KR101588640B1 - 블레이드 피치 제어 방법 - Google Patents

블레이드 피치 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101588640B1
KR101588640B1 KR1020140113912A KR20140113912A KR101588640B1 KR 101588640 B1 KR101588640 B1 KR 101588640B1 KR 1020140113912 A KR1020140113912 A KR 1020140113912A KR 20140113912 A KR20140113912 A KR 20140113912A KR 101588640 B1 KR101588640 B1 KR 101588640B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
blade
angle
pitch angle
wind
pitch
Prior art date
Application number
KR1020140113912A
Other languages
English (en)
Inventor
하인철
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
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 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020140113912A priority Critical patent/KR101588640B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101588640B1 publication Critical patent/KR101588640B1/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
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • 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
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • 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
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
    • 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
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/221—Rotors for wind turbines with horizontal axis
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

블레이드 피치 제어 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법은, 풍력 발전기의 정지를 위한블레이드 피치 제어 방법에 있어서, 상기 풍력 발전기의 정지를 결정하는 단계; 경고 신호의 발생 여부를 확인하는 단계; 및 상기 경고 신호가 발생한 경우, 상기 블레이드의 피치 각도를 페더링(feathering) 각도로 제어하고, 상기 경고 신호가 발생하지 않은 경우, 상기 블레이드의 피치 각도를 파인 피치(fine pitch) 각도와 상기 페더링 각도 사이의 소정 각도로 제어하는 단계를 포함한다.

Description

블레이드 피치 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING BLADE PITCH}
본 발명은 블레이드 피치 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바람이 적어 풍력 발전기 정지 시에 블레이드의 피치 각도를 페더링(Feathering) 상태로 제어하지 않고, 파인 피치(Fine pitch) 근처 각도에서 피치 각도를 유지하여 블레이드의 피치를 움직이게 하며, 바람이 불어서 발전을 시작할 때에도 파인 피치(Fine pitch) 근처 각도에서 블레이드의 피치를 움직이게 하여, 블레이드의 피치가 페더링(Feathering) 상태에서 파인 피치 사이를 움직일 때 발생하는 전력의 낭비를 방지하고, 발전 시간을 단축할 수 있는 블레이드 피치 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 화석 연료의 고갈 및 고비용, 환경 오염 등의 이유로 인해 조력, 태양력, 풍력 등과 같은 신재생 에너지에 대한 관심이 고조되고 있다. 화석 연료를 대체하는 대체 에너지원 중 경제성이 높은 풍력 발전기가 각광받고 있다. 풍력 발전기의 일례로 풍차가 예로부터 널리 이용되어 왔으며, 풍차는 바람의 운동 에너지를 회전 에너지로 변환시켜 발전한다.
일반적으로, 풍력 발전기는 바람이 불어 블레이드(blade)가 회전하면, 블레이드의 회전력을 이용하여 발전을 하게 된다.
도 1은 종래의 풍력 발전기를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 풍력 발전기(1)는 복수의 블레이드(5), 복수의 블레이드(5)가 연결되는 허브(4), 허브(4)가 회전 가능하게 연결되는 나셀(3), 나셀(3)을 지지하는 타워(2)로 이루어진다. 복수의 블레이드(5)가 허브(4)를 중심으로 배치되어, 블레이드(5)에 풍력이 작용하여 회전함으로써, 나셀(3)에서 전기가 생산된다.
이러한 풍력 발전기(1)는 풍속에 따라 발전량이 결정되며, 풍속은 발전이 가능한가의 유무에 따라 2가지 형태로 분류될 수 있다. 즉, 발전이 불가능한 풍속(시동전 풍속, 극한 풍속)과 발전이 가능한 풍속(저풍속, 중풍속, 고풍속)으로 분류될 수 있다.
