KR101575102B1

KR101575102B1 - 풍력 발전 단지, 풍력 발전 단지의 제어방법 및 풍력 발전 유닛

Info

Publication number: KR101575102B1
Application number: KR1020130164762A
Authority: KR
Inventors: 우상우
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-12-07
Also published as: EP2889472B1; JP6544896B2; US10655599B2; JP2015127528A; KR20150076500A; EP2889472A1; ES2670797T3; US20150184631A1

Abstract

본 발명에 따른 풍력 발전 단지는, 복 수개의 풍력 발전 유닛을 포함하는 것으로서, 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부 및 상기 감지부로부터 위험 신호를 입력받고 상기 풍력 발전 단지 내의 풍력 발전 유닛을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 풍력 발전 단지의 제어방법은, 복 수개의 풍력 발전 유닛을 포함하는 풍력 발전 단지의 제어 방법으로서, 상기 풍력 발전 단지의 내부 또는 외부의 일정 위치에 설치된 감지부로부터 외부 환경 위험 요소를 감지하는 위험요소감지단계 및 상기 위험요소감지단계의 감지 결과를 기반으로 풍력 발전 단지의 풍력 발전 유닛의 운전 조건을 제어하는 풍력 발전유닛제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 풍력 발전 유닛은, 지면 또는 해상에 세워진 타워, 상기 타워의 상단에 위치된 나셀, 상기 나셀의 전방 일측에 위치되어 바람의 운동에너지를 회전에너지로 전환시키는 블레이드-허브 어셈블리;를 포함하는 풍력 발전 유닛으로서, 상기 풍력 발전 유닛의 일측에 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 위험 요소 감지 장치는, 풍력 발전 단지로부터 일정거리 이격된 지점, 즉 풍력 발전 단지 외부 로케이션에 설치되는 것으로서, 상기 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부를 포함하며, 상기 외부 환경 위험 요소는 먼지 또는 모래가 포함된 바람이 해당하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력 발전 단지, 풍력 발전 단지의 제어방법 및 풍력 발전 유닛 {a wind farm, a control method thereof and a wind turbine}

본 발명은 풍력 발전 단지, 풍력 발전 단지의 제어방법 및 풍력 발전 유닛에 관한 것으로서, 갑작스럽게 변하는 외부 환경 위험 요소를 감지하여 풍력 발전 유닛을 보호하는 풍력 발전 단지, 풍력 발전 단지의 제어방법 및 풍력 발전 유닛에 관한 것이다.

풍력 발전이라 함은 바람의 운동에너지를 이용하여 블레이드를 회전시키고, 블레이드의 회전에너지를 최종적으로 전기에너지로 변환하는 풍력 발전 방식을 말한다. 최근 풍력 발전은 온실가스가 발생되지 않는 친횐경 에너지로서 각광받고 있다.

도 1은 종래의 일반적인 풍력 발전 유닛의 주요 구성을 나타내며, 도 2는 풍력 발전 단지 및 외부 환경 위험 요소를 나타낸다.

풍력 발전은 단일 풍력 발전 유닛이 국지적으로 설치되는 경우도 있지만, 대부분 수십 내지 수백 기의 풍력 발전 유닛(20)이 모여 풍력 발전 단지(10)를 이루게 된다.

풍력 발전 유닛(20)은 근본적으로 바람의 운동에너지를 이용하는 것이므로 외부 기상 환경의 변화에 따라 민감하게 반응하게 된다.

일반적인 풍력 발전 유닛(20)은 풍향의 변화에 따라 나셀(8) 전체를 수평회전시키는 요잉 제어(yawing control)를 수행한다. 그리고, 풍속의 변화에 따라 블레이드(2) 날개의 피치 각도를 조절하는 피치 제어(pitch control)을 수행하여 최적의 공력 성능을 유도하는 동시에 지나친 강풍이 부는 경우 회전 속도를 조절함으로써 개별 발전 유닛이 손상되는 것을 방지한다.

한편, 위와 같은 일반적인 피치 제어 및 요잉 제어는 기상 관측 및 개별 유닛에 설치된 풍향계(6) 및 풍속계(7)로 측정된 정보를 기초로 개별 유닛을 제어하게 된다. 그러나, 기상 관측으로 예상되지 못한 갑작스러운 기상 변수가 발생되는 경우, 예측 제어가 불가능하며, 개별 유닛은 풍향계(6) 및 풍속계(7)로 감지가 이루어지는 동시에 유닛 손상이 일어나게 된다.

윈드 스톰, 토네이도, 국지적 돌풍 등 극심한 국지적 기상 변화 발생되는 경우, 정상 작동 중이던 유닛(20)은 이러한 위험요소를 감지하더라도 미처 제어가 이루어지기 전에 치명적인 손상을 입게 되는 것이다.

특히, 풍향 및 풍속의 갑작스러운 변화가 일어나는 경우 지나친 회전속도 증가 및 블레이드(2) 진동이 발생되어 유닛에 손상을 야기시킨다.

그리고, 윈드 스톰의 경우 모래 입자가 회전하는 블레이드(2)에 부딪혀, 블레이드 표면 코팅 및 외형을 손상시키고 블레이드(2) 표면의 공력 성능을 저하시키게 된다.

즉, 기존의 풍력 발전 단지(10)는 예상되지 않은 위와 같은 기상 변화가 발생되는 경우 단지 내의 모든 풍력 발전 유닛(20)에 손상이 발생된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 예상치 못한 국지적인 외부 환경 위험 요소가 발생되더라도 최소한 풍력 발전 단지의 전체 유닛이 손상되는 것을 방지하는 풍력 발전 단지, 풍력 발전 단지의 제어방법 및 풍력 발전 유닛을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 풍력 발전 단지는, 복 수개의 풍력 발전 유닛을 포함하는 것으로서, 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부 및 상기 감지부로부터 위험 신호를 입력받고 상기 풍력 발전 단지 내의 풍력 발전 유닛을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 풍력 발전 단지의 제어방법은, 복 수개의 풍력 발전 유닛을 포함하는 풍력 발전 단지의 제어 방법으로서, 상기 풍력 발전 단지의 내부 또는 외부의 일정 위치에 설치된 감지부로부터 외부 환경 위험 요소를 감지하는 위험요소감지단계 및 상기 위험요소감지단계의 감지 결과를 기반으로 풍력 발전 단지의 풍력 발전 유닛의 운전 조건을 제어하는 풍력 발전유닛제어단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 풍력 발전 유닛은, 지면 또는 해상에 세워진 타워, 상기 타워의 상단에 위치된 나셀, 상기 나셀의 전방 일측에 위치되어 바람의 운동에너지를 회전에너지로 전환시키는 블레이드-허브 어셈블리;를 포함하는 풍력 발전 유닛으로서, 상기 풍력 발전 유닛의 일측에 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 위험 요소 감지 장치는, 풍력 발전 단지로부터 일정거리 이격된 지점, 즉 풍력 발전 단지 외부 로케이션에 설치되는 것으로서, 상기 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부를 포함하며, 상기 외부 환경 위험 요소는 먼지 또는 모래가 포함된 바람이 해당하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 예상치 못한 국지적인 외부 환경 위험 요소가 발생되더라도 최소한 풍력 발전 단지의 전체 유닛이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

보다 구체적으로 감지부가 설치된 일부 유닛 또는 외부 센싱 로케이션으로부터 위험 신호를 전달받고 이를 기반으로 풍력 발전 단지의 개별 유닛을 안전하게 미리 제어함으로써 풍력 발전 유닛의 손상을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일반적인 풍력 발전 유닛의 주요부를 나타내는 개념도에 해당한다.
도 2는 일반적인 풍력 발전 단지와 외부 환경 위험 요소를 나타낸 개념도에 해당한다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지를 나타내는 개념도에 해당하며, 구체적으로 감지부가 설치된 풍력 발전 유닛의 배치를 나타낸다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지의 제어 범위를 나타내는 개념도에 해당한다.
도 9 내지 도 11는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 외부의 센싱 로케이션 및 그 위치를 나타내는 개념도에 해당한다.
도 12는 본 발명에 따른 풍력 발전 단지의 제어방법을 나타내는 순서도에 해당한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지의 제어방법의 발전유닛제어단계를 구체적으로 나타내는 개념도에 해당한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 상세히 설명하기로 한다.

