이드(2)의 회전 속도를 감속시키게 된다.
The vibration intensity normal mode / control mode determination step is a safety device for compensating for the error of the turbulence intensity normal mode / control mode determination step, wherein the turbulence intensity (TI) determined in the turbulence intensity normal mode / The speed of rotation of the blade 2 is decelerated when the vibration intensity VI is judged to be equal to or higher than the limiting vibration intensity VLI even when it is judged that the vibration intensity is less than the limit vibration intensity LTI.

한편, 진동강도(VI)는 단순히 실시간 진동의 크기 즉 진폭을 의미할 수 있으며, 제한진동강도(LVI)는 단순히 일정 이상의 진폭을 제한하는 것을 고려할 수 있다.
On the other hand, the vibration intensity VI may simply mean the magnitude or amplitude of the real-time vibration, and the limiting vibration intensity LVI may be considered to limit the amplitude more than a certain level.

다른 한편으로는, 제한난류강도(LTI)와 마찬가지의 방식으로 도출하는 것 역시 고려할 수 있다. 즉, 실시간 진동(RV)을 측정하고, 그 평균값 및 표준편차를 이용하여 진동강도(VI)를 결정한다. 그리고, 제한진동강도(LVI)는 설계상에서 정해진 상수 C, D를 포함하는 ‘제한진동강도(LVI) = C / 실시간 진동(RV) + D’ 등 실시간 진동(RV)의 크기에 반비례하는 형태의 식으로 나타내어 지는 것을 고려할 수 있다.
On the other hand, deriving in a manner similar to the limited turbulence intensity (LTI) can also be considered. That is, the real-time vibration (RV) is measured, and the vibration intensity (VI) is determined using the average value and the standard deviation. The limiting vibration intensity LVI is in a form inversely proportional to the size of the real-time vibration RV including the constants C and D defined in the design, such as 'limited vibration intensity LVI = C / real-time vibration RV + D' Can be considered.

다른 한편으로는 ‘제한진동강도(LVI) = C / 실시간 진동(RV)2 + D’ 등 실시간 진동(RV) 크기의 제곱, 세제곱에 반비례하는 형태의 식을 고려할 수도 있다.
On the other hand, we can consider the form of the form of the inverse proportion to the square of the real-time vibration (RV) magnitude, cubic, such as the limiting vibration intensity (LVI) = C / real vibration (RV) 2 + D '.

또 다른 한편으로는 ‘제한진동강도(LVI) = C / 실시간 풍속(WS) + D’ 등 실시간 풍속에 반비례하는 형태의 식 또한 고려할 수 있다. 이 경우 실시간 풍속(WS)이 클수록 낮은 제한진동강도(LTI) 값을 설정하게 됨으로써, 고속 회전 시 진동에 따른 운전 불안정성을 미연에 방지할 수 있다.
On the other hand, an expression of the form that is inversely proportional to the real-time wind speed such as the limiting vibration intensity (LVI) = C / the real time wind speed (WS) + D 'can be considered. In this case, as the real-time wind speed WS is increased, the LTI value is set to a lower limit, so that operation instability due to vibration during high-speed rotation can be prevented in advance.

한편, 최종 단계인 상기 운전제어단계는 구체적으로 상기 제어모드, 즉 감속모드 또는 정지모드에 해당한 경우 블레이드(2)의 회전 속도를 감속시키거나 정지시키는 단계이다.
Meanwhile, in the final stage, the operation control step is a step of decelerating or stopping the rotation speed of the blade 2 when the control mode corresponds to the deceleration mode or the stop mode.

이하에서는 블레이드(2)의 회전 속도를 감속시키는 방식을 살펴보기로 한다.
Hereinafter, a method of decelerating the rotational speed of the blade 2 will be described.

풍력 발전 유닛의 출력은, 출력(P) = 회전력(토크) X 시간당 회전수(블레이드 회전 속도), 와 같은 상관관계를 가진다.
The output of the wind power generation unit has a correlation such as: output (P) = rotational force (torque) X revolutions per hour (blade rotational speed).

