KR101581102B1 - 결빙 환경에서 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법 - Google Patents

결빙 환경에서 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101581102B1
KR101581102B1 KR1020137033084A KR20137033084A KR101581102B1 KR 101581102 B1 KR101581102 B1 KR 101581102B1 KR 1020137033084 A KR1020137033084 A KR 1020137033084A KR 20137033084 A KR20137033084 A KR 20137033084A KR 101581102 B1 KR101581102 B1 KR 101581102B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
icing
wind
wind turbine
temperature
time
Prior art date
Application number
KR1020137033084A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140014277A (ko
Inventor
토르스텐 옙센
Original Assignee
보벤 프로퍼티즈 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 보벤 프로퍼티즈 게엠베하 filed Critical 보벤 프로퍼티즈 게엠베하
Publication of KR20140014277A publication Critical patent/KR20140014277A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101581102B1 publication Critical patent/KR101581102B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0264—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for stopping; controlling in emergency situations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/026—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor for starting-up
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/40—Ice detection; De-icing means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/303—Temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/32—Wind speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/325—Air temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

본 발명은 전류 생성을 위한 전기 발전기를 가진 기관실(2) 및 발전기에 연결되고 하나 이상의 회전자 블레이드(4)를 가진 공기 역학 회전자(3)를 포함하는 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 회전자 블레이드(4) 상의 착빙이 확실하게 배제될 수는 경우에 풍력 발전 설비(1)를 작동하는 단계, 회전자 블레이드(4) 상의 결빙이 검출되는 경우에 풍력 발전 설비(1)를 작동 중단하는 단계, 착빙이 검출되지 않았지만 예상되는 경우에 풍력 발전 설비(1)를 시간 지연적으로 작동 중단하고 또는 재시작을 저지하는 단계, 및/또는 풍력 발전 설비(1)의 작동 중단을 야기하는 작동 중단 조건이 다시 제거되고 착빙이 더 이상 검출되지 않았고 착빙 또는 착빙 형성이 예상되지 않는 경우에 풍력 발전 설비(1)를 시간 지연적으로 재시작하는 단계를 포함한다.

