KR101656478B1 - Wind turbine generator - Google Patents

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KR101656478B1 KR1020140128044A KR20140128044A KR101656478B1 KR 101656478 B1 KR101656478 B1 KR 101656478B1 KR 1020140128044 A KR1020140128044 A KR 1020140128044A KR 20140128044 A KR20140128044 A KR 20140128044A KR 101656478 B1 KR101656478 B1 KR 101656478B1
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박어진
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Abstract

풍력발전기 및 풍력발전기의 제어방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기는, 블레이드, 나셀 및 타워를 포함하는 풍력발전기에 있어서, 상기 블레이드에 설치되는 압력센서; 블레이드 회전면이 바람에 대향되도록 상기 나셀을 회전시키는 요잉각 조절유닛; 및 상기 압력센서로부터, 상기 블레이드 회전면의 방위각에 따른 압력분포를 수신하여 상기 블레이드 회전면이 바람에 대향되도록 상기 요잉각 조절유닛을 제어하는 제1 제어부를 포함한다.A control method of a wind power generator and a wind power generator is disclosed. According to an embodiment of the present invention, there is provided a wind turbine including a blade, a nacelle and a tower, the wind turbine comprising: a pressure sensor installed on the blade; A yaw angle adjusting unit for rotating the nacelle so that the blade rotating surface is opposed to the wind; And a first control unit for receiving a pressure distribution according to an azimuth angle of the blade rotation surface from the pressure sensor and controlling the yaw angle control unit so that the blade rotation surface is opposed to the wind.

Description

풍력발전기{WIND TURBINE GENERATOR}WIND TURBINE GENERATOR

본 발명은, 풍력발전기 및 풍력발전기의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블레이드의 회전영역인 블레이드 회전면을 바람에 대향되게 회전시키는 풍력발전기 및 풍력발전기의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generator and a control method of the wind power generator, and more particularly, to a wind power generator and a control method of the wind power generator that rotate the blade rotation surface, which is the rotation area of the blade, against the wind.

일반적으로, 전기를 생산하기 위한 대표적인 발전 형태로는 화석연료를 에너지원으로 하는 화력발전 및 핵분열을 이용하는 원자력발전을 들 수 있다.Generally, typical types of power generation for generating electricity include thermal power generation using fossil fuel as an energy source and nuclear power generation using nuclear power.

그러나, 화력발전은 화석연료의 연소에 의해 발생하는 에너지를 이용함에 따른 공해유발의 문제와 함께 막대한 건설비가 요구되는 문제점이 있다.However, thermal power generation has a problem of causing pollution due to utilization of the energy generated by the combustion of fossil fuel and a huge construction cost.

그리고, 원자력발전은 많은 양의 전기를 생산하는데 유리하지만 방사선 누출을 차단하기 위한 막대한 시설비가 요구됨은 물론 방사선 누출의 위험성 때문에 지역주민들의 강한 반발이 예상되며, 나아가 폐기물처리도 쉽지 않으며, 사소한 사고라할지라도 심각한 환경파괴를 초래할 수 있는 위험이 항상 존재하는 등 다양한 문제점이 있다.In addition, nuclear power generation is advantageous in producing a large amount of electricity, but an enormous facility cost is required to prevent radiation leakage, and a strong rebound of local residents is expected due to the risk of radiation leakage. Furthermore, There is always a risk of causing severe environmental destruction.

이에, 화력이나 원자력 발전으로 인한 공해문제로부터 자유롭고 고갈될 염려없는 영구적인 에너지원으로서 풍력, 조력, 수력, 태양열 등과 같은 자연 에너지를 에너지원으로 활용하려는 연구들이 활발하게 진행되고 있다.Therefore, researches are actively conducted to utilize natural energy such as wind power, tidal power, hydroelectric power, and solar energy as an energy source as a permanent energy source free from exhaustion problems due to firepower or nuclear power generation.

특히, 자연 에너지를 이용한 발전 가운데 청정 에너지원을 이용한다는 측면에서 풍력발전이 대안으로 부각되고 있으며, 풍력발전은 구조나 설치 등이 간단함과 동시에 운영 및 관리가 용이하고 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 비약적으로 증가하고 있는 실정이다.In particular, wind power generation is emerging as an alternative from the viewpoint of using clean energy sources among natural energy-based power generation. Wind power generation is easy to operate and manage, and can be operated unattended and automated. Therefore, the introduction has increased dramatically in recent years.

한편, 과거에는 풍력발전 구조물들이 주로 육상에서 이루어졌으나, 소음과 진동 등에 의한 환경피해가 속출하고 발전용량이 대형화되고, 미관, 장소의 제약 등의 여러문제로 인하여 최근에는 해상에 풍력발전단지를 집약적으로 집단화시켜 건설하는 것이 추세이다.On the other hand, in the past, wind power generation structures were mainly located on land, but due to environmental problems caused by noise and vibration, power generation capacity has become larger, and aesthetics, As a result,

풍력발전기는 바람에 의한 회전에너지로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 풍력발전기는 바람에 의해 회전되는 복수의 블레이드(blade)가 연결되는 허브(hub)를 구비한 로터(rotor)와, 로터와 연결되는 나셀(nacelle)과, 블레이드, 로터, 나셀 등을 지지하는 타워(tower)를 포함한다.A wind turbine generator is a device for producing electric energy from wind-induced rotational energy. The wind turbine generator includes a rotor having a hub to which a plurality of blades rotated by the wind are connected, and a rotor Nacelle, and a tower that supports blades, rotors, nacelles, and the like.

블레이드는 공기 역학적으로 설계된 형상을 이용하여 바람 에너지에서 유용한 공력 토크(torque)를 발생시키고, 공력 토크를 이용하여 발전기를 회전시켜 전기를 발생시킨다.The blade uses aerodynamically designed geometry to generate useful aerodynamic torques in the wind energy and generates electricity by rotating the generator using aerodynamic torques.

블레이드는 전기 발생량을 증가시키기 위해 공기 역학적 형상이 중요할 뿐만 아니라, 구조적으로 그 형상으로부터 유발되는 하중을 적절히 지지할 수 있어야 한다.The blade must be able to support the load induced by its shape structurally as well as aerodynamic shape is important to increase the amount of electricity generated.

하중은 공기역학적 형상에 지배적이지만 구조적인 최적 설계를 통해 동일한 하중을 지지하면서도 최대한 가벼운 블레이드를 설계하는 것이 또 하나의 중요한 설계 기술이다.The load is dominant in the aerodynamic shape, but designing a blade that is as light as possible while supporting the same load through structural optimization is another important design technique.