종래의 풍력 발전 단지(10)의 제어는 국지적인 기상 변화가 발생된 경우 각 유닛(20)에서 감지되어야만 비로소 해당 유닛(20)의 제어가 이루어질 수 있어 손상이 일차적으로 일어난 후 더 이상의 손상을 막기 위한 것에 불과하였다고 볼 수 있다.

이에 반하여 본 발명은 외부 환경 위험 요소를 미리 감지하는 감지부(21, 51)를 마련하여 상기 감지부(21, 51)에서 측정된 정보를 기반으로하여 풍력 발전 단지(10)에 설치된 유닛(20) 전체 또는 일부를 예측 제어한다.

본 발명은 기본적으로 복 수개의 풍력 발전 유닛(20)을 포함하는 풍력 발전 단지(10)을 전제로 한다.

그리고, 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부(21, 51)와 상기 감지부(21, 51)로부터 위험 신호를 입력받고 상기 풍력 발전 단지(10) 내의 풍력 발전 유닛(20)을 제어하는 제어부를 기본적으로 포함한다.

상기 감지부(21)는 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이 일부 유닛에 설치될 수도 있으며, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 풍력 발전 단지(10)로부터 일정 거리 떨어진 외부 지역에 설치될 수도 있다.

먼저, 일부 유닛에 설치된 경우 이러한 감지부(21)에서 돌풍, 윈드 스톰, 토네이도, 등 국지적이고 급격한 기상 변화, 즉 외부 환경 위험 요소가 감지된 경우, 풍력 발전 단지(10) 전체를 관장하는 제어부로 그 신호를 전송하여 나머지 유닛(20)을 제어함으로써 적어도 나머지 유닛은 외부 환경 위험 요소로부터 보호하는 것이 바람직하다.

그리고, 풍력 발전 단지(10)의 외부 지역에 감지부(51)가 마련된 경우에는, 상기 감지부(51)에서 감지된 외부 환경 위험 요소를 풍력 발전 단지(10) 전체를 관장하는 제어부로 그 신호를 전송하여 나머지 유닛을 제어함으로써 풍력 발전 단지(10)의 모든 유닛을 외부 환경 위험 요소로부터 보호할 수 있다. 상기 제어부의 구체적인 제어에 대하여는 보다 상세히 후설 하기로 한다.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 상기 외부 환경 위험 요소를 1. 먼지 또는 모래가 포함된 바람인 경우, 2. 급격한 풍속 변화인 경우, 3. 급격한 풍향 변화인 경우로 나누어 설명하기로 한다.

이와 같이 경우를 나누어 설명하는 것은 구제적인 제어 대상과 방식을 상세히 설명하기 위한 것이며, 상기 1 내지 3의 외부 환경 위험 요소는 복 수개의 경우를 동시에 수반할 수 있음은 당연하다 할 것이다. 이러한 경우에는 각 경우의 제어방식이 동시에 적용될 수도 있다.

첫 번째로, 상기 외부 환경 위험 요소가 먼지 또는 모래가 포함된 바람에 해당하는 경우를 이하 설명하기로 한다.

먼저, 먼지 또는 모래가 포함된 바람을 감지하기 위한 상기 감지부(21, 51)에 대하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.

이 경우, 상기 감지부(21, 51)는 입자 검출기(particle counter)로 이루어지는 것을 고려할 수 있다.

입자 검출기(particle counter)라 함은 대기 중의 먼지 크기와 분포를 측정하는 계측 장비에 해당한다.

입자 검출기(particle counter)는 다양한 방식이 있을 수 있으며, 그 중 레이저 등의 광원의 빛의 산란을 이용하는 경우의 원리는 다음과 같다.

먼저 진공 펌프 등을 이용해서 측정하고자 하는 공간의 대기를 모으고, 모아진 공기는 관을 따라 이동해 내부 레이저(광) 센서 앞을 지나게 된다. 깨끗한 공기 중에서는 똑바로 직진을 하지만 먼지 등과 만나게 되면 빛이 산란하는 원리를 이용해 산란 횟수로 먼지 개수를 알 수 있고, 산란되는 광량으로 먼지의 크기를 측정하게 된다.

한편, 상기 감지부(21, 51)는 적외선 센서를 이용할 수도 있다. 이는 (광전식) 적외선 연기 경보기에서 연기를 감지하는 방식과 유사하다고 볼 수 있다.

구체적으로는, 상기 적외선 센서는 발광부로부터 일정 출력량의 적외선을 출력하고, 상기 발광부에 대응되는 수광부로의 상기 적외선의 입력량, 즉 수광량을 기초로 공기 중의 먼지 또는 모래의 농도 또는 밀도를 측정하게 된다.

한편, 상술한 감지부(21, 51)에서 모래 또는 먼지가 일정 정도 이상의 위험 수위로 감지되는 경우 각 풍력 발전 유닛(20)의 블레이드(2)를 감속시켜 가동을 완전히 중단시키거나 저속으로 회전시키는 것이 바람직하다.

예를 들어 초속 30m의 모래 바람이 불어오게 되는 경우, 블레이드(2) 팁의 회전 속도를 약 초속 50m 정도로 가정할 경우 블레이드(2) 표면에 충돌되는 모래의 상대 속도는 초속 80m 가까이 증가되기 때문이다. 따라서, 회전속도를 감속시키는 것이 모래 또는 먼지에 의한 블레이드(2) 표면의 손상을 방지시키는 가장 유효한 해결책에 해당한다.

블레이드(2) 회전 속도를 감속시키는 구체적인 방법으로서 그 첫 번째는 피치 각도를 조절하는 것이다. 피치 제어라 함은 허브(1)에 설치된 블레이드(2)의 바람에 대한 입사 방향각을 조절하는 것을 의미한다. 즉, 바람에 대한 날개의 입사각을 조절함으로써 블레이드(2)에 미치는 양력과 충돌력의 양을 조절하는 것이다. 일반적인 피치 제어는 회전속도를 증가시키기 위하여 작동되지만 그 반대의 원리를 적용하는 것이다.

다른 한편으로는 블레이드(2) 회전 속도를 감소시키거나 정지시킬 수 있도록 브레이크 장치를 마련하는 것을 고려할 수 있다.

상기 브레이크 장치 다양한 브레이크 방식을 적용할 수 있으며, 이하에서는 몇가지 예를 살펴보기로 한다.

먼저, 나셀(8) 프레임과 허브(1)를 상호 고정시키는 허브 브레이크를 고려할 수 있다.

나셀(8) 프레임의 전방으로 허브(1)가 설치되고, 상기 허브(1)의 측면으로 2~3개의 블레이드(2)가 설치된다. 여기서의 허브 브레이크는 상기 나셀(8)의 프레임과, 이를 기준으로 회전되는 허브(1) 사이에 별도의 마찰수단을 마련하여 감속을 수행하는 것을 의미한다.