Description

결빙 환경에서 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법{METHOD FOR OPERATING A WIND ENERGY PLANT IN ICING CONDITIONS}
본 발명은 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법, 풍력 발전 설비 및, 다수의 풍력 발전 설비를 포함하는 풍력 발전 단지에 관한 것이다.
풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법은 일반적으로 공지되어 있고, 본 출원은 특히, 타워에 회전 가능하게 지지되는 기관실 및 허브에 연결되는 회전자와 회전자 블레이드를 포함하는, 도 1에 따른 풍력 발전 설비에 관한 것이다. 풍력 발전 설비의 작동 시 회전자 블레이드에 풍력이 작용함으로써 회전 운동이 발생하고, 상기 회전 운동은 기관실에서 발전기에 의해 전기 에너지를 생성한다. 특히 조절 가능한 회전자 블레이드 각도를 갖는 회전자 블레이드를 포함하는 풍력 발전 설비, 소위 피치 조절식 풍력 발전 설비가 전제된다.
어는 점 주변의 온도가 나타날 수도 있는 풍력 발전 설비의 설치 위치에서, 풍력 발전 설비, 특히 회전자 블레이드는 결빙될 위험이 있다. 따라서, 특정 기상 상황에서 풍력 발전 설비의 회전자 블레이드에, 결빙, 거친 서리 또는 적설이 형성될 수 있다. 일반적으로 어는 점 직전의 온도에서는 높은 습도 또는 강우 또는 강설이 전제된다. 가장 일반적인 결빙 온도는 -1℃ 내지 -4℃이다. +1℃ 이상과 -7℃ 미만에서 일반적으로 결빙이 발생하지 않는다. 더 낮은 온도에서 대기 중 습도는 매우 낮다.
얼음 및 침적된 서리는, 낙하하는 경우에 사람 또는 기물에 위해를 가할 수 있는 두께에 이를 수 있는 한편, 강설 시 일반적으로 회전자 블레이드의 중요하지 않은 영역에, 예컨대 플랜지에 쌓이는 적설이 분리되어 낙하하는 것은 대개 위험하지 않다.
풍력 발전 설비에서의 문제는, 특히 얼음 낙하(ice throw) 또는 얼음 비산(ice shedding)에 의한 위험이다. 회전자 블레이드가 결빙된 풍력 발전 설비의 작동 시 낙하하는 얼음 조각으로 인해 인접한 주변에 위해를 가할 수 있다. 풍력 발전 설비의 정지 상태에서, 낙하하는 풍력 발전 설비의 눈 및 얼음에 의한 위해는 다른 고층 건물에 의한 위해와 실제로 다르지 않다.
결빙 가능성을 고려한 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법이 독일 공개 공보 DE 103 23 785 A1호에 기술되어 있다. 상기 간행물에서, 예컨대 풍력 발전 설비의 출력과 같은 작동 파라미터는 풍속과 같은 경계 조건에 의존해서 기본적으로, 관련 풍속에서 나타나는 설정값과 비교된다. 검출된 작동 파라미터와 제공된 작동 파라미터 사이의 편차로부터 착빙이 추론될 수 있고, 특히 풍력 발전 설비의 작동 중단을 포함하는 적절한 보호 조치가 도입될 수 있다.
이러한 과정은, 회전자 블레이드 상의 착빙이 블레이드 및 회전자의 공기역학에 영향을 미치고, 이로 인해 발전 설비 거동에서 편차가 나타난다는 사실에 기초한다. 이러한 편차는 작동 파라미터의 전술한 비교에 의해 검출 및 평가된다.
이 경우, 상기 간행물에서, 가능한 한 풍력 발전 설비의 정상적인, 안정하고 가능한 한 균일한 작동을 전제로 하는 것은 문제가 된다.
대략 3 또는 4 m/s 미만의 풍속인 약풍에서 상기와 같은 바람직한 환경은 대개 주어지지 않는다. 주로 20 m/s 또는 25 m/s의 풍속부터인 강풍에서, 상기와 같은 공지된 방법의 민감도는 충분하지 않다. 따라서 착빙 평가는 그렇게 신뢰적이지 않거나 또는 불가능하다.
풍력 발전 설비가 정지되는 경우에, 유사한 문제가 발생하는데, 그 이유는 정지 상태에서 작동 파라미터는 제대로 사전 설정된 작동 파라미터와 비교될 수 없기 때문이다. 풍력 발전 설비는 매우 다양한 이유들로 인해 정지될 수 있다. 약풍으로 인한 작동 중단, 강풍으로 인한 작동 중단, 유지 보수를 위한 작동 중단 및 풍력 발전 설비가 에너지를 공급하고 풍력 발전 설비의 작동이 유지되도록 에너지를 가져오기 위해 접속된 배전망의 전원 고장으로 인한 작동 중단이 이에 해당한다. 또한, 검출된 착빙으로 인한 풍력 발전 설비의 작동 중단도 고려된다.
본 발명의 과제는 전술한 문제들 중 적어도 하나의 문제를 해결하는 것이다.
상기 과제는 특허청구범위 제 1항에 따른 풍력 발전 설비의 작동을 위한 방법에 의해 해결된다.
특히, 착빙 검출 또는 결빙 검출이 개선됨으로써, 풍력 발전 설비의 기존의 확실한 검출 범위 외에서도 착빙 검출이 실시될 수 있다. 적어도 대안 실시예가 제공된다.
본 발명에 따라 특허청구범위 제 1항에 따른 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법이 제안된다.
따라서, 전류 생성을 위한 전기 발전기를 가진 기관실과, 발전기에 연결되고 하나 이상의 회전자 블레이드를 가진 공기 역학 회전자를 포함하는 풍력 발전 설비에 기초한다.
이러한 풍력 발전 설비는 기본적으로 공지된 방식으로 작동되고, 이 경우 회전자는 회전자 블레이드 상의 착빙이 확실하게 배제될 수 있는 경우에 회전한다. 이는 특히, 주변 온도가 높은 경우에, 특히 +2℃보다 확실히 높은 경우에 해당한다. 그러나 어는 점 주변의 저온에서도 풍력 발전 설비의 작동 시 작동 파라미터들이 각각의 예상되는 값을 포함하는 경우에, 착빙은 배제된다. 다시 말해서 특히, 부분 부하 범위에서, 즉 정격 출력으로 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 풍력이 충분히 제공되지 않으면, 풍력 발전 설비에 의해 생성된 출력은 주어진 풍속에서 예정된 출력에 상응한다. 전부하 범위에서, 즉 주어진 풍력에 의해 풍력 발전 설비가 정격 출력으로 작동될 수 있는 경우에, 피치 조절식 풍력 발전 설비의 경우에 조절된 회전자 블레이드 각도는 주어진 풍속에서 예상되는 회전자 각도에 상응한다.
그와 달리 회전자 블레이드 상의 착빙이 검출되는 경우에, 풍력 발전 설비는 작동 중단된다. 착빙은 예를 들어, 착빙을 가능하게 하는 주변 온도에서, 즉 특히 +2℃보다 낮은 주변 온도에서, 결빙으로 의심될 수 있는, 실제 출력과 예정된 출력 사이의 편차 또는 실제 회전자 블레이드 각도와 예정된 회전자 블레이드 각도 사이의 편차가 형성됨으로써 검출된다. 부분 부하 범위에서 이는 일반적으로, 실제 출력이 예정된 전력보다 훨씬 낮은 경우에 해당하는데, 그 이유는 착빙이 풍력 발전 설비의 효율을, 즉 풍력 발전 설비에 의해 생성된 전력과 실제 풍력에서 제공되는 출력의 비를 감소시킨다는 사실이 전제되기 때문이다. 착빙의 다른 검출 방법은 예를 들어 작동 시의 회전자 블레이드의 고유 주파수의 모니터링이다. 이것도 항상 충분하지 않다는 전제에 근거한다. 다른 방법이 공지되어 있지만, 상기 방법도 한계에 부딪힐 수 있다. 여기에는 예를 들어 광학 방법이 포함되지만, 안개 시 또는 야간에는 양호하게 이용될 수 없다.