한편, 일반적으로 풍력발전은 블레이드가 회전하는 영역인 블레이드 회전면이 바람이 불어오는 방향을 향하고 있어야 최대한 넓은 면적으로 바람을 받아 출력을 높일 수 있다. 따라서, 블레이드 회전면을 바람이 불어오는 방향, 즉 바람에 대향되게 회전시켜야 한다.On the other hand, in general, the wind turbine can rotate the blade, which is the rotating region of the blade, toward the wind direction, so that the wind can be received in the widest possible area to increase the output. Therefore, it is necessary to rotate the blade rotating surface in the direction in which the wind is blown, that is, against the wind.

그러나, 일반적으로 풍향계가 로터 후방의 나셀에 설치되므로, 바람이 블레이드 회전면을 지나 풍향계에 도달하는 경우 블레이드 회전면의 전방에서의 바람 특성과 차이가 있다. 이는, 블레이드 회전면을 통과한 바람은 난류 및 후류 등을 발생시키고 블레이드를 회전시킴에 따라 에너지가 감소되기 때문이다.However, since the weather vane is generally installed in the nacelle behind the rotor, when the wind reaches the vane through the blade surface, there is a difference in the wind characteristics in front of the blade surface. This is because the wind passing through the blade rotation surface generates turbulence and wakes, and the energy is reduced as the blade rotates.

상기와 같이, 풍향계를 로터 후방의 나셀에 설치하는 경우에 바람 특성에 오류가 발생하게 되므로, 바람의 풍향에 대한 정확도가 저하되는 문제점이 있다.As described above, when the weather vane is installed in the nacelle behind the rotor, an error occurs in the wind characteristics, so that there is a problem that the accuracy with respect to the wind direction is deteriorated.

대한민국 공개특허 제10-2011-0102137호 (미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤) 2011년 9월 16일 공개Korean Patent Publication No. 10-2011-0102137 (Mitsubishi Jushi Kogyo Co., Ltd.) Released on September 16, 2011

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 블레이드에 압력센서를 설치하고, 압력센서로부터 바람의 풍향을 검출하여 블레이드 회전면을 바람에 대향되게 회전시키는 풍력발전기 및 풍력발전기의 제어방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a wind power generator and a control method of a wind power generator in which a pressure sensor is installed on a blade, a direction of wind is detected from a pressure sensor, and the blade is rotated in a direction opposite to the wind.

본 발명의 일 측면에 따르면, 블레이드, 나셀 및 타워를 포함하는 풍력발전기에 있어서, 상기 블레이드에 설치되는 압력센서; 블레이드 회전면이 바람에 대향되도록 상기 나셀을 회전시키는 요잉각 조절유닛; 및 상기 압력센서로부터, 상기 블레이드 회전면의 방위각에 따른 압력분포를 수신하여 상기 블레이드 회전면이 바람에 대향되도록 상기 요잉각 조절유닛을 제어하는 제1 제어부를 포함하는 풍력발전기가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wind turbine including a blade, a nacelle and a tower, comprising: a pressure sensor installed on the blade; A yaw angle adjusting unit for rotating the nacelle so that the blade rotating surface is opposed to the wind; And a first control unit for receiving a pressure distribution corresponding to an azimuth angle of the blade rotation surface from the pressure sensor and controlling the yaw angle control unit so that the blade rotation surface is opposed to the wind.

상기 제1 제어부는, 상기 블레이드 회전면의 수평방향 압력을 비교하고, 상기 요잉각 조절유닛을 제어하여 상기 블레이드에 가해지는 수평방향 압력이 균일하게 되는 방향으로 상기 나셀을 회전시킬 수 있다.The first control unit may compare the horizontal direction pressure of the blade rotating surface and control the yawing angle adjusting unit to rotate the nacelle in a direction in which the horizontal pressure applied to the blade becomes uniform.

상기 압력센서는, 상기 블레이드의 팁부에 설치된 피토관(pitot tube)을 포함하며, 상기 바람의 풍속은

Figure 112014091100291-pat00001
에 의해 결정될 수 있다.(여기서, V는 바람의 풍속, Pd는 바람의 동압(dynamic pressure)으로서 상기 피토관의 전압 측정구에서 측정한 바람의 전압(Pt)과 정압 측정구에서 측정한 바람의 정압(Ps)의 차이, ρ는 공기밀도)Wherein the pressure sensor includes a pitot tube installed at a tip portion of the blade,
Figure 112014091100291-pat00001
Where P is the wind pressure and P d is the dynamic pressure of the wind as measured in the voltage measurement section of the pitot tube and the wind pressure P t measured in the static pressure measurement section (P s ), p is the air density)

상기 블레이드에 설치된 가속도 센서; 상기 블레이드의 피치각을 조절하는 피치각 조절유닛; 및 상기 가속도센서로부터 상기 블레이드의 평균 회전속도와 상기 블레이드의 평균 회전속도에 대한 표준편차인 상기 블레이드의 회전속도 변동량을 전송받아, 상기 피치각 조절유닛을 제어하여 상기 블레이드의 피치각을 조절하는 제2 제어부를 더 포함할 수 있다.An acceleration sensor provided on the blade; A pitch angle adjusting unit for adjusting pitch angles of the blades; And a controller for receiving the rotation speed variation of the blade, which is a standard deviation of an average rotation speed of the blades and an average rotation speed of the blades, from the acceleration sensor, and controlling the pitch angle of the blades by controlling the pitch angle adjustment unit. 2 control unit.

상기 제2 제어부는, 상기 바람의 풍속에 대한 상기 블레이드의 최소 피치각을 제한하는 피치명령 제한값을 설정하고, 상기 설정된 피치명령 제한값에 따라 상기 피치각 조절유닛을 제어할 수 있다.The second control unit may set a pitch command limit value that limits the minimum pitch angle of the blade with respect to the wind speed and may control the pitch angle control unit according to the set pitch command limit value.