상기 브레이크 장치로는, 나셀(8) 프레임과 샤프트(3)를 상호 고정시키는 샤프트 브레이크를 고려할 수 있다.

상술한 허브(1)와 발전기(5) 또는 기어박스 사이에는 회전력을 전달하기 위한 샤프트(3)가 설치된다. 상기 사프트는 나셀(8) 프레임의 내부에 설치되며, 나셀(8) 프레임과 상기 샤프트(3) 사이에 별도의 마찰수단을 마련하여 샤프트(3)의 회전을 감속시키고 결과적으로 블레이드(2)의 회전 속도를 감속시킬 수 있다.

다른 한편으로는 발전기(5) 내부에 설치되어 발전기(5) 회전자의 회전을 감소시키는 발전기 브레이크를 마련하는 것도 고려할 수 있다. 이와 같은 발전기 브레이크는 발전기(5) 내부의 전자기력을 역으로 이용하여 감속시키는 방식과 발전기(5) 내부의 회전축의 회전속도를 직접 감속시키는 방법 등을 고려할 수 있다.

두 번째로, 상기 외부 환경 위험 요소가 급격한 국지적인 풍향 변화에 해당하는 경우를 설명하기로 한다.

기본적으로 풍향변화가 감지된 경우에는 각 풍력 발전 유닛(20)의 요잉 시스템을 제어하여 변화된 풍향을 향하여 나셀(8) 정면이 위치될 수 있도록 나셀(8)의 방향을 회전시키는 것을 고려할 수 있다.

요잉 제어(yawing control)이라 함은 타워(9)의 상부에 설치된 나셀(8)을 타워(9)를 기준으로 수평으로 회전시켜 풍향의 방향으로 나셀(8)의 정면을 위치시키는 제어를 의미한다.

종래의 풍력 발전 유닛(20)에도 풍향계(6)가 마련되어 풍향 변화가 감지된 경우 변화된 풍향을 향하여 나셀(8) 정면이 위치되도록 요잉제어를 하는 것은 자명하다고 할 것이지만, 본 발명에서의 요잉 제어는 타 유닛 또는 풍력 발전 단지(10) 외부에서 감지된 풍향 정보를 바탕으로 요잉 제어를 실시하는 것이다.

일반적으로 요잉 제어는 그 회전 속도가 매우 느리므로 개별 유닛에서 비로소 풍향 변화가 급격한 감지된 경우에는 변화의 속도를 따라가기 어려운 문제점이 있다. 또한, 그 과정에서 블레이드(2)에 비정상적인 방향에서 바람이 입사됨에 따라 불필요한 진동이 발생하게 되어 풍력 발전기의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

본 발명의 경우, 이격된 위치의 타 유닛 또는 단지 외부의 감지부(21, 51)로부터 풍향 변화를 감지하므로 요잉제어를 실시할 충분한 시간을 확보할 수 있는 장점이 있다고 할 것이다.

한편, 본 발명은 풍향 변화를 미리 예측하여 요잉제어를 실시함으로써 개별 풍력 발전 유닛(20)의 발전량을 향상시키는 것을 포함하는 개념이라 할 것이다.

다른 한편으로는, 극단적인 풍향변화로 인하여 풍력 발전 유닛(20)의 안정성이 우려되는 경우에는 상술한 첫번째 경우와 같이 블레이드(2)를 감속시키는 제어를 병행하는 것이 바람직하다.

세 번째로, 상기 외부 환경 위험 요소가 급격한 국지적인 풍속 변화에 해당하는 경우를 설명하기로 한다.

블레이드(2) 회전 속도를 감속시키는 구체적인 방법으로서 그 첫 번째는 피치 각도를 조절하는 것이다. 피치 제어라 함은 상술한 바와 같이 허브(1)에 설치된 블레이드(2)의 바람에 대한 입사 방향각을 조절하는 것을 의미한다. 즉, 바람에 대한 날개의 입사각을 조절함으로써 블레이드(2)에 미치는 양력과 충돌력의 양을 조절하는 것이다. 여기서는 급격하게 풍속이 증가되는 경우에 블레이드(2)의 회전 속도를 증가시키는 것을 물론이거니와, 풍속이 감소되는 경우 회전 속도를 증가시키는 방향으로 피치를 조절하는 것 또한 고려할 수 있다.

다른 한편으로는 블레이드(2) 회전 속도를 감소시키거나 정지시킬 수 있도록 브레이크 장치를 마련하는 것을 고려할 수 있다. 이 경우는 급격한 풍속의 증가가 감지된 경우에 해당한다.

상술한 허브(1)와 발전기(5) 또는 기어박스 사이에는 회전력을 전달하기 위한 샤프트(3)가 설치된다. 상기 사프트는 나셀(8) 프레임의 내부에 설치되며, 나셀(8) 프레임과 상기 사프트 사이에 별도의 마찰수단을 마련하여 샤프트(3)의 회전을 감속시키고 결과적으로 블레이드(2)의 회전 속도를 감속시킬 수 있다.

이상에서는, 외부 환경 위험 요소를 기준으로 각 경우를 살펴보았다.

이하, 감지부의 설치 위치에 대하여 보다 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 상기 감지부(21)는 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 풍력 발전 단지(10)를 이루는 적어도 하나 이상의 상기 풍력 발전 유닛(20)에 설치되는 것을 고려할 수 있다.

보다 면밀한 감지를 위하여는, 상기 풍력 발전 단지(10)를 이루는 상기 풍력 발전 유닛(20) 전체에 설치되는 것 또한 고려할 수 있다고 할 것이다.

그리고 효율적인 감지를 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 풍력 발전 단지(10)의 가장자리에 위치된 적어도 하나 이상의 상기 풍력 발전 유닛(20)에 설치하는 것을 고려할 수 있다.

또한, 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 풍력 발전 단지(10)를 일정 단위의 면적으로 분할하고, 분할된 단위 면적당 적어도 하나 이상의 풍력 발전 유닛(20)에 감지부(21)가 설치되는 것 또한 고려할 수 있다.

위 경우는 도 3 내지 도 8에 도시된 바와 같이 풍력 발전 단지(10) 내부의 풍력 발전 유닛(20)에 감지부(21)를 설치하는 것이라면, 이하의 내용은 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 상기 풍력 발전 유닛(20)이 밀집된 지역으로부터 일정거리 이격된 외부 지역에 센싱 로케이션(50)을 마련하여, 상기 감지부(51)를 상기 센싱 로케이션(50)에 설치하는 것을 고려할 수 있다.

이와 같이 단지 외부 지역에 센싱 로케이션(50) 마련하여 감지부(51)를 설치함으로써, 예측 제어를 보다 안전하게 수행할 수 있다고 할 것이다.

풍력 단지 내부에 감지부(21)가 마련된 경우에는 필연적으로 적어도 1기 이상의 풍력 발전 유닛(20)은 피해를 감지와 동시에 피해를 입을 수밖에 없는 문제가 있다. 그러나 외부 센싱 로케이션(50)에 감지부(51)를 마련하는 경우는 외부 지역에서 풍력 발전 단지(10)로 외부 환경 위험 요소가 이동되는 시간 동안 풍력 발전 유닛(20)을 미리 제어하여 피해를 예방할 수 있다.

그리고, 상기 외부 센싱 로케이션(50)은 도 9에 도시된 바와 같이 외부 환경 위험 요소가 이동되는 길목에 설치되는 것이 바람직하다.

예를 들어 풍력 발전 단지(10)의 서쪽에서 윈드 스톰이 발생되는 경우에는 풍력 발전 단지(10)를 기준으로 서쪽으로 일정거리 이격된 지점에 센싱 로케이션(50)을 마련하는 것이 바람직하다고 할 것이다.