착빙이 검출되지 않았지만 배제될 수 없는 것으로 예상되는 경우에, 풍력 발전 설비를 시간 지연적으로 작동 중단하는 것이 제안된다. 언제 착빙이 검출되는지는 위에 설명되었다. 주변 온도가 한계 온도 미만이면, 특히 +2℃ 미만이면, 착빙이 예상될 수 있다. +2℃에서는 아직 결빙이 형성되지 않더라도, 가능한 착빙이 검출되지 않고 고려되지 않음에 따른 위험을 배제하기 위해, +2℃의 비교적 높은 값을 기초로 하는 것이 제안된다. 또한, 이로써, 측정 불확실성이 발생할 수 있고, 온도 측정이 결빙의 잠재적 위치에서 직접 이루어지지 않고, 유동 조건에 의해 온도가 영향을 받을 수 있는 것이 고려된다. 대안으로서 다른 값, 특히 +1℃ 또는 +3℃ 또는 +4℃의 한계값이 설정될 수도 있다.
본 발명에 따라, 검출되지 않았지만, 예상되거나 또는 배제될 수 없는 착빙의 경우에, 풍력 발전 설비의 작동 중단은 풍력 발전 설비의 영역에 있는 사람과 기물에 대한 안전성을 높이는 것으로 밝혀졌고, 이 경우 풍력 발전 설비의 총 연간 출력을 측정했을 때 발생하는 수율 손실은 비교적 낮아진다. 이는 특히, 드물지만 매우 높은 풍속에서, 또는 이미 낮은 수율을 감수할 수 있는 매우 낮은 풍속에서 이러한 작동 중단이 이루어지기 때문이다.
또한, 본 발명에 따라, 결빙 두께가 더 두꺼운 경우에 얼음 조각이 분리되고 따라서 풍력 발전 설비의 작동 중단 또는 재시동의 저지가 즉시 이루어지지 않아도 되고, 오히려 시간 지연적으로 이루어질 수 있는 것이 입증되었다. 이로 인해 잠재적인 수율 손실이 감소하고, 때로는 현저하게 감소한다.
풍력 발전 설비의 작동 중단 및 재시작의 저지는 동일한 전제 조건 하에서 이루어질 수 있다. 풍력 발전 설비의 재시작의 시간 지연적인 저지란, 작동 중단된 풍력 발전 설비의 재시작이 시간 지연에 의해 당분간 저지되지 않는 것일 수 있다. 즉, 풍력 발전 설비는 재시작한 후에, 경우에 따라서 - 시간 지연 내에 - 착빙이 확실하게, 특히 정지 상태에서보다 확실하게 검출될 수 있는 작동점에 이른다. 이 경우 확실하게 착빙 상태가 아닌 것으로 검출되면, 상기 시간 지연은 결과적으로 풍력 발전 설비를 재시작하여 정상적으로 작동하게 하고, 적절한 수율이 얻어지게 한다. 시간 지연이 제공되지 않으면, 발전 설비는 작동하지 않고, 얼음 없음(ice-free)이 검출되지 않고, 따라서 발전 설비가 당분간 지속적으로 정지 상태에서 유지될 위험이 있다.
본 출원에서 풍력 발전 설비의 작동 중단이란, - 달리 명시되지 않는 한 - 풍력 발전 설비가 회전자를 정지시키고, 경우에 따라서는 스피닝 모드(spinning mode)에서 작동시킬 수 있는 것을 의미한다. 작동 제어 시스템은 이 경우 작동 상태인데, 그렇지 않으면 예컨대 전원 고장과 같은 다른 장애가 추가로 발생하고, 이러한 전원 고장은 작동 제어 시스템의 유지를 저지한다. 전원 고장 시 상태 데이터는 전원 복귀 시까지 저장된다.
시간 지연은 예를 들어 착빙이 예상된 또는 배제될 수 없었던 시점부터 시작될 수 있고 또는 상기 시점을 고려할 수 있다. 특히 시간 지연은 주변 온도가 한계 온도 아래로 떨어지는 순간에 시작될 수 있다.
추가로 또는 대안으로서, - 예를 들어 그림자 어른거림(Shadow Flicker)에 의한, 진동 모니터링에 의한 또는 예를 들어 유지 보수와 같은 수동 작업으로 인한 - 풍력 발전 설비의 작동 중단을 야기하는 작동 중단 조건이 다시 제거되고, 착빙이 검출되지 않았고, 예상되지 않고 또는 배제되는 경우에, 작동 중단된 풍력 발전 설비는 시간 지연적으로 재시작한다. 시간 지연은 특히 결빙이 검출되지 않았고 예상되지 않는 환경이 주어지는 시점에 시작되고 또는 이러한 시점을 고려한다. 이는, 상기 시점 전에 착빙이 예상되었거나 또는 착빙이 존재하였음을 의미할 수 있다. 그러나 또한 이는, 상기 시점 전에 어떤 상황이었는지 명확하지 않았음을 의미할 수도 있다. 따라서, 착빙이 검출되지 않았고 예상되지 않더라도, 결빙 잔류물이 남아 있을 수 있는 것을 고려하기 위해, 시간 지연이 제안된다. 경우에 따라서 관찰된 조건은, 착빙 형성이 예상되지 않고, 착빙 존재에 대한 정보를 얻기 어렵거나 또는 얻을 수 없음을 암시한다. 특히, 이러한 환경은 주변 온도가 한계 온도, 예컨대 2℃보다 높은 경우에, 특히 약간 높은 경우에 주어진다. 더 높은 온도, 특히 2℃보다 높은 온도에서, 결빙은 예상되지 않는다. 그러나 착빙 직전인 경우에, 착빙은 가능한 경우 적어도 일부만 존재할 수 있다. 특히 이러한 경우에 시간 지연은 가능할 수 있는 착빙 잔류물을 제거할 수 있게 한다.
실시예에 따라, 풍력 발전 설비의 작동 중단 또는 재시작의 저지 그리고 또는 대안으로서, 풍력 발전 설비의 재시작은 결빙 의심 지시계에 의존해서 이루어지는 것이 제안된다. 간단히 지시계라고도 할 수 있는, 결빙 의심 지시계는 착빙 확률에 대한 크기를 형성하고, 상응하게 결정 또는 변경된다. 착빙 의심 지시계는 착빙 확률을 제시할 수 있도록 결정되고 또는 변경되고 또는 사용되고, 이 경우 상기 지시계는 수학적 확률값을 제시하지 않아도 된다. 하기에서 결빙 의심 지시계는 특히, 큰 값은 착빙의 높은 확률을 나타내고, 낮은 값은 착빙의 낮은 확률을 나타내는 것으로 설명된다. 당업자는 본 발명에 따른 가르침에 의해 이를 역으로도 설계하고 실행할 수 있다.
결빙 의심 지시계는 바람직하게 작동 파라미터에 의존하여 및/또는 주변 환경에 의존하여 결정되고, 이들에 의존하여 변경될 수도 있다. 바람직하게 시간이 고려된다. 결빙 의심 지시계가 이전 값에 의존하도록 그리고 상기 값들이 얼마나 오래되었는지 및/또는 상기 값들이 얼마나 오래 지속되었는지에 의존하도록 변경되는 경우에 바람직하다.
실시예에 따라 결빙 의심 지시계는 카운터로서 형성된다. 특히 결빙 의심 지시계가 프로세스 컴퓨터에서 실행되는 변수로서 구현되는 실시예를 들 수 있고, 상기 변수는 그 값을 기본적으로 주어진 한계 내에서 임의로 증가 또는 감소시킬 수 있다.
따라서 제1 실시예에서, 풍력 발전 설비의 주변 환경 및/또는 작동 환경이 착빙을 촉진하고 및/또는 착빙을 암시하는 경우에, 특히 주변 온도가 한계 온도보다 낮은 경우에, 결빙 의심 지시계는 값을 제1 방향으로 변경, 특히 증가시킨다. 이러한 변경은 특히 시간 의존적으로 이루어지므로, 시간이 증가할수록 값은 순차적으로 또는 연속해서 변경된다. 특히 주변 온도가 +2℃인 한계 온도보다 낮으면, 상기 값은 한계값으로 저장될 수 있고 풍력 발전 설비가 작동 중단되고 또는 풍력 발전 설비의 재시작이 저지되는 작동 중단 한계값이라고도 할 수 있는 높은 값에 도달할 때까지 시간이 지날수록 점점 더 증가한다. 풍력 발전 설비가 예를 들어 지난 값들에 따라 착빙 상태가 아니고 전체 환경이 착빙이 더 이상 배제될 수 없는 환경으로 바뀌는 것이 전제되는 상태에 있으면, 카운터는 천천히 증가하기 시작한다. 카운터가 작동 중단 한계값에 도달할 때까지, - 대체로 상기 값에 도달하는 경우에 - 시간이 경과하고, 상기 시간도 상기 카운터의 증가 속도에 의존한다.