도 2는 종래의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 사용한 경우, 풍속별 블레이드 피치 각도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 일반적으로 발전이 불가능한 풍속은 컷인(Cut-in) 이하 및 컷아웃(Cut-out) 이상 풍속으로, 피치의 회전 각도가 페더링(Feathering) 상태에 있게 된다. 여기에서, 페더링(Feathering) 상태는 바람의 에너지를 받지 않도록 하는 상태를 말하며, 블레이드의 피치 각도가 90도 근처를 의미한다. 상기 피치 각도는 블레이드가 장착된 중심선을 기준으로 돌아가는 각도를 의미한다.
또한, 발전이 가능한 풍속에 있어서, 저풍속은 컷인(Cut-in) 이상이며 동기화를 유지할 수 있는 풍속대를 말하며, 중풍속은 동기화를 유지할 수 있는 풍속 이상에서 정격 출력을 생산할 수 있는 정격 풍속까지를 의미하며, 고풍속은 정격 풍속이상에서 컷아웃(Cut-out) 풍속까지를 의미한다.
중풍속에서는 풍속에 따른 발전기의 최대 출력 확보를 위하여 Cp(출력 계수)가 최대로 되는 피치 각도를 고정하여 지정한다. 일반적으로, 이것을 파인 피치(Fine pitch) 각도라고 부른다. 그리고, 고풍속에서는 발전기의 일정한 회전속도를 유지하기 위하여, 피치 각도를 연속적으로 제어하게 된다.
저풍속에서는 발전기의 출력을 위한 것뿐만 아니라 동기화 되기 전까지의 회전 속도에 관여된다. 일반적으로, 저풍속에서도 Cp(출력 계수)가 최대로 되는 피치 각도를 고정하여 발전기를 동기화시키고 발전한다. 그러나, 발전기의 동기화 전까지는 회전수가 제로(zero)에서 가능한 빨리 동기화 속도까지 발전기를 회전시켜야 하나, 블레이드가 각도가 페더링(90도 근처)에서, 파인(Fine) 또는 Cp(출력 계수)가 최대로 되는 피치 각도로 움직이는 시간만큼, 발전기의 발전 시간이 느려진다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 저풍속 영역에서 피치 각도를 제어하여 최대한 빠르게 발전기의 동기화 속도에 도달하도록 하는 방법이 모색되었다.
도 3은 종래의 다른 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 사용한 경우, 풍속별 블레이드 피치 각도의 변화를 도시한 그래프이다.
풍력 발전기의 회전은 블레이드의 회전에 의존하며, 블레이드의 회전은 블레이드 날개에 가해지는 공력 토크에 의존한다. 공력 토크는 발전기의 관성이 주요 인자로 작용하기 전까지는, 날개에 미치는 바람의 상대 속도에 의존한다. 또한, 상대 속도는 블레이드의 루트로부터 멀리 있는 끝단에서 크게 발생한다. 일반적으로, 블레이드는 루트로부터 끝단으로 갈수록 비틀림 각도가 반영되어 설계된다. 그러므로, 저풍속에서 빠른 회전을 위해서는 블레이드 끝단의 각도가 0도가 되도록 피치각을 제어하면 끝단의 상대 속도가 증가하여 블레이드에 가해지는 공력 토크가 증가되어 회전 속도의 증가가 가능하다. 즉, 발전기의 동기화전 블레이드 끝단의 피치 각도를 0도로 제어할 수 있다.
도 3을 참조하면, 블레이드의 루트와 끝단의 비틀림 각도가 a라고 가정하면, 블레이드의 피치 각도를 0으로 설정하여도 블레이드의 끝단의 피치 각도는 a가 된다. 그러므로, 블레이드의 끝단의 피치 각도를 0도로 제어하면, 상기 블레이드의 끝단의 상대 속도가 증가하여 블레이드에 가해지는 공력 토크가 증가되어 회전 속도가 증가하게 된다.