다른 한편으로는, 풍력 발전 단지(10)를 에워쌀 수 있도록 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 복수개의 외부 센싱 로케이션(50)을 마련하되 상호간에 일정 거리 및/또는 각도를 기준으로 배치하는 것을 고려할 수 있다.

예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 풍력 발전 단지(10)로부터 반경 a km 떨어진 지점에 복 수개의 외부 센싱 로케이션(50)을 마련하는 것을 고려할 수 있다.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 풍력 발전 단지(10)를 기준으로 방사형으로 θ°간격으로 복 수개의 외부 센싱 로케이션(50)을 마련하는 것 또한 고려할 수 있다.

도 9 내지 도 11은 예시적으로 나타낸 것이므로 이러한 배치 구조에 한정되지는 않는다.

한편, 상술한 감지부(21, 51)가 풍력 발전 유닛(20)에 설치되는 경우, 풍력 발전 유닛(20)의 다양한 위치에 설치될 수 있다. 설치 위치로는 허브(1)의 정면부, 나셀(8)의 상면 후방, 타워(9)의 상단부 등 전체적으로 보아 비교적 상부에 위치되는 것이 바람직하다고 할 것이다.

또한, 외부 센싱 로케이션(50)에 설치되는 감지부(51) 또한 별도의 타워(52)를 마련하고 그 상부에 위치되는 것이 바람직하다고 할 것이다.

이상, 감지부(21, 51)의 배치구조 및 설치위치에 대하여 살펴보았다.

이하에서는, 제어부의 제어 범위에 대하여 살펴보기로 한다.

먼저, 위험 신호를 감지하는 경우 상기 풍력 발전 단지(10)를 이루는 풍력 발전 유닛(20) 전체를 일괄 제어하는 것을 고려할 수 있다. 예를 들어, 최 외각에 설치된 풍력 발전 유닛(20)에 마련된 감지부(21)에서 위험 신호가 감지된 경우, 나머지 풍력 발전 유닛(20) 전체을 일괄 감속시키는 것이다.

이는 가장 안전한 제어 방법에 해당하지만, 이하의 단계적인 제어에 비하여는 다소 비효율적인 측면이 있다.

단계적인 제어의 첫 번째로는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 감지부(21)로부터의 거리를 기준으로 일정 간격으로 풍력 발전 유닛(20)의 제어 군을 나누어, 가까운 거리의 제어 군에 속하는 풍력 발전 유닛(20)부터 순차적으로 제어하는 것을 고려할 수 있다.

이는, 외부 환경 위험 요소를 순차적으로 접하게 되는 풍력 발전 유닛(20)을 단계적으로 제어하는 방법에 해당한다. 단계적으로 제어하게 되므로 불필요하게 미리 감속시키는 문제를 해소할 수 있다고 할 것이다.

다른 한편으로는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 풍력 발전 단지(10)에 설치된 풍력 발전 유닛(20)을 일정 면적을 기준으로 제어군을 나누어 상기 제어군 별로 일정 순서로 제어하는 것을 고려할 수 있다. 여기서 말하는 일정 순서는, 상술한 바와 같이 감지부(21)와 제어군의 거리를 기준으로 가까운 제어군부터 순차적으로 제어를 하는 것을 고려할 수 있다.

한편, 잘못된 위험 신호를 바탕으로 불필요한 감속제어가 있어나는 경우가 발생될 수 있다.

이러한 점을 해소하기 위하여, 위험 신호의 진위여부를 판단하는 것을 추가로 고려할 수 있다.

즉, 상기 감지부로부터 위험 신호를 전달 받고 상기 위험 신호의 진위 여부를 판단하고, 상기 위험 신호가 사실인 것으로 판단된 경우에만 상기 위험 신호를 상기 풍력 발전 유닛(20)으로 전달하는 것이다.

이러한, 위험 신호의 진위 여부의 판단은 기 축적된 참조 데이터와 감지부(21, 51)에서 측정된 결과의 차이 여부로 판단하는 것이 가장 바람직하다고 할 것이다.

여기서, 상기 참조 데이터는 상기 감지부가 설치된 지역과 동일 지역에서 수집되는 것이 바람직하다. 그리고, 일정 시간 단위로 1년 주기의 데이터가 축적하는 것이 그 신뢰도를 높일 수 있을 것이다.

즉, 현재 시점에서 입수된 위험 신호를 1년 주기의 데이터와 비교하여 평상 정도에 해당하는 것인지, 특별한 변동이 발생된 것인지를 기준으로 판단하는 것이다.

예를 들어 현재시점의 공기중의 모래의 밀도와 평년의 정상 상태의 해당 일자에 측정된 공기 중의 모래의 밀도와 비교하여 윈드 스톰이 될생된 것인지 여부를 보다 확실하게 판정할 수 있다.

현재 시점에서 비교적 모래의 밀도가 높다고 하더라도 그것이 평년의 정상상태 수준과 비슷한 정도라면 윈드 스톰이 아니라고 판단하여 위험 신호를 제어부에서 풍력 발전 유닛(20)으로 전달하지 않는 것이다.

더욱 면밀하게는, 상기 1년 주기 중 감지 일자의 감지 시간에 축적된 참조 데이터와, 실시간으로 상기 감지부(21, 51)에서 측정된 데이터를 비교하는 것을 고려할 수 있다.

한편, 상기 참조 데이터는 동일한 기상 조건 단위로 축적되는 것이 바람직하다. 동일한 일자에 해당한다고 하더라도, 눈, 비 등의 기상 조건에 따라 모래의 밀도 등이 현저하게 달라질 수 있기 때문에 기상 조건 단위로도 수집되는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 진위 여부의 판단은 현재의 기상상황과 가장 유사한 조건에서 축적된 산기 참조 데이터와 실시간으로 상기 감지부(21, 51)에서 측정된 데이터를 비교하게 된다.

이하, 감지부(21, 51)에서 제어부로 위험신호를 전달하고, 나아가 제어부에서 각 풍력 발전 유닛(20)으로 제어 신호를 전달하는 방식을 살펴보기로 한다.

먼저 별도의 추가적인 통신망을 갖추지 않고 기존의 전력 그리드 망 유선 통신을 이용하여, 상기 감지부(21, 51) 및 상기 풍력 발전 유닛(20)과 위험 신호 및 제어 신호를 상호 전달하는것이 바람직하다.

한편, 별도의 무선 통신 망을 이용하여, 상기 감지부(21, 51) 및 상기 풍력 발전 유닛(20)과 위험 신호 및 제어 신호를 상호 전달하는 것 또한 바람직하다.

유선 방식의 경우 통신망의 물리적인 파손에 의한 신호 전달에 문제가 발생 될 수 있으며, 무선 방식의 경우 무선 통신 교란 등에 의한 신호 전달의 문제가 발생 될 수 있다.

따라서, 상술한 i) 전력 그리드 망 유선 통신 및 ii) 무선 통신 망을 병행하여, 위험 신호 및 제어 신호를 상호 전달하는 것이 바람직하다.

그리고, 추가적으로, 상기 i) 전력 그리드 망 유선 통신의 신호와 ii)무선 통신 망의 신호를 상호 비교하여 신호의 오류 여부를 검증하는 것이 바람직하다고 할 것이다.

이상에서는 본 발명에 따른 풍력 발전 단지(10)의 구성을 설명하였다.

이하, 본 발명에 따른 풍력 발전 단지의 제어 방법을 설명하기로 한다. 상술한 내용과 일부 중복되는 내용은 생략하고, 제어 단계를 중심으로 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 풍력 발전 단지의 제어 방법은 복 수개의 풍력 발전 유닛(20)을 포함하는 풍력 발전 단지의 제어 방법에 해당한다.

도 12에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지의 제어 방법은 i) 위험요소감지단계. ii) 위험신호전달단계, iii) 위험신호진위여부판단단계 및 iv) 발전유닛제어단계를 포함하여 이루어진다.

먼저, 필수적인 단계에 해당하는 위험요소감지단계 및 발전유닛제어단계를 살펴보기로 한다.

위험요소감지단계는, 풍력 발전 단지(10)의 내부 또는 외부의 일정 위치에 설치된 감지부(21, 51)로부터 외부 환경 위험 요소를 감지하는 단계에 해당한다. 여기서 내부라 함은 풍력 발전 단지(10)의 개별 풍력 발전 유닛(20)을 고려할 수 있으며, 외부라 함은 상술한 외부 센싱 로케이션(50)을 의미한다.

한편, 발전유닛제어단계는 상기 위험요소감지단계의 감지 결과를 기반으로 풍력 발전 단지(10)의 풍력 발전 유닛(20)의 운전 조건을 제어하는 단계에 해당한다.

그리고, 상기 위험요소 감지단계의 상기 외부 환경 위험 요소는 먼지 또는 모래가 포함된 바람, 감지부(21, 51)가 설치된 주위의 국지적인 풍향 변화 또는 국지적인 풍속 변화에 해당한다.

한편, 모래 또는 바람의 경우, 상기 감지부(21, 51)는 입자 검출기(particle counter)를 이용하여 공기 중의 먼지 또는 모래 입자의 밀도를 측정하는 것이 바람직하다. 입자 검출기에 대한 설명은 전술하였으므로 생략하기로 한다.

그리고, 상기 감지부(21, 51)는 적외선 센서를 포함하되, 상기 적외선 센서는 발광부로부터 일정 출력량의 적외선을 출력하고, 상기 발광부에 대응되는 수광부로의 상기 적외선의 입력량을 기초로 공기 중의 먼지 또는 모래의 밀도를 측정하는 것을 고려할 수 있다.

한편, 상기 위험요소감지단계의 상기 감지부(21)는 상기 풍력 발전 단지(10)를 이루는 적어도 하나 이상의 상기 풍력 발전 유닛(20)에 설치되어 상기 감지부(21) 주변의 외부 환경 위험 요소를 측정하는 것을 고려할 수 있다.

여기서, 상기 위험요소감지단계의 상기 감지부(21)는, 상기 풍력 발전 단지(10)를 이루는 상기 풍력 발전 유닛(20) 전체에 설치되거나, 상기 풍력 발전 단지(10)의 가장자리에 위치된 적어도 하나 이상의 상기 풍력 발전 유닛(20)에 설치되어, 상기 감지부(21) 주변의 외부 환경 위험 요소를 측정하는 것을 고려할 수 있다.

또한, 상기 풍력 발전 단지(10)를 일정 단위의 면적으로 분할하되, 분할된 단위 면적 당 적어도 하나 이상의 풍력 발전 유닛(20)에 설치되어, 상기 감지부(21) 주변의 외부 환경 위험 요소를 측정하는 것을 고려할 수 있다.

한편, 상기 위험요소감지단계의 상기 감지부(21)는 상기 풍력 발전 유닛(20)이 밀집된 지역으로부터 일정거리 이격된 외부 지역에 센싱 로케이션(50)에 설치되어, 상기 외부 지역의 상기 감지부(21) 주변의 외부 환경 위험 요소를 측정하는 것을 고려할 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이 발전유닛제어단계는 i) 피지제어단계, ii) 브레이킹단계, iii) 요잉제어단계 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것이라 볼 수 있다.

먼저, 피치제어단계는 각 풍력 발전 유닛(20)의 블레이드(2) 피치 각도를 제어하여 블레이드(2) 회전 속도를 감소시키는 것을 의미한다. 풍속이 감소된 경우에는 회전 속도를 증가시키는 방향으로 제어가 이루어지는 것 또한 고려할 수 있다.

그리고, 브레이킹단계는 블레이드(2)의 회전 속도를 감속 내지 정지시키는 것에 해당한다.

여기서, 상기 브레이킹단계는 나셀(8) 프레임과 허브(1)를 상호 고정시키는 허브 브레이크를 작동시키는 것, 나셀(8) 프레임과 샤프트(3)를 상호 고정시키는 샤프트 브레이크를 작동시키는 것, 발전기(5) 내부에 설치되어 발전기(5) 회전자의 회전을 감소시키는 발전기 브레이크를 작동시키는 것을 고려할 수 있다.

그리고, 요잉제어단계는 상기 감지부(21, 51)로부터 위험 신호를 인지하는 경우, 각 풍력 발전 유닛(20)의 요잉 시스템을 제어하여 변화된 풍향을 향하여 나셀(8) 정면이 위치될 수 있도록 나셀(8)의 방향을 회전시키는 것에 해당한다.

상기 발전유닛제어단계는, 제어 순서 또는 범위의 관점에서 볼 때, 먼저, 상기 풍력 발전 단지(10)를 이루는 풍력 발전 유닛(20) 전체를 일괄 제어하는 것을 고려할 수 있다.

한편, 상기 감지부(21, 51)로부터의 거리를 기준으로 일정 간격으로 풍력 발전 유닛(20)의 제어 군을 나누어, 가까운 거리의 제어 군에 속하는 풍력 발전 유닛(20)부터 순차적으로 제어하는 것을 고려할 수 있으며, 다른 한편으로는, 상기 풍력 발전 단지(10)에 설치된 풍력 발전 유닛(20)을 일정 면적을 기준으로 제어군을 나누어 상기 제어군 별로 일정 순서로 제어하는 것 또한 고려할 수 있다.

그리고, 상기 위험신호감지단계에서 감지된 상기 위험 신호가 사실인 것으로 판단된 경우에만 상기 위험 신호를 상기 발전유닛제어단계에서 풍력 발전 유닛(20)을 제어하도록 하는 위험신호진위여부검증단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 위험신호진위여부검증단계는 기 축적된 참조 데이터와 감지부(21, 51)에서 측정된 결과의 차이 여부로 판단하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 참조 데이터는 상기 감지부가 설치된 지역과 동일 지역에서 수집되되, 일정 시간 단위로 1년 주기의 데이터가 축적되고, 상기 진위 여부의 판단은 상기 1년 주기 중 감지 일자의 감지 시간에 축적된 참조 데이터와, 실시간으로 상기 감지부(21, 51)에서 측정된 데이터를 비교하는 것이다.

그리고, 상기 참조 데이터는 상기 감지부가 설치된 지역과 동일 지역에서 수집되되, 기상 조건 단위로 축적되고, 상기 진위 여부의 판단은 현재의 기상상황과 가장 유사한 조건에서 축적된 산기 참조 데이터와 실시간으로 상기 감지부(21, 51)에서 측정된 데이터를 비교하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 위험요소감지단계에서 상기 감지부(21, 51)로부터 위험 신호를 상기 발전유닛제어단계로 전달하는 위험신호전달단계를 더 포함하는 것을 고려할 수 있다.

상기 위험신호전달단계는, 구체적인 신호전달에 있어서, 전력 그리드 망 유선 통신을 이용하여, 상기 감지부(21, 51) 및 상기 풍력 발전 유닛(20)과 위험 신호 및 제어 신호를 상호 전달하는 것을 고려할 수 있다.

또는, 무선 통신 망을 이용하여, 상기 감지부(21, 51) 및 상기 풍력 발전 유닛(20)과 위험 신호 및 제어 신호를 상호 전달하는 것도 가능하다

보다 안전한 신호전달을 위하여, i) 전력 그리드 망 유선 통신 및 ii) 무선 통신 망을 병행 이용하여, 상기 감지부(21, 51) 및 상기 풍력 발전 유닛(20)과 위험 신호 및 제어 신호를 상호 전달하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 i) 전력 그리드 망 유선 통신의 신호와 ii) 무선 통신 망의 신호를 상호 비교하여 신호의 오류 여부를 검증하는 것을 특징으로 신호전달오류검증단계를 추가로 고려할 수 있다.

이상에서는, 본 발명에 따른 풍력 발전 단지의 제어 방법에 대하여 살펴보았다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 개별 풍력 발전 유닛의 관점에서 살펴보기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전 유닛은, 지면 또는 해상에 세워진 타워(9), 상기 타워(9)의 상단에 위치된 나셀(8) 및 상기 나셀(8)의 전방 일측에 위치되어 바람의 운동에너지를 회전에너지로 전환시키는 블레이드-허브 어셈블리를 기본적으로 포함한다.

그리고, 상기 풍력 발전 유닛(20)의 일측에 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부(21)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 일측이라 함은 상술한 바와 같이 비교적 상부에 위치되는 것이 바람직하며, 허브(1)의 정면부, 나셀(8)의 상면부, 타워(9)의 상부 등을 다양한 위치를 고려할 수 있다.

한편, 이하의 풍력 발전 유닛(20)은 외부 환경 위험 요소가 먼지 또는 모래가 포함된 바람에 해당하는 것을 중심으로 설명한다.

상기 감지부(21)는 입자 검출기(particle counter)를 포함하여 이루어지거나, 적외선 센서를 포함하여 이루어지는 것을 고려할 수 있다.

상기 입자 검출기 및 적외선 센서는 상술한 바 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 감지부(21)로부터 위험 신호를 인지하는 경우, 블레이드(2) 피치 각도를 제어하여 블레이드(2) 회전 속도를 감소시키는 것이 바람직하다. 여기서 감지부는 해당 유닛의 감지부가 아니라 타 유닛 도는 외부 센싱 로케이션(50)에 설치된 감지부를 의미한다.

한편으로는, 블레이드(2) 회전 속도를 감소시키거나 정지시킬 수 있도록 브레이크 장치를 포함하는 것을 고려할 수 있으며, 구체적으로 상기 브레이크 장치는,

i) 나셀(8) 프레임과 허브(1)를 상호 고정시키는 허브 브레이크 ii) 나셀(8) 프레임과 샤프트(3)를 상호 고정시키는 샤프트 브레이크 iii)발전기(5) 내부에 설치되어 발전기(5) 회전자의 회전을 감소시키는 발전기 브레이크 중 어느 하나를 포함하는 것을 고려할 수 있다.

한편, 상기 감지부(21)에서 측정된 결과를 전력 그리드 망을 통하여 송출하거나, 무선 통신 망을 이용하여 송출하는 것을 고려할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 위험 요소 감시 장치는 풍력 발전 단지(10)로부터 일정거리 이격된 지점에 설치되는 풍력 발전 단지(10) 외부 로케이션(50)에 설치되는 감지 장치를 의미한다.

이는. 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부(51)를 포함하고, 여기서, 상기 외부 환경 위험 요소는 먼지 또는 모래가 포함된 바람을 고려할 수 있다.

.

한편, 상기 감지부(51)는 입자 검출기(particle counter)를 포함하거나, 적외선 센서를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고, 풍력 발전 단지(10)로의 감지된 위험 신호 전송을 위하여 상기 감지부(51)에서 측정된 결과를 전력 그리드 망으로 송출하는 위험 신호 송신부를 포함하는 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 무선 통신 망을 이용하는 것 또한 고려할 수 있다. 물론 상술한 바와 같이 이들을 병행하여 이용함으로써 신호 전송의 신뢰도를 향상시키는 것 또한 고려할 수 있다.

이를 보다 구체적으로 보면, i) 유선 통신 및 ii) 무선 통신 망을 이용하여, 상기 감지부(51)로부터 감지된 위험 신호를 송출하되, 상기 i) 유선 통신의 신호와 ii)무선 통신 망의 신호를 상호 비교하여 신호의 오류 여부를 검증하는 신호 검증부를 더 포함하는 것이라 할 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 사용된 위치관계는 첨부된 도면을 중심으로 설명된 것으로서, 실시 태양에 따라 그 위치관계는 달라질 수 있다.

또한, 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.

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.

1: 허브
2: 블레이드
3: 샤프트
4: 기어박스
5: 발전기
6: 풍향계
7: 풍속계
8: 나셀
9: 타워
10: 풍력 발전 단지
20: 풍력 발전 유닛
21: 감지부(감지부가 설치된 풍력 발전 유닛)
23: 감지 그룹
31, 40, 41, 42: 제어 그룹
50: 외부 센싱 로케이션
51: 감지부
52: 타워