추가로 또는 대안으로서, 특히 풍력 발전 설비의 주변 환경 또는 작동 환경이 착빙 상태가 아니거나 또는 착빙이 감소하는 것을 암시하거나 또는 촉진하는 경우에, 특히 주변 온도가 한계 온도보다 높은 경우에, 카운터는 값을 제2 방향으로 변경하고, 특히 감소시키는 것이 제안된다.
예를 들어 착빙이 전제되거나 또는 착빙이 검출된 상황이거나, 또는 상황이 불분명하고, 상황이 착빙 또는 적어도 착빙 발생이 배제될 수 있는 상황으로 변하는 경우에, 결빙 의심 지시계의 값, 즉 카운터 값은 시간에 따라 점차 감소한다. 상기 값은 하향 카운터 한계값에 도달할 때까지, 특히 재시작 한계값에 도달할 때까지 감소한다.
결빙 의심 지시계의 전술한 증가 및 감소 과정은 수 시간 내지 10시간 또는 더 오래 지속될 수 있다. 이러한 시간 동안 결빙 형성 가능성을 암시하고 그 결과 카운터를 증가시키는 상황은 착빙 감소, 특히 결빙 제거가 전제될 수 있거나 또는 착빙을 배제할 수 있는 확실한 값이 주어지는 상황으로 변경될 수 있다. 결빙 의심 지시계 또는 카운터의 값은 다시 감소한다. 또한, 반대 상황이 나타날 수 있고, 이러한 상황에서 카운터는 다시 증가한다. 즉, 상황에 따라서 결빙 의심 지시계의 값이 변경되는 방향으로 변경된다. 따라서 지난 상황이 고려된다. 바람직하게 증가와 감소에 대해 하나의 동일한 카운터가 사용된다.
다른 실시예에 따라, 값, 즉 카운터로서 결빙 의심 지시계의 값의 변동은 풍력 발전 설비의 주변 환경 및/또는 작동 환경에 의존하는 속도에 의해 이루어지는 것이 제안된다. 따라서 값은 시간이 지남에 따라 항상 동일한 것이 아니라 주어진 상황의 더 차별화된 관찰 방법도 고려한다.
바람직하게, 발전 설비가 작동 중인 경우에, 약풍일 때, 특히 바람의 풍속이 4 m/s보다 낮을 때 값은, 강풍일 때, 즉 풍속이 20 m/s보다 높을 때보다 천천히 증가한다. 이는, 회전자 블레이드에서 유속이 매우 높은 경우에 발전 설비의 작동으로 인해 착빙이 더 빠르게 형성될 수 있고, 따라서 풍력 발전 설비가 작동 중단될 때까지 시간이 더 짧아야 한다는 사실에 기초한다. 이는 결빙 의심 지시계의 값의 더 신속한 상승에 의해 고려될 수 있고, 따라서 상기 지시계는 신속하게 정지 한계값에 도달한다. 또한, 약풍일 때의 더 큰 시간 지연은 카운터로서 결빙 의심 지시계에 의한 것과 다른 방식으로, 예컨대 기준 테이블 또는 룩업-테이블(lookup table)에 의해 구현될 수도 있다.
바람직하게, 그림자 어른거림 차단 시 또는 풍력 부족 시와 같은 자동 설비 정지 또는 예컨대 유지 보수를 위한 수동 설비 정지로 인해 풍력 발전 설비가 주어진 풍속과 무관하게 작동 중단된 경우에, 결빙 의심 지시계의 값은 강풍에서 발전 설비의 작동 시보다 천천히 증가한다.
다른 실시예는, 추가로 또는 대안으로서 카운터로서 결빙 의심 지시계의 값을 주변 온도가 낮을수록 더 느리게 감소시키고, 특히 한계 온도와 주변 온도의 차이에 대한 시간으로 형성된 적분에 비례하여 값을 감소시키는 것을 제안한다.
그 결과, 주변 온도가 높을수록 작아지는 시간 지연이 얻어진다. 다시 말해서, 풍력 발전 설비는 온도가 높을수록, 더 일찍 재시작될 수 있다. 주변 온도가 높을수록 더 작은 시간 지연에 의해 재시작될 수 있는 풍력 발전 설비는 카운터로서 결빙 의심 지시계의 사용에 의한 것과 다르게 실행될 수 있다. 예를 들어 특정한 주변 온도에 대해 시간 지연 값을 갖는 테이블, 즉 소위 룩업-테이블이 제공될 수 있다.
다른 실시예는, 풍력 발전 설비가 배전망에 접속되고, 전원 고장 시 풍력 발전 설비는 작동 중단되고, 전원 복귀 시, 즉 전원 고장이 해결되면, 전원 고장 시 주변 온도 및 전원 복귀 시 주변 온도에 의존하는 정격 온도에 따라서 풍력 발전 설비의 재시작이 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 경우 전원 고장의 지속 시간 동안, 즉 전원 고장의 시작부터 전원 복귀까지 작동 온도와 주변 환경, 특히 주변 온도에 대한 정보는 제공되지 않거나 또는 제한적으로만 제공된다는 사실에 기초한다. 전원 고장의 종료 후에 착빙 가능성을 더 양호하게 예측하기 위해, 전원 복귀 시 온도, 즉 실제 온도 및 전원 고장 전에 또는 전원 고장 시작 시 마지막으로 검출된 주변 온도에 의존하는, 주변 온도의 온도값을 기초로 한다.
전원 고장이 제1 고장 시간, 특히 2시간을 넘지 않는 경우에, 바람직하게 정격 온도는 전원 고장 시작 시 주변 온도와 전원 복귀 시 주변 온도의 평균값으로 계산된다. 이 경우, 주변 온도는 신속하게 변경되지 않고, 고장 시간이 짧은 경우에 전원 고장 전 및 후에 주변 온도의 관찰이 착빙 확률에 대한 바람직한 정보를 제공할 수 있다는 사실에 기초한다. 예를 들어 전원 복귀 시 주변 온도가 2℃인 경우에, 전원 고장의 시작 시 주변 온도가 이보다 훨씬 낮았다면, 착빙 가능성이 있는 한편, 전원 고장의 시작 시 주변 온도가 이보다 훨씬 높았다면, 착빙 가능성이 없다.
바람직하게, 전원 고장이 더 길어질 경우에, 계산된 온도라고도 할 수 있는 정격 온도의 결정을 위해 온도 안전값이 제공된다. 따라서 전원 고장이 더 길어질 경우에, 특히 전원 고장이 2시간 이상일 경우에, 정격 온도를 2K 만큼 감소시키는 것이 제안된다.
실시예에 따라 풍력 발전 설비는 풍력 발전 단지 내에 배치되고, 상기 풍력 발전 단지의 적어도 하나의 다른 풍력 발전 설비가 착빙 또는 착빙 의심으로 인해 작동 중단되는 경우에 상기 풍력 발전 설비는 작동 중단된다. 이는, 특히 주변 온도, 습도 및, 풍속과 같은 주변 파라미터들이 유사하기 때문에, 풍력 발전 설비들이 동일한 풍력 발전 단지에서 착빙과 관련해서 거의 유사한 특성을 갖는다는 사실에 근거한다. 그러나 풍력 발전 단지 내의 하나의 풍력 발전 설비의 착빙이, 반드시 풍력 발전 단지 내의 다른 모든 풍력 발전 설비들에도 착빙이 있고, 동일한 풍력 발전 단지의 나머지 풍력 발전 설비의 착빙 확률이 높다는 것을 의미하지는 않는다는 사실에도 근거한다. 따라서 드물게만 예측 오류가 발생할 수 있으므로, 풍력 발전 설비의 연간 전체 수율에 반영되지 않을 수 있고, 이 경우 안전성, 즉 얼음 비산의 저지는 현저히 개선될 수 있다.
바람직하게 검출된 착빙 또는 착빙 의심으로 인해 작동 중단된 풍력 발전 설비는, 얼음 낙하에 의해 위해가 되는 영역, 특히 교통로 및 기물에 대한 가능한 한 큰 간격이 유지되도록 기관실을 정렬한다. 따라서 얼음 비산에 의한 위험이 감소할 뿐만 아니라, 기본적으로 다른 고층 건물에서도 발생할 수 있는 자연적인 얼음 낙하에 의한 위험도 감소한다.
바람직하게 풍속 측정을 위한 가열될 수 있는 풍속 감지기를 포함하고, 적어도 착빙이 의심되는 경우에 상기 풍속 감지기를 가열하는 풍력 발전 설비가 이용된다. 예를 들어 소위 초음파 풍속계가 사용될 수 있다. 이로써 회전자 블레이드뿐만 아니라 예를 들어 풍속계에도 발생할 수 있는 결빙 형성 시 풍속의 신뢰성 있는 측정이 제공된다. 따라서 신뢰성이 있는 풍속을 필요로 하는 착빙 검출도 이용될 수 있다.