그러나, 바람의 풍속이 발전기의 발전이 가능한 컷인(cut-in) 속도(저풍속 영역)에서 블레이드의 피치 각도를 제어하여 최대한 빠르게 발전기의 동기화 속도에 도달하도록 제어하더라도, 발전기가 발전 중 바람이 적어 정지시에는 피치가 다시 페더링 상태(피치 각도 90도 근처)로 와야 하므로, 이러한 상태로 되기 위해서는 전력이 사용된다. 또한, 바람이 불어서 발전을 시작할 때에도 페더링 상태에서 파인 피치(Fine pitch)로 움직일 때, 전력이 사용되고, 페더링 상태에서 파인 피치(Fine pitch)로 움직이는 시간만큼 발전 시간이 소요되는 문제가 있다. 즉, 풍력 발전기가 정지 상태에서 기동 상태로 되는 경우, 또는 역으로 기동 상태에서 정지 상태로 되는 경우, 블레이드의 피치가 페더링을 기준으로 상기 페더링 상태만큼 가야 하므로, 전력의 손실이 발생하고, 피치의 이동 시간이 소요된다.
대한민국 공개특허 제2013-0094629호 2013.08.26. 공개) 대한민국 공개특허 제2012-0008485호 (2012.01.30. 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바람이 적어 풍력 발전기의 정지시에 피치 각도를 페더링(feathering) 상태로 가지 않고, 파인 피치(fine pitch) 근처 각도에서 피치 각도를 머물게 하여 블레이드의 피치를 이동하는 시간을 단축하고, 전력의 소모를 절감할 수 있는 블레이드 피치 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 바람이 불어 풍력 발전기의 발전시에 파인 피치(Fine pitch) 근처 각도에서 블레이드의 피치를 움직이게 하여, 블레이드의 피치가 페더링(Feathering) 상태에서 파인 피치 사이를 움직일 때 발생하는 전력의 낭비를 방지하고, 발전 시간을 단축할 수 있는 블레이드 피치 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법은, 풍력 발전기의 정지를 위한 블레이드 피치 제어 방법에 있어서, 상기 풍력 발전기의 정지를 결정하는 단계; 경고 신호의 발생 여부를 확인하는 단계; 및 상기 경고 신호가 발생한 경우, 상기 블레이드의 피치 각도를 페더링(feathering) 각도로 제어하고, 상기 경고 신호가 발생하지 않은 경우, 상기 블레이드의 피치 각도를 파인 피치(fine pitch) 각도와 상기 페더링 각도 사이의 소정 각도로 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 풍력 발전기의 정지를 결정하는 단계는 상기 풍력 발전기의 셧다운 개시 조건을 충족하거나 바람의 풍속이 컷인(cut-in) 속도 미만인 경우를 기초로 결정될 수 있다.
또한, 상기 경고 신호의 발생이 확인되지 않은 경우에는 상기 소정 각도를 상기 파인 피치 각도와 45도 사이의 각도로 제어하는 단계 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법은, 파인 피치(fine pitch) 각도와 페더링 각도 사이의 소정 각도로 상기 블레이드의 피치 각도가 설정되어 대기하는 단계; 바람의 풍속이 컷인 속도 이상인 경우, 상기 풍력 발전기가 기동하여 동기화 전까지 상기 블레이드의 피치 각도를 상기 파인 피치 각도와 상기 소정 각도 사이로 제어하는 단계; 및 바람의 풍속이 상기 동기화 속도 이상인 경우, 상기 풍력 발전기의 정격 출력 전까지 상기 블레이드의 피치 각도를 상기 파인 피치 각도로 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 풍력 발전기가 정지 상태에서 기동 상태로 되는 경우, 또는 역으로 기동 상태에서 정지 상태로 되는 경우, 블레이드의 