KR101778912B1 - 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치 - Google Patents

풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101778912B1
KR101778912B1 KR1020170001714A KR20170001714A KR101778912B1 KR 101778912 B1 KR101778912 B1 KR 101778912B1 KR 1020170001714 A KR1020170001714 A KR 1020170001714A KR 20170001714 A KR20170001714 A KR 20170001714A KR 101778912 B1 KR101778912 B1 KR 101778912B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensing
value
sensing unit
unit
wind
Prior art date
Application number
KR1020170001714A
Other languages
English (en)
Inventor
신원
김영환
Original Assignee
주식회사 로맥스인싸이트코리아
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 로맥스인싸이트코리아 filed Critical 주식회사 로맥스인싸이트코리아
Priority to KR1020170001714A priority Critical patent/KR101778912B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101778912B1 publication Critical patent/KR101778912B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
    • F03D7/046—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic with learning or adaptive control, e.g. self-tuning, fuzzy logic or neural network
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/32—Wind speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/321—Wind directions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/327—Rotor or generator speeds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

본 발명은, 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치에 관한 것으로, 특히, 풍력발전기용 나셀(Nacelle)에 설치되며, 설치위치에서의 바람상태에 관한 제1계측변수를 감지하는 제1감지부와; 상기 나셀의 현재 요(yaw) 축선의 방향을 감지하는 축방향감지부와; 상기 제1감지부의 감지값을 기초로 상기 요 축선을 회전정렬하기 위한 정렬오차각을 산출하는 제어부와; 상기 제어부에 의해 상기 나셀을 상기 정렬오차각 만큼 회전 구동하는 구동부;를 포함하되, 설정된 계측시간 동안 로터(rotor) 전방에 위치하는 감지위치에서의 바람상태에 관한 제2계측변수를 감지하는 제2감지부와; 상기 계측시간 동안 각 감지시간 별로 누적되는 상기 제2감지부의 각 감지값을 기준값으로하여 이에 대응하는 상기 제1감지부의 각 감지값을 대비하고, 상기 제1감지부의 감지값을 상기 제2감지부의 감지값의 설정값 이내로 근접하도록 보정하기 위한 오차보정값을 산출하는 최적화모듈;을 더 포함하여, 상기 최적화모듈이 상기 제1감지부의 감지값을 수신하여 상기 오차보정값을 반영한 후 상기 제어부로 전송함으로써, 상기 제어부에서 보정된 상기 제1감지부의 감지값에 기초하여 상기 정렬오차각을 산출하여 상기 구동부로 하여금 회전정렬하게 하는 것을 요지로 한다.
이에 의해, 고가이고 유지보수가 용이하지 아니한 정밀 측정장치를 모든 풍력발전기에 장착하지 않더라도 정밀 측정장치와 동일 및 근접하는 정렬오차를 구현할 수 있으므로, 요(yaw) 에러를 최소화하여 발전효율을 극대화할 수 있다. 또한, 본래 풍력발전기에 장착된 제어부를 조작하거나 교체하는 것이 아니라, 상기 제어부로 입력되는 변수를 조정하여 입력하는 것이므로, 풍력발전기 자체를 가변하거나 조작할 필요가 없어 발전효율 개선이 훨씬 용이해지는 장점이 있다.

Description

풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치{CORRECTION APPARATUS FOR YAW ALIGNMENT ERROR OF WIND TURBINE}
본 발명은 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치에 관한 것으로, 특히, 정밀 측정장치를 모든 풍력발전기에 장착하지 않더라도 종래 측정장치를 이용하여 정밀 측정장치와 동일하거나 이에 근접하는 높은 수준의 정렬오차를 구현할 수 있어 적은 비용으로 발전효율을 극대화할 수 있는 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치에 관한 것이다.
풍력발전은 공기 유동이 갖는 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시킨 후 다시 전기 에너지를 생산하는 기술로서, 자연에 존재하는 바람을 에너지원으로 이용하므로 비용이 들지 않으면서도 친환경적이어서, 최근 천연자원 고갈에 따른 대체 에너지원으로 주목받아 관련된 많은 연구가 진행되고 있다.
일반적으로 풍력발전기는 나셀(Nacelle), 타워(Tower) 및 로터(Rotor)로 구성된다. 타워는 지면에 세워지는 고층의 구조물로서, 타워 상단에 증속기, 발전기 등을 포함하는 발전장치 및 제어장치를 포함하는 나셀이 설치되고, 나셀에는 복수의 블레이드 및 이 블레이드가 결합되는 허브로 구성되는 로터가 장착된다.
풍력발전기는 항상 최대의 전기 에너지를 생산할 수 있도록 바람의 방향이 바뀔 때마다 블레이드가 바람을 정면으로 맞이하도록 하여야 하며(도 1의 (a)참조), 이를 위해 로터를 바람이 불어오는 방향에 위치하도록 나셀을 회전시키는데 이를 요(Yaw) 구동이라고 한다.
이 때, 상기 나셀을 회전시키는 각도 즉, 요(Yaw) 정렬오차(θ, 도 1의 (b) 참조)는 풍향(b)과 나셀 축 방향(a)의 상대각도 차이로 정의되는데, 요 정렬오차는 발전효율과 직접적인 관계가 있다.
즉, 요 구동과정에서 풍력발전기 나셀은 풍향과 일치하도록 제어가 되지만 센서 설치위치에 따른 유동왜곡, 전자기장의 영향, 설치 오차나 부정확한 센서 보정 등 기계적인 문제로 인하여 감지값 자체에 에러가 내재해 있으므로 어느 경우에든 실질적인 요(yaw) 정렬오차가 발생하는 것이다.
이와 관련하여, 풍력발전기는 보통 나셀 풍향계에서 측정되는 풍향에 의해 제어되는데, 나셀 풍향계는 로터의 뒤쪽에 위치하기 때문에 로터 후류의 영향을 받고, 측풍이나 지형적 영향에 의해 로터 앞쪽의 풍향 대비 왜곡된 값을 측정한다.
반면, 레이저 방식의 풍향계인 라이다(Ridar)는 로터 앞쪽의 풍향을 측정하므로 나셀 풍향계보다 정확하게 풍향을 측정한다.
따라서, 라이다의 풍향이 실제 풍향에 근사하므로 이를 제어에 사용하면 발전량을 향상시킬 수 있다는 연구결과가 있으나, 라이다 설치 및 유지보수 비용으로 인해 영속적인 설치는 어려운 실정이다.
한편, 종래의 풍력발전기용 요 정렬오차 보정장치에서는 보정에 의한 정렬오차의 신뢰성을 높이기 위해서는 정렬오차각을 산출하는 제어부에 접근하여 각종 파라미터를 조정하거나 보정값을 입력하거나 하여야 하는데, 풍력발전기 제조사의 협조가 원활하지 않으므로 제어부에서 접근 자체가 용이하지 않아 요 에러 개선이 쉽지 않다는 문제점이 있었다.