바람직하게는, 풍력 발전 설비 상의, 특히 하나 이상의 회전자 블레이드 상의 착빙을 직접 측정하는 결빙 감지 센서를 이용하는 것이 제안된다. 이러한 측정은 전술한 결빙 검출을 보완할 수 있다. 결빙 감지 센서의 사용은 상응하는 투자 비용이 발생하는 것이 고려되어야 한다. 풍력 발전 설비가 다른 경우에는 안전성을 이유로 정지해야 했지만, 착빙 상태가 아니라는 결빙 감지 센서의 명확한 정보에 따라 작동될 수 있는 경우에, 상기 비용은 경우에 따라서 빠르게 상각될 수 있다.
바람직하게 풍력 발전 단지에서, 이러한 결빙 감지 센서가 장착된 소수의 또는 하나의 풍력 발전 설비가 상기 센서로부터 얻은 착빙에 대한 정보를 결빙 감지 센서를 포함하지 않는 풍력 단지 내의 다른 풍력 발전 설비에 전달할 수 있다. 이로 인해 결빙 감지 센서의 비용이 다수의 발전 설비로 분배될 수 있다. 바람직하게 결빙 감지 센서에 의해 얻어진 착빙에 대한 정보는 관련된 풍력 발전 설비의 주어진 주변 환경 및/또는 작동 환경에 의해 평가되고, 특히 착빙의 예측을 개선하기 위해, 특히 관련된 풍력 발전 설비에 대해 개별화기 위해 저장된다. 따라서 착빙 검출은 발전 설비 유형과 설치 위치에 따라, 특히 적절한 적응형 프로그램에 의해 각각 조정될 수 있다.
하기에서 본 발명은 실시예를 참고로 첨부된 도면과 관련해서 설명된다.
도 1은 풍력 발전 설비의 사시도.
도 2는 상이한 풍속에서 결빙 의심 지시계의 특성 곡선을 도시한 도면.
도 3은 2개의 상이한 주변 온도에서 결빙 의심 지시계의 특성 곡선을 도시한 도면.
도 4는 예시적인 온도 특성 곡선에 따른 실시예의 결빙 의심 지시계의 특성 곡선을 도시한 도면.
도 1은 기관실(2), 회전자 블레이드(4)와 스피너(5)를 가진 공기 역학 회전자(3) 및, 타워(6)를 포함하는 풍력 발전 설비(1)를 도시한다.
도 2에는 2개의 예를 위해 시간에 대해 기재한 값을 포함하는 결빙 의심 지시계의 특성 곡선이 도시된다. 따라서 한편으로는 강풍이라고 할 수 있고, 다른 한편으로는 약풍이라고 할 수 있는 풍속들이 구분된다. 도 2의 2개의 예는, 풍력 발전 설비가 작동 중이고 풍력 발전 설비의 회전자는 회전하는 경우, 즉 발전 설비가 작동 중단되지 않은 경우에 해당한다. 시점(t1 = 0)에 결빙 의심 지시계의 카운트 업을 야기하는 이벤트가 발생한다. 이는 예를 들어 주변 온도가 한계 온도 아래로 감소하는 것일 수 있다. 그러나 예를 들어 온도가 이미 한계 온도보다 낮고, 주어진 풍속이 일정 값으로 떨어져서 약풍 상황으로 전제되거나, 또는 일정 값으로 증가하여 강풍 상황으로 전제되는 것이 고려될 수도 있다.
시점(t1) 이전의 결빙 의심 지시계의 값이 중요하다. 상기 값은 예를 들어 값(0)을 가질 수 있거나, 또는 결빙 의심 지시계에 시점(t1)에 주로 최초로 값이 할당된다.
결빙 의심 지시계의 초기값은 다른 경우에 풍력 발전 설비의 재시작을 야기하는 값으로 간주할 수도 있다. 이것은 도 2에 도시된 경우에는 중요하지 않으므로, 값은 괄호 안에 "시작"으로만 도시된다.
어떠한 경우든 시점(t1)에는 결빙 의심 지시계를 시간에 따라 계속해서 증가시키는 조건이 주어진다. 이러한 증가는 약풍에서보다 강풍에서 더 신속하게 이루어진다. 이로써 이미 시점(t2)에 강풍에서 결빙 의심 지시계는 풍력 발전 설비가 작동 중단되는 값에 도달한다. 상기 값은 도 2에서 수평 파선인 정지로 표기된 선으로 도시된다. 실시예에서 결빙 의심 지시계는 강풍일 때에는 2시간 후에 풍력 발전 설비의 작동 중단 기준에 도달한다. 약풍의 경우에는, 풍력 발전 설비의 작동 중단 기준은 예를 들어 10시간인 시점(t3)에 이른다.
도 2는 실질적으로 주어진 경계 조건이 고정적이라는 것이 전제되는 간단한 도면을 도시한다.
도 3은 풍력 발전 설비가 정지한 상황에 대해 결빙 의심 지시계의 2개의 예시적인 특성 곡선을 도시한다. 간단하게 0으로 제시된 시점(t1)에 결빙 의심 지시계가 감소하게 하는 기준이 제공된다. 이 경우에도 상기 지시계의 초기값은 중요하지 않고, 상기 값은 발전 설비가 작동 중단된 경우에 해당할 수 있기 때문에 세로 좌표에 괄호 안의 "정지"로만 기재된다. 다운 카운트라고도 할 수 있는 결빙 의심 지시계의 감소는 한계 온도와 실제 주변 온도의 온도 차이에 의존하고, 이 경우 주변 온도는 한계 온도보다 커야 한다. 이러한 온도 차이는 도 3에서 Δt로 규정된다. 도면은 정상 상태, 특히 온도 차이(Δt)가 어떤 경우에는 3K에서 일정하고 도시된 다른 경우에는 1K에서 일정하다는 가정에 기초한다.
결빙 의심 지시계의 값은 도 3에 따라 시간에 대한 온도 차이의 적분에 상응하게 감소한다. 따라서 도 3의 도시된 실시예에서 온도 차이는 시간에 대해 적분된 일정한 온도값, 즉 어떤 경우에는 3K이고, 다른 경우에는 lK이다. 따라서 3K의 더 큰 온도 차이의 경우에 결빙 의심 지시계는 시점(t2)에 발전 설비가 재시작되는 값에 도달하고, 이는 "시작"으로 표시된다. 따라서 도시된 예에서 발전 설비는 2시간 후에 재시작된다.
1K에 불과한 더 작은 온도 차이의 경우에, 결빙 의심 지시계는 시점(t3) 에서야 발전 설비가 재시작될 수 있는 값에 도달한다. 이 경우 온도 차이는 제1 실시예의 1/3에 불과하기 때문에, 시점(t3)은 6시간 후에 도달한다.
도시된 특성 곡선에서 적분 시간 상수가 이용되고, 상기 적분 시간 상수는 주어진 풍속 상황에 의존한다. 이러한 적분 시간 상수는 약풍일 때보다 강풍일 때 도시된 예에서 인자 3만큼 더 크다. 따라서 결빙 의심 지시계는 강풍의 경우에 발전 설비를 재시작하는 값에 3배 빠르게 도달한다. 상기 값들은 도 3에서 온도 차이 Δt = 3K의 경우에 t'2 = 40분으로 주어지고 또는 온도 차이 Δt = 1K의 경우에 t3' = 2시간으로 주어진다.
도 4에 따라, 주변 온도가 실시예의 결빙 의심 지시계의 특성 곡선에 어떠한 영향을 미치는지의 실시예가 도시된다. 이를 위해 도 4의 상부 도면은 결빙 의심 지시계의 특성 곡선을 도시하고, 이 경우 먼저 불안전한 결빙 검출 범위에서 작동하는 발전 설비가 전제된다. 도면은 발전 설비가 작동 중단된 경우에도 동일하게 적용된다. 하부 도면은 주변 온도의 가상의 특성 곡선을 도시한다. 주변 온도의 도시된 특성 곡선은 설명을 위해 선택되었고, 주변 온도의 가능한 실제 온도 특성 곡선에 상응해야 하는 것은 아니다.
이 실시예에서 TG = 2℃의 한계 온도에 기초한다. 실제 온도는 대략 4℃이고, 따라서 한계 온도보다 높다. 결빙 의심 지시계는 아직 설정되지 않았고 또는 시작값을 갖고, 풍력 발전 설비는 작동 중이고, 회전자는 회전되기 때문에, 온도는 결빙 의심 지시계의 도시된 특성 곡선에 영향을 미치지 않는다.
시점(t1)에 온도는 한계 온도의 값에 도달하고, 더 감소한다. 이로써 기본적으로 착빙 위험이 있고, 시점(t1)부터 결빙 의심 지시계는 증가하기 시작한다.
시점(t2)에 온도는 한계 온도보다 낮고, 다시 상승한다. 이는 결빙 의심 지시계의 특성 곡선에 영향을 미치지 않고, 상기 지시계는 더 증가한다.