본 발명의 실시예는, 블레이드에 압력센서를 설치하고, 압력센서로부터 블레이드 회전면의 압력분포를 전송받아 바람의 풍향을 검출하여 블레이드 회전면을 바람에 대향되게 회전시킬 수 있다.In an embodiment of the present invention, a pressure sensor is provided on a blade, and a pressure distribution on a blade rotation surface is received from a pressure sensor, and the wind direction is detected to rotate the blade rotation surface in opposition to the wind.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전면을 통과하는 바람의 풍향과 풍속을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전면 및 블레이드 피치각을 제어하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서 설치위치를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피토관에 의한 바람의 풍속을 산출하는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드의 피치각 제어를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 블레이드의 최소 피치각을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 제어방법을 나타내는 순서도이다.1 is a schematic view of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the wind direction and the wind speed of the wind passing through the blade rotating surface according to the embodiment of the present invention.
3 is a block diagram for controlling the blade rotation surface and the blade pitch angle according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a position where a pressure sensor is installed according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram for calculating the wind speed of the wind by the pitot tube according to the embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram showing pitch angle control of a blade of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a minimum pitch angle of a blade according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of controlling a wind turbine according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a schematic view of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 풍력발전기(100)는 바람에 의해 회전되는 복수의 블레이드(110, blade)와, 블레이드(110)의 회전에 따라 회전하되 블레이드(110)가 연결되는 허브(121)를 구비한 로터(120,rotor)와, 로터(120)와 연결되는 나셀(130,nacelle)과, 블레이드(110)와 로터(120)와 나셀(130)을 지지하는 타워(140,tower)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a wind turbine generator 100 includes a plurality of blades 110 rotated by wind, and a hub 121 connected to the blades 110 to rotate according to rotation of the blades 110 And includes a rotor 120, a nacelle 130 connected to the rotor 120, and a tower 140 supporting the blade 110, the rotor 120, and the nacelle 130 .

블레이드(110)는 바람에 의해 회전되어 회전운동을 발생시키는 일종의 날개이다.The blade 110 is a kind of wing that is rotated by the wind to generate rotational motion.

로터(120)를 기준으로 방사상으로 배치되는 블레이드(110)는 바람에 의해 쉽게 회전될 수 있도록 유선형의 날개 형상을 가진다.The blade 110 disposed radially with respect to the rotor 120 has a streamlined blade shape so that it can be easily rotated by the wind.

그리고, 본 실시예에 따른 풍력발전기(110)는 바람의 특성을 최대한 활용하면서 안정성을 추구할 수 있도록 3개의 블레이드(110)를 구비하나, 이에 한정되지 않으며 블레이드(110)의 개수에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.The wind turbine 110 according to the present embodiment is provided with three blades 110 for maximizing the wind characteristics while seeking stability. However, the number of the blades 110 is not limited thereto, The scope of the rights of

블레이드(110)는 시계 또는 반시계 방향으로 자유롭게 회전가능한 양방향 타입으로 설치되며, 특히 낮에는 육지쪽으로, 밤에는 바다쪽으로 부는 바람을 고려하여 설치되어야 한다.The blade 110 is installed in a bidirectional type that is freely rotatable in a clockwise or counterclockwise direction, and should be installed considering the wind that flows toward the land in the daytime and the wind that flows into the sea at night.

로터(120)의 허브(121)는 복수의 블레이드(110)가 연결되는 장소이다.The hub 121 of the rotor 120 is a place where a plurality of blades 110 are connected.

허브(121)는 정면에서 바라볼 때 대략 원형의 형상을 가지며, 측면에서 바라볼 때는 돔(dome)형상을 가질 수 있다.The hub 121 has a substantially circular shape when viewed from the front, and may have a dome shape when viewed from the side.

그리고, 허브(121)의 일측에는 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 전기에너지를 생산하는 나셀(130)이 연결된다.One end of the hub 121 is connected to a nacelle 130 that receives the rotational motion of the blade 110 and generates electrical energy.

나셀(130)에는 블레이드(110)의 회전운동을 전달받아 전기에너지를 생산하는 등 풍력발전기(100)를 구동시키는데 있어 중요한 역할을 담당하는 기계부품들, 예컨대 메인 샤프트(main shaft, 미도시), 기어박스(gear box, 미도시), 발전기(generator, 미도시)와 같은 기계부품들이 구조적으로 결합되어 있는 구조체가 내재된다.The nacelle 130 is provided with mechanical parts, such as a main shaft (not shown), which plays an important role in driving the wind power generator 100, such as generating electrical energy by receiving the rotational motion of the blade 110, A structure in which mechanical parts such as a gear box (not shown) and a generator (not shown) are structurally coupled is inherent.

그리고, 나셀(130)은 외기에 그대로 노출되어 눈, 비 혹은 햇볕 등에 상시 노출되기 때문에 어느 정도의 강성이 보장되어야 한다. 따라서 나셀(130)은 내구성이 우수한 비금속 혹은 금속 복합 재질로 제작된다.Since the nacelle 130 is directly exposed to the outside air and is always exposed to snow, rain, sunlight, etc., a certain degree of rigidity must be ensured. Therefore, the nacelle 130 is made of a non-metallic or metal composite material having excellent durability.

한편, 타워(140)는 상하로 길게 배치되는 축으로서, 복수의 블레이드(110), 허브(121), 나셀(130) 등의 구조물에 대한 축 방향 하중을 지지한다.On the other hand, the tower 140 is a shaft arranged vertically and vertically and supports an axial load on a structure such as a plurality of blades 110, a hub 121, and a nacelle 130.

타워(140)는 위치별로 아랫부분의 로워 타워(lower tower)와, 윗부분의 어퍼 타워(upper tower)로 구분될 수 있다.The tower 140 may be divided into a lower tower at the lower part and an upper tower at the upper part.

타워(140)는 내부가 빈 파이프(pipe) 형의 구조물이며, 타워(140)의 내부 빈 공간을 통해 케이블(cable) 등이 통과된다. 케이블은 송전용 파워 케이블(power cable), 통신용 케이블(cable) 등을 포함한 다양한 종류의 케이블일 수 있다.The tower 140 is a pipe-type structure having an interior, and a cable or the like is passed through an inner space of the tower 140. The cable may be a variety of cables, including a dedicated power cable, communication cable, and the like.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전면을 통과하는 바람의 풍향과 풍속을 나타내는 도면이다.2 is a view showing the wind direction and the wind speed of the wind passing through the blade rotating surface according to the embodiment of the present invention.

한편, 도 2를 참조하면, 블레이드(110)가 회전하는 영역인 블레이드 회전면(200)을 통과한 바람의 특성은 블레이드 회전면(200)의 전방에서의 바람 특성과 차이가 있다. 이는 블레이드 회전면(200)을 통과한 바람은 난류 및 후류 등을 발생시키고 블레이드(110)를 회전시킴에 따라 바람이 갖는 에너지가 감소되기 때문이다.Referring to FIG. 2, the characteristics of the wind passing through the blade rotating surface 200, which is the rotating region of the blade 110, are different from the wind characteristics of the blade rotating surface 200 in front. This is because the wind passing through the blade rotating surface 200 generates turbulence and wakes, and the energy of the wind is reduced as the blade 110 is rotated.