블레이드의 회전 속도를 감속시키기 위하여는 i) 출력(P)가 일정한 전제에서 회전력(토크)를 증가시키는 것, ii) 발전기 회전력(토크)가 일정한 전제에서 출력(P)를 감소시키는 것, iii) 상기 회전력(토크)를 증가시키는 동시에 출력을 감소시키는 것, 세가지를 고려할 수 있다.
To reduce the rotational speed of the blade, i) the output P increases the torque (torque) at a certain prespecified condition, ii) the output P decreases at a certain constant generator torque (torque), iii) And increasing the rotational force (torque) and reducing the output.

먼저, 상기 i)의 경우 전체 출력(P)을 유지 시킨 상태, 즉 블레이드 피치 앵글 유지한 상태에서, 발전기의 회전자 부하를 증가시켜 결과적으로 발전기 회전력(토크)을 증가시키고 결과적으로 동일 출력(P)에서 블레이드 회전 속도를 감소시키는 것을 고려할 수 있다.
First, in the case of i), the rotor load of the generator is increased and the generator rotational torque (torque) is increased as a result of maintaining the total output P, i.e., maintaining the blade pitch angle, , It may be considered to reduce the rotational speed of the blade.

그리고, ii)의 경우 발전기의 회전자 부하를 유지시켜 발전기 회전력(토크)를 유지한 상태에서 피치 앵글을 조절하고 결과적으로 출력(P)를 감소시켜 블레이드의 회전 속도를 감소시키는 것이다.
In the case of ii), the pitch angle is controlled while maintaining the generator load (torque) by maintaining the rotor load of the generator, and as a result, the output (P) is decreased to reduce the rotational speed of the blades.

마지막으로, iii)의 경우 발전기 회전자의 부하를 증가시켜 발전기 회전력(토크)를 증가시킴과 동시에 블레이드 피치각도를 조절하여 출력을 감소시킴으로써 블레이드 회전속도를 감소를 가중시키는 것이다.
Finally, in case iii), the load on the generator rotor is increased to increase the generator rotational torque (torque) while adjusting the blade pitch angle to reduce the output, thereby weighting the reduction in the blade rotational speed.

한편, 상기 i) 내지 iii)와 더불어 iv) 허브(1)와 나셀(8) 프레임 사이에 마련되어 상호간을 고정시키는 허브 브레이크를 통하여 블레이드(2)의 회전 속도를 추가로 감속시키는 것 또한 고려할 수 있으며, 다른 한편으로는, v) 허브(1)와 발전기(5) 사이의 마련되어 발전기(5)로 블레이드(2)의 회전력을 전달하는 샤프트(3)를 감속시키는 샤프트 브레이크를 통하여 블레이드(2)의 회전 속도를 추가로 감속시키는 것을 고려할 수 있다.In addition to i) to iii), it is also conceivable to further reduce the rotational speed of the blade 2 through a hub brake which is provided between the hub 1 and the nacelle 8 and fixed to each other, And v) a shaft 3 which is provided between the hub 1 and the generator 5 and decelerates the shaft 3 that transmits the rotational force of the blade 2 to the generator 5, It may be considered to further decelerate the rotation speed.

나아가, iv) 및 v) 의 경우는 정지모드에 있어서 블레이드를 완전히 정지시키는 역할을 수행한다. 물론 정지모드로 판단된 경우에도 상기 감속모드와 같이 i) 내지 v) 의 블레이드 감속이 먼저 수행되고 일정 이하의 블레이드 회전 속도에 도달하였을 때 iv) 및 v) 방식을 적용하여 완전히 정지시키게 된다.
Furthermore, iv) and v) serve to completely stop the blade in the stop mode. Of course, even if it is determined that the engine is in the stop mode, the blades are decelerated in i) to v) like the deceleration mode, and iv) and v) are completely stopped when the rotational speed of the blades is less than a predetermined value.