시점(t3)에 온도는 한계 온도를 초과하고, 계속해서 더 상승한다. 따라서 결빙 의심 지시계는 시점(t3)부터 더 증가하지 않는데, 그 이유는 더 이상 착빙 또는 착빙 발생이 전제되지 않기 때문이다. 오히려 결빙 의심 지시계는 다시 감소한다. 온도 및 온도 차이가 증가하기 때문에, 이에 대한 적분은 기본적으로 2차 특성 곡선을 형성한다.
시점(t4)에 온도는 한계값보다 훨씬 높은 값을 갖고, 상기 값은 당분간 유지된다. 따라서 결빙 의심 지시계의 감소는 선형 섹션으로 주어진다.
시점(t5)에 온도는 다시 감소하고, 상응하게 결빙 의심 지시계는 더 느리게 감소한다.
시점(t6)에 온도는 다시 한계 온도에 도달하고, 더 감소한다. 따라서 시점(t6)부터 결빙 의심 지시계는 다시 증가한다.
시점(t7)에 온도는 다시 상승하지만, 한계 온도보다 낮게 유지된다. 따라서 결빙 의심 지시계는 변동 없이 더 증가한다.
시점(t8)에 온도는 한계 온도보다 낮다. 그러나 이 경우 결빙 의심 지시계는 풍력 발전 설비의 작동 중단을 야기하는 값에 도달하였다. 이는 세로 좌표에 "정지"로 표시된다.
시점(t8)부터 온도는 더 상승하지만, 당분간 한계 온도보다 낮게 유지된다. 발전 설비가 작동 중단되기 때문에, 결빙 의심 지시계는 더 변동되지 않고, 이는 도 4의 상부 섹션에 상수값으로 도시된다.
시점(t9)에 온도는 온도 한계값에 도달하였고, 더 상승한다. 결빙 의심 지시계는 다시 감소하고, 발전 설비는 작동 중단된 채로 유지된다. 결빙 의심 지시계가 가로 좌표의 바로 위에 표시된 시작 값에 도달할 때까지, 더 감소하는 경우에, 상기 발전 설비는 재시작하고, 이는 도 4에는 더 이상 도시되지 않는다.
간단히 말하면, 도 2에 따른 결빙 의심 지시계의 증가 및 도 3에 따른 결빙 의심 지시계의 감소를 위한 기능이 도 4에 통합된다. 따라서 실시예에 해당하는 이러한 상관 관계들이 도 4에 통합된다. 기본적으로 한편으로는 도 2 및 다른 한편으로는 도 3의 상관 관계 또는 기능은 서로 별도로 이용될 수 있다.
실시예에 따라, 결빙 검출 또는 착빙 검출을 결빙 의심이라고도 할 수 있는 작동 상황과 관련해서 확장할 수 있다. 이와 관련해서 특히 발생 가능한 결빙이 확실히 검출되지 않을 수 있는 작동 상황이 검출되어 한다. 기본적으로 착빙 검출은 풍력 발전 설비의 작동 특성 곡선을 모니터링함으로써 이루어지고, 따라서 발전 중인 풍력 발전 설비의 작동 범위에 제한될 수 있다. 발전 중이지 않은 풍력 발전 설비의 경우에, 작동 특성 곡선 또는 특성 필드에 의한 검정은 불가능하다. 따라서 착빙 검출은 특정 환경에서 제한적으로만 작용할 수 있다. 이러한 제한된 환경들은 함께 고려된다. 상기 상황들은 다음을 포함한다:
- 약풍 : 이 경우 매우 낮은 풍속, 특히 약 3 내지 4 m/s미만의 풍속에서 작동 시 결빙 검출은 작동 특성 곡선의 모니터링에 의해 확실할 수 없다.
- 강풍: 약 20 내지 25 m/s보다 높은 풍속에서 작동 시 기존의 검출 방법의 민감도는 떨어지고 및/또는 대부분 기존의 작동 경험으로는 확인될 수 없다.
- 작동 준비된 상태에서 발전 설비 정지
- 전원 고장
따라서, 확실한 검출 범위라고도 할 수 있는 작동 시 결빙 검출의 기존의 검출 범위는 안전 마진(safety margin)을 고려하여 대략 4 m/s 내지 20 m/s의 풍속에 제한된다.
낮은 온도, 즉 +2℃보다 낮은 주변 온도에서 지속 시간은 결빙 의심을 높인다. 그와 달리, 주변 온도가 +2℃보다 높을 때 결빙 의심은 다시 감소한다. 또한, 풍력 발전 설비의 작동 시 착빙 검출의 확실한 검출 범위에서 결빙 의심은 감소할 수 있다.
제안된 방법은 특히 확실한 결빙 검출을 제안하기보다, 결빙 가능성을 고려하는 방법이다.
바람직하게 4 m/s미만의 풍속에서 작동하는 경우에, 10시간 이내에 임계적인 결빙 두께가 형성될 수 있음이 전제된다. 따라서 이는 하기 테이블의 모드 I에서 고려된다.
강풍에서 작동하는 경우에 회전자 블레이드 상의 더 높은 유속으로 인해, 2시간 이내에 임계적인 결빙층이 형성될 수 있음이 전제된다. 이러한 상관 관계는 상응하게 하기 테이블의 모드 II에서 고려된다.
예를 들어 그림자 어른거림 또는 약풍으로 인해 이루어지는 자동적인 발전 설비 정지 시 또는 예를 들어 유지 보수를 위해 수동 정지 시, 10시간 이내에 임계적인 결빙층 두께가 형성될 수 있음이 전제된다. 따라서 이는 하기 테이블의 모드 I에서 고려된다.
전원 고장 시 발전 설비 제어부에 의해 대개 풍력 데이터 및 온도 데이터가 검출될 수 있다. 그러나 전원 고장 전의 마지막 데이터와 전원 복귀 시 데이터가 제공된다. 착빙 검출의 기존의 카운터 상태, 특히 결빙 의심 지시계의 값이 제공된다. 전원 고장 시간은 그 지속시간에 의존하여 다음과 같이 고려된다.
2시간까지의 전원 고장 시간은 전원 고장의 시작 시 온도와 전원 복귀 시 온도의 평균값에 의해 모드 I에 상응하게 테이블의 하부에 제시된 바와 같이 고려된다. 따라서, 상기 온도 평균값이 한계 온도보다 낮으면, 결정 온도라고도 하는 이러한 온도 평균값에 의해 결빙 의심 지시계는 카운트 업 또는 증가한다. 온도 평균값이 상기 한계 온도보다 높으면, 결빙 의심 지시계는 상응하게 감소한다. 이는 따라서 기본 시간으로서 전원 고장 지속 시간 동안 상응하게 이루어진다.
2 내지 10 시간의 전원 고장 시간은 중간의 온도 감소를 계산에 넣기 위해 전원 고장 시작 시 온도와 전원 복귀 시 온도의 평균값에 의해, 2K를 제외하고 하기 테이블에 제시된 모드 I에 따라 고려된다.
예를 들어 전원 고장 시간이 10시간 이상인 경우에, 지난 시간 범위에 대해 신뢰성 있는 정보는 불가능하다는 것이 전제된다. 이를 위해 전원 복귀 시 +5℃ 보다 낮은 모든 온도에서 안전 마진을 고려하여 결빙 의심이 전제된다. 따라서 풍력 발전 설비는 우선, 결빙이 배제될 수 있을 때까지 작동 중단되어 유지된다.
전술한 모드 I 과 모드 II의 전환은 결빙 의심 지시계 또는 의심 카운터라고 할 수도 있는 카운터에 의해 이루어지고, 결빙 의심 시 카운트 업되고, 결빙 의심이 없어지면 다시 카운트 다운된다. 이 경우 의심 상황에 따라 모드 I 과 모드 II 사이의 시간이 구분된다.
측정된 출력 곡선과 예상 곡선이 비교되는 출력 곡선 방법을 이용하여 검출 시, 착빙 검출의 확실한 검출 범위에서 결빙 검출 없이 30분 동안 작동할 때 결빙 의심은 사라진다. 즉, 확실한 검출이 이루어지려면, 사용된 모드와 무관하게 30분이면 충분하다.
실시예에 따라, 외부 온도가 +2℃보다 높은 경우에, +2℃를 초과하는 실제 외부 온도의 차이가 시간에 대해 누적 합산되고 또는 적분된다. 재시작은 온도 차이-시간 적분의 완료 후에 이루어진다. 따라서 재시작은 예를 들어 360℃ min에서 이루어진다. 이는 예를 들어 +3℃의 주변 온도에서 6시간 후에 또는 +5℃의 주변 온도에서 2시간 후에 재시작이 이루어지는 것을 의미할 수 있다. 모드 II에서 이러한 경우에 재시작은 120℃ min 후에 이루어진다.

모드 1/지속시간
모드 II/ 지속시간

결빙 의심
(카운트 업)
600 min
120 min

확실한 검출 범위에서 작동
(카운트 다운)
30 min
30 min

외부온도 > 2℃인 경우에 차분온도-시간 적분
(카운트 다운)

360℃ min

120℃ min
상기 테이블에 제시된 시간은 전체적인 의심 제기 또는 의심 해소에 대한 시간이다. 중간 단계들은 적절하게 비례적으로 평가된다.
회전자가 회전하는 풍력 발전 설비의 작동으로부터 정지 상태로 및 역으로 이행 시 결빙 검출 및 결빙 의심에 대한 카운터 상태는 상응하게 이행되고 또는 유지된다. 따라서 일반적인 착빙 검출의 확실한 것으로 가정되는 검출 범위 외에서 지속시간이 더 긴 경우에도 결빙 의심이 있는 불확실한 결빙 상태로 인해 풍력 발전 설비는 작동 중단되고 또는 자동 재시작이 저지될 수 있다. 이러한 더 긴 지속 시간에는 예를 들어 4m/s 미만의 풍속 조건에서 10시간 이상, 또는 20m/s 이상의 풍속 조건에서 2시간 이상이 포함된다.

Claims (12)

  1. 전류 생성을 위한 전기 발전기를 가진 기관실(2) 및 전기 발전기에 연결되고 하나 이상의 회전자 블레이드(4)를 가진 공기 역학 회전자(3)를 포함하는 풍력 발전 설비(1)의 작동 방법으로서,
    - 회전자 블레이드(4) 상의 착빙이 확실하게 배제될 수 있는 경우에, 풍력 발전 설비(1)를 작동하는 단계;
    - 상기 회전자 블레이드(4) 상의 착빙이 검출되는 경우에, 상기 풍력 발전 설비(1)를 작동 중단하는 단계; 및
    - (i) 착빙이 검출되지 않았지만, 예상되거나 배제될 수 없는 경우에, 상기 풍력 발전 설비(1)를 시간 지연적으로 작동 중단하거나 재시작을 저지하는 단계, (ii) 상기 풍력 발전 설비(1)의 작동 중단을 야기하는 작동 중단 조건이 다시 제거되고, 착빙이 검출되지 않았고, 착빙 또는 착빙 형성이 예상되지 않는 경우에, 상기 풍력 발전 설비(1)를 시간 지연적으로 재시작하는 단계, 또는 (iii) 상기 시간 지연적으로 작동 중단하거나 재시작을 저지하는 단계와 상기 시간 지연적으로 재시작하는 단계
    를 포함하고, 상기 풍력 발전 설비(1)의 시간 지연적인 작동 중단 또는 재시작의 저지, 상기 시간 지연적인 재시작, 또는 상기 시간 지연적인 작동 중단 또는 재시작의 저지와 상기 시간 지연적인 재시작은, 결빙 의심 지시계에 의존해서 이루어지고, 상기 지시계는 착빙의 확률에 대한 크기로서 결정되거나 변경되고,
    상기 결빙 의심 지시계는 카운터로서 형성되고,
    - 상기 풍력 발전 설비(1)의 주변 환경 또는 작동 환경이 착빙을 촉진하거나 착빙을 암시하는 경우에, 상기 카운터의 값을 제1 방향으로 변경시키고,
    - 상기 풍력 발전 설비(1)의 주변 환경 또는 작동 환경이 착빙 상태가 아니거나 또는 착빙이 감소하는 것을 암시하거나 촉진하는 경우에, 상기 카운터의 값을 제2 방향으로 변경시키고,
    어는 점 바로 위의 한계 온도는 1 내지 4℃이고,
    카운터의 값의 변동은, 상기 풍력 발전 설비(1)의 주변 환경 또는 작동 환경에 의존하는 속도에 의해 이루어지고,
    - 발전 설비가 작동 중인 경우에, 약풍일 때 상기 값은 강풍일 때보다 천천히 증가하거나,
    - 약풍일 때 상기 풍력 발전 설비(1)는 강풍일 때보다 더 큰 시간 지연 후에 작동 중단되거나,
    - 주변 온도가 낮을수록, 상기 값은 더 천천히 감소하고, 이후에 상기 풍력 발전 설비(1)가 재시작하는 시간 지연은 주변 온도가 높을수록 작아지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시간 지연적인 작동 중단 시 시간 지연은 착빙이 예상되거나 배제될 수 없었던 시점부터 시작되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 작동 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 재시작 시 시간 지연은 착빙이 검출되지 않았거나 예상되지 않았던 시점부터 시작되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 작동 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    - 상기 시간 지연적인 작동 중단 시 시간 지연은, 주변 온도가 제1 한계 온도보다 낮을 때 시작되고,
    - 상기 재시작 시 시간 지연은, 주변 온도가 제2 한계 온도보다 높을 때 시작되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 작동 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 발전 설비(1)는 배전망에 접속되고, 전원 고장 시 풍력 발전 설비는 작동 중단되고, 전원 복귀 시 풍력 발전 설비의 재시작은 정격 온도에 따라서 이루어지고, 상기 정격 온도는 전원 고장 시작 시 주변 온도와 전원 복귀 시 주변 온도에 의존하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 작동 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    - 전원 고장이 제1 고장 시간을 넘지 않는 경우에, 정격 온도는 전원 고장 시작 시 주변 온도와 전원 복귀 시 주변 온도의 평균값으로서 계산되며, 그리고
    - 전원 고장이 제1 고장 시간보다 길었을 경우에, 정격 온도는 온도-안전값을 빼고, 전원 고장 시작 시 주변 온도와 전원 복귀 시 주변 온도의 평균값으로서 계산되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 작동 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    풍력 발전 설비는 풍력 발전 단지 내에 배치되고, 상기 풍력 발전 단지의 적어도 하나의 다른 풍력 발전 설비가 착빙으로 인해 또는 착빙 의심으로 인해 작동 중단되는 경우에 상기 풍력 발전 설비는 작동 중단되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 작동 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    검출된 착빙 또는 착빙 의심으로 인해 작동 중단된 상기 풍력 발전 설비(1)는 얼음 낙하에 의해 위해가 되는 영역에 대해 가능한 한 큰 간격이 유지되도록 기관실(2)을 정렬하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 작동 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 발전 설비(1)는 풍속 측정을 위해 가열될 수 있는 풍속 감지기를 포함하고, 상기 풍속 감지기는, 착빙이 검출된 경우 및 착빙이 배제될 수 없는 경우 중 적어도 하나의 경우에, 가열되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 작동 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 발전 설비(1)는 결빙 감지 센서를 포함하고, 상기 결빙 감지 센서에 의한 직접 측정에 의해 착빙이 검출되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 작동 방법.
  11. 전류 생성을 위한 전기 발전기를 가진 기관실(2) 및 전기 발전기에 연결되고 하나 이상의 회전자 블레이드(4)를 가진 공기 역학 회전자(3)를 포함하는 풍력 발전 설비(1)로서,
    상기 풍력 발전 설비의 작동을 위해 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법이 제공되는 풍력 발전 설비.
  12. 제11항에 따른 적어도 하나의 풍력 발전 설비를 포함하는 풍력 발전 단지.
KR1020137033084A 2011-06-07 2012-05-24 결빙 환경에서 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법 KR101581102B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011077129.8 2011-06-07
DE102011077129A DE102011077129A1 (de) 2011-06-07 2011-06-07 Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
PCT/EP2012/059769 WO2012168089A1 (de) 2011-06-07 2012-05-24 Verfahren zum betreiben einer windenergieanlage unter vereisungsbedingungen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140014277A KR20140014277A (ko) 2014-02-05
KR101581102B1 true KR101581102B1 (ko) 2015-12-29

Family

ID=46168480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137033084A KR101581102B1 (ko) 2011-06-07 2012-05-24 결빙 환경에서 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법

Country Status (25)

Country Link
US (1) US9759193B2 (ko)
EP (1) EP2556246B1 (ko)
JP (1) JP5878236B2 (ko)
KR (1) KR101581102B1 (ko)
CN (1) CN103608584B (ko)
AR (1) AR086847A1 (ko)
AU (1) AU2012266654B2 (ko)
BR (1) BR112013030860A2 (ko)
CA (1) CA2835532C (ko)
CL (1) CL2013003510A1 (ko)
CY (1) CY1116138T1 (ko)
DE (1) DE102011077129A1 (ko)
DK (1) DK2556246T3 (ko)
ES (1) ES2532882T3 (ko)
HR (1) HRP20150374T1 (ko)
ME (1) ME02065B (ko)
MX (1) MX2013013703A (ko)
PL (1) PL2556246T3 (ko)
PT (1) PT2556246E (ko)
RS (1) RS53899B1 (ko)
RU (1) RU2567616C2 (ko)
SI (1) SI2556246T1 (ko)
TW (1) TWI553224B (ko)
WO (1) WO2012168089A1 (ko)
ZA (1) ZA201308377B (ko)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101634846B1 (ko) 2010-04-19 2016-06-29 보벤 프로퍼티즈 게엠베하 풍력 터빈 작동 방법
US9621088B2 (en) * 2014-02-27 2017-04-11 General Electric Company System and method for reducing ice and/or condensation formed on a power component
CN103912449B (zh) * 2014-04-30 2016-08-24 湘电风能有限公司 一种防止冰块坠落损坏风力发电机组设备的方法
DK2998573T3 (da) 2014-09-19 2017-11-06 Nordex Energy Gmbh Fremgangsmåde til drift af et vindenergianlæg med en rotorblads-opvarmningsindretning
DE102015010491A1 (de) 2015-08-17 2017-02-23 Senvion Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage, Windenergieanlage und Computerprogrammprodukt
DE102015121981A1 (de) * 2015-12-16 2017-06-22 fos4X GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Windkraftanlage
WO2017134208A1 (en) * 2016-02-05 2017-08-10 Abb Technology Oy Heating a wind turbine facility
CN108119319B (zh) * 2016-11-29 2020-02-11 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组叶片结冰状态识别方法及装置
CN110088467B (zh) 2016-12-22 2021-07-13 维斯塔斯风力系统集团公司 改进的风力涡轮机安全系统
CN109555644B (zh) * 2017-09-25 2020-09-29 李受勋 风力发电装置及具有该风力发电装置的交通载具
DE102017125457B4 (de) * 2017-10-30 2023-02-23 fos4X GmbH Verfahren zum Bestimmen einer Wahrscheinlichkeit zu einem Drosseln und/oder einem Abschalten zumindest einer Windkraftanlage aufgrund von Eisansatz
DE102017129112A1 (de) * 2017-12-07 2019-06-13 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
DE102018116941B4 (de) * 2018-07-12 2022-10-06 fos4X GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen der Anlagerung oder der Eisart von Eis an einem Rotorblatt eines Rotors einer Windkraftanlage
WO2020083451A1 (en) * 2018-10-26 2020-04-30 Vestas Wind Systems A/S Controller for a wind farm
DE102019106073A1 (de) * 2019-03-11 2020-09-17 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Erkennen eines Eisansatzes an einer Windenergieanlage
JP7422012B2 (ja) * 2020-06-18 2024-01-25 株式会社日立製作所 機器状態監視装置及び方法
DE102020118646A1 (de) 2020-07-15 2022-01-20 Weidmüller Monitoring Systems Gmbh Vorrichtung zum Erkennen eines Eisansatzes an Rotorblättern einer Windenergieanlage und Verfahren zum Anlernen einer derartigen Vorrichtung
CN112324615B (zh) * 2020-11-26 2022-07-26 中国船舶重工集团海装风电股份有限公司 一种风力发电机组结冰控制方法、系统及相关组件
CN113847216B (zh) * 2021-10-14 2023-09-26 远景智能国际私人投资有限公司 风机叶片的状态预测方法、装置、设备及存储介质
EP4191059A1 (en) * 2021-12-01 2023-06-07 Wobben Properties GmbH Method for controlling heating of rotor blades of a wind turbine
EP4198300A1 (en) 2021-12-17 2023-06-21 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology S.L. Method for starting up a wind turbine
CN114739104B (zh) * 2022-04-22 2024-04-02 Tcl家用电器（合肥）有限公司 冰箱风机的控制方法和冰箱
EP4299901A1 (de) * 2022-06-30 2024-01-03 Wobben Properties GmbH Verfahren zum enteisen wenigstens eines rotorblattes einer windenergieanlage