이처럼, 블레이드 회전면(200)의 전방과 후방에서의 바람 특성인 풍향, 풍속 등의 차이가 크기 때문에 종래와 같이 로터(120) 후방의 나셀(130)에 풍향계 등을 설치하여 바람의 방향 등을 측정하는 경우 정확도가 저하되는 문제점이 있다.The wind direction and the like are measured by providing a weather vane or the like on the nacelle 130 behind the rotor 120 as in the prior art because the difference in the wind direction and the wind speed in the front and rear of the blade rotating surface 200 is large. There is a problem that accuracy is lowered.

따라서, 본 실시예에서는 바람의 풍향, 풍속 등을 보다 정확하게 측정하여 블레이드 회전면(200)을 바람에 대향되게 회전(yawing)시키고, 아울러 바람의 풍속에 대한 블레이드(110)의 회전속도 변동량을 산출하여 블레이드(110)의 최소 피치각을 제한하는 피치 명령 제한값을 설정함으로써 갑작스런 풍속 변화에도 불구하고 풍력발전기(100)를 안전하게 운전하고자 한다.Therefore, in this embodiment, the wind direction and the wind speed are more accurately measured, the blade rotation surface 200 is yawed to face the wind, and the variation amount of the rotation speed of the blade 110 with respect to the wind speed is calculated By setting a pitch command limit value that limits the minimum pitch angle of the blade 110, the wind turbine generator 100 is operated safely despite a sudden change in wind speed.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드 회전면 및 블레이드 피치각을 제어하기 위한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서 설치위치를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피토관에 의한 바람의 풍속을 산출하는 개념도이다.FIG. 3 is a block diagram for controlling blade rotation surfaces and blade pitch angles according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view illustrating a position where a pressure sensor is installed according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a conceptual diagram for calculating the wind speed of the wind by the pitot tube according to the embodiment of FIG.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기(100)는 적어도 하나 이상의 블레이드(110)에 설치된 압력센서(210)와, 압력센서(210)로부터 블레이드 회전면(200)의 방위각에 따른 압력분포를 전송받고 블레이드 회전면(200)을 바람에 대향되게 제어하는 제1 제어부(230)와, 제1 제어부(230)에 연결되어 나셀(130)을 바람에 대향되게 회전, 즉 블레이드 회전면(200)을 바람에 대향되게 회전(yawing)시키는 요잉각 조절유닛(300)을 더 포함한다.3, a wind turbine generator 100 according to an embodiment of the present invention includes a pressure sensor 210 installed on at least one blade 110 and a pressure sensor 210 installed at an azimuth angle of the blade rotation surface 200 from the pressure sensor 210 A first control unit 230 connected to the first control unit 230 to rotate the nacelle 130 in a direction opposite to the wind, that is, a blade rotation surface 200 to yaw towards the wind.

본 실시예에서 압력센서(210)는 바람의 풍압과, 풍속 등을 측정하는 역할을 한다.In the present embodiment, the pressure sensor 210 serves to measure wind pressure, wind speed, and the like.

그리고, 본 실시예에서 압력센서(210)는 블레이드 회전면(200)의 외주면에 인접하도록 블레이드(110) 팁부에 설치한다. 그리고, 압력센서(210)는 적어도 하나 이상의 블레이드(110) 팁부에 설치가능하다.In this embodiment, the pressure sensor 210 is installed on the tip of the blade 110 so as to be adjacent to the outer peripheral surface of the blade rotating surface 200. The pressure sensor 210 can be installed on at least one tip of the blade 110.

구체적으로 도 4에서 도시한 바와 같이, 블레이드(110) 단면의 코드(chord,C) 길이방향으로 리딩에지(leadin edge)에 인접하게 압력센서(210)를 설치한다.Specifically, as shown in FIG. 4, the pressure sensor 210 is installed adjacent to the leading edge in the longitudinal direction of the chord C of the cross section of the blade 110.

이는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 블레이드(110)의 길이방향을 따라 바람의 풍향 및 풍속의 변화가 심하고 특히 블레이드(110) 팁부를 통과하는 바람의 풍향 및 풍속의 변화가 가장 심하므로, 블레이드(110)의 팁부에 인접하게 설치하여 블레이드(110)의 회전에 따른 바람의 풍향 및 풍속의 왜곡에 의한 압력센서(210)의 오차를 감소시키기 위함이다.As shown in FIG. 2, the wind direction and the wind speed change greatly along the longitudinal direction of the blade 110, and particularly the wind direction and wind speed change of the wind passing through the tip portion of the blade 110 are the greatest. (110) to reduce the error of the pressure sensor (210) due to the wind direction and wind speed distortion due to the rotation of the blade (110).

그리고, 본 실시예에서 압력센서(210)는 블레이드(110)의 팁부에 설치된 피토관(pitot tube)을 포함하여 구성될 수 있다.In this embodiment, the pressure sensor 210 may include a pitot tube installed at the tip of the blade 110.

피토관(210)은 측정된 바람의 전압(Pt total pressure)을 통해 바람의 풍압을 산출할 수 있다.The pitot tube 210 measures the measured wind voltage P t total pressure), the wind pressure of the wind can be calculated.

또한, 피토관(210)에 의해 산출된 바람의 풍압을 이용하여 바람의 풍속을 산출할 수 있다. 피토관(210)에서 측정된 바람의 풍속은

Figure 112014091100291-pat00002
에 의해 결정된다.In addition, the wind speed of the wind can be calculated using the wind pressure calculated by the pitot tube 210. The wind speed measured at the Pitot tube 210
Figure 112014091100291-pat00002
.

여기서, V는 바람의 풍속이고, Pd는 바람의 동압(dynamic pressure)으로서 바람의 풍압을 나타내며 도 5에서 도시한 바와 같이 피토관(210)의 전압 측정구(211)에서 측정한 바람의 전압(Pt,total pressure)과 피토관(210)의 정압 측정구(213)에서 측정한 바람의 정압(Ps,static pressure)의 차이(

Figure 112014091100291-pat00003
)이고, ρ는 공기밀도이다.Here, V is the wind speed, P d is the dynamic pressure of the wind and represents the wind pressure of the wind. The wind voltage measured at the voltage measuring port 211 of the pitot pipe 210 P t , total pressure) and the static pressure (P s , static pressure) of the wind measured at the static pressure measuring port 213 of the pitot tube 210
Figure 112014091100291-pat00003
), And p is the air density.