한편, 정지모드로 판단되어 정지를 목적으로 감속되는 과정에서도, 난류강도(TI)가 정상모드 또는 감속모드 정도로 다시 판단된 경우에는 정지모드에서 벗어나 정상모드 또는 감속모드로 전환된다.On the other hand, if the turbulence intensity (TI) is again determined to be about the normal mode or the deceleration mode even in the process of deciding the stop mode and stopping for the purpose of stopping, the mode is shifted from the stop mode to the normal mode or the deceleration mode.

또한, 완전히 정지된 상태에서는 난류강도(TI)가 정지모드에 해당하는 정도를 벗어나게 되면 재가동된다.
Further, when the turbulence intensity (TI) deviates from the degree corresponding to the stop mode in the fully stopped state, it is restarted.

보다 포괄적으로 상술한 각 단계는 일정 시간 간격으로 반복적으로 수행된다. 상기 제어모드에 따른 운전제어단계 이후에도 상술한 실시간 풍속 측정단계는 일정시간 간격으로 무한 반복되며, 난류강도 도출단계 및 정상모드/제어모드 판단단계를 거치고 정상모드로 판단된 경우, 제어모드를 탈피하여, 즉 감속 또는 정지제어에서 벗어나, 실시간 풍속에 대응하는 회전속도로 다시 블레이드의 회전이 가속된다.
More broadly, each of the steps described above is repeatedly performed at predetermined time intervals. The above-described real-time wind speed measurement step is repeated infinitely at predetermined time intervals after the operation control step according to the control mode. If the normal mode is determined through the turbulence intensity derivation step and the normal mode / control mode determination step, , I.e., decelerating or stopping control, the rotation of the blade is accelerated again at the rotational speed corresponding to the real-time wind speed.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다고 할 것이다. 아울러, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 할 것이다.
Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, shall have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Further, unless explicitly defined in the present application, it should not be interpreted as an ideal or overly formal sense.

이상에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예는 물론, 본 발명에 기존의 공지기술을 단순 주합하거나, 본 발명을 단순 변형한 실시 또한, 당연히 본 발명의 권리 범위에 해당한다고 보아야 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 exemplary embodiments, but, on the contrary, You should see.

1: 허브
2: 블레이드
3: 샤프트
4: 기어박스
5: 발전기
6: 풍속계
7: 풍향계
8: 나셀
9: 타워
WS: 실시간풍속
SD: 표준편차
V: 분산
AVE: 평균
TI: 난류강도
LTI: 제한난류강도
RV: 실시간 진동
VI: 진동강도
LVI: 제한진동강도
A, B, C, D: 설계상수
1: Hub
2: blade
3: Shaft
4: Gearbox
5: generator
6: Anemometer
7: weather vane
8: Nacelle
9: Towers
WS: Real-time wind velocity
SD: standard deviation
V: dispersion
AVE: Average
TI: turbulent intensity
LTI: Limited turbulence intensity
RV: Real-time vibration
VI: Vibration strength
LVI: Limited vibration strength
A, B, C, D: design constants

Claims (14)