Claims

복 수개의 풍력 발전 유닛을 포함하는 풍력 발전 단지에 있어서,
외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부; 및
상기 감지부로부터 위험 신호를 입력받고 상기 풍력 발전 단지 내의 풍력 발전 유닛을 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는,
i) 전력 그리드 망 유선 통신 및 ii) 무선 통신 망을 이용하여, 상기 감지부 및 상기 풍력 발전 유닛과 위험 신호 및 제어 신호를 상호 전달하되,
상기 i) 전력 그리드 망 유선 통신의 신호와 ii)무선 통신 망의 신호를 상호 비교하여 신호의 오류 여부를 검증하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
복 수개의 풍력 발전 유닛을 포함하는 풍력 발전 단지에 있어서,
외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부; 및
상기 감지부로부터 위험 신호를 입력받고 상기 풍력 발전 단지 내의 풍력 발전 유닛을 제어하는 제어부; 및
상기 풍력 발전 유닛이 밀집된 지역으로부터 일정거리 이격된 외부 지역에 센싱 로케이션;을 포함하되,
상기 감지부는 상기 센싱 로케이션에 설치되며,
상기 외부 환경 위험 요소는 모래가 포함된 바람이며,
상기 감지부는 입자 검출기(particle counter)를 포함하며,
상기 감지부는 적외선 센서를 포함하되,
상기 적외선 센서는 발광부로부터 일정 출력량의 적외선을 출력하고, 상기 발광부에 대응되는 수광부로의 상기 적외선의 입력량을 기초로 공기 중의 모래의 밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제1항에 있어서,
상기 외부 환경 위험 요소는 먼지 또는 모래가 포함된 바람을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제1항에 있어서,
상기 외부 환경 위험 요소는 i) 상기 감지부가 설치된 주위의 국지적인 풍속 변화, ii) 상기 감지부가 설치된 주위의 국지적인 풍향 변화 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제3항에 있어서,
상기 감지부는 입자 검출기(particle counter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제3항에 있어서,
상기 감지부는 적외선 센서를 포함하되,
상기 적외선 센서는 발광부로부터 일정 출력량의 적외선을 출력하고, 상기 발광부에 대응되는 수광부로의 상기 적외선의 입력량을 기초로 공기 중의 먼지 또는 모래의 밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제1항에 있어서,
상기 감지부는,
상기 풍력 발전 단지를 이루는 적어도 하나 이상의 상기 풍력 발전 유닛에 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제7항에 있어서,
상기 감지부는,
상기 풍력 발전 단지를 이루는 상기 풍력 발전 유닛 전체에 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제7항에 있어서,
상기 감지부는,
상기 풍력 발전 단지의 가장자리에 위치된 적어도 하나 이상의 상기 풍력 발전 유닛에 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제7항에 있어서,
상기 감지부는,
상기 풍력 발전 단지를 일정 단위의 면적으로 분할하되,
분할된 단위 면적 당 적어도 하나 이상의 풍력 발전 유닛에 설치되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제1항에 있어서,
상기 풍력 발전 유닛이 밀집된 지역으로부터 일정거리 이격된 외부 지역에 센싱 로케이션을 포함하되,
상기 감지부는 상기 센싱 로케이션에 설치된 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지부로부터 위험 신호를 인지하는 경우, 각 풍력 발전 유닛의 블레이드 피치 각도를 제어하여 블레이드 회전 속도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지부로부터 위험 신호를 인지하는 경우, 블레이드 회전 속도를 감소시키거나 정지시킬 수 있도록 브레이크 장치를 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제13항에 있어서,
상기 브레이크 장치는,
나셀 프레임과 허브를 상호 고정시키는 허브 브레이크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제13항에 있어서,
상기 브레이크 장치는,
나셀 프레임과 샤프트를 상호 고정시키는 샤프트 브레이크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제13항에 있어서,
상기 브레이크 장치는,
발전기 내부에 설치되어 발전기 회전자의 회전을 감소시키는 발전기 브레이크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지부로부터 위험 신호를 인지하는 경우, 각 풍력 발전 유닛의 요잉 시스템을 제어하여 변화된 풍향을 향하여 나셀 정면이 위치될 수 있도록 나셀의 방향을 회전시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 위험 신호를 감지하는 경우,
상기 풍력 발전 단지를 이루는 풍력 발전 유닛 전체를 일괄 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 위험 신호를 감지하는 경우,
상기 감지부로부터의 거리를 기준으로 일정 간격으로 풍력 발전 유닛의 제어 군을 나누어, 가까운 거리의 제어 군에 속하는 풍력 발전 유닛부터 순차적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 위험 신호를 감지하는 경우,
상기 풍력 발전 단지에 설치된 풍력 발전 유닛을 일정 면적을 기준으로 제어군을 나누어 상기 제어군 별로 일정 순서로 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지부로부터 위험 신호를 전달 받고 상기 위험 신호의 진위 여부를 판단하고, 상기 위험 신호가 사실인 것으로 판단된 경우에만 상기 위험 신호를 상기 풍력 발전 유닛으로 전달하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제21항에 있어서,
상기 위험 신호의 진위 여부의 판단은,
기 축적된 참조 데이터와 감지부에서 측정된 결과의 차이 여부로 판단하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제22항에 있어서,
상기 참조 데이터는 상기 감지부가 설치된 지역과 동일 지역에서 수집되되, 일정 시간 단위로 1년 주기의 데이터가 축적되되,
상기 진위 여부의 판단은 상기 1년 주기 중 감지 일자의 감지 시간에 축적된 참조 데이터와, 실시간으로 상기 감지부에서 측정된 데이터를 비교하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
제22항에 있어서,
상기 참조 데이터는 상기 감지부가 설치된 지역과 동일 지역에서 수집되되, 기상 조건 단위로 축적되고,
상기 진위 여부의 판단은 현재의 기상상황과 가장 유사한 조건에서 축적된 산기 참조 데이터와 실시간으로 상기 감지부에서 측정된 데이터를 비교하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지.
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복 수개의 풍력 발전 유닛을 포함하는 풍력 발전 단지의 제어 방법에 있어서,
상기 풍력 발전 단지의 내부 또는 외부의 일정 위치에 설치된 감지부로부터 외부 환경 위험 요소를 감지하는 위험요소감지단계;
상기 위험요소감지단계의 감지 결과를 기반으로 풍력 발전 단지의 풍력 발전 유닛의 운전 조건을 제어하는 풍력 발전유닛제어단계; 및
상기 위험요소감지단계에서 상기 감지부로부터 위험 신호를 상기 발전유닛제어단계로 전달하는 위험신호전달단계;를 포함하며,
상기 위험신호전달단계는,
i) 전력 그리드 망 유선 통신 및 ii) 무선 통신 망을 이용하여, 상기 감지부 및 상기 풍력 발전 유닛과 위험 신호 및 제어 신호를 상호 전달하되,
상기 i) 전력 그리드 망 유선 통신의 신호와 ii) 무선 통신 망의 신호를 상호 비교하여 신호의 오류 여부를 검증하는 것을 특징으로 신호전달오류검증단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
복 수개의 풍력 발전 유닛을 포함하는 풍력 발전 단지의 제어 방법에 있어서,
상기 풍력 발전 단지의 내부 또는 외부의 일정 위치에 설치된 감지부로부터 외부 환경 위험 요소를 감지하는 위험요소감지단계;
상기 위험요소감지단계의 감지 결과를 기반으로 풍력 발전 단지의 풍력 발전 유닛의 운전 조건을 제어하는 풍력 발전유닛제어단계; 및
상기 위험요소감지단계의 상기 감지부는,
상기 풍력 발전 유닛이 밀집된 지역으로부터 일정거리 이격된 외부 지역에 센싱 로케이션에 설치되어, 상기 외부 지역의 상기 감지부 주변의 외부 환경 위험 요소를 측정하며,
상기 위험요소 감지단계의 상기 외부 환경 위험 요소는 모래가 포함된 바람에 해당하며
상기 감지부는 입자 검출기(particle counter)를 이용하여 공기 중의 모래 입자의 밀도를 측정하며
상기 감지부는 적외선 센서를 포함하되,
상기 적외선 센서는 발광부로부터 일정 출력량의 적외선을 출력하고, 상기 발광부에 대응되는 수광부로의 상기 적외선의 입력량을 기초로 공기 중의 먼지 또는 모래의 밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제28항에 있어서,
상기 위험요소 감지단계의 상기 외부 환경 위험 요소는 먼지 또는 모래가 포함된 바람에 해당하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제28항에 있어서,
상기 외부 환경 위험 요소는 i) 상기 감지부가 설치된 주위의 국지적인 풍향 변화, ii) 상기 감지부가 설치된 주위의 국지적인 풍속 변화 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제30항에 있어서,
상기 감지부는 입자 검출기(particle counter)를 이용하여 공기 중의 먼지 또는 모래 입자의 밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제30항에 있어서,
상기 감지부는 적외선 센서를 포함하되,