이처럼, 피토관(210)으로 측정된 바람의 전압(Pt)으로부터 바람의 풍압인 바람의 동압(Pd)을 산출하고 또한 바람의 풍속을 산출할 수 있다. 피토관(210)에 의해 측정된 바람의 전압(Pt)이 클수록 바람의 풍속이 더 크다.As described above, it is possible to calculate the dynamic pressure P d of the wind, which is the wind pressure of the wind, from the voltage P t of the wind measured by the pitot tube 210, and to calculate the wind speed. The greater the wind voltage P t measured by the pitot tube 210, the greater the wind velocity.

그리고, 피토관(210)으로 측정된 바람의 풍압으로 블레이드 회전면(200)의 방위각에 따른 압력분포를 산출할 수 있다.The pressure distribution according to the azimuth angle of the blade rotating surface 200 can be calculated by the wind pressure measured by the pitot tube 210.

한편, 본 실시예에 따른 제1 제어부(230)는, 압력센서(210)로부터 블레이드 회전면(200)의 방위각에 따른 압력분포를 전송받아 블레이드 회전면(200)을 바람에 대향되게 회전시켜 블레이드 회전면(200)이 최대한 넓은 면적으로 바람을 받아 출력을 높일 수 있도록 하는 역할을 한다.The first controller 230 receives the pressure distribution corresponding to the azimuth angle of the blade rotation surface 200 from the pressure sensor 210 and rotates the blade rotation surface 200 opposite to the wind to rotate the blade rotation surface 200) is capable of increasing the output by increasing the amount of wind as much as possible.

제1 제어부(230)는 압력센서(210)로부터 전송받은 블레이드 회전면(200)의 방위각에 따른 압력분포 중 수평방향 압력, 도 2에서 도시한 바와 같이 방위각이 90°와 270°인 지점에서의 바람의 풍압을 상호 비교하여 바람의 풍향을 산출한다.The first controller 230 controls the horizontal pressure of the pressure distribution according to the azimuth angle of the blade rotating surface 200 received from the pressure sensor 210 and the wind direction at the azimuth angles of 90 ° and 270 ° To compute the wind direction of the wind.

예를들어, 방위각이 90°인 지점에서 바람의 풍압이 270°인 지점에서의 바람의 풍압보다 큰 경우에, 요잉각 조절유닛(300)으로 블레이드 회전면(200)을 타워(140)를 중심축으로 방위각이 270°에서 90° 방향인 반시계방향으로 회전시킨다.For example, in the case where the wind angle of the wind at the point where the azimuth angle is 90 degrees is larger than the wind pressure at the point where the wind pressure is 270 degrees, the yaw angle control unit 300 controls the blade rotation surface 200 to rotate the tower 140, And the azimuth angle is rotated counterclockwise from 270 DEG to 90 DEG.

블레이드 회전면(200)이 바람에 대향되는지 여부는 방위각이 90°와 270°인 지점에서의 바람의 풍압이 동일한지 여부로 판단한다. 또한, 블레이드 회전면(200)이 바람에 대향되는지 여부는 방위각이 0°와 180°인 지점에서의 바람의 풍압이 동일한지 여부도 고려하여야 한다.Whether or not the blade rotating surface 200 faces the wind is determined by whether wind wind pressures at the azimuth angles of 90 ° and 270 ° are the same. Whether or not the blade rotating surface 200 faces the wind should also consider whether the wind pressure at the azimuth angle is 0 ° and 180 ° is the same.

상기와 같이, 블레이드 회전면(200)을 바람에 대향되게 회전시킨 경우, 바람의 풍속이 증가할수록 블레이드(110)의 회전속도와 토크가 상승되고 정격출력 지점에 이를때까지 출력이 증가된다.As described above, when the blade rotating surface 200 is rotated to face the wind, the rotational speed and torque of the blade 110 increase as the wind speed increases, and the output increases until it reaches the rated output point.

그러나, 정격출력이 발생하는 정격풍속 이상의 구간에서는 바람이 풍력발전기(100)가 생산할 수 있는 출력 이상의 에너지를 가지고 있으므로, 정격출력을 초과하는 에너지를 흘려보내고 블레이드(110)가 일정한 회전속도와 토크를 유지하도록 블레이드(110)의 피치를 제어하여야 한다.However, in the section above the rated wind speed at which the rated power is generated, since the wind has energy more than the output that can be produced by the wind power generator 100, energy exceeding the rated power is supplied and the blade 110 rotates at a constant rotational speed and torque The pitch of the blade 110 should be controlled.

또한, 풍력발전기(100)의 피치 제어가 적용되는 풍속구간에서는 난류, 후류 영향(wake effect) 및 윈드시어(wind shear) 등을 이유로 풍력발전기(100)가 경험하는 풍속에 변동이 있으며, 풍속 변동에 따라 바람의 에너지가 변하므로 블레이드(110)가 해당 피치각도에서 일정한 회전속도와 토크를 유지하지 못한다.In the wind speed range to which the pitch control of the wind power generator 100 is applied, the wind speed experienced by the wind power generator 100 fluctuates due to turbulence, a wake effect, and wind shear, The blade 110 can not maintain a constant rotational speed and torque at the pitch angle.

따라서, 블레이드(110)의 회전속도와 토크를 일정하게 유지하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기(100)는 적어도 하나 이상의 블레이드(110)에 설치된 가속도센서(250)와, 가속도센서(250)로부터 블레이드(110)의 평균 회전속도와 블레이드(110)의 평균 회전속도에 대한 표준편차인 블레이드(110)의 회전속도 변동량을 전송받아 블레이드(110)의 피치각을 제어하는 제2 제어부(270)와, 제2 제어부(270)에 연결되어 블레이드(110)의 피치각을 조절하는 피치각 조절유닛(350)을 더 포함한다.Therefore, in order to keep the rotation speed and the torque of the blade 110 constant, the wind power generator 100 according to an embodiment of the present invention includes an acceleration sensor 250 installed on at least one blade 110, Which is a standard deviation of the average rotation speed of the blades 110 and the average rotation speed of the blades 110, from the first control unit 250 and controls the pitch angle of the blades 110, And a pitch angle adjusting unit 350 connected to the second controller 270 to adjust the pitch angle of the blade 110. [

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 블레이드의 피치각 제어를 나타내는 개념도이다.6 is a conceptual diagram showing pitch angle control of a blade of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.

한편, 블레이드(110)의 피치각 제어에 대해 설명하면 다음과 같다.The pitch angle control of the blade 110 will be described below.

도 6을 참조하면, 풍력발전기(100)로 불어오는 바람의 풍향이 X축방향일 때, 제1 상태의 블레이드(110)의 피치각(110-1)은 바람의 풍향과 90°의 각도를 가지는 상태이다. 이때, 조절된 블레이드(110)의 피치각(110-1)은 0°이다.6, the pitch angle 110-1 of the blade 110 in the first state is an angle of 90 degrees with the wind direction when the wind direction of the wind blowing to the wind power generator 100 is the X axis direction It is in a state of having. At this time, the pitch angle 110-1 of the adjusted blade 110 is 0 DEG.

제1 상태의 블레이드(110)의 피치각(110-1)은 바람의 풍속이 풍력발전기(100)가 발전을 시작하는 커트-인(cut-in) 풍속보다 크고 정격풍속보다 작은 경우 바람의 에너지를 받아들이기 위한 것이다.The pitch angle 110-1 of the blades 110 in the first state is set such that when the wind speed is larger than the cut-in wind speed at which the wind power generator 100 starts generating power and is smaller than the rated wind speed, .

그리고, 바람의 풍향이 X방향일 때, 제2 상태의 블레이드(110)의 피치각(110-2)은 바람의 풍향과 일치하도록 조절된 상태이다. 이때, 조절된 블레이드(110)의 피치각(110-2)은 90°이다.When the wind direction is the X direction, the pitch angle 110-2 of the blade 110 in the second state is adjusted to coincide with the wind direction. At this time, the pitch angle 110-2 of the adjusted blade 110 is 90 [deg.].

제2 상태의 블레이드(110)의 피치각(110-2)은 바람의 풍속이 커트-아웃(cut-out) 풍속보다 큰 경우 바람의 에너지를 흘려보내기 위한 것이다.The pitch angle 110-2 of the blades 110 in the second state is intended to flow the wind energy when the wind speed is greater than the cut-out wind speed.

이처럼, 풍력발전기(100)의 블레이드(110)의 피치각 제어는 제1 상태의 블레이드(110)의 피치각(110-1)과 제2 상태의 블레이드(110)의 피치각(110-2) 사이에서 제어하는 과정이다.The pitch angle control of the blades 110 of the wind turbine generator 100 is controlled by the pitch angle 110-1 of the blades 110 of the first state and the pitch angle 110-2 of the blades 110 of the second state, .

한편, 본 실시예에서 가속도센서(250)는 블레이드(110)의 회전속도를 측정하는 역할을 한다.Meanwhile, in the present embodiment, the acceleration sensor 250 measures the rotational speed of the blade 110.

또한, 도 1에서와 도시한 바와 같이, 가속도센서(250)는 블레이드(110)의 팁부에 설치하여 블레이드(110)의 회전속도뿐만 아니라 바람의 풍압에 의한 블레이드(110)의 변형, 블레이드(110) 팁부의 위치와 변형방향까지 파악할 수 있다.1, the acceleration sensor 250 is installed at the tip of the blade 110 to detect the deformation of the blade 110 due to the wind pressure of the wind as well as the rotational speed of the blade 110, ) You can see the position of the tip and the direction of deformation.

그리고, 3차원 가속도센서(250)를 사용하는 경우에 블레이드(110) 팁부의 3차원공간에서의 궤적을 파악할 수 있으며, 이로써, 블레이드 회전면(200)의 불균형 하중을 파악할 수 있는 이점이 있다.When the three-dimensional acceleration sensor 250 is used, the trajectory of the tip of the blade 110 in the three-dimensional space can be grasped, and the unbalanced load of the blade rotation surface 200 can be grasped.

그리고, 제2 제어부(270)는 가속도센서(250)로부터 블레이드(110)의 평균 회전속도와 블레이드(110)의 평균 회전속도에 대한 표준편차인 블레이드(110)의 회전속도 변동량을 전송받아, 바람의 풍속에 대한 블레이드(110)의 회전속도와 토크가 일정하게 유지되도록 블레이드(110)의 피치각을 제어하는 역할을 한다.The second controller 270 receives the rotational speed variation of the blade 110, which is a standard deviation of the average rotational speed of the blade 110 and the average rotational speed of the blade 110, from the acceleration sensor 250, And controls the pitch angle of the blade 110 so that the rotation speed and the torque of the blade 110 with respect to the wind speed of the blade 110 are kept constant.

여기서 바람의 풍속은 전술한 바와 같이, 압력센서(210)인 피토관(210)으로부터 알 수 있다.Here, the wind speed can be known from the pitot tube 210, which is the pressure sensor 210, as described above.

또한, 갑작스런 풍속 변화에도 불구하고 풍력발전기(100)의 안전운전을 위해 제2 제어부(270)는 바람의 풍속에 대한 블레이드(110)의 최소 피치각을 제한하는 피치명령 제한값을 설정하고, 피치명령 제한값에 따라 피치각 조절유닛(350)을 제어한다.In addition, in order to safely operate the wind turbine generator 100 despite sudden changes in wind speed, the second controller 270 sets a pitch command limit value for limiting the minimum pitch angle of the blade 110 with respect to the wind speed, And controls the pitch angle adjusting unit 350 in accordance with the limit value.

제2 제어부(270)에 의한 피치명령 제한값을 설정하는 동작을 살펴보면 다음과 같다.The operation of setting the pitch command limit value by the second controller 270 will be described below.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 블레이드의 최소 피치각을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a minimum pitch angle of a blade according to an embodiment of the present invention.

도 7에서 A는 소정시간 동안 풍력발전기(100)가 운전되는 경우에 바람의 풍속에 대한 블레이드(110)의 피치각을 나타내는 것으로 소정시간 동안 블레이드(110)의 피치각이 연속적으로 변하는 것을 나타내며, B는 소정시간 동안 변화되는 블레이드(110)의 피치각을 평균한 것으로 소정시간 동안 바람의 풍속에 대한 블레이드(110)의 피치각의 정상상태를 나타낸다.7, A represents the pitch angle of the blade 110 with respect to the wind speed when the wind power generator 100 is operated for a predetermined time, and indicates that the pitch angle of the blade 110 continuously changes for a predetermined time, B represents the steady state of the pitch angle of the blade 110 with respect to the wind speed for a predetermined time period obtained by averaging the pitch angle of the blade 110 which is changed for a predetermined time.

도 7의 A에서와 같이 블레이드(110)의 피치각은 바람의 풍속에 따라 넓은 범위에 걸쳐 변하기 때문에, 바람의 풍속 변화에 따라 블레이드(110)의 피치각이 급격히 증가하거나 감소하는 경우 풍력발전기(100), 특히 블레이드(110)가 받는 부하하중은 정상상태에서 보다 크게 작용하게되며 풍력발전기(100)의 안전운행을 저해하게 된다.7A, the pitch angle of the blades 110 varies over a wide range according to the wind speed of the wind. Therefore, when the pitch angle of the blades 110 sharply increases or decreases as the wind speed changes, 100, particularly the load applied to the blade 110, is greater than in a normal state, and the safe operation of the wind power generator 100 is hampered.

따라서, 본 실시예에서는 바람의 풍속변화에 따라 블레이드(110)가 받는 부하하중을 완화하여 풍력발전기(100)를 안전하게 운전하기 위해 블레이드(110)의 최소 피치각을 설정한다.Accordingly, in this embodiment, the minimum pitch angle of the blade 110 is set to reliably operate the wind power generator 100 by relieving the load load applied to the blade 110 according to the wind speed change.

도 7에서 C는 풍력발전기(100)의 안전을 고려하여 바람의 풍속에 대한 블레이드(110)의 최소 피치각을 나타낸다. 즉, 제2 제어부(270)는 블레이드(110)의 피치각이 블레이드(110)의 최소 피치각 미만 값을 갖지 않도록 피치명령 제한값을 설정한다.In FIG. 7, C represents the minimum pitch angle of the blade 110 with respect to the wind speed in consideration of the safety of the wind power generator 100. That is, the second control unit 270 sets the pitch command limit value so that the pitch angle of the blade 110 does not have a value less than the minimum pitch angle of the blade 110. [

이에 따라 피치각 조절유닛(350)은 블레이드(110)의 피치각이 블레이드(110)의 최소 피치각 미만으로 동작되지 않도록 조절한다.The pitch angle adjusting unit 350 adjusts the pitch angle of the blade 110 so as not to be less than the minimum pitch angle of the blade 110. [

한편, 블레이드(110)의 회전속도 변동량은 블레이드(110)의 피치각 변화와 밀접한 관련이 있다. 즉, 블레이드(110)의 피치각 변화에 대응하여 블레이드(110)의 회전속도 변동이 발생되며, 블레이드(110)의 피치각 변화가 클수록 블레이드(110)의 회전속도 변동량도 이에 비례하여 커지게 된다.On the other hand, the fluctuation amount of the rotational speed of the blade 110 is closely related to the change in pitch angle of the blade 110. That is, the rotation speed of the blade 110 varies in accordance with the pitch angle change of the blade 110, and the larger the pitch angle change of the blade 110, the larger the rotational speed variation of the blade 110 becomes .

따라서, 본 실시예에서는 블레이드(110)의 피치각 변화에 대응되는 블레이드(110)의 회전속도 변동량을 기준으로 제2 제어부(270)가 블레이드(110)의 최소 피치각을 설정하는 피치명령 제한값으로 피치각 조절유닛(350)을 제어하도록 한다.Therefore, in this embodiment, the second control unit 270 sets the minimum pitch angle of the blade 110 as a pitch command limit value based on the rotational speed variation amount of the blade 110 corresponding to the pitch angle change of the blade 110 Thereby controlling the pitch angle control unit 350.

블레이드(110)의 최소 피치각 조절은, 소정시간 동안 바람의 평균 풍속과 블레이드(110)의 평균 회전속도 및 회전속도 변동량을 구하고, 블레이드(110)의 회전속도 변동량이 풍력발전기(100)의 안전운전을 위해 바람의 풍속, 난류 강도 등을 고려한 설정값(예를들어, 바람의 평균 풍속에 대한 블레이드(110)의 정격 회전속도 대비 5% 절대값을 초과한 경우)을 초과한 경우에 제2 제어부(270)는 블레이드(110)의 최소 피치각을 도 7의 C에서 D로 상승시키는 피치명령 제한값을 피치각 조절유닛(350)으로 전달한다.The adjustment of the minimum pitch angle of the blade 110 is performed by determining an average wind speed of the wind for a predetermined time and an average rotation speed and a rotation speed variation of the blade 110, (For example, exceeding an absolute value of 5% of the rated rotational speed of the blade 110 with respect to an average wind speed of the wind) in consideration of wind speed, turbulence intensity, etc. for the operation, The control unit 270 transmits a pitch command limit value for raising the minimum pitch angle of the blade 110 from C to D in Fig. 7 to the pitch angle control unit 350. [

상기한 바와 같이, 바람의 풍속변화에 따른 블레이드(110)의 회전속도 변동량은 실제 블레이드(110)가 경험하는 바람의 풍속, 난류 강도 등을 나타내는 것으로서, 블레이드(110)의 회전속도 변동량을 기준으로 블레이드(110)의 최소 피치각을 제어하는 경우 풍력발전기(100)의 출력이 정격출력보다 낮을 수 있으나, 블레이드(110)가 받는 부하하중이 감소되므로 비정상적인 외부 환경으로부터 풍력발전기(100)를 안전하게 운전할 수 있다.As described above, the fluctuation amount of the rotational speed of the blade 110 in accordance with the change of the wind speed changes the wind speed and the turbulence intensity of the wind experienced by the actual blade 110, When the minimum pitch angle of the blade 110 is controlled, the output of the wind power generator 100 may be lower than the rated power. However, since the load applied to the blade 110 is reduced, the wind power generator 100 is safely operated from an abnormal external environment .

본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.A control method of a wind power generator according to an embodiment of the present invention will now be described.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 제어방법을 나타내는 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of controlling a wind turbine according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3 및 도 8을 참조하면, 풍력발전기(100)의 출력을 향상시키기 위해서 블레이드 회전면(200)을 바람에 대향되게 배치하여야 한다.1 to 3 and 8, in order to improve the output of the wind power generator 100, the blade rotating surface 200 should be arranged to face the wind.

본 실시예에서는 바람의 풍압을 이용하여 바람의 풍향을 검출하기 위해, 바람이 블레이드(110)에 가하는 압력을 측정하도록 블레이드(110)의 팁부에 압력센서(210)를 설치한다(S100).In this embodiment, the pressure sensor 210 is installed at the tip of the blade 110 to measure the pressure applied by the wind to the blade 110 to detect the wind direction using the wind pressure of the wind (S100).

압력센서(210)는 피토관(210)으로 구성되며, 피토관(210)을 이용하여 블레이드 회전면(200)의 방위각에 따른 압력분포를 산출한다(S200).The pressure sensor 210 is composed of a pitot tube 210 and calculates a pressure distribution according to an azimuth angle of the blade rotating surface 200 using the pitot tube 210 at step S200.

그리고, 요잉각 조절유닛(300)을 이용하여 블레이드 회전면(200)을 블레이드 회전면(200)의 방위각에 따른 압력분포에 대응하여 바람에 대향되게 회전시킨다(S300).Then, the blade rotation surface 200 is rotated by the yaw angle control unit 300 so as to face the wind corresponding to the pressure distribution corresponding to the azimuth angle of the blade rotation surface 200 (S300).

블레이드 회전면(200)을 바람에 대향되게 회전시키기 위해, 블레이드 회전면(200)의 방위각에 따른 압력분포 중 수평방향 압력, 즉 방위각이 90°와 270°인 지점에서의 풍압을 상호 비교하여 방위각이 90°와 270°인 지점에서의 바람의 풍압이 균일하게 되는 방향, 즉 풍압이 동일한지 여부로 바람의 풍향을 판단한다.In order to rotate the blade rotating surface 200 in the opposite direction to the wind, the horizontal pressure of the pressure distribution along the azimuth angle of the blade rotating surface 200, that is, the wind pressure at the point where the azimuth angle is 90 degrees and 270 degrees, The wind direction is determined by the direction in which the wind pressure becomes uniform at a point of? And 270 degrees, that is, whether the wind pressure is the same.

그리고, 블레이드 회전면(200)을 바람에 대향되게 회전시킨 경우, 바람의 풍속에 대해 블레이드(110)의 회전속도 및 토크를 일정하게 유지하여야 한다.When the blade rotating surface 200 is rotated so as to face the wind, the rotating speed and torque of the blade 110 should be kept constant with respect to the wind speed.

이를 위해, 먼저 블레이드(110)의 팁부에 설치한 압력센서(210)를 이용하여 바람의 풍속을 산출한다(S400).To this end, the wind speed of the wind is first calculated using the pressure sensor 210 installed at the tip of the blade 110 (S400).

그리고, 바람의 풍속에 대해 블레이드(110)의 회전속도 변동량을 산출한다.Then, the rotational speed fluctuation amount of the blade 110 is calculated with respect to the wind speed.

블레이드(110)의 회전속도 변동량 산출은, 먼저 블레이드(110)의 팁부에 가속도 센서를 설치한다(S510).To calculate the rotational speed fluctuation amount of the blade 110, an acceleration sensor is first provided at the tip of the blade 110 (S510).

가속도센서(250)로부터 소정시간 동안 블레이드(110)의 평균 회전속도를 산출하고(S530), 산출된 블레이드(110)의 평균 회전속도에 대한 표준편차인 블레이드(110)의 회전속도 변동량을 산출한다(S550).The average rotational speed of the blade 110 is calculated from the acceleration sensor 250 for a predetermined time at step S530 and the rotational speed fluctuation amount of the blade 110, which is a standard deviation of the calculated average rotational speed of the blade 110, is calculated (S550).

그리고, 블레이드(110)의 회전속도 변동량을 산출한 경우, 바람의 풍속에 대한 블레이드(110)의 회전속도 변동량을 설계상의 설정값과 비교한다(S600).When the fluctuation amount of the rotation speed of the blade 110 is calculated, the fluctuation amount of the rotation speed of the blade 110 with respect to the wind speed is compared with the design setting value (S600).

여기서, 설계상의 설정값은 풍력발전기(100) 설계에 적용한 바람의 풍속, 난류강도, 블레이드(110)의 회전속도에 관한 정보 등을 수집하여 결정한다.Here, the design set values are determined by collecting wind speed, turbulence intensity, information on the rotational speed of the blade 110, etc. applied to the design of the wind power generator 100.

블레이드(110)의 회전속도 변동량을 설계상의 설정값과 비교한 후 블레이드(110)의 피치각을 조절하여 블레이드(110)의 회전속도를 일정하게 유지시킨다.The rotation speed of the blade 110 is kept constant by adjusting the pitch angle of the blade 110 after comparing the variation of the rotation speed of the blade 110 with the set value of the design.

이때, 블레이드(110)의 피치각 조절은 다음과 같다.At this time, the adjustment of the pitch angle of the blade 110 is as follows.

바람의 풍속에 대한 블레이드(110)의 회전속도 변동량이 설계상의 설정값을 초과한 경우 피치각 조절유닛(350)을 이용하여 블레이드(110)의 최소 피치각을 증가시킨다(S610).If the variation of the rotational speed of the blade 110 with respect to the wind speed exceeds the design set value, the pitch angle adjusting unit 350 is used to increase the minimum pitch angle of the blade 110 (S610).

또한, 바람의 풍속에 대한 블레이드(110)의 회전속도 변동량이 설계상의 설정값 이하인 경우 블레이드의 최소 피치각을 현상태로 유지한다(S630).If the fluctuation amount of the rotational speed of the blade 110 with respect to the wind speed is less than the set value in design, the minimum pitch angle of the blade is maintained at the current state (S630).

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

100: 풍력발전기 110: 블레이드
120: 로터 121: 허브
130: 나셀 140: 타워
200: 블레이드 회전면 210: 압력센서
230: 제1 제어부 250: 가속도센서
270: 제2 제어부 300: 요잉각 조절유닛
350: 피치각 조절유닛100: Wind power generator 110: Blade
120: rotor 121: hub
130: Nacelle 140: Tower
200: blade rotating surface 210: pressure sensor
230: first control unit 250: acceleration sensor
270: second control unit 300: yaw angle control unit
350: Pitch angle control unit

Claims (5)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 블레이드, 나셀 및 타워를 포함하는 풍력발전기에 있어서,
상기 블레이드의 팁부에 설치되는 가속도센서;
상기 블레이드의 피치각을 조절하는 피치각 조절유닛; 및
상기 가속도센서로부터 상기 블레이드의 평균 회전속도와 상기 블레이드의 평균 회전속도에 대한 표준편차인 상기 블레이드의 회전속도 변동량을 전송받아, 상기 피치각 조절유닛을 제어하여 상기 블레이드의 피치각을 조절하는 제2 제어부를 포함하며,
상기 가속도센서는, 3차원 가속도센서인 풍력발전기.A wind turbine comprising a blade, a nacelle and a tower,
An acceleration sensor installed at a tip of the blade;
A pitch angle adjusting unit for adjusting pitch angles of the blades; And
And a pitch angle control unit for controlling the pitch angle control unit to adjust the pitch angle of the blades based on the average rotation speed of the blades and the standard deviation of the average rotation speed of the blades from the acceleration sensor, And a control unit,
The acceleration sensor is a three-dimensional acceleration sensor. 제4항에 있어서,
상기 제2 제어부는,
풍속에 대한 상기 블레이드의 최소 피치각을 제한하는 피치명령 제한값을 설정하고, 상기 설정된 피치명령 제한값에 따라 상기 피치각 조절유닛을 제어하는 풍력발전기.5. The method of claim 4,
Wherein the second control unit comprises:
Sets a pitch command limit value that limits the minimum pitch angle of the blade with respect to the wind speed, and controls the pitch angle control unit according to the set pitch command limit value.
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