피치를 파인 피치(fine pitch) 근처 각도에서 머물게 하거나 또는 파인 피치(Fine pitch) 근처 각도에서 블레이드의 피치를 움직이게 하여, 전력의 손실 발생을 방지하고, 피치의 이동에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 풍력 발전기를 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 사용한 경우, 풍속별 블레이드 피치 각도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 종래의 다른 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 사용한 경우, 풍속별 블레이드 피치 각도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 수행하기 위한 블레이드 피치 각도를 제어하는 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 사용한 경우, 풍속별 블레이드 피치 각도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법(점선)과 종래의 다른 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법(실선)에 따른 풍속별 풍력 발전기의 속도 변화를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 도시한 순서도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법은, 피치 드라이브(미도시)를 제어하여 블레이드의 피치 각도를 조절할 수 있다. 여기에서, 피치 각도란 블레이드의 리딩 에지(Leading edge)와 바람이 이루는 각을 의미한다. 즉, 블레이드가 장착된 중심선을 기준으로 돌아가는 각도를 가리킨다. 블레이드의 피치 각도를 조절하여 로터의 회전 속도를 제어하게 된다. 참고로, 블레이드의 회전 방향에 따라서 선행하는 에지가 리딩 에지, 후행하는 에지가 트레일링 에지(Trailing edge)가 된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법은, 풍력 발전기의 정지를 결정하는 단계(S110), 경고 신호의 발생여부를 확인하는 단계(S120), 상기 경고 신호가 발생한 경우, 블레이드의 피치 각도를 페더링(feathering) 각도로 제어하고(S130), 상기 경고 신호가 발생하지 않은 경우, 상기 블레이드의 피치 각도를 파인 피치(fine pitch) 각도와 상기 페더링 각도 사이의 소정 각도로 제어하는 단계(S140)를 포함한다.
풍력 발전기는 외부 요인에 의해 정지할 수 있다. 전술한 발전이 불가능한 풍속인 시동전 풍속, 극한 풍속 외에, 전압 계통에 이상이 발생하거나 발전기의 이상이 생겨 발전기가 정지하는 경우 등을 들 수 있다. 여기에서, 풍력 발전기의 정지가 결정되는 단계는 상기 풍력 발전기의 셧다운이 개시된 경우와, 바람의 풍속이 컷인(cut-in) 속도 미만인 경우를 기초로 결정할 수 있다.
셧다운이 개시된 경우, 안전을 위해서 경고 신호를 발생하며, 컷인 속도 미만인 경우, 상기 경고 신호를 발생하지 않게 된다. 그런 다음에, 경고 신호가 발생한 경우에는 상기 블레이드의 피치 각도를 페더링(feathering) 각도로 제어하는데, 상기 페더링 각도로 제어되어 페더링 상태에서는 블레이드의 피치 각도가 90도이다. 그리하여, 블레이드에 부는 바람과 나란한 방향으로 블레이드가 배열되어, 상기 블레이드의 받음각은 0도가 된다. 즉, 블레이드의 피치 각도가 90도가 되면, 바람이 블레이드에 부딪히지 않고 지나치므로, 블레이드가 회전하지 않게 된다.
또한, 경고 신호가 발생하지 않은 경우에는 블레이드의 피치 각도를 파인 피치(fine pitch) 각도와 페더링 각도 사이의 소정 각도로 제어하는데, 상기 소정 각도를 상기 파인 피치 각도와 45도 사이의 각도로 제어할 수 있다. 이때, 피치 각도가 페더링(feathering)으로 가지 않고 파인 피치(Fine pitch) 근처의 값으로 가서 정지하게 되어, 피치의 이동 각도가 그 만큼 줄어들게 된다. 예를 들어, 블레이드의 피치가 파인 피치(Fine pitch) 근처의 10도에서 정지하였다면, 발전기의 기동시에 피치가 페더링(feathering) 상태에서 움직이는 경우보다 20초(4deg/s 기준시) 정도의 시간을 단축할 수 있다. 이렇게 단축한 시간만큼 발전기의 동기화가 빨리 이루어져 전력 생산량을 증대할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 수행하기 위한 블레이드 피치 각도를 제어하는 방법을 도시한 순서도이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 사용한 경우, 풍속별 블레이드 피치 각도의 변화를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 블레이드가 회전하고 있지 않은 상태에서 블레이드의 피치 각도가 파인 피치 각도 이상으로 피치 각도 제어 상태이며, 이때 블레이드의 피치 각도는 -2~90도 사이로 제어된다(S141). 즉, 블레이드가 풍력 발전기의 에러 등으로 정지하고 있는 경우에는 피치 각도가 페더링 상태이고, 블레이드가 바람이 적어 정지하고 있는 경우에는 피치 각도가 파인 피치 각도와 페더링 각도 사이에 위치한다. 바람직하게는 파인 피치 각도와 45도 사이의 각도로 제어할 수 있고, 더욱 바람직하게는 파인 피치 각도 근처(약 10도 정도)로 블레이드의 피치 각도를 제어할 수 있다.
그리고, 블레이드의 피치 각도가 파인 피치 각도 이상인 블레이드의 정지 상태에서, 바람이 풍속 가능한 컷인(cut-in) 속도 이상인지를 판단하여(S142), 컷인 속도 이상인 경우에는 파인 피치 각도 이상으로 풍속에 따른 블레이드의 피치 각도 제어를 수행한다(S143). 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 블레이드가 파인 피치 각도 근처의 'a'에서 정지된 상태이면, 상기 각도 'a'부터 파인 피치 각도까지 블레이드의 피치 각도를 선형적으로 감소시킨다. 만일, 컷인(cut-in) 속도보다 낮을 경우에는 블레이드의 피치 각도가 상기 각도 'a'로 되돌아간다.
그리고, 풍속이 증가하여 풍속이 풍력 발전기의 동기화 속도에 도달하면, 발전기 동기화 상태인지를 판단하여(S144), 풍력 발전기가 동기화 상태일 경우에는 블레이드의 피치 각도를 파인 피치 각도로 제어한다(S145). 이때, 블레이드의 파인 피치 각도는 약 -2~2도 사이로 제어할 수 있다. 만일, 풍력 발전기의 동기화 상태에 도달하지 못하면, 블레이드의 피치 각도를 파인 피치 각도 이상으로 제어하는 S143 단계로 되돌아간다.
그리고, 풍속이 더 증가하여 정격(rated) 속도에 도달하면, 풍력 발전기의 회전수가 정격 속도 이상인지를 판단하여(S146), 상기 회전수가 정격 속도 이상일 경우에는 발전기의 회전수 조정을 위하여 블레이드의 피치 각도를 제어한다(S147). 이때, 블레이드의 피치 각도를 상기 파인 피치 각도 이상으로 제어하며, 바람직하게는 블레이드의 피치 각도를 -2~30도 사이로 제어할 수 있다. 만일, 발전기의 회전수가 정격 속도보다 낮을 시에는 블레이드의 파인 피치 각도로 제어하는 S145 단계로 되돌아간다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 통해, 발전기의 정지 또는 기동시에 피치의 이동이 없어지게 되어 전력 손실을 방지할 수 있고, 발전기의 기동시에 피치가 움직이는 시간을 단축하게 되어 발전기의 동기화가 빨리 이루어져 전력 생산량을 증대할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법을 도시한 순서도이다. 또한, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법(점선)과 종래의 다른 실시예에 따른 블레이드 피치 제어 방법(실선)에 따른 풍속별 풍력 발전기의 속도 변화를 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 파인 피치(fine pitch) 각도와 페더링 각도 사이의 소정 각도(예를 들어, 소정 각도 a)로 상기 블레이드의 피치 각도가 설정되어 대기하며(S210), 바람의 풍속이 컷인 속도 이상인지를 판단하여(S220), 이상인 경우에는 상기 풍력 발전기가 기동하여 동기화 전까지 상기 블레이드의 피치 각도를 상기 파인 피치 각도와 상기 소정 각도 사이로 제어한다(S230). 만일, 바람의 풍속이 컷인 속도보다 낮을 경우에는 대기 상태를 유지한다(S210).