상기 적외선 센서는 발광부로부터 일정 출력량의 적외선을 출력하고, 상기 발광부에 대응되는 수광부로의 상기 적외선의 입력량을 기초로 공기 중의 먼지 또는 모래의 밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제28항에 있어서,
상기 위험요소감지단계의 상기 감지부는,
상기 풍력 발전 단지를 이루는 적어도 하나 이상의 상기 풍력 발전 유닛에 설치되어 상기 감지부 주변의 외부 환경 위험 요소를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제34항에 있어서,
상기 위험요소감지단계의 상기 감지부는,
상기 풍력 발전 단지를 이루는 상기 풍력 발전 유닛 전체에 설치되어, 상기 감지부 주변의 외부 환경 위험 요소를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제34항에 있어서,
상기 위험요소감지단계의 상기 감지부는,
상기 풍력 발전 단지의 가장자리에 위치된 적어도 하나 이상의 상기 풍력 발전 유닛에 설치되어, 상기 감지부 주변의 외부 환경 위험 요소를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제34항에 있어서,
상기 위험요소감지단계의 상기 감지부는, 상기 풍력 발전 단지를 일정 단위의 면적으로 분할하되, 분할된 단위 면적 당 적어도 하나 이상의 풍력 발전 유닛에 설치되어, 상기 감지부 주변의 외부 환경 위험 요소를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제28항에 있어서,
상기 위험요소감지단계의 상기 감지부는,
상기 풍력 발전 유닛이 밀집된 지역으로부터 일정거리 이격된 외부 지역에 센싱 로케이션에 설치되어, 상기 외부 지역의 상기 감지부 주변의 외부 환경 위험 요소를 측정하는 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제30항 또는 제31항에 있어서,
상기 발전유닛제어단계는,
상기 감지부로부터 위험 신호를 수신받은 경우, 각 풍력 발전 유닛의 블레이드 피치 각도를 제어하여 블레이드 회전 속도를 감소시켜 풍력 발전 단지의 풍력 발전 유닛의 파손을 보호하는 피치제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법
제30항 또는 제31항에 있어서,
상기 발전유닛제어단계는,
상기 감지부로부터 위험 신호를 인지하는 경우, 블레이드 회전 속도를 감소시키거나 정지시키는 브레이킹단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법
제40항에 있어서,
상기 브레이킹단계는;
나셀 프레임과 허브를 상호 고정시키는 허브 브레이크를 작동시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법
제40항에 있어서,
상기 브레이킹단계는;
나셀 프레임과 샤프트를 상호 고정시키는 샤프트 브레이크를 작동시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법
제40항에 있어서,
상기 브레이킹단계는;
발전기 내부에 설치되어 발전기 회전자의 회전을 감소시키는 발전기 브레이크를 작동시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제30항에 있어서,
상기 발전유닛제어단계는
상기 감지부로부터 위험 신호를 인지하는 경우, 각 풍력 발전 유닛의 요잉 시스템을 제어하여 변화된 풍향을 향하여 나셀 정면이 위치될 수 있도록 나셀의 방향을 회전시키는 요잉제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법
제28항 또는 제29항에 있어서,
상기 발전유닛제어단계는,
상기 풍력 발전 단지를 이루는 풍력 발전 유닛 전체를 일괄 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법
제28항 또는 제29항에 있어서,
상기 감지부로부터의 거리를 기준으로 일정 간격으로 풍력 발전 유닛의 제어 군을 나누어, 가까운 거리의 제어 군에 속하는 풍력 발전 유닛부터 순차적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법
제28항 또는 제29항에 있어서,
상기 풍력 발전 단지에 설치된 풍력 발전 유닛을 일정 면적을 기준으로 제어군을 나누어 상기 제어군 별로 일정 순서로 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법
제28항 또는 제29항에 있어서,
상기 위험신호감지단계에서 감지된 상기 위험 신호가 사실인 것으로 판단된 경우에만 상기 위험 신호를 상기 발전유닛제어단계에서 풍력 발전 유닛을 제어하도록 하는 위험신호진위여부검증단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제48항에 있어서,
상기 위험신호진위여부검증단계는,
기 축적된 참조 데이터와 감지부에서 측정된 결과의 차이 여부로 판단하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법.
제49항에 있어서,
상기 참조 데이터는 상기 감지부가 설치된 지역과 동일 지역에서 수집되되, 일정 시간 단위로 1년 주기의 데이터가 축적되고,
상기 진위 여부의 판단은 상기 1년 주기 중 감지 일자의 감지 시간에 축적된 참조 데이터와, 실시간으로 상기 감지부에서 측정된 데이터를 비교하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법
제49항에 있어서,
상기 참조 데이터는 상기 감지부가 설치된 지역과 동일 지역에서 수집되되, 기상 조건 단위로 축적되고,
상기 진위 여부의 판단은 현재의 기상상황과 가장 유사한 조건에서 축적된 산기 참조 데이터와 실시간으로 상기 감지부에서 측정된 데이터를 비교하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 제어 방법
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지면 또는 해상에 세워진 타워;
상기 타워의 상단에 위치된 나셀;
상기 나셀의 전방 일측에 위치되어 바람의 운동에너지를 회전에너지로 전환시키는 블레이드-허브 어셈블리;를 포함하는 풍력 발전 유닛으로서,
상기 풍력 발전 유닛의 일측에 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부; 및
상기 감지부에서 측정된 결과를 전력 그리드 망으로 송출하는 위험 신호 송신부를 포함하며,
상기 위험 신호 송신부는,
i) 유선 통신 및 ii) 무선 통신 망을 이용하여, 상기 감지부로부터 감지된 위험 신호를 송출하되,
상기 i) 유선 통신의 신호와 ii)무선 통신 망의 신호를 상호 비교하여 신호의 오류 여부를 검증하는 신호 검증부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지 외부 로케이션 위험 요소 감지 장치.
제56항에 있어서,
상기 외부 환경 위험 요소는 먼지 또는 모래가 포함된 바람에 해당하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 유닛.
제57항에 있어서,
상기 감지부는 입자 검출기(particle counter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 유닛.
제57항에 있어서,
상기 감지부는 적외선 센서를 포함하되,
상기 적외선 센서는 발광부로부터 일정 출력량의 적외선을 출력하고, 상기 발광부에 대응되는 수광부로의 상기 적외선의 입력량을 기초로 공기 중의 먼지 또는 모래의 밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 유닛.
제56항에 있어서,
상기 감지부로부터 위험 신호를 인지하는 경우, 블레이드 피치 각도를 제어하여 블레이드 회전 속도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 유닛.
제56항에 있어서,
상기 감지부로부터 위험 신호를 인지하는 경우, 블레이드 회전 속도를 감소시키거나 정지시킬 수 있도록 브레이크 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 유닛.
제61항에 있어서,
상기 브레이크 장치는,
나셀 프레임과 허브를 상호 고정시키는 허브 브레이크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 유닛.
제61항에 있어서,
상기 브레이크 장치는,
나셀 프레임과 샤프트를 상호 고정시키는 샤프트 브레이크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 유닛.
제61항에 있어서,
상기 브레이크 장치는,
발전기 내부에 설치되어 발전기 회전자의 회전을 감소시키는 발전기 브레이크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 유닛.
제56항에 있어서,
상기 감지부에서 측정된 결과를 전력 그리드 망을 통하여 송출하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 유닛.
풍력 발전 단지로부터 일정거리 이격된 지점에 설치되는 풍력 발전 단지 외부 로케이션 위험 요소 감지 장치로서,
상기 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부;를 포함하되,
상기 외부 환경 위험 요소는 모래가 포함된 바람이 해당하며,
상기 감지부는 입자 검출기(particle counter)를 포함하며,
상기 감지부는 적외선 센서를 포함하되,
상기 적외선 센서는 발광부로부터 일정 출력량의 적외선을 출력하고, 상기 발광부에 대응되는 수광부로의 상기 적외선의 입력량을 기초로 공기 중의 모래의 밀도를 측정하는 것을 특징으로 풍력 발전 단지 외부 로케이션 위험 요소 감지 장치.
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풍력 발전 단지로부터 일정거리 이격된 지점에 설치되는 풍력 발전 단지 외부 로케이션 위험 요소 감지 장치로서,
상기 외부 환경 위험 요소를 감지하는 감지부;를 포함하되,
상기 외부 환경 위험 요소는 모래가 포함된 바람이 해당하며,
상기 감지부에서 측정된 결과를 전력 그리드 망으로 송출하는 위험 신호 송신부를 포함하며,
상기 송신부는,
i) 유선 통신 및 ii) 무선 통신 망을 이용하여, 상기 감지부로부터 감지된 위험 신호를 송출하되,
상기 i) 유선 통신의 신호와 ii)무선 통신 망의 신호를 상호 비교하여 신호의 오류 여부를 검증하는 신호 검증부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지 외부 로케이션 위험 요소 감지 장치.
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