대한민국 특허공개 제10-2013-0074262호 대한민국 특허등록 제10-1634727호
따라서, 본 발명의 목적은, 고가이고 유지보수가 용이하지 아니한 정밀 측정장치를 모든 풍력발전기에 장착하지 않더라도 종래 측정장치를 이용하여 정밀 측정장치와 동일 및 근접하는 정렬오차를 구현할 수 있으므로, 요(yaw) 에러를 최소화하여 발전효율을 극대화할 수 있는 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 본래 풍력발전기에 장착된 제어부를 조작하거나 교체하는 것이 아니라, 상기 제어부로 입력되는 변수를 조정하여 입력하는 것이므로, 풍력발전기 자체를 가변하거나 조작할 필요가 없어 발전효율 개선이 훨씬 용이한 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 기계학습 모델이 설정된 계측시간 동안 입력되는 정보를 이용하여 반복적인 트레이닝을 통하여 최적의 보정모델을 도출하는 것이므로, 풍력발전기의 보정을 위하여 전문가가 직접 데이터를 분석하지 않아도 되므로 분석에 소요되는 시간 및 비용을 혁신적으로 절감할 수 있을 뿐 아니라, 도출된 보정모델은 다른 풍력발전기에 적용할 때마다 개선되므로 정렬오차 보정에 소요되는 시간 및 보정 신뢰성을 지속적으로 향상할 수 있는 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적은, 본 발명의 일실시예에 따라, 풍력발전기용 나셀(Nacelle)에 설치되며, 설치위치에서의 바람상태에 관한 제1계측변수를 감지하는 제1감지부와; 상기 나셀의 현재 요(yaw) 축선의 방향을 감지하는 축방향감지부와; 상기 제1감지부의 감지값을 기초로 상기 요 축선을 회전정렬하기 위한 정렬오차각을 산출하는 제어부와; 상기 제어부에 의해 상기 나셀을 상기 정렬오차각 만큼 회전 구동하는 구동부;를 포함하되, 설정된 계측시간 동안 로터(rotor) 전방에 위치하는 감지위치에서의 바람상태에 관한 제2계측변수를 감지하는 제2감지부와; 상기 계측시간 동안 각 감지시간 별로 누적되는 상기 제2감지부의 각 감지값을 기준값으로하여 이에 대응하는 상기 제1감지부의 각 감지값을 대비하고, 상기 제1감지부의 감지값을 상기 제2감지부의 감지값의 설정값 이내로 근접하도록 보정하기 위한 오차보정값을 산출하는 최적화모듈;을 더 포함하여, 상기 최적화모듈이 상기 제1감지부의 감지값을 수신하여 상기 오차보정값을 반영한 후 상기 제어부로 전송함으로써, 상기 제어부에서 보정된 상기 제1감지부의 감지값에 기초하여 상기 정렬오차각을 산출하여 상기 구동부로 하여금 회전정렬하게 하는 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 제1계측변수 및 제2계측변수는 각 감지위치에서의 풍향값으로 마련되거나, 또는 풍향값 및 풍속값 모두로 마련될 수 있다.
한편, 상기 최적화모듈은 입력되는 모든 상기 제1감지부의 감지값에 동일한 상기 오차보정값을 반영할 수 있다.
또는, 상기 최적화모듈은 입력되는 상기 제1감지부의 감지값에 대하여, 설정된 근사치 이내에 해당하는 상기 계측기간 내에 감지되어 저장된 상기 제1감지부의 감지값에 대응하여 저장된 상기 제2감지부의 감지값을 보정된 상기 제1감지부의 감지값으로 하여 상기 제어부로 송신할 수 있다.
상기 제2감지부는 라이더(Lidar : LIght Deatection And Ranging) 센서로 마련될 수 있다.
상기 제1계측변수 및 제2계측변수는, 상기 로터의 회전속도 또는 발전량 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치에 따르면, 고가이고 유지보수가 용이하지 아니한 정밀 측정장치를 모든 풍력발전기에 장착하지 않더라도 정밀 측정장치와 동일 및 근접하는 정렬오차를 구현할 수 있으므로, 요(yaw) 에러를 최소화하여 발전효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치에 따르면, 본래 풍력발전기에 장착된 제어부를 조작하거나 교체하는 것이 아니라, 상기 제어부로 입력되는 변수를 조정하여 입력하는 것이므로, 풍력발전기 자체를 가변하거나 조작할 필요가 없어 발전효율 개선이 훨씬 용이해지는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치에 따르면, 기계학습 모델이 설정된 계측시간 동안 입력되는 정보를 이용하여 반복적인 트레이닝을 통하여 최적의 보정모델을 도출하는 것이므로, 풍력발전기의 보정을 위하여 전문가가 직접 데이터를 분석하지 않아도 되므로 분석에 소요되는 시간 및 비용을 혁신적으로 절감할 수 있을 뿐 아니라, 도출된 보정모델은 다른 풍력발전기에 적용할 때마다 개선되므로 정렬오차 보정에 소요되는 시간 및 보정 신뢰성을 지속적으로 향상할 수 있다.
도 1은, 요 정렬오차를 설명하기 위한 개념도,
도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기의 사시도,
도 3은, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기용 요 정렬오차 보정장치의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명이 적용되는 풍력발전기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 타워(Tower, 2), 나셀(Nacelle, 2), 로터(rotor, 4) 및 블레이드(Blade, 5)로 구성된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치(1)는, 나셀에 설치되는 제1감지부(10)와, 축방향감지부(60)와, 정렬오차각을 산출하는 제어부(40)와, 상기 정렬오차각에 따라 나셀을 회전구동하는 구동부(50)와, 정밀계측을 위한 제2감지부(20)와, 제2감지부(20)의 감지값과 제1감지부(10)의 감지값의 상관관계를 학습하여 입력되는 제1감지부(10)의 감지값을 보정하기 위한 오차보정값을 산출하는 최적화모듈(30)을 포함한다.
이하, 구성별로 상세히 살펴본다.
도 3을 참조하면, 제1감지부(10)는 풍력발전기용 나셀(Nacelle)에 설치되며, 설치위치에서의 바람상태에 관한 제1계측변수를 감지한다.
제1감지부(10)는 통상의 풍력발전기에서 사용되는 풍향계이며, 로터와 블레이드의 회전영역의 후방에 위치하므로 그 감지값에는 유동의 왜곡이 불가피하게 포함되어 있다.
상기 제1계측변수는 필요에 따라 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 어느 하나만 포함할 수도 있고, 2 이상을 동시에 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1계측변수는 풍향값으로 마련될 수 있다. 또는, 상기 제1계측변수는 풍향값과 풍속값을 모두 포함할 수 있다.
또는 상기 제1계측변수는, 이외에도 로터의 회전속도 또는 발전량 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
축방향감지부(60)는 현재 나셀의 요(Yaw) 축선의 방향을 감지한다.
요 축선은 나셀(2)의 방향을 의미하며, 도 1에서 보는 바와 같이, 블레이드(5)와 수직하다. 이에, 제어부(40)는 축방향감지부(60)로부터 요 축선의 방향에 대한 데이터를 수신하고, 후술할 최적화모듈(30)로부터 풍향값(b)를 수신하여 요 정렬오차(θ)를 산출하고, 상기 요 정렬오차 만큼 구동부(50)를 회전구동하여 정렬시키는 것이다.
제2감지부(20)는 설정된 계측시간 동안 로터(rotor) 전방에 위치하는 감지위치에서의 바람상태에 관한 제2계측변수를 감지한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2감지부(20)는 그 감지위치가 로터의 전방에 위치하므로 블레이드(5)를 포함한 기타 기계적 유동 자체에 영향을 받지 않으므로 제1감지부(10)에 비하여 실제 측정하고자 하는 계측변수에 대하여 상당히 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
여기서, 제2감지부(20)를 설정된 계측시간 동안에만 감지하도록 하는 것은, 상기 계측시간 동안 왜곡된 제1감지부(10)의 감지값에 대비하여 참값에 가까운 제2감지부(20)의 감지값을 대조하여, 제1감지부(10) 및 제2감지부(20)의 감지값 사이의 상관관계를 도출하고, 이후에는 제2감지부(20) 없이 도출된 상관관계에 따라 제1감지부(10)의 감지값 만으로 참값에 가까운 요 정렬오차를 보정할 수 있도록 하기 위함이다.
여기서, 상기 계측기간은 필요에 따라 다양하게 마련될 수 있으며, 예를 들어, 7일 이상으로 마련될 수 있다.
상기 제2계측변수의 종류 및 갯수에 대하여는 전술한 제1계측변수의 설명으로 갈음하기로 한다.