풍력 발전 유닛에 설치된 풍속 센서로부터 실시간 풍속(WS)을 측정하는 실시간 풍속 측정 단계 및
상기 실시간 풍속 측정 단계에서 측정된 상기 실시간 풍속(WS)의 변화를 기반으로 난류강도(TI)를 정량화 하는 난류강도 도출 단계;
상기 난류강도 도출 단계에서 도출된 난류강도(TI)를 기준으로 상기 풍력 발전 유닛을 운전속도를 감속 제어하는 운전제어단계;
상기 난류강도(TI)가 제한난류강도(LTI) 이상인 경우 제어모드로 판단하며,
상기 난류강도(TI)가 제한난류강도(LTI) 미만인 경우 정상모드로 판단하고,
상기 제어모드에 해당하는 경우에만 블레이드(2)의 회전 속도를 감속시키거나 정지시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 난류강도 정상모드/제어모드 판단단계;
상기 풍력 발전 유닛은 일측에 진동 센서를 마련하고,
상기 진동센서에 의해 측정된 상기 진동강도(VI)가 제한진동강도(LVI) 이상인 경우 제어모드로 판단하며, 상기 진동센서에 의해 측정된 상기 진동강도(VI)가 제한진동강도(LVI) 미만인 경우 정상모드로 판단하고, 상기 제어모드에 해당하는 경우에만 블레이드(2)의 회전 속도를 감속시키거나 정지시키는 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 진동강도 정상모드/제어모드 판단단계를 더 포함하되,
상기 진동강도 정상모드/제어모드 판단단계는, 상기 난류강도 정상모드/제어모드 판단단계에서 판단된 난류강도(TI)가 제한진동강도(LTI) 미만으로 판단된 경우에도, 상기 진동강도(VI)가 제한진동강도(VLI) 이상으로 판단되는 경우에는 블레이드(2)의 회전 속도를 감속시키거나 정지시키는 것을 포함하며,
상기 정상모드는, 난류강도(TI)가 일정치 이상인 경우 알람을 울리거나 표시하여 운영자에게 경고를 알리는 알람모드 및 난류강도(TI)가 상기 일정치 이하인 경우 추가적인 제어를 수행하지 않는 무음모드를 포함하며,
상기 제어모드는,난류강도가 일정치 이상인 경우 블레이드의 회전을 완전히 정지시키는 정지모드 및 난류강도가 상기 일정치 이하인 경우 블레이드의 회전속도를 감속시키는 감속모드를 포함하고,
상기 제한난류강도는 실시간 풍속(WS)이 감소할수록 높아지며 실시간 풍속이 증가할수록 낮아지는 것으로서, ‘제한난류강도(LTI) = A / 실시간 풍속(WS) + B’의 식을 포함하는 것을 특징으로 하는 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법.
A real-time wind speed measuring step of measuring a real-time wind speed (WS) from an wind speed sensor installed in the wind power generation unit, and
A turbulence intensity derivation step of quantifying a turbulence intensity (TI) based on a change in the real-time wind speed (WS) measured in the real-time wind speed measurement step;
An operation control step of controlling the operation speed of the wind turbine unit to be decelerated based on the turbulence intensity (TI) derived from the turbulence intensity deriving step;
If the turbulence intensity (TI) is equal to or higher than the limited turbulence intensity (LTI), the control mode is determined.
When the turbulence intensity TI is less than the limited turbulence intensity LTI,
The turbulence intensity normal mode / control mode determination step of performing the control to decelerate or stop the rotation speed of the blade (2) only in the case of the control mode.
The wind power generation unit is provided with a vibration sensor on one side,
When the vibration intensity VI measured by the vibration sensor is equal to or greater than the limiting vibration intensity LVI, and when the vibration intensity VI measured by the vibration sensor is less than the limiting vibration intensity LVI Determining whether the blade is in a normal mode and performing control to decelerate or stop the rotation speed of the blade only when the mode corresponds to the control mode,
The vibration intensity normal mode / control mode determination step may further include determining the vibration intensity normal mode / control mode based on the vibration intensity VI, even when the turbulence intensity TI determined in the turbulence intensity normal mode / control mode determination step is less than the limiting vibration intensity LTI. Includes decelerating or stopping the rotation speed of the blade (2) when it is judged to be equal to or higher than the limiting vibration intensity (VLI)
The normal mode includes an alarm mode in which an alarm is sounded or displayed when a turbulence intensity (TI) is equal to or more than a predetermined value, and a silent mode in which additional control is not performed when the turbulence intensity (TI) In addition,
Wherein the control mode includes a stop mode for completely stopping the rotation of the blade when the turbulence intensity is equal to or more than a predetermined value and a deceleration mode for decelerating the rotation speed of the blade when the turbulence intensity is equal to or lower than the predetermined value,