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110089692A1 (en) * 2006-10-18 2011-04-21 Boralex Inc. System and Method for Controlling a Wind Turbine

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01131876U (ko) 1988-03-04 1989-09-07
SU1652645A1 (ru) * 1989-05-15 1991-05-30 Институт Электродинамики Ан Усср Ветродвигатель
DE19528862A1 (de) 1995-08-05 1997-02-06 Aloys Wobben Verfahren zum Enteisen eines Rotorblattes einer Windenergieanlage sowie zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Rotorblatt
DE19532409B4 (de) 1995-09-01 2005-05-12 Wobben, Aloys, Dipl.-Ing. Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage und eine zugehörige Windenergieanlage
DE19621485A1 (de) 1996-05-29 1998-03-12 Schulte Franz Josef Rotorblattheizung für Windkraftanlagen
US6503058B1 (en) 2000-05-01 2003-01-07 Zond Energy Systems, Inc. Air foil configuration for wind turbine
DE20014238U1 (de) 2000-08-17 2001-06-07 Wonner Matthias Heizsystem zur Enteisung von Rotorblättern von Windkraftanlagen
DK175912B1 (da) * 2002-12-20 2005-06-20 Lm Glasfiber As Fremgangsmåde til drift af en vindmölle
DE10323785B4 (de) * 2003-05-23 2009-09-10 Wobben, Aloys, Dipl.-Ing. Verfahren zum Erkennen eines Eisansatzes an Rotorblättern
JP2005069082A (ja) 2003-08-22 2005-03-17 Fuji Heavy Ind Ltd 風車の温度制御装置
US6890152B1 (en) 2003-10-03 2005-05-10 General Electric Company Deicing device for wind turbine blades
US7086834B2 (en) 2004-06-10 2006-08-08 General Electric Company Methods and apparatus for rotor blade ice detection
US8500402B2 (en) 2004-12-14 2013-08-06 Aloys Wobben Rotor blade for a wind power station
NO20062052A (no) 2006-05-08 2007-09-03 Norsk Miljoekraft Forskning Og Utvikling As Fremgangsmåte og anordning for styring av effekt til en utrustning for å motvirke isdannelse eller fjerning av snø/is på en konstruksjonsdel
DE102006042194A1 (de) * 2006-09-08 2008-03-27 Panasonic Electric Works Europe Ag Elektromagnetische Relais und Verfahren zu seiner Herstellung
US7487673B2 (en) * 2006-12-13 2009-02-10 General Electric Company Ice detection based on anemometry
JP4994944B2 (ja) * 2007-05-18 2012-08-08 三菱重工業株式会社 風力発電装置
CA2701223C (en) * 2007-10-05 2016-05-10 Vestas Wind Systems A/S A method for de-icing a blade of a wind turbine, a wind turbine and use thereof
US8183707B2 (en) * 2007-10-30 2012-05-22 General Electric Company Method of controlling a wind energy system and wind speed sensor free wind energy system
US20090110539A1 (en) * 2007-10-30 2009-04-30 Ulrich Uphues Wind farm and method for controlling same
RU74170U1 (ru) * 2007-11-22 2008-06-20 Александр Аркадьевич Брук Ветродвигатель
DE102008020154B4 (de) * 2008-04-22 2011-04-28 Repower Systems Ag Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
US8050887B2 (en) 2008-12-22 2011-11-01 General Electric Company Method and system for determining a potential for icing on a wind turbine blade
AU2009339713A1 (en) * 2009-06-26 2011-01-20 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine generator and method of controlling the same
US7909574B2 (en) * 2009-10-28 2011-03-22 General Electric Company System and method for wind friction monitoring
EP2368699B1 (en) 2010-03-22 2018-11-21 Vestas Wind Systems A/S Method for manufacturing a blade spar for a windturbine
KR101634846B1 (ko) 2010-04-19 2016-06-29 보벤 프로퍼티즈 게엠베하 풍력 터빈 작동 방법
US20120226485A1 (en) * 2011-03-03 2012-09-06 Inventus Holdings, Llc Methods for predicting the formation of wind turbine blade ice

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110089692A1 (en) * 2006-10-18 2011-04-21 Boralex Inc. System and Method for Controlling a Wind Turbine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013158860A (ru) 2015-07-20
EP2556246B1 (de) 2015-01-14
AU2012266654B2 (en) 2016-03-31
EP2556246A1 (de) 2013-02-13
DE102011077129A1 (de) 2012-12-13
BR112013030860A2 (pt) 2016-11-29
SI2556246T1 (sl) 2015-06-30
ME02065B (me) 2015-05-20
CL2013003510A1 (es) 2014-07-04
CN103608584A (zh) 2014-02-26
TW201303152A (zh) 2013-01-16
WO2012168089A1 (de) 2012-12-13
RU2567616C2 (ru) 2015-11-10
ES2532882T3 (es) 2015-04-01
JP5878236B2 (ja) 2016-03-08
JP2014516136A (ja) 2014-07-07
DK2556246T3 (en) 2015-03-23
PT2556246E (pt) 2015-04-29
MX2013013703A (es) 2014-03-05
NZ617674A (en) 2015-12-24
HRP20150374T1 (hr) 2015-05-22
US9759193B2 (en) 2017-09-12
CA2835532A1 (en) 2012-12-13
US20140091572A1 (en) 2014-04-03
TWI553224B (zh) 2016-10-11
CN103608584B (zh) 2017-03-01
AU2012266654A1 (en) 2013-11-28
PL2556246T3 (pl) 2015-06-30
ZA201308377B (en) 2014-10-29
CA2835532C (en) 2016-02-23
CY1116138T1 (el) 2017-02-08
KR20140014277A (ko) 2014-02-05
AR086847A1 (es) 2014-01-29
RS53899B1 (en) 2015-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101581102B1 (ko) 결빙 환경에서 풍력 발전 설비를 작동하기 위한 방법
US8039980B2 (en) Wind turbine generator and method of controlling the same
US9822762B2 (en) System and method for operating a wind turbine
Skrimpas et al. Detection of icing on wind turbine blades by means of vibration and power curve analysis
US8178986B2 (en) Wind turbine operation system and method
US20120226485A1 (en) Methods for predicting the formation of wind turbine blade ice
US20090110539A1 (en) Wind farm and method for controlling same
US7946814B2 (en) Wind turbine blade cleaning method
US10240580B2 (en) Adjusting a rotor blade pitch angle
WO2021126162A1 (en) System and method for monitoring rotor blade health of a wind turbine
EP3853474A1 (en) Ice detection method and system for a wind turbine
CN103899485A (zh) 一种检测风机运行时叶片结冰的方法
CN108425812A (zh) 一种风力发电机组叶片结冰软测量方法
US11879437B2 (en) Method for controlling heating of rotor blades of a wind turbine
CN202768252U (zh) 风力发电机组结冰控制装置
CN113915080A (zh) 风力发电机组叶片覆冰运行检测及控制方法
US11976636B1 (en) Controller and method for a wind turbine
AU2009339713A1 (en) Wind turbine generator and method of controlling the same
Homola et al. Energy production losses due to iced blades and instruments at Nygardsfjell, Sveg and Aapua
NZ617674B2 (en) Method for operating a wind energy plant in icing conditions

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181217

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191217

Year of fee payment: 5