KR101634727B1 - 풍력 발전기 제어 방법 - Google Patents

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에스에스비 윈드 시스템즈 게엠베하 운트 코 카게
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Abstract

본 발명은, 바람에 의해 구동되며, 수평하게 또는 실질적으로 수평하게 정렬된 로터 축선(6)을 중심으로 회전하는 로터(5)를 포함하는 풍력 발전기를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 상기 로터는 로터 축선에 수직한 또는 실질적으로 수직한 블레이드 축선(11, 12, 13)의 방향으로 각각 연장되며 로터 블레이드 축선을 중심으로 각각 회전되는 복수의 로터 블레이드(1, 2, 3)를 포함하며, 여기서 상기 로터(5)는 수직한 또는 실질적으로 수직하게 정렬된 요 축선(8)을 중심으로 요 각속도(γ)로 회전되며, 그로 인해 로터 블레이드(1, 2, 3)상에 회전운동 부하가 발생되고, 여기서 로터 블레이드(1, 2, 3)상의 회전운동 부하는 요 각속도(γ) 또는 상기 각속도에 영향을 주는 가이드 변수(γｃ)에 따라 로터 블레이드(1, 2, 3)를 로터 블레이드 축선(11, 12, 13)을 중심으로 회전시킴으로써 감소된다.

Description

풍력 발전기 제어 방법 {METHOD FOR CONTROLLING A WIND POWER PLANT}
본 발명은, 바람에 의해 구동되며, 수평하게 또는 실질적으로 수평하게 정렬된 로터 축선을 중심으로 회전하고, 로터 축선을 가로질러 또는 실질적으로 가로질러 연장하는 블레이드 축선의 방향으로 각각 연장되며 로터 블레이드 축선을 중심으로 각각 회전되는 복수의 로터 블레이드를 포함하는 로터를 구비하는 풍력 터빈을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 상기 로터는 수직하게 또는 실질적으로 수직하게 정렬된 요 축선(yaw axis)을 중심으로 요 각속도로 회전되며, 그 결과로서 로터 블레이드상에 회전운동 부하가 발생된다. 또한, 본 발명은, 바람에 의해 구동될 수 있으며, 수평하게 또는 실질적으로 수평하게 정렬된 로터 축선을 중심으로 회전할 수 있고, 로터 축선을 가로질러 또는 실질적으로 가로질러 연장하는 블레이드 축선의 방향으로 각각 연장되는 복수의 로터 블레이드를 포함하는 로터와, 수직하게 또는 실질적으로 수직하게 정렬된 요 축선을 중심으로 요 각속도로 로터가 회전될 수 있게 하며, 요 축선을 중심으로 한 로터의 회전으로 인해 로터 블레이드상에 회전운동 부하가 발생되게 하는 요 각도 조정 드라이브, 및 로터 블레이드들을 그들의 블레이드 축선을 중심으로 회전될 수 있게 하는 블레이드 각도 조정 드라이브를 구비하는 풍력 터빈에 관한 것이다.
복수 메가와트의 전력을 전달할 수 있으며 초대형 터빈(multi-megawatt turbine)으로서도 알려져 있는 현대의 풍력 터빈은, 로터에 대한 블레이드 각도를 변경함으로써 각각의 로터 블레이드에 대한 바람의 입사각이 바뀔 수 있도록, 로터에 회전 가능하게 장착되는 로터 블레이드를 포함한다.
풍력 터빈을 운전하는 제 1 방법에 따르면, 단일의 블레이드 각도 에러가 모든 로터 블레이드 제어 수단에 전달되어, 모든 로터 블레이드에 공통된 각도 변경이 발생한다. 한편, 풍력 터빈을 운전하는 제 2 방법에 따르면, IPC로서도 공지되어 있는 개개의 블레이드 각도 제어 수단이 사용되어, 각각의 로터 블레이드에 대한 블레이드 각도가 개별적으로 조정된다. 이상적인 경우에는, IPC를 사용하면, 풍력 터빈의 구성 요소의 대폭적인 감소의 결과로서 초기 투자 비용의 경감이 가능하거나, 또는 보다 긴 로터 블레이드로 인해 연간 에너지 생산량을 증가시킬 수 있기 때문에, 에너지 비용을 줄일 수 있다.
그러나, IPC는 원숙한 기술이 아니고, 개발 단계에 있는 기술이다. 이러한 개발의 목적은, 전단 응력 및 난기류에 의해 로터 블레이드에 일시적으로 생기는 부하를 줄이려는 것이다. 이러한 부하를 줄이기 위해 IPC를 사용하는 공지의 제어 전략은 하나 또는 복수의 로터 블레이드로부터 얻은 부하, 확장 또는 가속 신호에 대한 평가, 또는 풍력 터빈의, 로터를 지지하는 주축의 변형에 대한 평가에 기초한다.
US 6,361,275 B1은, 로터 영역의 부위에서의 국부적이고 일시적인 최대 풍속에 의해 야기된 부하를 감소시키기 위한, 블레이드 표면상의 블레이드 부하 센서 또는 풍속 센서에 기초한 개개의 블레이드 각도 제어 수단을 개시한다.
WO 01/33075 A1은, 풍력 터빈을 그 설계상의 한계를 초과하지 않는 범위에서 그 한계에 가깝게 운전하기 위해, 로터 블레이드상의 기계 부하에 기초한 개개의 블레이드 각도 제어 수단을 개시한다.
WO 2004/074681 A1에 따르면, 풍력 터빈의 안정성을 향상시키기 위해, 각각의 로터 블레이드 전방(예컨대, 블레이드로부터 전방으로 연장되며 풍속계를 지지하는 긴 암에 의해)에서 국부적으로 유동 특성이 측정되므로, 로터 블레이드-타워간 상호작용의 위험 및 피로 부하는 경감된다.
WO 2008/041066 A1은 윈드 시어(wind shear)에 의해 야기된 모멘트 및 요 각도의 오조정(maladjustments; 조정 불량)을 줄이기 위한 개개의 블레이드 각도 제어 수단을 개시하고 있으며, 상기 블레이드 각도는 설정값(메모리에 저장됨)으로부터의 측정 모멘트의 차이를 줄이기 위해 로터 블레이드에 작용하는 측정 모멘트를 고려해서 제어된다.
WO 2008/087180 A2는 로터상의 불균형적인 부하를 줄이기 위한 개개의 블레이드 각도 제어 수단을 개시하고 있으며, 상기 블레이드 각도는 주축의 측정된 변형(스트레인 게이지를 이용한 측정)을 고려해서 제어된다.
US 7,118,339 B2는, 요잉(yawing)에 의해 풍력 터빈이 양호하게 정렬되도록, 로터 블레이드 부하 측정 및 주축 변위 측정에 각각 기초하는 개개의 블레이드 각도 제어 수단 및 요 각도 제어 수단을 개시하고 있으며, 상기 개개의 블레이드 각도 제어 수단은 부수적인 불균형적인 로터 부하(즉, 피로 부하)를 줄이는데 사용된다. 또한, 불균형적인 로터 부하를 상쇄하기 위해 풍력 터빈을 소정의 요 각도 에러에 의해 운전하는 것이 개시되어 있다.
WO 2008/119351 A2는 주축 베어링상의 부하가 감소하도록 중력의 모멘트를 상쇄하는 로터 모멘트를 생성하기 위한 개개의 블레이드 각도 제어 수단을 개시하고 있다.
전술한 문헌들은 풍력 터빈의 구조적인 부하 용량을 줄일 수 있도록(예컨대, 무게를 줄임으로써) 피로 부하를 감소시킴으로써 에너지 비용을 간접적으로 낮추려 하고 있다. 구조적인 부하 용량의 저감이 가능할 수 있게 하기 위해서는, 그 내용 연한(service life) 동안에 풍력 터빈이 노출되게 되는 극한의 기상 조건과 같은 다른 부하도 감소시켜야 한다. 그렇지 않으면, IPC에 의해 이룰 수 있는 이점은 일부에 그치거나 남김없이 잃게 된다. 이들 및 다른 이유로, IPC는 현재 상업용으로는 사용되고 있지 않다.
따라서, 에너지 비용을 줄일 수 있으면서, 풍력 터빈 구조에 대한 최소한의 변경으로 현재의 풍력 터빈 디자인에 사용할 수 있는 IPC 시스템에 대한 수요가 존재한다.
상술한 문헌들을 고려하지 않는, 풍력 터빈의 운전에 관한 또 다른 분야는 요 각도 에러의 영향에 관한 것이다. 요 각도 에러는 풍향과 로터 축선간의 각도로서 규정된다. 그러나, 풍력 터빈의 운전 중에 로터 축선의 기울기는 변경될 수 없기 때문에(상업용 풍력 터빈의 로터 축선의 상향 경사는, 예컨대 5°가 일반적임), 요 각도 에러를 결정할 때에는 풍속의 수직 성분은 고려되지 않는다. 그러므로, 요 각도 에러를 결정하기 위해서는, 풍속의, 수평면에 위치된 성분만이 고려된다. 풍력 터빈의 로터의 요잉은 요 각도 에러를 0(제로)까지 줄일 수 있다(바람 조건이 일정하다는 전제로).
WO 2008/143009 A1은 로터 블레이드에 관련되어서 풍력 터빈을 요잉하는 요 모멘트를 발생시키는 힘을 생성하기 위한 개개의 블레이드 각도 제어 수단을 개시하고 있다. 따라서, 요 드라이브를 부분적으로 또는 완전히 없애는 것이 가능해서, 전력 손실을 감소시킬 수 있게 된다. 그러나, 로터 블레이드에 작용해서 요 모멘트를 생성하는 힘의 유효성은 난류의 영향을 포함하는 산발적이고 확률적인 바람의 성질에 따르기 때문에, 정밀하고 시기적절한 요 절차(yaw procedures)는 불가능하다. 이러한 힘들에 의거하여 제어 가능한 요 운동을 달성하기 위해서, 요 운동은 전체 요 절차 동안 제동 시스템에 의해 감쇠된다. 그러나, 이러한 감쇠는 요 운동의 속도를 현저하게 감소시키기 때문에, 제동 시스템의 마찰력은 풍력 터빈의 내용 연한에 악영향을 미쳐서 바람직하지 않은, 증가된 주기적인 블레이드 부하에 의해 극복되어야 한다. 또한, 블레이드 각도 조정 드라이브의 증가된 활성화에 연관되는 부가적인 전력 손실은 요 드라이브의 보다 낮은 전력 손실에 연관되는 이점을 상쇄한다. 이것 이외에도, 바람이 소강 상태에 있을 경우, 풍력 터빈은 요잉에 의해 케이블을 풀 수 있어야 하기 때문에, 전기적인 요 시스템을 배제하려는 바램은 실제로는 실현될 수 없다.
요잉 도중에 발생하는, 바람직하지 않으며 손상을 주는 회전운동 로터 블레이드 부하로 인해, 현재 상용화되어 있는 초대형 풍력 터빈의 요 레이트는 0.7°/s의 값보다 낮다(대부분의 경우에 0.5°/s보다도 낮음). 이러한 회전운동 부하는 요 레이트에 따라 선형적으로 증가하므로, 요 레이트를 제한하면 회전운동 부하가 또한 제한된다. 요 레이트는 요 각속도라고도 불린다.
예컨대, "Optimization of Wind Turbine Operation By Use of Spinner Anemometer"라는 제목의 T.FPedersen, N.NSorensen, L.Vita 및 P.Enevoldsen(2008)에 의한 보고서 Riso-R-1654(EN)에 기술된 바와 같이, 사용 준비된 상업용 초대형 풍력 터빈에 대한 요 각도 에러의 상세한 측정은, 요 각도 에러의 순간값이 30° 이상이고, 상당한 시간 기간에 걸쳐 발생하는 편차가 4°/s까지 될 수 있음을 보여준다. 이러한 각속도는 현재 상용화되어 있는 초대형 풍력 터빈의 0.4°/s 내지 0.6°/s의 한도를 현저하게 상회한다. 결국, 현재의 풍력 터빈은 풍향의 변화를 추적할 수 없으며, 현저한 요 각도 에러 하에서 계속적으로 작동된다. 통상적인 풍력 터빈 제어 수단은, 요 각도 에러가 5 내지 15초 주기로 평균화될 경우에는 대략 25° 내지 30°의 요 각도 에러를 허용하고, 요 각도 에러가 1분 주기로 평균화될 경우에는 대략 10° 내지 15°의 요 각도 에러를 허용하며, 요 각도 에러가 10분 이상의 주기로 평균화될 경우에는 대략 3° 내지 6°의 요 각도 에러를 허용한다.
따라서, 현대의 초대형 풍력 터빈을 감소된 또는 작은 요 각도 에러로 지속적으로 운전할 수 있는 설비에 대한 필요성이 존재한다. 풍력 터빈을 정격 속도 이하로 운전하는 경우에, 요 각도 에러가 감소하면 소비 에너지가 증가한다. 또한, 요 각도 에러의 감소는, 풍력 터빈을 정격 속도 이상으로 운전할 경우에, 로터에 의해 커버되는 영역에 걸쳐 불균형적인 바람 조건에 의해 야기되는 로터 블레이드상의 굴곡 부하를 감소시킨다.
블레이드 부하 또는 블레이드 가속에 의거한 개별적인 블레이드 각도 제어 수단을 이용하는 종래 기술의 해법은 성공적으로 회전운동 부하를 감소시키는데 사용될 수 없다. 한편으로는, 난기류가 블레이드 부하 및 블레이드 가속의 변화를 야기함으로써, 회전운동 부하의 시작이 드러나지 않게 된다. 다른 한편으로는, 로터 블레이드의 관성에 기인하여 회전운동 블레이드 부하가 블레이드 각도 조정 뒤에 (일시적으로)지체진다. 두 경우에 있어서는, 회전운동 부하의 감소에 대하여 지연되고 유효하지 않은 블레이드 각도 조정이 초래된다.
US 2009/0068013 A1은 요 모멘트에 기인하여 풍력 터빈의 요 시스템에 작용하는 부하를 감소시키는 방법을 개시하고 있으며, 상기 요 모멘트는 블레이드 각도 조정 시스템과 함께 로터 블레이드를 포함하는 로터에 의해 요 시스템에 도입된다. 로터에 의해 요 시스템에 도입된 요 모멘트가 결정되면, 특정된 요 모멘트에 의거하여, 상기 결정된 요 모멘트가 감소되도록 로터 블레이드의 블레이드 각도가 조정된다.
이러한 방법에 따르면, 개별적인 로터 블레이드의, 요 절차에 의해 야기된 회전운동 부하는 감소되지 않지만, 요 축선 주위에 작용해서 요 시스템에 영향을 주는 모멘트는 감소된다. 특히, 요 모멘트의 설정값에 따라 로터 블레이드를 로터 블레이드 축선을 중심으로 회전시킨 결과로서 요 시스템의 공기역학적 부하는 감소되게 된다.
이를 근거로, 본 발명의 목적은 가능한 한 신속하게 풍력 터빈에서의 요 각도 에러를 감소시킬 수 있는 설비를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1에 따른 방법에 의해 및 청구항 12에 따른 풍력 터빈에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 개량은 종속 청구항들에 제공된다.
바람에 의해 구동되며, 수평하게 또는 실질적으로 수평하게 정렬된 로터 축선을 중심으로 회전하고, 상기 로터 축선을 가로질러 또는 실질적으로 가로질러 연장하는 블레이드 축선의 방향으로 각각 연장되며 로터 블레이드 축선을 중심으로 각각 회전되는 복수의 로터 블레이드를 구비하는 로터를 포함하는 풍력 터빈을 제어하기 위한 본 발명의 방법에 따르면, 상기 로터는 수직하게 또는 실질적으로 수직하게 정렬된 요 축선을 중심으로 요 각속도로 회전되고, 그 결과로서 상기 로터 블레이드상에 회전운동 부하가 발생되며, 상기 요 각속도 또는 상기 요 각속도에 영향을 주는 가이드 변수에 따라 상기 로터 블레이드를 로터 블레이드 축선을 중심으로 회전시킴으로써, 상기 로터 블레이드상의 상기 회전운동 부하가 감소된다. 상기 요 각속도는 상기 로터가 상기 요 축선을 중심으로 회전되는 각속도이며, 요 레이트라고도 정의된다.
상기 요 각속도 또는 상기 가이드 변수에 따른 상기 로터 블레이드의 로터 블레이드 축선을 중심으로 한 회전으로 인해, 로터의 요 운동에 의해 야기된 로터 블레이드상의 회전운동 부하를 상쇄하는 공기역학적 부하를 로터 블레이드상에 발생시킬 수 있다. 상기 공기역학적 부하는 바람과 로터 블레이드간의 공기역학적 상호작용에 의거하며, 로터 블레이드상으로 바람이 유동하는 각도(입사각)에 의존한다. 그러나, 로터 블레이드의 그 종방향 축선을 중심으로 한 회전에 의해 입사각이 변경될 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 회전은 요 각속도 또는 요 각속도에 영향을 주는 가이드 변수에 따라 발생하기 때문에, 회전운동 부하는 공기역학적 부하에 의해 부분적으로 또는 완전히 보상될 수 있으므로, 상기 요 각속도는 종래의 풍력 터빈에 비해 현저하게 증가될 수 있다.
따라서, 특히 요 축선을 중심으로 한 로터의 회전에 의해 발생되는 부하인 로터 블레이드의 회전운동 부하는 요 각속도 또는 가이드 변수에 따라 로터 블레이드의 로터 블레이드 축선을 중심으로 한 회전에 의해 감소된다. 이 감소는 일부이거나 전체일 수 있다.
공기역학적 부하는, 바람직하게는 힘 및/또는 모멘트이다. 또한, 회전운동 부하는, 바람직하게는 힘 및/또는 모멘트이다.
요 모멘트의 설정값에 따라 로터 블레이드의 로터 블레이드 축선을 중심으로 한 회전에 대하여 기술한 것에 더하여, US 2009/0068013 A1이 요 각속도에 따라 로터 블레이드의 로터 블레이드 축선을 중심으로 한 회전에 대하여 기술하고 있지만, 이는 요 드라이브의 일정한 유지 토크 또는 마찰 브레이크의 일정한 유지 마찰 저항과 관련될 뿐이다. 결국, 로터는 요 시스템에 영향을 주는 공기역학적 외란 모멘트에만 반응하는 요 드라이브에 의해서는 요 축선을 중심으로 회전하지 않고 제 위치에 유지된다. 그러므로, 요 축선을 중심으로 한 로터의 회전에 의해 발생되는 부하인 로터 블레이드의 회전운동 부하는 상대적으로 작으므로, 이 부하의 감소는 US 2009/0068013 A1에서는 제공 또는 기술되지 않는다.
요 각속도는 가이드 변수에 따라 제어 또는 조절되는 것이 바람직하다. 특히, 가이드 변수는 요 각속도의 설정값을 형성한다.
로터 블레이드는 로터 축선을 중심으로 회전하기 때문에, 회전운동 부하를 보상하기에 적합하지 않은 공기역학적 부하가 로터 블레이드상에 발생할 수도 있다. 이러한 유형의 부하는 로터에 부가적으로 실릴 수 있어 바람직하지 않다. 따라서, 각각의 로터 블레이드는 부가적으로, 특히 요 축선의 방향으로 연장되는 수직하게 또는 실질적으로 수직하게 정렬된 직선에 의해 각각의 블레이드 축선에 의해 에워싸인 회전 각도에 따라 로터 블레이드 축선을 중심으로 회전되는 것이 바람직하다. 각각의 로터 블레이드는 부가적으로, 각각의 회전 각도와 동일한 또는 각각의 회전 각도의 총합과 동일한 각도의 코사인 및 각각의 로터 블레이드의 위상 시프트에 따라 로터 블레이드 축선을 중심으로 회전되는 것이 바람직하다. 위상 시프트는 모든 로터 블레이드에 대하여 동일하거나 로터 블레이드들간에 변경될 수 있다. 위상 시프트에 의해 코사인을 사인으로 변환할 수 있기 때문에, 특히 위상 시프트를 고려하여 코사인 대신에 사인이 사용될 수도 있다.
로터 블레이드는 부가적으로, 바람에 의해 로터상에 전달된 및/또는 전달될 파워에 따라 로터 블레이드 축선을 중심으로 회전되는 것이 바람직하다. 이 절차는 "피칭(pitching)"으로서도 알려져 있다. 특히, 피칭은 파워를 제어 또는 조절한다. 따라서, 공기역학적 부하의 동시 발생으로 인해 높은 요 레이트에서 생기는 요잉 도중에, 통상의 방식으로 풍력 터빈을 지속적으로 운전할 수 있다. 특히, 파워에 따른 로터 블레이드의 회전은 회전운동 부하를 감소시키기 위해 추가로 로터 블레이드의 회전에 가해지는 것이 바람직하다.
로터상에서의 바람의 유동 방향이 측정되는 것이 바람직하다. 또한, 요 축선을 중심으로 로터가 회전되는 요 각도가 측정된다. 특히, 풍향 및 요 각도로부터 결정되는 것은 로터 축선의 방향과 풍향간의 각도 차이를 기술하는 요 각도 에러이다. 요 각도 에러는, 예컨대, 로터 축선의 방향과 풍향간의 각도로서 규정된다. 그러나, 로터 축선은 수평에 대하여 상향으로 약간 경사지는게 통상적이며, 이 경사는 풍력 터빈의 운전 중에 변경될 수 있는게 일반적이다. 따라서, 요 각도 에러는 수평한 또는 실질적으로 수평한 평면상에의 로터 축선 방향의 투영과 풍향 또는 이 평면상에의 풍향의 투영간에 형성되는 각도에 대응하는 것이 바람직하다. 평면은 특히 요 축선에 수직하게 연장된다. 대직경의 로터의 경우에는, 풍향이 국부적으로 변경될 수 있으므로, 풍향은 로터의 구역에서의 최종적인 또는 국부적으로 평균화된 풍향일 수 있거나, 또는 로터의 구역에서의 규정된 위치에 기록된 풍향일 수 있다.
특히, 가이드 변수가 결정된다. 가이드 변수는 요 각도 에러 및/또는 요 각도 에러 레이트에 따라 결정되는 것이 바람직하다. 특히, 가이드 변수는 요 각도 에러의 시간 미분(temporal derivation)으로서 규정되는 요 각도 에러 레이트에 비례하거나 또는 일차종속적이다(linearly dependent). 최대 임계값은 가이드 변수에 의해 초과되지 않게 규정되는 것이 바람직하므로, 풍력 터빈의 과부하를 회피하는 것이 가능하다.
요 각속도는, 특히 요 축선을 중심으로 한 로터의 회전 운동의 측정에 기초하여 측정 또는 결정된다.
로터 블레이드의 로터 블레이드 축선을 중심으로 한 회전은, 특히 각각의 경우에 블레이드 각도에 의해 및/또는 그 각도의 변경에 의해 기술된다. 따라서, 로터 블레이드는 요 각속도 또는 가이드 변수에 따라 블레이드 각도를 제어 또는 조절한 결과로서 회전하는 것이 바람직하다. 본 발명의 구성에 따르면, 요 각속도 또는 가이드 변수에 따르는 원하는 블레이드 각도는 각각의 로터 블레이드에 대하여 결정되며, 각각의 로터 블레이드의 상기 블레이드 각도는 각각의 원하는 블레이드 각도에 따라 제어 또는 조절된다. 특히, 각각의 원하는 블레이드 각도는 각각의 로터 블레이드의 블레이드 각도에 대한 설정값을 형성한다. 각각의 로터 블레이드의 블레이드 각도는 측정되는 것이 바람직하다.
각각의 원하는 블레이드 각도는 요 각속도 또는 가이드 변수에 일차종속인(linearly dependent) 것이 바람직하다. 특히, 원하는 블레이드 각도 각각은 복수의 피가수(summand)의 총합에 의해 형성되며, 그 피가수 중 하나는 요 각속도 또는 가이드 변수에 의존, 특히 일차종속이거나 비례한다. 이러한 하나의 피가수는, 또한 로터의 회전 속도에 또는 로터 각속도에 및/또는 풍속에 및/또는 특히 요 축선의 방향으로 연장되는 수직하게 또는 실질적으로 수직하게 정렬될 직선에 대해 로터 블레이드 축선에 의해 에워싸인 각각의 로터 블레이드의 회전 각도에 의존하는 것이 바람직하다. 따라서, 이 하나의 피가수는 회전운동 부하를 부분적으로 또는 완전히 보상하는 공기역학적 부하를 생성하기 위한 보상 항(term)을 형성한다.
피가수 중 다른 하나는 바람에 의해 로터상에 전달된 및/또는 전달될 파워에 의존하고, 그에 따라 바람직하게는 풍력 터빈의 파워 제어 수단에 의해 결정 또는 공동결정되는 힘 항을 형성하는 것이 바람직하다. 파워 항은 특히 로터 블레이드의 "피칭"을 기술하고, 그에 따라 풍력 터빈의 정상 운전의 특성도 된다. 이것은, 풍력 터빈이 바람직하게는 요잉 동안 계속해서 운전되기 때문에, 바람직하다. 공기역학적 부하를 생성하는 로터 블레이드의 회전은, 바람에 의해 로터상에 전달된 힘을 제어 또는 조절하기 위한 로터 블레이드의 회전에 가해지는, 특히 추가로 가해지는 것이 바람직하다. 총합은, 예컨대 하나 또는 복수의 다른 외란 변수를 수정하는데 사용되는 하나 또는 복수의 부가적인 피가수를 포함할 수 있다.
로터는 전기 에너지를 생성하는 발전기를 구동하는 것이 바람직하다. 이 에너지는 전기 회로망에 전달되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 바람에 의해 구동될 수 있으며, 수평하게 또는 실질적으로 수평하게 정렬된 로터 축선을 중심으로 회전할 수 있고, 상기 로터 축선을 가로질러 또는 실질적으로 가로질러 연장하는 블레이드 축선의 방향으로 각각 연장되는 복수의 로터 블레이드를 구비하는 로터와, 상기 로터를 수직하게 또는 실질적으로 수직하게 정렬된 요 축선을 중심으로 요 각속도로 회전될 수 있게 하며, 상기 요 축선을 중심으로 한 상기 로터의 회전에 기인하여 상기 로터 블레이드상에 회전운동 부하가 발생되게 하는 요 각도 조정 드라이브와, 상기 로터 블레이드를 로터 블레이드 축선을 중심으로 회전될 수 있게 하는 블레이드 각도 조정 드라이브와, 상기 요 각도 조정 드라이브 및 상기 블레이드 각도 조정 드라이브로 구성되는 제어 수단을 포함하는 풍력 터빈에 관한 것으로서, 상기 제어 수단에 의해, 상기 요 각속도 또는 상기 요 각속도에 영향을 주는 가이드 변수에 따라 상기 로터 블레이드의 로터 블레이드 축선을 중심으로 한 회전에 기인하여 상기 로터 블레이드상의 회전운동 부하가 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 풍력 터빈은 본 발명의 방법과 관련하여 기술된 모든 구성에 따라 개선될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 방법에는 본 발명의 따른 풍력 터빈이 구성되어 있다.
요 축선을 중심으로 한 로터의 회전에 의해 로터 블레이드상에 발생한 회전운동 부하는, 특히 요 각속도 또는 가이드 변수에 따라 로터 블레이드를 로터 블레이드 축선을 중심으로 회전시킴으로써 감소될 수 있다. 이 감소는 부분적으로 또는 전체적으로 수행될 수 있다.
요 각속도는 가이드 변수에 따라 제어 수단에 의해 제어 또는 조절되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 개량에 따르면, 각각의 로터 블레이드는, 부가적으로 수직하게 또는 실질적으로 수직하게 정렬된, 특히 요 축선의 방향으로 연장되는 직선에 의해 각각의 블레이드 축선에 의해 에워싸인 회전 각도에 따라, 상기 제어 수단에 의해 로터 블레이드 축선을 중심으로 회전될 수 있으며, 상기 제어 수단은 적어도 하나의 로터 블레이드의 회전 각도를 검출할 수 있는 회전 각도 검출 수단을 포함한다. 로터 축선 주위에서 로터 블레이드들 서로에 의해 에워싸인 각도가 풍력 터빈에 대하여 통상적으로 일정하기 때문에, 그로부터 나머지 회전 각도를 계산할 수 있으므로, 하나의 회전 각도를 검출하는 것으로 충분하다. 로터 블레이드는 로터 축선 주위로 균일하게 분포되는 것이 바람직하므로, 제 1 로터 블레이드에 대하여 검출된 회전 각도(β1)에서부터 시작해서, βn = β1 + (n-1) * 360°/ N의 공식을 이용하여 n차 로터 블레이드의 회전 각도(βn)를 계산할 수 있고, 여기서 n은 자연수이며, N은 로터 블레이드의 개수이다. 그러나, 모든 로터 블레이드에 대하여 회전 각도를 측정하는 것도 가능하다. 회전 각도 검출 수단은 적어도 하나의 로터 블레이드의 회전 각도를 검출할 수 있는 적어도 하나의 각도 센서를 가지는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 로터에 의해 구동될 수 있는 발전기가 로터에 결합된다. 발전기는, 바람직하게는 전기 회로망에 전달될 수 있는 전기 에너지를 생성할 수 있다.
제어 수단은 바람에 의해 로터상에 전달되는 파워를 검출 또는 결정할 수 있는 파워 검출 수단을 포함하는 것이 바람직하고, 부가적으로 상기 파워에 따라 상기 제어 수단에 의해 로터 블레이드를 로터 블레이드 축선을 중심으로 회전되게 할 수 있다. 파워 검출 수단은 로터의 구역에서 풍속을 검출할 수 있는 풍속 센서를 포함하는 것이 바람직하다. 풍속으로부터, 특히 바람에 의해 로터상에 전달된 파워(공기역학적 파워)를 유도할 수 있다.
제어 수단은 바람의 방향을 검출할 수 있는 풍향 센서를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 풍향 센서는 풍향의 수평 성분을 검출 또는 결정할 수 있다. 풍향 센서는 풍속 센서에 의해 형성될 수 있거나, 또는 그것과는 별개로 제공될 수 있다.
제어 수단은 요 각도를 검출할 수 있는 요 각도 센서를 포함하는 것이 바람직하다. 따라서, 제어 수단은 풍향으로부터 또는 그 수평 성분 및 요 각도로부터 요 각도 에러를 계산할 수 있다. 특히, 가이드 변수는 요 각도 에러에 따라 제어 수단에 의해 결정된다.
제어 수단은 상기 요 각속도를 검출 또는 결정할 수 있는 요 레이트 검출 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 요 레이트 검출 수단은 요 각도 센서를 포함할 수 있고, 예컨대 기지의 시간(known time)에 검출된 복수의 요 각도로부터 요 각속도를 계산할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 요 레이트 검출 수단은 요 각속도를 검출할 수 있는 요 레이트 센서를 포함한다. 이 경우에, 요 레이트 검출 수단은 요 각도 센서와는 별개로 제공될 수 있다.
로터 블레이드의 로터 블레이드 축선을 중심으로 한 회전은 각각의 경우에 블레이드 각도로 묘사될 수 있는 것이 바람직하다. 본 발명의 개량에 따르면, 요 각속도 또는 가이드 변수에 의존하는 원하는 블레이드 각도는 각각의 로터 블레이드에 대하여 제어 수단에 의해 결정될 수 있으며, 각각의 로터 블레이드의 블레이드 각도는 각각의 원하는 블레이드 각도에 따라 제어 수단에 의해 제어 또는 조절될 수 있다. 제어 수단은 블레이드 각도를 검출할 수 있는 블레이드 각도 센서를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 구성에 따르면, 제어 수단은 블레이드 각도 조정 드라이브를 제어할 수 있는 적어도 하나의 블레이드 각도 제어 유닛, 및 요 각도 조정 드라이브를 제어할 수 있는 요 각도 제어 유닛을 포함한다. 특히, 제어 수단은 블레이드 각도 제어 유닛 및 요 각도 제어 유닛을 제어할 수 있는 주 제어 유닛을 포함한다. 블레이드 각도 조정 드라이브, 요 각도 조정 드라이브, 블레이드 각도 제어 유닛, 요 각도 제어 유닛 및/또는 주 제어 유닛은 풍력 터빈의 상이한 위치에 배치될 수 있다.
풍력 터빈은, 타워와, 상기 타워에 상기 요 축선을 중심으로 회전할 수 있게 장착되는 기계 프레임과, 상기 기계 프레임에 로터 축선을 중심으로 회전할 수 있게 장착되며, 로터 블레이드를 로터 블레이드 축선을 중심으로 회전할 수 있게 장착하고 있는 상기 로터의 허브에 회전 가능하게 결합되는 로터 축을 포함하고, 상기 로터 축에는 상기 로터에 의해 구동될 수 있는 발전기가 결합되는 것이 바람직하다. 발전기는 기계 프레임에 부착되는 것이 바람직하다. 타워는, 특히 토대 위에 위치된다. 기계 프레임은 요 축선을 중심으로 회전할 수 있도록 타워의 상단에 및/또는 토대로부터 떨어진 타워의 단부에 장착되는 것이 바람직하다.
요약하자면, 본 발명은 풍력 터빈 및 상기 풍력 터빈을 제어하는 방법에 관한 것으로, 요잉에 의해 발생된 회전운동 부하를 보상한다. 결국, 높은 요 레이트가 가능하므로, 요 각도 에러가 감소 또는 제거된다. 요 레이트는 4°/s 이상일 수 있다. 또한, 풍력 터빈의 구조(로터 블레이드, 로터, 전동 기구, 기계 프레임, 타워)를 비교적 크게 변경시킬 필요 없이, 풍력 터빈을 현재 상용화된 디자인으로 구성할 수 있다. 손상의 증가 및 바람직하지 않은 블레이드 부하를 회피할 수 있다.
본 발명의 방법의 구성에 따르면, 풍향과 로터 축선의 방향간의 각도 또는 이들 방향의 수평 성분들간의 각도가 검출되고, 요 모멘트 및 블레이드 각도 운동을 서로에 대하여 적시에 조정하는 절차에 의해 감소된다. 상기 방법의 개량에 따르면:
― 주 제어 유닛은 실질적으로 동시에 요 각도 제어 유닛 및 블레이드 각도 제어 유닛에 요 각속도의 설정값을 전달하고, 및/또는
― 요 각속도의 설정값, 바람 조건 및 각각의 로터 블레이드의 로터 위치를 이용하여, 바람과 로터 블레이드간의 공기역학적 상호작용이 요 운동에 의해 야기된 회전운동 부하를 상쇄하는 부하를 생성하도록 블레이드 각도 조정의 스키마(schema)를 계산하며, 및/또는
― 요 레이트와 블레이드 각도 조정 레이트 및 요 각도와 블레이드 각도에 대한 설정값들 및 측정값들은 실질적으로 계속해서 함께 비교되고, 및/또는
― 레이트들 및/또는 각도들에 대한 설정값들 및 측정값들간의 차이가 각각 소정의 레벨을 초과하면, 에러가 검출되며(또한, 예컨대, "에러 플래그"가 올려짐), 및/또는
― 요 각속도는 블레이드 각도 조정의 보상 없이 로터 블레이드상에서 허용 가능한 회전운동 부하가 발생하는 값으로 감소되고, 회전운동 부하의 보상은 에러가 검출된 경우(또는 "에러 플래그"가 올려진 경우)에 개시한다.
특히, 본 발명은,
― 풍력 터빈이 정격 속도 이하로 작동되는 경우에, 증가된 에너지 소비의 가능성을 제공하고, 및/또는
― 풍력 터빈이 정격 속도 이상으로 작동되는 경우에, 불균형적인 바람 조건으로 인해 로터 블레이드 부하의 감소를 허용하고, 및/또는
― 풍력 터빈을 재설계할 필요없이, 증가된 에너지 소비를 허용하고, 및/또는
― 본 발명에 따른 방법의 구성이 기존의 풍력 터빈의 제어 로직에 의해 용이하게 수행될 수 있게, 증가된 에너지 소비를 허용하고, 및/또는
― 본 발명에 따른 제어 수단이 기존의 풍력 터빈에 차후에 설치될 수 있게, 증가된 에너지 소비를 허용하고, 및/또는
― 특히, 풍향과 로터 축선의 방향간의 각도로서 규정되는 요 각도 에러를 감소시킴으로써, 증가된 에너지 소비를 허용하고, 및/또는
― 로터 블레이드상에 큰 회전운동 부하를 발생시키지 않고 풍력 터빈의 요 레이트를 증가시키고, 및/또는
― 풍력 터빈의 로터 블레이드 및 주 전동 기구상에 큰 회전운동 부하를 발생시키지 않고, 요 레이트가 1°/s 이상, 바람직하게는 4°/s 이상인 급속 요 절차를 허용한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 터빈의 사시도.
도 2는 풍력 터빈의 요 축선 및 로터 축선과 풍향의 개략적인 측면도.
도 3은 풍력 터빈의 평면도.
도 4는 풍력 터빈의 정면도.
도 5는 풍력 터빈의 제어 수단의 블럭도.
도 6은 제 1 시뮬레이션에 따라, 풍력 터빈의 요 각도를 시간에 대하여 나타낸 좌표계를 도시하는 도면.
도 7은 제 1 시뮬레이션에 따라, 풍력 터빈의 로터 블레이드의 블레이드 각도를 시간에 대하여 나타낸 좌표계를 도시하는 도면.
도 8은 제 1 시뮬레이션에 따라, 로터 블레이드의 기저부에서의 충격 모멘트를 나타낸 좌표계를 도시하는 도면.
도 9는 다른 시뮬레이션에 따라, 로터 블레이드의 기저부에서의 충격 모멘트를 나타낸 좌표계를 도시하는 도면.
도 10은 급속 요 절차(rapid yaw procedure) 도중에 발생하는 회전운동 부하 및 에너지 수율을 회전운동 부하의 감소와 연관된 손실에 대하여 나타낸 좌표계를 도시하는 도면.
아래에서는, 첨부도면을 참조로 바람직한 실시예에 의거하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 세 개의 로터 블레이드(1, 2 및 3) 및 허브(4)를 포함하며, 로터 축선(6)을 중심으로 회전할 수 있도록 기계 프레임(7)에 장착되는 로터(5)를 구비한 풍력 터빈(10)을 도시한다. 로터 블레이드(1, 2 및 3)는 각각 블레이드 축선(11, 12 및 13)을 중심으로 회전할 수 있도록 허브(4)에 장착되며, 블레이드 축선들의 방향으로 허브(4)로부터 연장된다. 블레이드 축선(11, 12 및 13)은 로터 축선(6)을 가로질러 또는 실질적으로 가로질러 연장되고, 로터 블레이드(1, 2 및 3)가 그들의 블레이드 축선(11, 12 및 13)을 중심으로 회전되는 블레이드 각도들은 θ1, θ2 및 θ3으로 표시된다. 일반적으로, n번째 로터 블레이드의 블레이드 각도는 θn으로 표시되고, 지수 n은 각 로터 블레이드를 특정하며, 제 1 로터 블레이드(1)에 대해서는, 지수는 값 n = 1을 취하고, 제 2 로터 블레이드(2)에 대해서는, 지수는 값 n = 2를 취하고, 제 3 로터 블레이드(3)에 대해서는, 지수는 값 n = 3을 취한다. 이 경우에는 로터 블레이드의 개수(N)가 3개(N = 3)이지만, 대안으로서 로터 블레이드의 개수(N)는 2개이거나 또는 3개 이상이 될 수도 있다.
길이방향 축선들을 중심으로 한 로터 블레이드(1, 2 및 3)의 회전은, 바람에 의해 로터(5)에 전달되는 파워가 블레이드 축선을 중심으로 한 로터 블레이드의 회전에 의해 제어 또는 조절될 수 있도록, 로터 블레이드 상으로 유동하는 바람(14)의 유효한 공기역학적 입사각을 바꾼다. 로터 블레이드(1, 2 및 3)를 그들의 블레이드 축선들을 중심으로 회전시키기 위해, 블레이드 각도 조정 드라이브(20, 21 및 22)가 제공되고(도 5 참조), 각각의 로터 블레이드(1, 2 및 3)를 각각의 블레이드 각도 조정 드라이브(20, 21 및 22)에 의해 그 축선을 중심으로 개별적으로 회전시킬 수 있다. 따라서, 블레이드 각도 조정 드라이브(20, 21 및 22)는 풍력 터빈의 개개의 블레이드 각도 제어 수단의 일부이다.
로터(5)는, 기계 프레임(7)과 함께, 수직하게 또는 실질적으로 수직하게 정렬된 요 축선(8)을 중심으로 회전할 수 있도록 타워(9)의 상단부에서 요 받침대(34)(도 3 참조)에 의해 탑재되고, 로터(5)가 기계 프레임(7)과 함께 타워(9)에 대하여 요 축선(8)을 중심으로 회전되는 요 각도는 Γ로 표시된다. 요 각도(Γ)의 시간 미분은 요 각속도(요 레이트)(γ)로서 공지되어 있고, γ = dΓ/dt에 의해 산출된다. 요 축선(8)은 타워(9)의 길이방향 축선의 방향으로 연장되며, 특히 그것과 일치한다. 요잉(yawing) 또는 요 운동(yaw movement)으로 정의되는, 요 축선(8)을 중심으로 한 로터(5)의 회전은 요 각도 조정 드라이브(25)(도 5 참조)에 의해 발생한다.
로터 축선(6)은, 도 2로부터 알 수 있듯이, 수평한 또는 실질적으로 수평한 평면(33)에 대하여 상향으로 약간 경사진다. 이렇게 경사지게 하는 특별한 이유는, 블레이드(1, 2 및 3)가 바람의 영향으로 탄성적으로 구부려질 수 있기 때문에, 로터 블레이드(1, 2 및 3)와 타워(9)간의 충돌을 방지하기 위한 것이다. 실제로, 경사는 대략 5°가 바람직하며, 도 2에는 불균형적으로 도시되어 있다. 수평한 평면(33)은 특히 요 축선(8)에 수직하게 연장된다. 또한, 풍향(14)은 수평한 평면(33)에 대하여 경사질 수 있다. 로터(5)가 바람을 따르도록 요 축선(8)을 중심으로 회전되기 때문에, 여기서는 로터 축선 및 풍향의 수평 성분만이 고려되고, 상기 성분은 풍향(14) 및 로터 축선(6)을 수평한 평면(33)에 투영함으로써 산출된다.
도 3은 풍력 터빈(10)의 평면도이고, 풍향의 수평 성분(38)과 로터 축선의 수평 성분(39)간의 각도는 요 각도 에러(δ)로 정의된다. 이 도면에서, 수평한 평면(33)은 도면의 지면(紙面)에 있다. 일정한 바람 조건하에서는, 요 각도 에러(δ)는 로터(5)의 적절한 요 운동에 의해 0(제로)까지 감소될 수 있다.
또한, 도 3은 요 받침대(34), 발전기(35) 및 로터(5)를 발전기(35)에 기계적으로 결합시키는 로터 축(36)을 개략적으로 도시하고 있다. 발전기(35)는, 로터 축(36)이 로터 축선(6)을 중심으로 회전할 수 있게 장착되는, 기계 프레임(7)에 부착된다. 이 경우에, 발전기(35)는 로터 축(36)에 의해 직접적으로 구동되고, 전기 회로망(37)에 전달되는 전기 에너지를 생성한다. 그러나, 선택적으로, 로터 축(36)과 발전기(35) 사이에는 변속기가 연결될 수도 있다.
도 4는 수직하게 또는 실질적으로 수직하게 정렬된 직선(15)에 의해 로터 블레이드(1, 2 및 3)에 의해 에워싸인 회전 각도(β1, β2 및 β3)를 도시하는 풍력 터빈(10)의 정면도이다. 일반적으로, n번째 로터 블레이드의 회전 각도는 βn으로 표시되고, 지수 n은 각 로터 블레이드를 특정한다. 직선(15)은 특히 요 축선(8)의 방향으로 연장된다. 로터 블레이드(1, 2 및 3)는 로터 축선(6) 주위를 서로 일정한 각도로 에워싸기 때문에, 회전 각도 중 하나를 측정하면 충분하다. 그밖의 회전 각도는, 이후 계산에 의해 결정될 수 있다. 제 1 로터 블레이드(1)에 대한 회전 각도(β1)가 측정되면, 제 2 로터 블레이드(2)에 대한 회전 각도(β2)는 β2 = β1 + 2π/3으로 계산되고, 제 3 로터 블레이드(3)에 대한 회전 각도(β3)는 β3 = β1 + 4π/3으로 계산되며, 상기 각도는 본원에서는 라디안으로 주어진다. 회전 각도(β1)의 시간 미분은 회전 각속도(ω)로 정의되며 ω = dβ1/dt로 계산된다. 회전 각속도는 모든 로터 블레이드에 대하여 동일하고, 로터(5)를 로터 축선(6)을 중심으로 회전시키는 각속도를 말한다.
도 5는 풍력 터빈(10)의 제어 수단(16)의 개략적인 블럭도를 도시한다. 제어 수단(16)은, 로터 블레이드(1)의 블레이드 각도(θ1)를 검출할 수 있는 블레이드 각도 센서(17), 로터 블레이드(2)의 블레이드 각도(θ2)를 검출할 수 있는 블레이드 각도 센서(18), 로터 블레이드(3)의 블레이드 각도(θ3)를 검출할 수 있는 블레이드 각도 센서(19), 블레이드 축선(11)을 중심으로 로터 블레이드(1)를 회전시킬 수 있는 블레이드 각도 조정 드라이브(20), 블레이드 축선(12)을 중심으로 로터 블레이드(2)를 회전시킬 수 있는 블레이드 각도 조정 드라이브(21), 블레이드 축선(13)을 중심으로 로터 블레이드(3)를 회전시킬 수 있는 블레이드 각도 조정 드라이브(22), 요 각도(Γ)를 검출할 수 있는 요 각도 센서(23), 요 각속도(γ)를 검출할 수 있는 요 레이트 센서(24), 요 축선(8)을 중심으로 로터(5)를 회전시킬 수 있는 요 각도 조정 드라이브(25), 제 1 로터 블레이드(1)의 회전 각도(β1)를 검출할 수 있는 회전 각도 센서(26), 로터 축선(6)을 중심으로 로터(5)가 회전하는 각속도(ω)를 검출할 수 있는 회전 각속도 센서(27), 풍속(V)을 검출할 수 있는 풍속 센서(28), 풍향의 수평 성분을 나타내는 각도(ψ)를 검출할 수 있는 풍향 센서(29), 블레이드 각도 조정 드라이브(20, 21, 22)를 제어할 수 있는 블레이드 각도 제어 유닛(30), 요 각도 조정 드라이브(25)를 제어할 수 있는 요 각도 제어 유닛(31), 및 블레이드 각도 제어 유닛(30)과 요 각도 제어 유닛(31)을 작동시킬 수 있는 주 제어 유닛(32)을 포함한다.
풍력 터빈(10)은 주 제어 유닛(32)에 의해 상위 방식으로 제어된다. 이 유닛은 블레이드 각도 제어 유닛(30) 및 요 각도 제어 유닛(31)과 양방향으로 통신한다. 상기 제어 유닛은 동일한 회로(하드웨어)에 의해 또는 개별 회로에 의해 구성될 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛은 공통의 하우징에 또는 개별 하우징에 배치될 수 있다.
지수 "c"는 상기 제어 유닛에 의해 결정 및/또는 전달되는 설정값을 센서에 의해 기록되는 측정값과 구별한다. 예컨대, γc는 요 레이트의 설정값을 나타내지만, γ는 측정된 요 레이트를 나타낸다. 요 축선(8)을 중심으로 회전하는 로터(5)의 요 각속도를 요 레이트라고 부른다.
주 제어 유닛(32)은 명령으로서 요 레이트 설정값(γc)을 요 각도 제어 유닛(31)에 송신하고, 이 명령의 수행 상태에 대한 상태 정보(Si)를 그로부터 수신한다. 이어서, 요 각도 제어 유닛(31)은 요 각도 조정 드라이브(25)를 제어하고, 측정된 요 레이트(γ)가 요 레이트 설정값(γc)과 일치하는지의 여부를 확인한다.
주 제어 유닛(32)은 바람에 의해 로터(5)에 전달되는 공기역학적 힘을 조절하고 블레이드 각도(θn)에 관한 명령의 수행 상태를 확인하기 위해 블레이드 각도 제어 유닛(30)과 통신한다. 또한, 주 제어 유닛(32)은 종래 기술에 공지되어 있는 다른 목적을 위해 블레이드 각도 제어 유닛(30)과 통신할 수 있다. 이러한 점에서, n번째 로터 블레이드의 블레이드 각도(θn)에 대하여 힘을 조절하거나, 또는 다른 것들 중에서 힘을 조절하는데 사용된 설정값은 θncp로 표시된다.
풍력 터빈(10)을 제어하기 위해 센서들은 제어 유닛들에 정보를 송신한다. 주 제어 유닛(32)은 요 각도 센서(23)로부터 요 각도(Γ)를, 그리고 풍향 센서(29)로부터 풍향을 나타내는 각도(ψ)를 수신하고, 그로부터 요 각도 에러(δ)(여기서, δ = ψ - Γ)를 계산한다. 주 제어 유닛(32)은, 또한 풍속 센서(28)로부터 풍속(V)을 수신하고, 풍속에서 공기역학적 힘이 유도될 수 있다.
블레이드 각도 제어 유닛(30)은 블레이드 각도 센서(17, 18 및 19)로부터 각각의 로터 블레이드(1, 2 및 3)의 현재의 블레이드 각도(θn)를 수신하므로, 블레이드 각도 제어 유닛(30)은 블레이드 각도(θnc)에 설정될 값들에 대하여 블레이드 각도 조정 드라이브(20, 21 및 22)에 주어진 명령을 감시해서 명령이 소정의 허용 오차 내에서 수행되는지의 여부를 확인할 수 있다. 또한, 블레이드 각도 제어 유닛(30)은 각각의 로터 블레이드에 대하여 원하는 블레이드 각도(θnc)를 계산하기 위해 센서(28, 24, 26 및 27)로부터 풍속(V), 요 레이트(γ), 제 1 로터 블레이드(1)의 회전 각도(β1) 및 로터(5)의 각속도(ω)를 수신한다.
제어 수단(16), 특히 주 제어 유닛(32)은 요 각도 에러(δ)를 감시하고, 요 각도 에러(δ)가 너무 크게 고려되고 있으면, 이 에러를 줄이기 위해, 급속 요 절차를 개시한다. "너무 크다"의 조건은, 로터(5)의, 예컨대 현재의 요 각도 에러(δ)의 함수, 소정의 기간에 걸쳐 평균화된 요 각도 에러의 함수, 요 각도 에러에서의 시간 변화의 함수(예를 들어, 요 각도 에러 레이트), 및/또는 현재의 요 레이트의 함수에 의해 규정될 수 있다.
급속 요 절차는 요 레이트의 설정값(γc)의 계산에 의해 개시된다. 특히, 거의 최적의 요 각도 에러 최소화를 위해, 요 레이트의 설정값은 요 각도 에러(δ)의 시간 미분에 대응하는 요 각도 에러 레이트(dδ/dt)에 실질적으로 비례한다. 요 레이트의 설정값은 요 및 블레이드 각도 조정 드라이브의 힘의 특성과 호환 가능한 최대한으로 용인되는 요 레이트(γmax)에 의해 제한된다.
요 레이트의 설정값(γc)은 요 제어 유닛(31)에, 그리고 동시에 또는 실질적으로 동시에 블레이드 각도 제어 유닛(30)에 전송된다. 블레이드 각도 제어 유닛(30)은 각각의 로터 블레이드를 개별적으로 작동시킬 수 있으며, 블레이드 축선을 중심으로 한 각각의 로터 블레이드의 회전에 관여한다. 급속 요 절차가 개시되면, 요 레이트의 설정값(γc)은 0으로부터 계산된 값까지 원활하게 증가됨으로써, 요 각도 조정 드라이브(25)상에서의 급격한 부하가 회피된다. 급속 요 절차 도중에는, 요 레이트의 설정값(γc)은, 바람직하게는 지속적으로 변경되므로, 로터(5)는 풍향의 변화에 추종한다.
요 작동의 개시에 대한 정보 및 요 레이트의 설정값(γc)을 요 제어 유닛(31) 및 블레이드 각도 제어 유닛(30)에 동시에 전송하게 되면, 이들 유닛은 보상할 블레이드 각도 조정 절차의 수행시에 회전운동 부하의 발생과 동기하게 되므로, 이들 부하는 부분적으로 또는 완전히 보상된다. 이 점에서, n번째 로터 블레이드에 대한 원하는 블레이드 각도(θnc)는 기본적으로 하기의 형태를 갖는 함수에 의해 나타내진다:
(1) θnc = θncp + γc * G * cos(βn + Φ), 여기서
θnc 는 로터 블레이드(n)에 대한 원하는 블레이드 각도
θncp 는 회전운동 부하의 보상 없이 로터 블레이드(n)에 대한 원하는 블레이드 각도
γc 는 요 레이트의 설정값
G 는 이득
βn 은 로터 블레이드(n)의 측정된 현재의 회전 각도
Φ 는 위상 시프트이다.
원하는 블레이드 각도(θnc)는, "정상" 운전 중인 종래의 풍력 터빈의 경우에 형성되는 바와 같이, 회전운동 부하의 보상 없이 원하는 블레이드 각도 전체에 대응하는 제 1 피가수(summand) "θncp"와, 회전운동 부하의 보상을 야기하는 제 2 피가수 전체 "γc * G * cos(βn + Φ)"의 총합으로 형성된다. 그러므로, 제 2 피가수는 개개의 로터 블레이드의 회전 각도(βn)에 따라 주기적으로 변화하는 원하는 블레이드 각도(θnc)를 생성한다.
이득(G)이 일정하게 유지되면, 제 2 피가수는 요 레이트의 설정값(γc)에 비례한다. 또한, 회전운동 부하는 측정된 요 레이트(γc)에 비례한다. 로터 블레이드에 작용하는 회전운동 부하가 원하는 범위까지 감소되도록 이득(G)과 위상 시프트(Φ)가 선택된다.
회전운동 부하가 감소되는 원하는 범위는 반드시 회전운동 부하의 가능한 최대한의 감소로 되지는 않는다. 원하는 범위는, 특히 잔여 회전운동 부하가 로터 블레이드상의 허용가능 부하를 유지하고 있는 경우에는, 단지 회전운동 부하의 부분적인 감소로 될 수 있다. 따라서, 잔여 회전운동 부하는 풍력 터빈의 구성요소의 기대 내용 연한을 단축시키지 않는다. 손실은 회전운동 부하의 감소에 연관되고, 그 손실은 특히 감소의 증가에 따라 증가하며, 일반적으로는 회전운동 부하의 부분적인 감소에 연관되기 때문에, 풍력 터빈의 에너지 수율은 회전운동 부하가 최소화되거나 완전히 제거될 때보다는 크다.
그러므로, 회전운동 부하는 단지 부분적으로만 감소되는 것이 바람직하기 때문에, 잔여 회전운동 부하는 로터 블레이드상의 허용가능 부하의 구역 내에 있다. 회전운동 부하가 감소되는 범위는, 특히 이 범위가 한편으로는 회전운동 부하의 감소에 대한 요구에 관해서 및 다른 한편으로는 최대 에너지 수율에 대한 요구에 관해서 최적의 조건을 형성하기 때문에, 최적의 범위라고도 정의된다. 따라서, 허용가능 부하는 최대한으로 허용 가능한 부하인 것이 바람직하다.
최적의 범위를 결정하는 영향 인자로서는, 예컨대 풍력 터빈의 로터 블레이드 및 그밖의 구성요소의 특성과 그 비용, 난류를 포함하여 풍력 터빈에 예상되는 바람 조건, 및 예상되는 요 작동을 들 수 있다. 최적의 범위를 결정하는 영향 인자를 알고 있으면, 상기 최적의 범위는 종래 기술에 공지되어 있는 표준 최적화 루틴을 이용하여 결정될 수 있다.
도 10은, 예컨대 요 레이트가 5°/s인 급속 요 절차 도중에 회전운동 부하의 감소와 연관된 손실(GV)에 대하여 회전운동 부하(GB)가 개략적으로 도시되어 있는 좌표계를 도시하며, 관련 그래프는 부하 곡선(40)(점선으로 도시됨)으로 정의된다. 또한, 이 좌표계에서, 에너지 수율(EA)이 급속 요 절차 도중에 손실(GV)에 대하여 개략적으로 도시되고, 관련 그래프는 에너지 곡선(41)(실선)으로 정의된다. 세로좌표상의 값(GBopt)은 로터 블레이드상의 허용가능 부하에 대응하는 회전운동 부하를 식별하고, 관련 값은 가로좌표상의 Opt.에 의해 표시된다. 특히, GBopt 위에 있는 GB의 값은 허용 불가능하게 높은 부하에 이르게 되므로, 이러한 점에서 GBopt는 최대 허용가능 부하를 나타낸다. 부하 곡선(40)이 가로좌표와 교차하는 점에서, 회전운동 부하는 최소(최소값)로 되고, 관련 값은 가로좌표상에 100%로 표시되며, 특히 GV의 최대값을 형성한다. 손실값(Opt.) 및 100%와 연관되는 에너지 곡선의 세로좌표값들간의 차이는 ΔEA로 표시된다. 회전운동 부하가 단지 부분적으로만 감소되어 바람직하게는 GBopt로 되면, ΔEA에 의해 증가된 에너지 수율은 회전운동 부하의 최소화에 관하여 생성된다. 따라서, 부하값(GBopt)은 최적의 범위에 바람직하게 대응한다.
그래서, 회전운동 부하의 부분적인 감소는, 특히, 예컨대, 일정한 요 운동을 필요로 하는 난류 바람 조건하에서는, 증가된 에너지 소비를 허용한다. 그러므로, 이득(G)과 위상 시프트(Φ)는 로터 블레이드에 작용하는 회전운동 부하가 최적의 범위까지 감소되도록 선택되는 것이 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 회전운동 부하의 최소 범위로의 감소 가능성을 배제할 수는 없다.
회전운동 부하의 보상에는 공기역학적 부하가 이용되기 때문에, 원하는 G 및 Φ의 값은 바람 조건 및 풍력 터빈의 운전 상태(예컨대, 로터의 회전 속도, 요 각도 에러, 등)에 따라 변한다. 또한, G 및 Φ의 값은, 엔진 정지(stall)의 발생시의 양력 계수 및 입사각과 같은, 로터 블레이드의 공기역학적 특성에 의존하고, 또한, 로터 블레이드의 관성과 같은, 풍력 터빈의 구조적 특성에도 의존한다. 이러한 특성이 로터 블레이드간에서 달라지면, G 및 Φ도 로터 블레이드간에서 달라진다. 특히, G 및 Φ의 값은 개개의 로터 블레이드(n)의 로터 회전 속도 또는 로터 각속도(ω)에, 및/또는 풍속(V)에, 및/또는 회전 각도(βn)에 의존한다.
바람 조건 및 풍력 터빈 조건을 변경하는데 적합한 G 및 Φ의 값은 메모리에, 특히 테이블 형태로 저장되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 적절한 G 및 Φ의 값은 공지된 바람 조건 및 풍력 터빈 조건하에서 결정되고, 이들 조건의 함수로서 메모리 모듈에 테이블 형태로 저장된다. 그러므로, 현재의 바람 조건 및 풍력 터빈 조건하에서 테이블로부터 적정한 값을 판독함으로써 G 및 Φ의 값을 결정할 수 있다. 이러한 결정은, 현재의 바람 조건 및 풍력 터빈 조건에 가장 적합한 G 및 Φ의 값을 판독하고 이용함으로써, 또는 상기 현재의 조건에 따라 G 및 Φ의 값을 선형 보간법이나 다른 적절한 보간법을 이용하여 획득함으로써, 수행될 수 있다. 보간의 결과로서 중간값이 형성될 수 있기 때문에, 보간법을 이용하면 적절해지며, 적절한 보간법은 종래 기술에 공지되어 있다.
전술한 바람 조건 및 풍력 터빈 조건은, 특히 로터 각속도(ω), 풍속(V), 요 각도 에러(δ)뿐만 아니라 개개의 로터 블레이드상의 허용 가능한 블레이드 기저부 부하를 포함한다. 허용 가능한 블레이드 기저부 부하는 정적 부분 및/또는 동적 부분을 포함하고, 특히 동적 블레이드 기저부 부하는 풍력 터빈의 구성요소의 재료 피로의 원인이 된다.
저장되어 있는 G 및 Φ의 값은 제어된 바람 조건을 이용하는 풍력 터빈의 수치 시뮬레이션에 의해 결정되는 것이 바람직하다. 풍력 터빈의 운전 중에 발생이 예상되는 모든 관련 조건을 이용해서 테이블을 생성하는 것이 바람직하다. 이러한 점에서, 바람 조건 및 풍력 터빈 조건은 그 실제 변동 범위를 가능한 한 완전히 포함하도록 선택된다.
제어 수단(16), 특히 주 제어 유닛(32)은, 예컨대 상태 정보(Si)에 의거하여, 급속 요 절차 도중에 요 레이트의 설정값(γc)과 현재의 요 레이트(γ)간의 차이를 감시한다. 이러한 차이는 통상적으로 조정 운동 에러로 인해 0(제로)으로 되지는 않고, 조정 운동에 가해지며 또한 난류 및 불균형적인 바람 운동에 의해 로터(5)에 야기되는 외란 운동으로 인해 보다 넓은 범위로 된다.
그러나, 요 레이트의 설정값(γc)과 현재의 요 레이트(γ)간의 차이는 소정의 임계값보다 낮을 경우에는 무시해도 된다. 상기 차이가 임계값 이상이라는 것은, 회전운동 부하의 보상이 더 이상 불필요한 값까지 요 레이트의 설정값이 감소되도록 요 시스템에 에러가 존재하고 있다는 것으로 해석된다. 회전운동 부하의 보상은 동시에 단절된다. 예컨대, 요 레이트의 설정값은 회전운동 부하의 보상 없이 종래의 풍력 터빈의 요에 이용되고 있는 0.7°/s보다 작은 값으로 감소된다.
그러나, 요 레이트의 설정값(γc)과 현재의 요 레이트(γ)간의 차이가 작으면, 회전운동 부하를 보상하기 위해, 급속 요 절차를 성공적으로 수행하도록 요 레이트의 설정값(γc)과 현재의 요 레이트(γ)가 모두 사용될 수 있다. 이 경우에, (1)식에서, 요 레이트의 설정값(γc)은 측정된 현재의 요 레이트(γ)로 대체될 수 있으므로, 제 2 피가수는 요 레이트(γ)에 비례한다.
제어 수단(16), 특히 주 제어 유닛(32)은, 예컨대 블레이드 각도 제어 유닛(30)에 의해 공급되는 상태 정보에 의거하여, 개개의 블레이드 각도(θn)의 시간 미분에 대응하는 현재의 블레이드 각도 레이트(dθn/dt)와, 각각의 로터 블레이드에 대한 급속 요 절차 동안의 블레이드 각도 레이트의 설정값간의 차이도 감시한다. 이 차이가 소정의 임계값을 초과하면, 급속 요 절차는 중단되고, 요 레이트의 설정값은 회전운동 부하의 보상이 더 이상 불필요해지는 값까지 감소된다. 예컨대, 요 절차는 0.7°/s보다 작은 종래의 요 레이트로 지속된다.
도 6 내지 도 9를 참조해서, 본 발명에 따른 풍력 터빈에 대하여 수행되는 급속 요 절차의 4번의 시뮬레이션(S1, S2, S3 및 S4)을 설명한다. 사용된 풍력 터빈은, 예컨대 NREL/SR-500-32495 문헌의 D.J. Malcolm 및 A.C. Hansen(2002)에 의한 "WindPACT Turbine Rotor Design Study"에 기술된 바와 같은 NREL 1.5MW 기준의 터빈 타입일 수 있으며, 이 터빈은 본 발명의 방식으로 변형될 것이다.
도 6은 요 각도(Γ)(요 위치)를 시간(t)에 대하여 나타낸 좌표계를 도시한다. 요 각도는 도(deg)로 주어지고, 시간은 초(sec)로 주어진다. 도 6에 따른 요 각도(Γ)는 급속 요 절차의 시뮬레이션(S1, S2, S3 및 S4)에 대하여 변경된다.
도 7은 제 1 시뮬레이션(S1) 동안 제 1 로터 블레이드(1)(블레이드-1 피치)의 블레이드 각도(β1)를 시간(t)에 대하여 나타낸 좌표계를 도시한다. 블레이드 각도는 도(deg)로 주어지고, 시간은 초(sec)로 주어진다.
도 6 및 도 7에 따르면, 요 각도(Γ)는 10s 기간 동안 5°/s의 레이트로 변경되고, 그에 따라 요 각도의 전체 변화는 50°가 된다. 풍속(V)은 7m/s로 일정하게 유지되는데 반해, 풍향은 풍력 터빈의 요 각도(Γ)와 동일한 방식으로 변화되므로, 시뮬레이션 동안, 요 각도 에러(δ)는 0(제로)으로 유지된다(즉, δ = 0). 풍향과 요 각도간의 이러한 관계는 제한적인 경우의 완전한 바람 추적을 나타낸다. 블레이드 각도의 제어는 1.25의 이득(G) 및 -20°의 위상(Φ)으로 작동하고, 그에 따라, 현재 시판 중인 블레이드 각도 조정 드라이브의 전력 소요량에 호환되는 10°/s보다 작은 최대의 원하는 블레이드 각도 레이드(dθnc/dt)로 원하는 블레이드 각도(θnc)를 생성한다. 도 7에 따르면, 최대 블레이드 각도 레이트(dθ1/dt)는 10.2°/s(10.2deg/s max.)이다. 로터 각속도(ω)는, 예컨대 대략 18/s이다.
도 8은 제 1 시뮬레이션(S1) 동안 제 1 로터 블레이드(1)의 블레이드 기저부에 발생하는 충격 모멘트(My)(블레이드-1, 기저부 면외방향(Flapwise) 모멘트)를 시간(t)에 대하여 실선으로 나타내고, 제 2 시뮬레이션(S2) 동안 점선으로 나타낸 좌표계를 도시한다. 충격 모멘트는 kNm로 주어지고, 시간은 초(sec)로 주어진다. 제 1 시뮬레이션(S1)에 따르면, 블레이드 각도 조정은 회전운동 부하를 보상하기 위해 이루어지는 반면, 제 2 시뮬레이션(S2)에 따르면, 회전운동 부하의 보상은 일어나지 않는다(피치 없음). 로터 축선(6)은 요 각도 에러(δ)가 발생하지 않도록 풍향(14)에 정렬된다.
점선으로 도시된 큰 진동(시뮬레이션 2, 회전운동 부하의 보상 없음)은 풍력 터빈을 손상시킬 수 있기 때문에 허용 불가능하다. 실선(시뮬레이션 1, 회전운동 부하의 보상 활성화)에 따르면, 충격 모멘트는 단지 요 운동 없이 운전 중에도 발생하는 진동을 받게 되므로, 풍력 터빈의 로터 블레이드에 또는 전동 기구에 구조적인 변화 없이도 급속 요 절차가 가능하다. 그러나, 간략화된 모델링에 따르면, 충격 모멘트에 대한 회전운동 부하의 보상은, 단지 예로서만 이해되어야 하는, 가상 힌지처럼 작용한다.
도 9는 제 3 시뮬레이션(S3) 동안 제 1 로터 블레이드(1)의 블레이드 기저부에 발생하는 충격 모멘트(My)를 시간(t)에 대하여 실선으로 나타내고, 제 4 시뮬레이션(S4) 동안 점선으로 나타낸 좌표계를 도시한다. 제 3 시뮬레이션(S3)에 따르면, 블레이드 각도 조정은 회전운동 부하를 보상하기 위해 수행되는 반면, 제 4 시뮬레이션(S4)에 따르면, 회전운동 부하의 보상은 단절된다. 도 8에 따르면, 풍향(14)이 일정하므로, 요 각도 에러(δ)는 최대값으로 증가된다.
도 6에 따르면, 로터(5)는 요 상태이고, 풍향은 일정하게 유지된다. 이 경우에, 요 각도 에러(δ)는 제한적인 경우의 불완전한 바람 추적을 나타내는 요 각도(Γ)와 동일하다. 점선으로 도시된 큰 진동(시뮬레이션 4, 회전운동 부하의 보상 없음)은 허용 불가능하다.
회전운동 부하의 보상 활성화의 경우(시뮬레이션 S3, 실선)에 대략 60s에서 확인될 수 있는 충격 모멘트(My)의 진동 부분은 풍력 터빈의 운전 중에 점진적으로 커지는 요 각도 에러에 의해 야기된다. 급속 요 절차의 종료 후에, 요 각도 에러는 60초에서 최대가 된다. 이러한 진동 부분을 낮추기 위해, 개별적인 블레이드 각도 제어 로직을 이용해서 요 각도 에러에 의해 야기된 블레이드 부하를 줄일 수 있다. 이러한 유형의 블레이드 각도 제어 로직은 비(non)-요잉 로터에 대한 종래 기술에 공지되어 있다. 회전운동 부하를 보상하는 본 발명에 따른 블레이드 각도 조정은, 바람직하게는 개별적인 또는 공동의 블레이드 각도 제어를 위한 공지의 다른 블레이드 각도 제어 방법과 함께 사용될 수도 있다.
1 : 로터 블레이드
2 : 로터 블레이드
3 : 로터 블레이드
4 : 로터 허브
5 : 로터
6 : 로터 축선
7 : 엔진실/기계 프레임
8 : 요 축선
9 : 타워
10 : 풍력 터빈
11 : 블레이드 축선
12 : 블레이드 축선
13 : 블레이드 축선
14 : 풍향
15 : 직선
16 : 제어 수단
17 : 블레이드 각도 센서
18 : 블레이드 각도 센서
19 : 블레이드 각도 센서
20 : 블레이드 각도 조정 수단
21 : 블레이드 각도 조정 수단
22 : 블레이드 각도 조정 수단
23 : 요 각도 센서
24 : 요 각속도 센서
25 : 요 각도 조정 수단
26 : 회전 각도 센서
27 : 회전 각속도 센서
28 : 풍속 센서
29 : 풍향 센서
30 : 블레이드 각도 제어 유닛
31 : 요 각도 제어 유닛
32 : 주 제어 유닛
33 : 수평면
34 : 요 받침대
35 : 발전기
36 : 로터 축
37 : 전기 회로망
38 : 풍향의 수평 성분
39 : 로터의 수평 성분
40 : 부하 곡선
41 : 에너지 곡선

Claims (22)

  1. 로터를 포함하는 풍력 터빈의 제어 방법으로서,
    상기 로터는 바람에 의해 구동될 수 있으며 수평하게 정렬된 로터 축선을 중심으로 회전할 수 있고, 상기 로터 축선을 가로질러 연장하는 블레이드 축선의 방향으로 그 각각이 연장하며 상기 로터 축선을 중심으로 그 각각이 회전하는 복수의 로터 블레이드를 포함하며, 상기 로터는 수직하게 정렬된 요 축선(yaw axis)을 중심으로 요 각속도로 회전되고, 그 결과로서 상기 로터 블레이드 상에 회전운동 부하(gyroscopic loads)가 발생되는, 풍력 터빈의 제어 방법에 있어서,
    상기 풍력 터빈의 제어 방법은:
    상기 요 각속도 및
    요 각도 에러 및 상기 요 각속도와 관련된 요 각도 에러 레이트 중의 한 가지 이상과 관련된, 가이드 변수 중의 한 가지 이상에 따라 상기 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 상기 로터 블레이드를 회전시켜, 상기 로터 블레이드 상의 상기 회전운동 부하가 감소되도록,
    블레이드 각도 제어 유닛을 사용하는 것;
    요 조정 작업(yaw adjustment operation) 동안 상기 로터 블레이드의 블레이드 축선에 대한 상기 로터 블레이드의 조정을 감시하기 위해(monitor), 상기 블레이드 각도 제어 유닛으로부터 상태 정보(status information)를 수신하는 것; 그리고
    만약 상기 상태 정보가 현재의 블레이드 각도 변화율(rate of change) 및 블레이드 각도 레이트(rate)의 설정값(set value)의 차이가 소정의 임계값을 초과한다고 나타내면, 상기 요 조정 작업을 중단시키는 것(interrupting);을 포함하는,
    풍력 터빈의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 요 각속도는 상기 가이드 변수에 따라 제어(control) 또는 조절되는(regulate),
    풍력 터빈의 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각각의 로터 블레이드는, 또한 수직하게 정렬된 직선에 대해 각각의 블레이드 축선이 둘러싸는 회전 각도에 따라, 상기 각각의 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 회전되는,
    풍력 터빈의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    각각의 로터 블레이드는, 각각의 회전 각도와 동일한 또는 각각의 회전 각도의 총합과 동일한 각도의 사인 또는 코사인 및 상기 각각의 로터 블레이드의 위상 시프트에 따라, 각각의 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 회전되는,
    풍력 터빈의 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터 블레이드는, 또한 바람에 의해 상기 로터상으로 전달되는 파워에 따라, 상기 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 회전되는,
    풍력 터빈의 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 요 각속도는 상기 요 축선을 중심으로 한 상기 로터의 회전 운동의 측정에 의거하여 측정 또는 결정되는,
    풍력 터빈의 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 한 상기 로터 블레이드의 회전은 각각의 경우에 블레이드 각도로 표현되고, 상기 요 각속도 또는 상기 가이드 변수에 따라 원하는 블레이드 각도가 각각의 로터 블레이드에 대하여 결정되며, 각각의 로터 블레이드의 상기 블레이드 각도는 각각의 원하는 블레이드 각도에 따라 제어 또는 조절되는,
    풍력 터빈의 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    각각의 원하는 블레이드 각도는 상기 요 각속도 또는 상기 가이드 변수에 일차종속인(linearly dependent),
    풍력 터빈의 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 원하는 블레이드 각도 각각은 복수의 피가수(summand)의 총합에 의해 형성되며, 상기 피가수 중 하나는 상기 요 각속도 또는 상기 가이드 변수에 종속하는(dependent),
    풍력 터빈의 제어 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 로터 블레이드는, 또한 바람에 의해 상기 로터상으로 전달되는 파워에 따라, 상기 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 회전되고,
    상기 피가수 중 다른 하나는 상기 파워에 종속하는,
    풍력 터빈의 제어 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    각각의 로터 블레이드는, 또한 수직하게 정렬된 직선에 대해 각각의 블레이드 축선이 둘러싸는 회전 각도에 따라, 상기 각각의 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 회전되고,
    상기 요 각속도 또는 상기 가이드 변수에 종속하는 상기 하나의 피가수는 각각의 로터 블레이드의 회전 각도에 따라 주기적으로 변화하는,
    풍력 터빈의 제어 방법.
  12. 풍력 터빈으로서,
    바람에 의해 구동될 수 있으며 수평하게 정렬된 로터 축선을 중심으로 회전하고, 상기 로터 축선을 가로질러 연장하는 블레이드 축선의 방향으로 그 각각이 연장하는 복수의 로터 블레이드를 포함하는, 로터;
    상기 로터를 수직하게 정렬된 요 축선을 중심으로 요 각속도로 회전될 수 있게 하는 요 각도 조정 드라이브로서, 상기 요 축선을 중심으로 한 상기 로터의 회전에 기인하여 상기 로터 블레이드 상에 회전운동 부하가 발생하는, 요 각도 조정 드라이브;
    상기 로터 블레이드 각각이 상기 로터 블레이드의 각각의 블레이드 축선을 중심으로 회전될 수 있게 하는, 복수의 블레이드 각도 조정 드라이브; 및
    상기 요 각도 조정 드라이브 및 상기 블레이드 각도 조정 드라이브를 포함하는 제어 수단으로서, 상기 요 각속도 또는 상기 요 각속도에 대한 설정값인 가이드 변수에 따라 상기 로터 블레이드의 각각의 블레이드 축선을 중심으로 한 상기 로터 블레이드의 회전에 기인하여 상기 제어 수단에 의해 상기 로터 블레이드 상의 회전운동 부하가 감소될 수 있는, 제어 수단;을 포함하며,
    상기 제어 수단은,
    요 조정 작업 동안 이루어지는 블레이드 각도 조정과 관련된 상태 정보를 수신 및 감시하도록 구성되며, 만약 상기 상태 정보가 현재의 블레이드 각도 변화율(rate of change) 및 블레이드 각도 레이트의 설정값의 차이가 소정의 임계값을 초과한다고 표시하면, 상기 요 조정 작업을 중단시키도록 구성되는, 제어 유닛을 추가로 포함하는,
    풍력 터빈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 요 각속도는 상기 가이드 변수에 따라 상기 제어 수단에 의해 제어 또는 조절될 수 있는,
    풍력 터빈.
  14. 제 12 항에 있어서,
    각각의 로터 블레이드는, 또한 수직하게 정렬된 직선에 대해 각각의 로터 블레이드 축선이 둘러싸는 회전 각도에 따라, 상기 제어 수단에 의해 각각의 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 회전될 수 있으며, 상기 제어 수단은 하나 또는 복수의 상기 로터 블레이드에 대한 회전 각도를 검출할 수 있는 회전 각도 검출 수단을 추가로 포함하는,
    풍력 터빈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    각각의 로터 블레이드는, 각각의 회전 각도와 동일한 또는 각각의 회전 각도의 총합과 동일한 각도의 사인 또는 코사인 및 상기 각각의 로터 블레이드의 위상 시프트에 따라, 상기 각각의 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 회전되는,
    풍력 터빈.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 바람에 의해 상기 로터 상에 전달되는 파워를 결정할 수 있는 파워 검출 수단을 추가로 포함하고, 상기 로터 블레이드가 또한 상기 파워에 따라 상기 제어 수단에 의해 상기 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 회전될 수 있게 하는,
    풍력 터빈.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 요 각속도를 검출 또는 결정할 수 있는 요 레이트 검출 수단(yaw rate detection means)을 추가로 포함하는,
    풍력 터빈.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 한 상기 로터 블레이드의 회전은 각각의 경우에 블레이드 각도로 표현될 수 있고, 상기 요 각속도 또는 상기 가이드 변수에 종속하는(dependent) 원하는 블레이드 각도는 각각의 로터 블레이드에 대하여 상기 제어 수단에 의해 결정될 수 있으며, 각각의 로터 블레이드의 상기 블레이드 각도는 각각의 원하는 블레이드 각도에 따라 상기 제어 수단에 의해 제어 또는 조절될 수 있는,
    풍력 터빈.
  19. 제 18 항에 있어서,
    각각의 로터 블레이드는, 또한 수직하게 정렬된 직선에 대해 각각의 로터 블레이드 축선이 둘러싸는 회전 각도에 따라, 상기 제어 수단에 의해 각각의 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 회전될 수 있으며, 상기 제어 수단은 하나 또는 복수의 상기 로터 블레이드에 대한 회전 각도를 검출할 수 있는 회전 각도 검출 수단을 추가로 포함하고,
    상기 원하는 블레이드 각도 각각은, 풍력 터빈 운전에 관련된 다른 변수들(different variables)을 형성하는, 복수의 피가수의 총합에 의해 형성되고, 상기 복수의 피가수 중 하나는 상기 요 각속도 또는 상기 가이드 변수에 종속하며 상기 각각의 로터 블레이드의 회전 각도에 따라 주기적으로 변화하는,
    풍력 터빈.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 바람에 의해 상기 로터 상에 전달되는 파워를 감지하기 위한 파워 검출 수단을 추가로 포함하고, 상기 로터 블레이드가 또한 상기 파워에 따라 상기 제어 수단에 의해 상기 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 회전될 수 있게 하고,
    상기 복수의 피가수 중 다른 하나는 상기 파워에 종속하는,
    풍력 터빈.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 요 각속도 또는 상기 가이드 변수에 종속하는, 상기 복수의 피가수 중의 하나의 피가수는 상기 로터의 회전 속도에 따라 변하는,
    풍력 터빈.
  22. 제 12 항에 있어서,
    타워, 상기 타워에 상기 요 축선을 중심으로 회전할 수 있게 장착되는 기계 프레임, 및 상기 기계 프레임에 상기 로터 축선을 중심으로 회전할 수 있게 장착되며, 상기 로터 블레이드가 장착되는 상기 로터의 허브에 회전 가능하게 결합되는 로터 축(rotor shaft)을 추가로 포함하며, 이에 따라 상기 로터 블레이드의 블레이드 축선을 중심으로 상기 로터 블레이드가 회전할 수 있고, 상기 기계 프레임에 부착된 발전기가 상기 로터 축에 연결되며 상기 로터에 의해 구동될 수 있는,
    풍력 터빈.
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