The limited turbulence intensity increases as the real-time wind speed WS decreases, and decreases as the real-time wind speed increases. The limited turbulence intensity includes a formula of 'limited turbulence intensity (LTI) = A / real wind speed (WS) + B' Control Method of Load Reduction of Wind Power Generation Unit according to Turbulent Intensity.
제1항에 있어서,
상기 난류강도 도출 단계는, 상기 실시간 풍속 측정 단계에서 측정된 실시간 풍속(WS)의 표준편차(SD) 및 상기 실시간 풍속(WS)의 평균(AVE)을 도출하고, 상기 표준편차(SD)와 평균(AVE)의 비율로 난류강도(TI)를 도출하는 것 특징으로 하는 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법.
The method according to claim 1,
The turbulence intensity deriving step derives the standard deviation SD of the real-time wind speed WS and the average AVE of the real-time wind speed WS measured in the real-time wind speed measuring step, (TI) is derived as a ratio of the air-fuel ratio (AVE) of the turbine.
제2항에 있어서,
상기 평균(AVE)은,
상기 실시간 풍속(WS) 값에 대하여, 저역 통과 필터(low pass filter) 또는 이동 평균 필터(moving average filter)를 적용하여 도출되는 것을 특징으로 하는 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법.
3. The method of claim 2,
The average (AVE)
Wherein the controller is derived by applying a low-pass filter or a moving average filter to the real-time wind speed (WS) value.
제2항에 있어서,
상기 표준편차(SD)는,
상기 실시간 풍속(WS)의 분산(V) 값에 대하여, 저역 통과 필터(low pass filter) 또는 이동 평균 필터(moving average filter)를 적용하여 도출되는 것을 특징으로 하는 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법.
3. The method of claim 2,
The standard deviation (SD)
Wherein a value of a dispersion (V) of the real-time wind speed (WS) is derived by applying a low-pass filter or a moving average filter. Reduction control method.
제1항에 있어서,
상기 풍속 센서는 풍력 발전 유닛의 나셀(8)의 상부에 설치된 풍속계(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the wind speed sensor includes an anemometer (6) installed on an upper portion of a nacelle (8) of a wind power generator unit.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 운전제어단계는, 블레이드(2)의 피치를 조절하여 출력(P)를 감소시킴으로써 을 블레이드(2)의 회전 속도를 감속시키는 것을 특징으로 하는 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the operation control step decelerates the rotational speed of the e blade (2) by adjusting the pitch of the blade (2) to reduce the output (P).
제1항에 있어서, 발전기(5) 회전자의 부하를 증가시켜 발전기(5)의 회전력(토크)를 증가시킴으로써 블레이드(2)의 회전 속도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법.The turbine generator according to claim 1, characterized in that the rotational speed of the blade (2) is reduced by increasing the load of the rotor (5) of the generator (5) Of the load. 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 운전제어단계는, 허브(1)와 나셀(8)의 프레임 사이에 마련되어 상호간을 고정시키는 허브 브레이크를 통하여 블레이드(2)의 회전 속도를 추가로 감속시키거나 정지시키는 것을 특징으로 하는 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법.
13. The method according to claim 11 or 12,
The operation control step further reduces or stops the rotation speed of the blade (2) through a hub brake which is provided between the hub (1) and the frame of the nacelle (8) and fixes them to each other. Wherein the load reduction control method is applied to the wind power generation unit.
제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 운전제어단계는, 허브(1)와 발전기(5) 사이의 마련되어 발전기(5)로 블레이드(2)의 회전력을 전달하는 샤프트(3)를 감속시키는 샤프트 브레이크를 통하여 블레이드(2)의 회전 속도를 감속시키거나 정지시키는 것을 특징으로 하는 난류 강도에 따른 풍력 발전 유닛의 하중 감소 제어 방법.
13. The method according to claim 11 or 12,
The operation control step includes controlling the rotation speed of the blade 2 through the shaft brake which is provided between the hub 1 and the generator 5 and decelerates the shaft 3 that transmits the rotational force of the blade 2 to the generator 5, Wherein the control unit decelerates or stops the wind turbine.
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