그리고, 바람의 풍속이 상기 동기화 속도 이상인지를 판단하여(S240), 이상인 경우에는 상기 풍력 발전기의 정격 출력 전까지 상기 블레이드의 피치 각도를 상기 파인 피치 각도로 제어한다(S250). 만일, 바람의 풍속이 동기화 속도보다 낮을 경우에는 풍속에 따른 피치 제어를 수행한다(S230).
또한, 바람의 풍속이 풍력 발전기가 정격 출력을 생산할 수 있는 정격 속도 이상인지를 판단하여(S260), 이상인 경우에는 상기 블레이드의 피치 각도를 상기 파인 피치 각도와 소정 각도 45도 사이로 제어한다(S270). 만일, 풍력 발전기의 회전수가 정격 속도보다 낮을 경우에는 블레이드의 피치 각도를 상기 파인 피치 각도로 제어한다(S250).
이러한 상태로 운전 중인 풍력 발전기는 외부 요인에 의해 정지할 수 있다(S310). 만일 발전기가 운전 중 알람 등 경고 신호에 의해 정지할 경우, 안전 때문에 블레이드의 피치 각도가 페더링(feathering) 상태로 가서 정지하여야 하나, 그렇지 않을 경우에는 파인 피치(fine pitch) 각도와 페더링 상태 사이의 소정 각도로 가서 정지할 수 있다. 예를 들어, 발전기가 운전 중 셧다운인지를 알람 등에 의해 판단하여(S320), 셧다운인 경우에는 블레이드의 피치 각도를 페더링 상태로 보내고(S205), 셧다운이 아닌 바람이 적어 풍력 발전기의 시동전 풍속 상태인 경우에는 블레이드의 피치 각도를 소정 각도 a로 보낸다(S210).
도 8을 참조하면, 실선으로 도시한 종래의 방법에 비해 점선으로 도시한 본 발명에 의해 발전기의 동기화 속도까지 빠르게 도달할 수 있다. 예를 들어, 소정 각도 a가 10도라 하면, 초당 4도로 피치 각도가 조절되는 경우, 90도에서 10도로 이동하는 시간이 20초 정도 단축될 수 있다. 또한, 발전기 정지시 피치 각도 20도라 하면, 페더링 상태로 가지 않아도 되므로, 이에 따른 전력 소모를 줄일 수 있다.
구체적으로, 20초의 이동시간을 단축할 수 있다면, 하루에 2회의 발전기 정지시 각 터빈당 4시간(=2회*365일*20초) 정도의 전력 생산량 증가 효과를 얻을 수 있다. 또한, 2.5MW 발전기는 연간 에너지 생산량을 10GWh라고 할 경우, 4시간 동안 4.5MWh 전력량에 해당한다.
그리고, 피치 조절을 위한 모터의 전력소모가 50KWh라고 할 경우, 20초 이동을 하지 않을 시에 3개 모터 기준으로 약 1KWh의 전력을 절약할 수 있다. 또한, 하루에 2회의 발전기 기동시 년간 730KWh(=2회*365일*1KWh)의 전력을 절약하게 된다.
이는 발전기당 년간 5.23MWh(=4.5MWh+730KWh)의 전력을 절약하는 것이며, 풍력 발전 단가를 120원/KWh라 할 경우에는 년간 63만원 정도의 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
S110: 풍력 발전기 정지 단계
S120: 경고 신호 발생 판단 단계
S130: 피치 각도 페더링 단계
S140: 피치 각도 제어 단계

Claims (4)

  1. 풍력 발전기의 정지를 위한 블레이드 피치 제어 방법에 있어서,
    상기 풍력 발전기의 셧다운 개시 조건을 충족하거나 바람의 풍속이 컷인(cut-in) 속도 미만인 경우를 기초로 상기 풍력 발전기의 정지를 결정하는 단계;
    상기 셧다운 개시 조건을 충족하여 발생하는 경고 신호를 확인하는 단계; 및
    상기 경고 신호가 발생한 경우, 상기 블레이드의 피치 각도를 페더링(feathering) 각도로 제어하고, 상기 경고 신호가 발생하지 않은 경우, 상기 블레이드의 피치 각도를 파인 피치(fine pitch) 각도와 상기 페더링 각도 사이의 소정 각도로 제어하는 단계를 포함하는, 블레이드 피치 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 경고 신호의 발생이 확인되지 않은 경우에는 상기 소정 각도를 상기 파인 피치 각도와 45도 사이의 각도로 제어하는 단계를 포함하는, 블레이드 피치 제어 방법.
  4. 삭제
KR1020140113912A 2014-08-29 2014-08-29 블레이드 피치 제어 방법 KR101588640B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140113912A KR101588640B1 (ko) 2014-08-29 2014-08-29 블레이드 피치 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140113912A KR101588640B1 (ko) 2014-08-29 2014-08-29 블레이드 피치 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101588640B1 true KR101588640B1 (ko) 2016-01-26

Family

ID=55307532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140113912A KR101588640B1 (ko) 2014-08-29 2014-08-29 블레이드 피치 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101588640B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120008485A (ko) 2010-05-26 2012-01-30 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 풍차의 제어 장치 및 제어 방법
KR20130094629A (ko) 2012-02-16 2013-08-26 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기의 블레이드의 피치 제어 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120008485A (ko) 2010-05-26 2012-01-30 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 풍차의 제어 장치 및 제어 방법
KR20130094629A (ko) 2012-02-16 2013-08-26 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기의 블레이드의 피치 제어 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8317471B2 (en) Method for preventing rotor overspeed of a wind turbine
JP4764422B2 (ja) 風力タービンの制御および調節方法
US8115330B2 (en) Wind turbine and method for operating a wind turbine
US10202964B2 (en) Method of yawing a rotor of a wind turbine
US8303249B2 (en) Wind turbine and method for optimizing energy production therein
JP5619278B2 (ja) 風力発電システム及び風力発電システムを用いた装置及びそれらの運転方法
EP2719893B1 (en) Method of operating a variable speed wind turbine
AU2012203245B2 (en) Method, park controller and program element for controlling a wind farm
US8430632B2 (en) System and method for pitching a rotor blade in a wind turbine
US10240581B2 (en) System and method for controlling pitch angle of a wind turbine rotor blade
CN102116264A (zh) 一种可调攻角兆瓦级垂直轴风力发电机
US20120027587A1 (en) Wind turbine torque-speed control
TW201641816A (zh) 操作風力發電轉換器之方法
AU2014257841B2 (en) Wind park and method for controlling a wind park
KR20180049008A (ko) 고정 속도 풍력 터빈 블레이드의 영각 결정 및 제어 방법
KR101363516B1 (ko) 풍력 발전기용 발전기의 제어 방법
CN101457744B (zh) 被动变桨风力发电机
CN101498280B (zh) 用于停止风力涡轮机的方法
KR20150019461A (ko) 풍력발전시스템 및 그것의 구동 정지 방법
CN102352815A (zh) 一种风力发电机组
KR101588640B1 (ko) 블레이드 피치 제어 방법
KR101304916B1 (ko) 풍력 발전기의 블레이드의 피치 제어 방법
CN201339543Y (zh) 被动变桨风力发电机
KR101487992B1 (ko) 가변속 풍력발전기 및 그 운전 방법
EP3788257A1 (en) System and method for controlling pitch angle of a wind turbine rotor blade

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee