KR101655175B1 - 풍력 발전기의 요 구동 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

풍력 발전기의 요 구동 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

풍력 발전기의 요 구동 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 풍력 발전기에 마련된 나셀을 바람이 불어오는 방향을 향해 회전시켜 요 구동하는 요 구동부, 나셀의 회전각도와 풍향 및 풍속을 감지하는 감지부 및 상기 감지부에서 감지된 나셀의 회전각도와 풍력 발전기로 불어오는 바람의 풍향 및 풍속에 기초해서 상기 요 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 나셀의 회전각도를 감지해서 감지된 회전각도만큼 나셀을 반대방향으로 회전시키는 풀림 제어 동작을 통해 케이블의 꼬임을 방지하고, 바람의 풍속에 따라 풀림 제어 동작의 속도를 조절해서 풀림 제어 동작 시간을 단축할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

풍력 발전기의 요 구동 제어장치 및 제어방법{CONTROL APPARATUS AND METHOD FOR YAW DRIVE OF WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력 발전기의 요 구동 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전기의 요 구동시 케이블의 꼬임을 방지하도록 풀림 제어 동작하는 풍력 발전기의 요 구동 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
풍력 발전은 공기 유동이 갖는 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시킨 후, 다시 전기에너지를 생산하는 기술로서, 자연에 존재하는 바람을 에너지원으로 이용하므로 비용이 들지 않으면서도 친환경적인 에너지로 점차 사용 범위가 증가하고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 풍력 발전기의 사시도이다.
풍력 발전기(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 증속기, 발전기 등을 포함하는 발전장치 및 제어장치를 포함하는 나셀(nacelle)(2), 지면에 세워지는 고층의 구조물로서 상단에 나셀(2)이 설치되는 타워(tower)(3), 복수의 블레이드(blade)(5)와 블레이드(5)가 결합되는 허브(hub, 6)로 구성되는 로터(rotor)(4)를 포함한다.
로터(4)를 회동 지지하는 나셀(2)은 타워(3) 상단에 회전 가능하게 설치되고, 로터(4)의 회전력이 주축을 거쳐 발전기에 이르러 전기 에너지를 발생시킨다.
이와 같이 구성되는 풍력 발전기(1)는 항상 최대의 전기 에너지를 생산하기 위해, 바람의 방향이 바뀔 때마다 블레이드(5)가 바람을 정면으로 맞이하도록 해야 한다.
이를 위해, 풍력 발전기(1)는 로터(4)를 바람이 불어오는 방향에 위치하도록 나셀(2)을 회전시키는 요(yaw) 구동한다.
만약, 로터(4))가 바람을 마주 볼 수 있도록 정렬되지 않으며, 풍력 발전기(1)에는 요 에러(yaw error)가 발생하게 된다.
요 에러(yaw error)는 로터(4)에 적은 양의 풍력 에너지가 전달됨에 따라, 풍력 발전기(1)의 에너지 효율을 대폭 감소시키기 때문에, 로터(4)에 풍력 에너지가 효율적으로 전달되도록 요 에러를 방지해야 한다.
따라서, 로터(4)에 풍력이 효율적으로 전달되도록 하기 위해, 항상 바람의 방향이 로터(4)를 향하도록 나셀(2)의 방향을 제어하는 요 구동 제어(yaw drive control)를 하여야 한다.
한편, 종래기술에 따른 풍력 발전기(1)는 풍향과 나셀(2)의 방향의 차이에 따라 나셀이 바람이 부는 방향을 따라 움직이도록 요 구동 제어(yaw drive control)를 하는데, 나셀(2)이 한 방향으로 지속적으로 움직이게 되면 특정 방향으로의 계속적 회전이 이루어져 풍력 발전기(1)에 설치된 각종의 케이블이 꼬이는 문제점이 있었다.
이와 같이 꼬인 케이블은 한계에 다다를 경우 절단되는 사고가 발생할 수 있어, 어느 정도의 꼬임이 발생하면 발전을 중지하고 나셀(2)을 반대로 회전시켜 꼬인 케이블을 풀어주어야 한다.
이와 같이, 꼬인 케이블을 풀기 위한 발전 시스템의 잦은 중지하는 경우, 전력 생산량이 감소되고, 잦은 중지 및 재가동에 불필요한 에너지가 낭비되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등에 케이블의 꼬임을 방지하는 요 구동 제어방법 기술을 개시하여 특허 출원한 바 있다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2013-0023908호(2013년 3월 8일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2013-0074262호(2013년 7월 4일 공개)
그러나 종래기술에 따른 풍력 발전기는 한 방향으로 미리 설정된 각도, 예컨대 약 720도 이상 케이블의 꼬임이 발생한 경우, 미리 설정된 속도, 예컨대 초당 약 0.3°의 매우 느린 속도로 꼬인 케이블의 반대 방향으로 나셀을 회전시켜 케이블 풀림 제어를 수행한다.
이로 인해, 꼬인 케이블을 푸는데 약 30 내지 40분 이상의 시간이 소요된다.
이와 같은 저속의 케이블 풀림 제어 동작으로 인해, 풀림 제어 동작을 수행하는 동안 풍력 발전기의 출력 운전을 하지 못함에 따라, 전력 생산량이 감소하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 바람의 방향 변화에 따라 요 구동해서 나셀을 바람이 불어오는 방향에 위치하도록 제어하여 요 에러를 방지하고 요 구동시 케이블의 꼬임을 방지할 수 있는 풍력 발전기의 요 구동 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 케이블 풀림 제어시 동작 속도를 최적화하여 전력 생산량을 향상시킬 수 있는 풍력 발전기의 요 구동 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 요 구동 제어장치는 풍력 발전기에 마련된 나셀을 바람이 불어오는 방향을 향해 회전시켜 요 구동하는 요 구동부, 나셀의 회전각도와 풍향 및 풍속을 감지하는 감지부 및 상기 감지부에서 감지된 나셀의 회전각도와 풍력 발전기로 불어오는 바람의 풍향 및 풍속에 기초해서 상기 요 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 꼬인 케이블을 푸는 풀림 제어 동작시 상기 감지부에서 감지된 풍속에 기초해서 상기 풀림 제어 동작을 미리 설정된 복수의 동작속도 중에서 어느 하나의 속도로 동작시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 요 구동부는 구동력을 발생하는 요 모터 및 타워에 회전 가능하게 설치된 외주면 기어와 맞물리고 상기 요 모터에서 발생한 구동력에 의해 회전하는 요 피니언 기어를 포함하고, 상기 제어부는 바람이 불어오는 방향을 향해 나셀을 회전시켜 요 구동하고, 상기 감지부에서 감지된 풍속이 미리 설정된 최소풍속 미만인 경우 또는 나셀의 회전각도가 미리 설정된 기준각도를 초과하면, 나셀을 케이블이 꼬인 방향과 반대 방향으로 회전시켜 케이블을 푸는 풀림 제어 동작을 수행하도록 상기 요 구동부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 감지부는 나셀의 회전각도를 감지하는 제1 감지유닛 및 풍력 발전기로 불어오는 풍향 및 풍속을 감지하는 제2 감지유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 감지유닛은 타워에 회전 가능하게 설치된 외주면 기어의 회전각도를 감지해서 나셀의 회전각도를 직접 측정하거나, 상기 요 구동부에 마련된 요 모터의 회전각도를 감지해서 나셀의 회전각도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 제1 감지유닛에서 감지된 나셀의 회전각도와 기준각도를 비교하는 각도 비교부, 상기 제2 감지유닛에서 감지된 풍속과 기준풍속을 비교하는 풍속 비교부 및 상기 기준각도와 기준풍속을 저장하는 저장부를 포함하고, 케이블 풀림 제어 동작시 상기 감지부에서 감지된 풍속이 상기 기준풍속을 초과하면 저속 모드로 설정된 제1 속도에 따라 나셀을 회전시키도록 제어하며, 감지된 풍속이 상기 기준풍속 이하이면 상기 제1 속도보다 빠른 속도로 설정된 제2 속도에 따라 고속모드로 나셀을 회전시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준풍속은 미리 설정된 시간 동안의 평균 풍속으로 설정되고, 상기 기준각도는 케이블의 꼬임에 의한 손상이나 절단 사고를 방지하도록 미리 설정되는 각도인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 요 구동 제어방법은 (a) 풍력 발전기로 불어오는 바람의 풍향 및 풍속과 풍력 발전기에 마련된 나셀의 회전각도를 감지하는 단계, (b) 상기 (a)단계에서 감지된 풍향에 기초해서 나셀을 회전시켜 요 구동하는 단계, (c) 상기 나셀의 회전각도와 풍력 발전기에 마련된 케이블의 꼬임을 방지하도록 미리 설정된 기준각도를 비교하는 단계 및 (d) 상기 (c)단계의 비교결과에 기초해서 상기 케이블의 꼬임을 푸는 풀림 제어 동작을 수행하는 단계를 포함하고, 상기 (d)단계는 케이블 풀림 제어 동작시 상기 (a)단계에서 감지된 풍속에 기초해서 나셀을 미리 설정된 복수의 동작속도 중에서 어느 하나의 속도로 회전시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 (e) 케이블 풀림 제어 동작이 완료되면 상기 (a)단계에서 감지된 풍향에 따라 나셀을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계는 (d1) 상기 (a)단계에서 감지된 풍속이 미리 설정된 기준풍속을 초과하면 저속 모드로 설정된 제1 속도에 따라 나셀을 회전시키도록 제어하는 단계 및 (d2) 감지된 풍속이 상기 기준풍속 이하이면 상기 제1 속도보다 빠른 속도로 설정된 제2 속도에 따라 나셀을 고속모드로 회전시키도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기준풍속은 미리 설정된 시간 동안의 평균 풍속으로 설정되고, 상기 기준각도는 케이블의 꼬임에 의한 손상이나 절단 사고를 방지하도록 미리 설정되는 각도인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 요 구동 제어장치 및 제어방법에 의하면, 나셀의 회전각도를 감지해서 감지된 회전각도만큼 나셀을 반대방향으로 회전시키는 풀림 제어 동작을 통해 케이블의 꼬임을 방지하고, 바람의 풍속에 따라 풀림 제어 동작의 속도를 조절할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 케이블 풀림 제어 동작에 소요되는 시간을 단축해서 전력 생산량의 감소를 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 케이블 풀림 제어 동작이 완료되면 바람이 불어오는 방향으로 로터를 대기시켜 발전 설비를 재가동하는 경우 빠르게 정격 발전량에 도달하게 함으로써, 발전 중단 회복 시간을 단축할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 종래기술에 따른 풍력 발전기의 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기의 요 구동 제어장치의 블록 구성도,
도 3은 요 구동부와 감지부의 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기의 요 구동 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기의 요 구동 제어장치 및 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서는 도 1에 도시된 풍력 발전기의 구성을 원용해서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기의 요 구동 제어장치의 블록 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기는 도 2에 도시된 바와 같이, 나셀(2)을 바람이 불어오는 방향을 향해 회전시켜 요 구동하는 요 구동부(20), 나셀(2)의 회전각도와 풍향 및 풍속을 감지하는 감지부(30) 및 감지부(30)에서 감지된 나셀(2)의 회전각도와 풍력 발전기(1)로 불어오는 바람의 풍향 및 풍속에 기초해서 요 구동부(20)의 구동을 제어하는 제어부(40)를 포함한다.
도 3은 요 구동부와 감지부의 구성도이다.
요 구동부(20)는 제어부(40)의 제어신호에 따라 바람이 불어오는 방향을 향해 나셀(2)을 회전시켜 요 구동하고, 풍속이 풍력 발전기(1)의 운전에 필요한 최소한의 풍속으로 설정된 최소 풍속 미만인 경우 나셀(2)을 케이블이 꼬인 방향과 반대 방향으로 회전시켜 케이블을 푸는 풀림 제어 동작을 수행한다.
이를 위해, 요 구동부(20)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 구동력을 발생하는 요 모터(21) 및 타워(3)에 설치된 외주면 기어(11)와 맞물리고 요 모터(21)에서 발생한 구동력에 의해 회전하는 요 피니언 기어(22)를 포함할 수 있다.
여기서, 외주면 기어(11)는 풍력 발전기(1)의 모델에 따라 내주면 기어로 변경될 수 있다.
상기 케이블은 풍력 발전기(1)의 발전기에서 발생한 전원을 풍력 발전기(1)에 마련된 각 장치로 공급하는 전원선, 제어부(40)와 관제실(관제실) 및 타 장치 사이에서 신호를 송수신하는 통신선과 신호선 등을 포함할 수 있다.
이러한 케이블은 나셀(2)의 요 구동시 일측 방향으로만 지속적으로 회전하면, 꼬임에 의해 손상될 수 있고, 심한 경우에는 절단될 수도 있다.
따라서, 본 발명은 케이블의 꼬임에 의한 손상이나 절단 사고를 방지하기 위해, 나셀(2)의 회전각도에 따라 케이블 풀림 제어 동작을 수행하도록 제어한다.
즉, 나셀(2)의 회전에 의해 케이블의 꼬임이 발생함에 따라, 나셀(2)의 회전각도는 나셀(2)의 기본 방위각과 케이블의 꼬임 각도를 포함한다.
감지부(30)는 나셀(2)의 회전각도를 감지하는 제1 감지유닛(31) 및 풍력 발전기(1)로 불어오는 풍향 및 풍속을 감지하는 제2 감지유닛(32)을 포함할 수 있다.
제1 감지유닛(31)은 나셀(2)의 회전각도를 직접 측정하거나, 요 모터(21)의 회전각도를 감지해서 나셀(2)의 회전각도를 측정할 수 있다.
이를 위해, 제1 감지유닛(31)은 도 3에 도시된 바와 같이 타워(3)에 설치되어 외주면 기어(11)의 회전각도를 감지하거나, 요 모터(21)에 설치되어 요 모터(21)의 회전각도를 감지하는 각도감지센서를 포함할 수 있다.
제2 감지유닛(32)은 풍력 발전기(1)로 불어오는 바람의 풍향 및 풍속을 측정하는 풍향 및 풍속감지센서를 포함할 수 있다.
상기 풍향 및 풍속감지센서는 타워(3)나 나셀(2)에 설치되거나, 풍력 발전기(1)와 분리되어 별도의 위치에 설치될 수도 있다.
감지부(30)는 제1 및 제2 감지유닛(31,32)에서 각각 감지된 각도감지신호와 풍향 및 풍속 감지신호를 제어부(40)로 전송한다.
제어부(40)는 풍력 발전기(1)의 운전을 제어하는 메인 제어유닛(main control unit)으로 마련되거나, 상기 메인 제어유닛과 통신 가능하게 연결되고 나셀(2)의 요 구동만을 제어하는 별도의 컨트롤러로 마련될 수 있다.
제어부(40)는 제1 감지유닛(31)에서 감지된 나셀(2)의 회전각도를 미리 설정된 기준각도와 비교해서 케이블 풀림 제어 동작의 수행 여부를 판단한다.
예를 들어, 상기 기준각도는 바람의 방향을 따른 요 구동 제어에 의해 나셀(2)이 한 방향으로만 회전하는 경우, 케이블의 꼬임을 방지하기 위해 풀림 제어 동작을 수행하도록 미리 설정되는 각도로서, 본 실시 예에서는 약 720°로 설정될 수 있다.
물론, 상기 기준각도는 케이블을 안전하게 보호하기 위해서 풍력 발전기가 설치되는 위치의 풍향 및 풍속 변화에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
만약, 제1 감지유닛(31)에서 감지된 나셀(1)의 회전각도가 기준각도 이하인 경우, 제어부(40)는 제2 감지유닛(32)에서 감지된 바람의 풍향 및 풍속에 따라 풍력 발전기(1)의 발전 운전 여부를 판단하고, 발전 운전시에는 바람이 불어오는 방향을 향해 나셀(2)을 회전시키도록 요 구동을 제어한다.
그리고 제어부(40)는 케이플 풀림 제어 동작시 풍력 발전기(1)의 발전 운전을 중지시키고, 제2 감지유닛(32)에서 감지된 풍속에 따라 케이블 풀림 제어 동작의 동작속도를 변경해서 선택적으로 제어할 수 있다.
즉, 제어부(40)는 풀림 제어 동작시 제2 감지유닛(32)에서 감지된 풍속을 미리 설정된 기준풍속과 비교해서 풀림 제어 동작을 고속 모드 또는 저속 모드에 따라 동작하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 기준풍속은 고속 모드와 저속 모드 중에서 어느 하나를 선택하기 위해 미리 설정되는 평균 풍속으로서, 본 실시 예에서는 미리 설정된 시간, 예컨대 약 10분 동안의 평균 풍속이 약 6m/s인 경우를 기준풍속으로 설정할 수 있다.
상기 저속 모드는 풍력 발전기(1)에 불어오는 바람이 기준풍속을 초과하는 경우, 바람에 의한 풍력 발전기(1)의 손상을 방지하기 위해, 나셀(2)을 미리 설정된 제1 속도, 예컨대 초당 약 0.3°의 속도로 회전 동작시킬 수 있다.
상기 고속 모드는 풍력 발전기(1)의 케이블 풀림 제어 동작 시간을 단축하기 위해, 나셀(2)을 상기 제1 속도보다 빠르게 미리 설정된 제2 속도, 예컨대 초당 약 1°의 속도로 회전 동작시킬 수 있다.
이를 위해, 제어부(40)는 제1 감지유닛(41)에서 감지된 나셀(2)의 회전각도와 기준각도를 비교하는 각도 비교부(41), 제2 감지유닛(32)에서 감지된 풍속과 기준풍속을 비교하는 풍속 비교부(42) 및 기준각도와 기준풍속을 저장하는 저장부(43)를 포함할 수 있다.
이에 따라, 제어부(40)는 케이블 풀림 제어 동작시 풍력 발전기(1)에 불어오는 바람의 풍속이 기준풍속을 초과하면 저속 모드로 설정된 제1 속도에 따라 나셀(2)을 회전시키도록 제어하고, 바람의 풍속이 기준속도 이하이면 고속 모드로 설정된 제2 속도에 따라 나셀(2)을 회전시키도록 제어할 수 있다.
다음, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기의 요 구동 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 발전기의 요 구동 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 4의 S10단계에서 제어부(40)는 감지부(30)의 제2 감지유닛(32)에서 감지된 바람의 풍향과 풍속에 따라 풍력 발전기(1)의 발전 운전 여부를 판단하고, 나셀(2)이 바람이 불어오는 바람을 향하도록 요 구동을 제어한다.
즉, 제어부(40)는 제2 감지유닛(32)에서 감지된 풍속이 풍력 발전기(1)의 발전 운전에 필요한 최소한의 풍속으로 미리 설정되는 최소 풍속 미만이면, 풍력 발전기(1)의 발전 운전을 중지하도록 제어한다.
그리고 제어부(40)는 제2 감지유닛(32)에서 감지된 풍속이 풍력 발전기(1)의 발전 운전에 필요한 최소풍속 이상이면, 발전 운전하기 위해 풍력 발전기(1)를 가동하도록 제어한다.
이때, 제어부(40)는 바람의 방향 변화에 따라 나셀(2)을 회전시키는 요 구동 제어를 수행한다.
이와 같이 요 구동 제어를 수행하는 과정에서 제1 감지유닛(31)은 나셀(2)의 회전각도를 감지한다.
S12단계에서 제어부(40)는 제1 감지유닛(31)에 의해 감지된 나셀(2)의 회전각도가 미리 설정된 기준각도를 초과하는지 여부를 검사한다.
만약, S12단계의 검사결과 나셀(2)의 회전각도가 기준각도 이하이면, 제어부(40)는 S10단계로 진행해서 풍력 발전기(1)의 발전 운전 및 요 구동 제어를 수행한다.
반면, S12단계의 검사결과 나셀(2)의 회전각도가 기준각도를 초과하면, 제어부(40)는 풍력 발전기(1)의 운전을 중지시키고(S14), 꼬인 케이블을 풀기 위해 풀림 제어 동작을 수행하도록 제어한다.
이때, 제2 감지유닛(32)은 지속적으로 바람의 풍향 및 풍속을 감지한다(S16).
그러면, S18단계에서 제어부(40)는 제2 감지유닛(32)에서 감지된 풍속이 약 10분 동안 평균풍속 6m/s로 설정된 기준풍속을 초과하는지 여부를 검사한다.
만약, S18단계의 검사결과 감지된 풍속이 기준풍속을 초과하는 경우, 제어부(40)는 미리 설정된 제1 속도, 즉 초당 약 0.3°의 속도로 회전시키는 저속 모드로 풀림 제어 동작을 수행하도록 요 구동부(20)에 마련된 요 모터(21)의 구동을 제어한다(S20).
반면, S18단계의 검사결과 감지된 풍속이 기준풍속 이하이면, 제어부(40)는 케이블 풀림 동작 시간을 단축하기 위해, 상기 제1 속도보다 빠르게 설정된 제2 속도, 즉 초당 약 1°의 속도로 회전시키는 고속 모드로 풀림 제어 동작을 수행하도록 요 모터(21)의 구동을 제어한다(S22).
여기서, S20단계 또는 S22단계의 저속 또는 고속 모드 풀림 제어를 수행하는 과정에서, 제1 감지유닛(31)은 나셀(2)의 회전각도를 지속적으로 측정한다.
그래서 제어부(40)는 케이블 풀림 제어 동작에 의해 나셀(2)의 회전각도가 미리 설정된 초기기준각도, 예컨대 0°가 되어 풀림 제어 동작이 완료되었는지 여부를 검사한다(S24).
여기서, 상기 초기기준각도는 약 2°이하로 설정될 수도 있다.
또는, 제어부(40)는 케이블 풀림 제어 동작에 의해 케이블 풀림을 수행하고, 나셀(2)의 회전각도가 터빈 운전을 위해 미리 설정되는 초기운전각도 이하가 되어 풀림 제어 동작이 완료되었는지 여부를 검사할 수도 있다.
예를 들어, 상기 초기운전각도는 10분 동안의 평균 풍향 오차 7°로 설정될 수 있다.
S24단계의 검사결과 풀림 제어 동작이 미완료된 상태이면, 제어부(40)는 S16단계 내지 S24단계를 반복 수행하도록 제어할 수 있다.
반면, S24단계의 검사결과 풀림 제어 동작이 완료되면, 제어부(40)는 풍력 발전기(1)에 마련된 각 장치를 초기화하고, 발전 운전을 재시작하기 위해 풍력 발전기(1)를 재가동하도록 제어한다(S26).
이때, 제어부(40)는 풀림 제어 동작이 완료되면, S16단계에서 제2 감지유닛(32)에 의해 감지된 풍향에 따라 나셀(2)을 회전시켜 나셀(2)이 바람이 풀어오는 방향을 향하도록 회전시킨 상태에서 대기하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 발전 설비를 재가동하는 경우 빠르게 정격 발전량에 도달하게 해서 발전 중단 회복 시간을 단축할 수 있다.
이어서, 제어부(40)는 S10단계로 진행해서 풍력 발전기(1)의 발전 운전 및 요 구동 제어를 지속적으로 수행한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 나셀의 회전각도를 감지해서 감지된 회전각도만큼 나셀을 반대방향으로 회전시키는 풀림 제어 동작을 통해 케이블의 꼬임을 방지하고, 바람의 풍속에 따라 풀림 제어 동작의 속도를 조절할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 케이블 풀림 제어 동작에 소요되는 시간을 단축해서 전력 생산량의 감소를 최소화할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상기의 실시 예에서는 바람의 풍속과 무관하게 나셀의 회전각도가 미리 설정된 기준각도를 초과하면 케이블 풀림 제어 동작을 수행하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 바람의 풍속이 풍력 발전기의 발전 운전에 필요한 최소한의 풍속 미만인 경우에만, 케이블 풀림 제어 동작을 수행하도록 변경될 수도 있다.
또한, 본 발명은 바람의 풍속에 따라 나셀의 회전속도를 고속 모드 또는 저속모드로 제어하는 것으로 설명하였으나, 나셀의 회전속도를 다수의 단계로 구분해서 미리 설정된 복수의 기준풍속에 따라 나셀의 회전속도를 구분된 각 단계별 속도로 회전시키도록 변경될 수도 있다.
본 발명은 나셀의 회전각도를 감지해서 감지된 회전각도만큼 나셀을 반대방향으로 회전시키는 풀림 제어 동작을 통해 케이블의 꼬임을 방지하고, 바람의 풍속에 따라 풀림 제어 동작의 속도를 조절해서 풀림 제어 동작 시간을 단축하는 기술에 적용된다.
1: 풍력 발전기 2: 나셀
3: 타워 4: 로터
5: 블레이드 6: 허브
10: 요 구동 제어장치 11: 외주면 기어
20: 요 구동부 21: 요 모터
22: 요 피니언 기어 30: 감지부
31: 제1 감지유닛 32: 제2 감지유닛
40: 제어부 41: 각도 비교부
42: 풍속 비교부 43: 저장부

Claims (10)

  1. 풍력 발전기에 마련된 나셀을 바람이 불어오는 방향을 향해 회전시켜 요 구동하는 요 구동부,
    나셀의 회전각도와 풍향 및 풍속을 감지하는 감지부 및
    상기 감지부에서 감지된 나셀의 회전각도와 풍력 발전기로 불어오는 바람의 풍향 및 풍속에 기초해서 상기 요 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 감지부는 나셀의 회전각도를 감지하는 제1 감지유닛 및
    풍력 발전기로 불어오는 풍향 및 풍속을 감지하는 제2 감지유닛을 포함하며,
    상기 제어부는 상기 제1 감지유닛에서 감지된 나셀의 회전각도와 기준각도를 비교하는 각도 비교부,
    상기 제2 감지유닛에서 감지된 풍속과 기준풍속을 비교하는 풍속 비교부 및
    상기 기준각도와 기준풍속을 저장하는 저장부를 포함하고,
    꼬인 케이블을 푸는 풀림 제어 동작시 상기 감지부에서 감지된 풍속이 상기 기준풍속을 초과하면 저속 모드로 설정된 제1 속도에 따라 나셀을 회전시키도록 제어하며,
    감지된 풍속이 상기 기준풍속 이하이면 상기 제1 속도보다 빠른 속도로 설정된 제2 속도에 따라 고속모드로 나셀을 회전시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 구동 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 요 구동부는
    구동력을 발생하는 요 모터 및
    타워에 회전 가능하게 설치된 외주면 기어와 맞물리고 상기 요 모터에서 발생한 구동력에 의해 회전하는 요 피니언 기어를 포함하고,
    상기 제어부는 바람이 불어오는 방향을 향해 나셀을 회전시켜 요 구동하고, 상기 감지부에서 감지된 풍속이 미리 설정된 최소풍속 미만인 경우 또는 나셀의 회전각도가 미리 설정된 기준각도를 초과하면, 풍력 발전기의 운전을 중지하고, 나셀을 케이블이 꼬인 방향과 반대 방향으로 회전시켜 케이블을 푸는 풀림 제어 동작을 수행하도록 상기 요 구동부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 구동 제어장치.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 감지유닛은
    타워에 회전 가능하게 설치된 외주면 기어의 회전각도를 감지해서 나셀의 회전각도를 직접 측정하거나,
    상기 요 구동부에 마련된 요 모터의 회전각도를 감지해서 나셀의 회전각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 구동 제어장치.
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기준풍속은 미리 설정된 시간 동안의 평균 풍속으로 설정되고,
    상기 기준각도는 케이블의 꼬임에 의한 손상이나 절단 사고를 방지하도록 미리 설정되는 각도인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 구동 제어장치.
  7. (a) 감지부에 마련된 제1 및 제2 감지유닛을 이용해서 풍력 발전기에 마련된 나셀의 회전각도와 풍력 발전기로 불어오는 바람의 풍향 및 풍속을 감지하는 단계,
    (b) 상기 (a)단계에서 감지된 풍향에 기초해서 나셀을 회전시켜 요 구동하는 단계,
    (c) 상기 나셀의 회전각도와 풍력 발전기에 마련된 케이블의 꼬임을 방지하도록 미리 설정된 기준각도를 비교하는 단계 및
    (d) 상기 (c)단계의 비교결과에 기초해서 상기 케이블의 꼬임을 푸는 풀림 제어 동작을 수행하는 단계를 포함하고,
    상기 (d)단계는 (d1) 상기 (a)단계에서 상기 제2 감지유닛에서 감지된 풍속이 미리 설정된 기준풍속을 초과하면 저속 모드로 설정된 제1 속도에 따라 나셀을 회전시키도록 제어하는 단계 및
    (d2) 감지된 풍속이 상기 기준풍속 이하이면 상기 제1 속도보다 빠른 속도로 설정된 제2 속도에 따라 나셀을 고속모드로 회전시키도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 구동 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    (e) 케이블 풀림 제어 동작이 완료되면 상기 (a)단계에서 감지된 풍향에 따라 나셀을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 구동 제어방법.
  9. 삭제
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 기준풍속은 미리 설정된 시간 동안의 평균 풍속으로 설정되고,
    상기 기준각도는 케이블의 꼬임에 의한 손상이나 절단 사고를 방지하도록 미리 설정되는 각도인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 구동 제어방법.
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