제2감지부(20)는 다양한 종류로 마련될 수 있으며, 예를 들어, 라이더(Lidar :LIghrt Detection And Ranging) 센서로 마련될 수 있다. 상기 라이더 센서는 해당 업계에서 일반적으로 통용되는 장치인 바, 이에 대하여는 상술을 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 최적화모듈(30)은 상기 계측시간 동안 각 감지시간 별로 누적되는 상기 제2감지부(20)의 감지값을 기준값으로 하여, 이에 대응하는 제1감지부(10)의 각 감지값을 대비하고, 제1감지부(10)의 감지값을 제2감지부(20)의 감지값의 설정값 이내로 근접하도록 보정하기 위한 오차보정값을 산출한다.
최적화모듈(30)에서 상기 오차보정값을 산출하는 방법은 다양한 방법이 사용될 수 있다.
제1감지부(10)와 제2감지부(20)의 감지값의 관계는 대단히 복잡하고 비선형적이기 때문에 기존의 공학적 기법으로는 모델링의 한계가 있다. 그렇다고 단순한 선형적인 보정 방식으로는 보정의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 기계학습의 한 방법인 지도학습(Supervised Learning)을 통해 데이터 기반으로 제1감지부(풍향계)과 제2감지부(Lidar)의 감지값 사이의 복잡한 비선형성을 모델링하는 접근방법이 사용될 수 있다. 즉, 제1감지부(10)와 제2감지부(20)에서 예를들어, 풍향과 풍속을 동시에 측정한 후, 제1감지부(10)에서 측정한 풍향과 풍속 값을 인공신경망의 학습데이터(Training Data) 입력으로 하고, 이에 대응하는 제2감지부(20)의 측정값을 출력으로 하여 두 측정값 사이의 관계를 학습하도록 할 수 있다.
이렇게 학습된 제1감지부(10) 및 제2감지부(20)의 상관관계는 상기 오차보정값으로 귀결되어질 수 있고, 이는 제1감지부(10)의 감지값에 상기 오차보정값을 반영하여 제2감지부(20)의 감지 없이도 제2감지부(20)에서 감지한 것과 같은 효과를 기대할 수 있다.
여기서, 최적화모듈(30)은 입력되는 모든 제1감지부(10)의 감지값에 동일한 상기 오차보정값을 반영할 수 있고, 또는 입력되는 각 제1감지부(10)의 감지값에 따라 서로 다른 상기 오차보정값을 반영할 수도 있다.
후자의 경우, 최적화모듈(30)은 예를 들어, 입력되는 제1감지부(10)의 감지값에 대하여, 설정된 근사치 이내에 해당하는 상기 계측기간 내에 감지되어 저장된 제1감지부(10)의 감지값에 대응하여 저장된 제2감지부(20)의 감지값을 보정된 제1감지부(10)의 감지값으로하여 제어부(40)로 전송할 수 있다.
이에, 최적화모듈(30)은 제1감지부(10)의 감지값을 수신하여 상기 오차보정값을 반영한 후 제어부(40)로 전송하며, 제어부(40)에서는 보정된 상기 제1감지부(10)의 감지값에 기초하여 상기 정렬오차각을 산출하여 구동부(50)로 하여금 회전정렬하게 한다.
제어부(40)는 제1감지부(10)의 감지값을 기초로 요 축선을 회전정렬하기 위한 정렬오차각을 산출한다.
제어부(40)는 보정된 제1감지부의 감지값에 기초하여 정렬해야할 요 축선의 각도를 산출하고, 축방향감지부(60)를 통해 현재 나셀의 요 축선의 위치를 산출한 다음, 두 산출값으로부터 나셀(2)을 정렬하기 위하여 회전해야할 정렬오차각(θ)을 산출한다.
구동부(50)는 제어부(40)에 의해 나셀(2)을 상기 정렬오차각(θ) 만큼 회전 구동한다.
이하에서는, 도 3을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치(1)의 작동과정을 설명한다.
먼저, 풍력효율의 저하가 의심되는 등 요 정렬오차를 개선하여야 할 풍력발전기(100)에 제2감지부(20)와 최적화모듈(30)을 장착한다. 여기서, 제1감지부(10)는 기본적으로 요(yaw) 제어구동을 위하여 나셀(2)에 이미 설치되어 있는 풍향계 등의 감지센서로 간주되어도 무방하다.
도 3의 (a)부분을 참조하면, 나셀(2)에 위치한 제1감지부(10)에서 제1계측변수 예를 들어, 풍향값을 감지하여 그 결과를 최적화모듈(30)로 전송한다. 동시에, 제2감지부(20)에서 로터(4) 전방에 위치하는 감지위치에서의 제2계측변수를 감지하여 감지값을 최적화모듈(30)로 전송한다. 여기서, 상기 감지위치는 도 2에 도시된 P와 같으며, 예를 들어, 로터의 전방 40 ~ 200 m 사이를 측정영역으로 설정할 수 있다.
상기 제1계측변수는 로터(4)의 후방인 나셀(2)에 설치한 제1감지부(10)에서 바람상태를 감지한 것이므로 유동왜곡이 있는 값으로 추정하며, 반면, 상기 제2계측변수는 로터(4)의 전방에 위치한 감지위치(도 2의 P)에서 바람상태를 감지한 것으로 블레이드(5) 등에 의한 유동 왜곡 등이 개입할 여지가 상대적으로 적으므로 이를 로터(4) 전방의 풍향에 대한 기준값(참값)으로 고려한다.
최적화모듈(30)에서는 동일시간에 감지된 제1감지부(10)의 감지값과 제2감지부(20)의 감지값을 누적하여 저장하고, 이들 사이의 상관관계를 기계학습 알고리즘을 통하여 제1감지부(10)의 감지값을 입력으로 하고 이에 대한 출력을 제2감지부(20)의 감지값과 대비하여 그 오차를 줄이는 알고리즘 트레이닝을 통하여 최적의 보정모델을 도출한다.
최적화모듈(30)에서의 보정모델 도출은 예를 들어, 입력되는 제1감지부(10)의 감지값을 이에 대응하는 제2감지부(20)의 감지값의 설정값 이내로 근접하도록 하는 오차보정값을 산출하는 방식으로 마련될 수 있다. 상기 설정값은 설계자가 필요에 따라 조절이 가능함은 물론이다.
이렇게 최적화모듈(30)에서 설정된 계측시간 동안 감지를 수행한 결과를 가지고 보정모델 도출이 완료되면, 이후 제2감지부(20)는 더이상 감지를 수행하지 않으며, 풍력발전기(100)에서 제거되는 것도 가능하다.
다음, 실제 상황에서의 요 정렬오차 보정방법을 도 3의 (b)를 통해 살펴보면, 제1감지부(10)에서는 해당 설치위치에서의 유동 왜곡이 포함된 제1계측변수를 지속적으로 감지한다.
상기 제1감지부(10)에서 감지된 감지값은 제어부(40)로 전송되지 않으며, 최적화모듈(30)로 전송된다. 최적화모듈(30)은 수신된 제1감지부(10)의 감지값을 입력으로 하여 앞서 도출한 보정모델을 통하여 제2감지부(20)의 감지값과 동일 또는 근접하는 보정된 제1감지부(10)의 감지값으로 변환한다. 상기 과정은 예를 들어, 최적화모듈(30)이 입력된 제1감지부(10)의 감지값에 오차보정값을 반영하여 보정된 제1감지부(10)의 감지값(또는 보정된 제1계측변수)로 출력하여 제어부(40)로 전송한다.
제어부(40)는 보정된 제1계측변수와 축방향감지부(60)에서 수신된 요 축선 정보에 기초하여 정렬오차각을 산출하며, 이에 따라 구동부(50)를 구동하여 나셀(2)을 정렬시킨다.
따라서, 본 발명에 따른 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치에 따르면, 고가이고 유지보수가 용이하지 아니한 정밀 측정장치를 모든 풍력발전기에 장착하지 않더라도 정밀 측정장치와 동일 및 근접하는 정렬오차를 구현할 수 있으므로, 요(yaw) 에러를 최소화하여 발전효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치에 따르면, 본래 풍력발전기에 장착된 제어부를 조작하거나 교체하는 것이 아니라, 상기 제어부로 입력되는 변수를 조정하여 입력하는 것이므로, 풍력발전기 자체를 가변하거나 조작할 필요가 없어 발전효율 개선이 훨씬 용이해지는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치에 따르면, 기계학습 모델이 설정된 계측시간 동안 입력되는 정보를 이용하여 반복적인 트레이닝을 통하여 최적의 보정모델을 도출하는 것이므로, 풍력발전기의 보정을 위하여 전문가가 직접 데이터를 분석하지 않아도 되므로 분석에 소요되는 시간 및 비용을 혁신적으로 절감할 수 있을 뿐 아니라, 도출된 보정모델은 다른 풍력발전기에 적용할 때마다 개선되므로 정렬오차 보정에 소요되는 시간 및 보정 신뢰성을 지속적으로 향상할 수 있다.
1 : 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치
2 : 나셀 3 : 타워
4 : 로터 5 : 블레이드
10 : 제1감지부 20 : 제2감지부
30 : 최적화모듈 40 : 제어부
50 : 구동부 60 : 축방향감지부

Claims (6)

  1. 풍력발전기용 나셀(Nacelle)에 설치되며, 설치위치에서의 바람상태에 관한 제1계측변수를 감지하는 제1감지부와;
    상기 나셀의 현재 요(yaw) 축선의 방향을 감지하는 축방향감지부와;
    상기 제1감지부의 감지값을 기초로 상기 요 축선을 회전정렬하기 위한 정렬오차각을 산출하는 제어부와;
    상기 제어부에 의해 상기 나셀을 상기 정렬오차각 만큼 회전 구동하는 구동부;를 포함하되,
    설정된 계측시간 동안 로터(rotor) 전방에 위치하는 감지위치에서의 바람상태에 관한 제2계측변수를 감지하는 제2감지부와;
    상기 계측시간 동안 각 감지시간 별로 누적되는 상기 제2감지부의 각 감지값을 기준값으로하여 이에 대응하는 상기 제1감지부의 각 감지값을 대비하고, 상기 제1감지부의 감지값을 상기 제2감지부의 감지값의 설정값 이내로 근접하도록 보정하기 위한 오차보정값을 산출하는 최적화모듈;을 더 포함하여,
    상기 최적화모듈이 상기 제1감지부의 감지값을 수신하여 상기 오차보정값을 반영한 후 상기 제어부로 전송함으로써, 상기 제어부에서 보정된 상기 제1감지부의 감지값에 기초하여 상기 정렬오차각을 산출하여 상기 구동부로 하여금 회전정렬하게 하는 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1계측변수 및 제2계측변수는 각 감지위치에서의 풍향값으로 마련되거나, 또는 풍향값 및 풍속값 모두로 마련되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 최적화모듈은 입력되는 모든 상기 제1감지부의 감지값에 동일한 상기 오차보정값을 반영하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 최적화모듈은 입력되는 상기 제1감지부의 감지값에 대하여, 설정된 근사치 이내에 해당하는 상기 계측시간 내에 감지되어 저장된 상기 제1감지부의 감지값에 대응하여 저장된 상기 제2감지부의 감지값을 보정된 상기 제1감지부의 감지값으로 하여 상기 제어부로 송신하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2감지부는 라이더(Lidar : LIght Deatection And Ranging) 센서로 마련되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1계측변수 및 제2계측변수는, 상기 로터의 회전속도 또는 발전량 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치.

KR1020170001714A 2017-01-05 2017-01-05 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치 KR101778912B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170001714A KR101778912B1 (ko) 2017-01-05 2017-01-05 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170001714A KR101778912B1 (ko) 2017-01-05 2017-01-05 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101778912B1 true KR101778912B1 (ko) 2017-09-26

Family

ID=60036658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170001714A KR101778912B1 (ko) 2017-01-05 2017-01-05 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101778912B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101956530B1 (ko) * 2017-10-16 2019-03-11 군산대학교산학협력단 Mpc 기반의 풍력 터빈 요 제어 방법
KR20190087095A (ko) * 2018-01-16 2019-07-24 군산대학교산학협력단 풍력 터빈의 요 제어 방법 및 시스템
CN110318947A (zh) * 2018-03-30 2019-10-11 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的偏航控制方法、设备及系统
CN113495169A (zh) * 2021-04-23 2021-10-12 中国大唐集团新能源科学技术研究院有限公司 风力机风轮前风速超声测量系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011007187A (ja) 2009-06-24 2011-01-13 Siemens Ag 風力タービンのヨーイングを制御するための装置および方法
JP2015506444A (ja) 2012-02-08 2015-03-02 ロモ ウインド アーゲー 風力タービンのヨーを調節するための装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011007187A (ja) 2009-06-24 2011-01-13 Siemens Ag 風力タービンのヨーイングを制御するための装置および方法
JP2015506444A (ja) 2012-02-08 2015-03-02 ロモ ウインド アーゲー 風力タービンのヨーを調節するための装置

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101956530B1 (ko) * 2017-10-16 2019-03-11 군산대학교산학협력단 Mpc 기반의 풍력 터빈 요 제어 방법
KR20190087095A (ko) * 2018-01-16 2019-07-24 군산대학교산학협력단 풍력 터빈의 요 제어 방법 및 시스템
KR102004749B1 (ko) 2018-01-16 2019-10-04 군산대학교산학협력단 풍력 터빈의 요 제어 방법 및 시스템
CN110318947A (zh) * 2018-03-30 2019-10-11 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的偏航控制方法、设备及系统
CN110318947B (zh) * 2018-03-30 2020-06-09 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的偏航控制方法、设备及系统
US11174842B2 (en) 2018-03-30 2021-11-16 Beijing Goldwind Science & Creation Windpower Equipment Co., Ltd. Yaw control method, device and system for wind turbine
CN113495169A (zh) * 2021-04-23 2021-10-12 中国大唐集团新能源科学技术研究院有限公司 风力机风轮前风速超声测量系统
CN113495169B (zh) * 2021-04-23 2022-03-15 中国大唐集团新能源科学技术研究院有限公司 风力机风轮前风速超声测量系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101778912B1 (ko) 풍력발전기의 요 정렬오차 보정장치
KR101800217B1 (ko) 풍력발전기의 요 정렬오차 보정방법
EP2562415B1 (en) Blade-pitch-angle control device and wind power generator
DK201700026Y4 (da) Apparatur til justering af yaw for en vindturbine
US11313351B2 (en) Methods and systems of advanced yaw control of a wind turbine
CN102072965B (zh) 使用叶片信号的风传感器系统
US8702388B2 (en) Calibration of blade load sensors
KR20200024243A (ko) 풍력 터빈의 적어도 하나의 요 각도를 재교정하기 위한 컴퓨터 구현 방법, 각각의 시스템, 윈드 파크 최적화를 위한 컴퓨터 구현 방법, 그리고 각각의 윈드 파크
CN103899497A (zh) 检测风力涡轮机的偏航误差度的方法
KR101383792B1 (ko) 라이다 측정을 이용한 나셀 풍속계 보정 방법
EP3763939B1 (en) System and method for determining the wind yaw misalignment of a horizontal axis on-shore wind turbine
CN108700032B (zh) 一种用于确定风力涡轮机的偏航位置偏移的方法
US20210115900A1 (en) Estimating free-stream inflow at a wind turbine
CN110809672B (zh) 确定风速值
EP4359668A1 (en) Systems and methods of coordinated yaw control of multiple wind turbines
KR20140041191A (ko) 풍력 발전 단지 제어 방법
WO2022083835A1 (en) Multi-rotor wind turbine yaw control
JP2011007121A (ja) 水平軸風車
CN113738594B (zh) 风力发电机组的风向偏差诊断系统和方法
Kanev et al. On the application of LiDARs in wind farm control
MXPA06001804A (en) Blade pitch angle control device and wind turbine generator
DK201770590A1 (en) PITCH ALIGNMENT ERROR DETECTION

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant