KR101822535B1 - 부유식 풍력 터빈의 틸트 댐핑 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부유식 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 제거 또는 실질적으로 저감시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 동작점 신호가 수신되고, 상기 수신된 동작점 신호에 기초하여 게인 스케줄링 파라미터가 결정된다. 그 다음에는 입력 신호가 게인 스케줄링 파라미터에 의하여 게인 스케줄링되고, 적어도 상기 게인 스케줄링된 입력 신호에 기초해서 부유식 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과가 제거 또는 실질적으로 저감될 수 있다.

Description

부유식 풍력 터빈의 틸트 댐핑{TILT DAMPING OF A FLOATING WIND TURBINE}
본 발명은 틸트 댐핑에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 부유식 플랫폼의 틸트 동요(tilt oscillations)의 영향을 저감 또는 제거하기 위한 부유식 풍력 터빈용 틸트 댐핑에 관한 것이다.
풍력 터빈은 바람의 운동 에너지를 풍력 터빈에 있는 전기 및 기계 시스템들을 통하여 전기 에너지로 효과적으로 변환시킨다. 통상적으로, 풍력 터빈은 허브(hub)에 연결되어 있는 로터 블레이드(rotor blade)들을 포함하고, 상기 허브는 너셀에 장착된다. 상기 너셀은 예를 들어 발전기, 컨버터(converter), 구동 샤프트(drive shaft), 등과 같은 여러가지의 전기 및 기계 시스템들을 수용한다. 통상적으로 너셀은 타워(tower)에 장착되어 있으며, 따라서 너셀과 로터 블레이드들은 타워의 기초부 위로 적절한 높이에 위치한다.
전통적으로 풍력 터빈은, 연안 중에서 바람의 조건이 전력을 발생시키기에 적합한 영역에 배치되어 왔다. 연안에 있는 풍력 터빈의 경우에는, 풍력 터빈 구조물에 견고한 베이스(base)를 제공하기 위하여 타워의 기초부가 지면과 접촉한다.
그러나, 특히 일부 국가들의 경우에는 풍력 터빈 단지를 수용하기 위한 대지가 제한되어 있거나 또는 남은 위치들이 바람의 조건 관점에서 적합하지 않은 등, 연안 풍력 터빈에 적합한 위치는 상대적으로 적기 때문에, 대안적인 방안이 필요하다.
그와 같은 일 방안은 풍력 터빈 단지를 근해(offshore)에 배치시키는 것이다. 예를 들어 30m 미만의 수중 깊이에서 해안에 가까운 곳에 위치된 풍력 터빈의 경우에는, 타워의 기초부가 해저(sea bed)와 접촉하도록 설치될 수 있으며, 이로써 풍력 터빈을 지지하는 견고한 기초부가 제공될 수 있다. 그러나, 더 멀리 있는 근해에 위치한 풍력 터빈의 경우에는 풍력 터빈의 기초부를 해저와 접촉하게끔 설치하는 것이 물리적으로 또는 비용면에서 사실상 불가능하다. 따라서, 이와 같은 근해 풍력 터빈(offshore wind turbine)의 경우에는, 풍력 터빈이 부유식 플랫폼의 형태에 장착되곤 한다.
근해 풍력 터빈의 제어와 관련된 한 가지 문제는 음 댐핑(negative damping) 현상에 관한 것이다. 양 댐핑(positive damping)이라 함은 어떤 시스템이 홀로 남겨진 때에 동요 또는 진동이 댐핑(감쇠)됨을 의미하는바, 다시 말하면 동요 또는 진동에 반하는 힘이 작용하여 그 시스템이 안정적으로 유지됨을 의미한다. 음 댐핑은 양 댐핑과 반대의 의미를 갖는 것으로서, 이 경우에는 동요 또는 진동이 시작되면 증가하여서 해당 시스템이 불안정하게됨, 즉 상기 동요 또는 진동을 증가시키는 힘이 작용함을 의미한다.
음 댐핑은 풍력 터빈, 특히 부유식 풍력 터빈에 대해 심각한 문제이다. 따라서, 적어도 부분적으로 부유식 플랫폼의 틸트 동요(tilt oscillations)에 의하여 유발될 수 있는 음 댐핑 효과를 방지 또는 적어도 저감시키기 위하여 틸트 댐핑(tilt damping)을 제공하도록 풍력 터빈을 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
청구범위에 기재된 본 발명은 전술된 문제 또는 단점 중 한 가지 이상을 적어도 부분적으로 해결함을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태에 따르면, 동작점 신호(operating point signal)를 수신함; 적어도 상기 수신된 동작점 신호에 기초하여 게인 스케줄링 파라미터(gain scheduling parameter)를 결정함; 입력 신호를 수신함; 상기 입력 신호에 기초하여 너셀 속도(nacelle velocity)에 비례하는 신호를 발생시킴; 및 상기 너셀 신호에 비례하는 신호에 상기 결정된 게인 스케줄링 파라미터를 곱함으로써 틸트 댐핑 신호(tilt damping signal)를 발생시킴;을 포함하는 방법이 제공된다.
그러므로, 적어도 하나의 동작점과, 너셀 속도에 비례하는 게인 스케줄링된 신호에 기초하여 틸트 댐핑 신호가 발생될 수 있다. 상기 동작점은 터빈 블레이드들의 피치 각도, 발전기 속력, 발전기 토크, 로터 속력, 풍속, 전력 출력, 또는 풍력 터빈에서의 임의의 다른 동작점 중 적어도 하나일 수 있다. 유리하게는, 상기 발생된 틸트 댐핑 신호로 인하여, 부유식 풍력 터빈에서의 또는 부유식 풍력 터빈에 영향을 주는 음 댐핑 효과가 극복 또는 실질적으로 저감될 수 있게 된다.
상기 방법은 상기 발생된 틸트 댐핑 신호에 기초하여 피치 요청 신호를 수정함을 더 포함할 수 있다. 상기 피치 요청 신호는 통상적으로 풍력 터빈 콘트롤러에 의하여 발생되고, 하나 이상의 풍력 터빈 블레이드의 피치 각도를 설정하는 피치 제어 시스템에 의하여 사용된다. 예를 들어 조합기에서 상기 피치 요청 신호가 상기 발생된 틸트 댐핑 신호에 의하여 수정될 수 있는바, 이에 의하여 결과적으로 얻어지는 수정된 피치 요청 신호가 부유식 풍력 터빈에서의 음 댐핑을 보상하며, 상기 피치 요청 신호는 터빈 블레이드들의 피치 각도 제어를 위하여 피치 제어 시스템에 전송 또는 제공될 수 있다.
상기 입력 신호는 너셀 속도 신호일 수 있다.
상기 입력 신호는 가속도 신호일 수 있고, 상기 가속도 신호는 너셀에 관한 가속도 측정치를 포함할 수 있으며, 상기 너셀 속도에 비례하는 신호를 발생시킴은 상기 가속도 신호를 적분함을 포함할 수 있고, 상기 적분기는 와인드-업 방지 누설 적분기일 수 있다. 현재로서는 풍력 터빈의 너셀의 속도를 직접적으로 측정함이 곤란하기 때문에, 상기 입력 신호는 너셀의 속도에 비례하는 신호를 발생시키기 위하여 적분될 수 있는 가속도 신호일 수 있다.
상기 방법은 부유식 플랫폼의 고유 진동수에 관한 것이 아닌 주파수 성분들을 제거 또는 실질적으로 저감시키기 위하여, 상기 수신된 입력 신호를 필터링함을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 형태에 따르면, 동작점 신호를 수신함; 적어도 상기 수신된 동작점 신호에 기초하여 게인 스케줄링 파라미터를 결정함; 부유식 풍력 터빈의 가속도에 관한 가속도 신호를 수신함; 상기 가속도 신호에 상기 결정된 게인 스케줄링 파라미터를 곱함으로써 게인 스케줄링된 가속도 신호를 발생시킴; 및 상기 부유식 풍력 터빈의 터빈 콘트롤러(turbine controller)에 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호를 입력함으로써, 틸트 댐핑 성분을 포함하는 피치 요청 신호가 상기 터빈 콘트롤러에 의하여 생성될 수 있도록 하되, 적어도 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호 및 발전기 속도 오차 신호(generator speed error signal)에 기초하여 생성될 수 있게 함;을 포함하는 방법이 제공된다.
그러므로, 부유식 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 보상할 수 있는 피치 요청 신호가 하나 이상의 동작점과 게인 스케줄링된 가속도 신호에 기초하여 발생될 수 있다.
상기 방법은 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호에 추가적인 게인 파라미터를 곱함을 더 포함할 수 있고, 이 때 상기 추가적인 게인 파라미터는 상기 터빈 콘트롤러에 적용되는 적어도 하나의 게인에 기초한 것일 수 있다. 상기 피치 요청 신호를 발생시키는 때에 터빈 콘트롤러에서 작용될 수 있는 게인을 보상하기 위하여, 이전에 게인 스케줄링된 가속도 신호에 추가적인 게인이 적용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 게인 스케줄링 파라미터는 상기 터빈 콘트롤러에 의하여 적용될 수 있는 하나 이상의 게인을 보상하도록 수정되어서 피치 요청 신호를 발생시킬 수 있다.
상기 방법은: 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호를 상기 발전기 속도 오차 신호와 조합함; 및 상기 조합된 신호를 적분하여 상기 피치 요청 신호를 발생시킴;을 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 발생된 피치 요청 신호를 게인 스케줄링된 발전기 속도 오차 신호와 조합함을 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 발생된 피치 요청 신호에 게인 파라미터를 곱함을 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 부유식 플랫폼의 고유 진동수에 관련되지 않은 주파수 성분(frequency components)을 제거 또는 실질적으로 저감시키기 위하여 상기 수신된 가속도 신호를 필터링함을 더 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 동작점 신호를 필터링 및 시간 지연시킴을 더 포함할 수 있다.
상기 동작점 신호는 피치 각도 신호일 수 있다.
상기 게인 스케줄링 파라미터를 결정하는 단계는, 상기 게인 스케줄링 파라미터를, 게인 스케줄링 파라미터에 대한 상기 동작점의 미리 정해진 룩업 테이블(lookup table)로부터 식별함을 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 형태에 따르면, 동작점 신호를 수신하도록 구성된 제1 입력부(first input); 적어도 상기 수신된 동작점 신호에 기초하여 게인 스케줄링 파라미터를 결정하도록 구성된 게인 스케줄링 부품(gain scheduling component); 입력 신호를 수신하도록 구성된 제2 입력부; 및 상기 입력 신호에 기초하여 너셀 속도에 비례하는 신호를 발생시키도록 구성된 부품;을 포함하는 장치가 제공되는바, 상기 게인 스케줄링 부품은 상기 너셀 속도에 비례하는 신호에 상기 결정된 게인 스케줄링 파라미터를 곱하여 틸트 댐핑 신호를 발생시키도록 더 구성된다.
본 발명의 제4 형태에 따르면, 동작점 신호를 수신하고; 적어도 상기 수신된 동작점 신호에 기초하여 게인 스케줄링 파라미터를 결정하고; 입력 신호를 수신하고; 상기 입력 신호에 기초하여 너셀 신호에 비례하는 신호를 발생시키고; 상기 너셀 속도에 비례하는 신호에 상기 결정된 게인 스케줄링 파라미터를 곱하여 틸트 댐핑 신호를 발생시키도록 구성된 장치가 제공된다.
상기 장치는 상기 발생된 틸트 댐핑 신호에 기초하여 피치 요청 신호를 수정하도록 구성된 조합기를 더 포함할 수 있다.
상기 입력 신호는 너셀 속도 신호일 수 있다.
상기 입력 신호는 가속도 신호일 수 있고, 상기 가속도 신호는 너셀에 관한 가속도 측정치를 포함할 수 있으며, 상기 너셀 속도에 비례하는 신호를 발생시키도록 구성된 상기 부품은 상기 가속도 신호를 적분하도록 구성된 와인드-업 방지 누설 적분기를 포함할 수 있다.
상기 장치는 부유식 플랫폼의 고유 진동수에 관련되지 않은 주파수 성분들을 제거 또는 실질적으로 저감시키기 위하여 상기 수신된 입력 신호를 필터링하도록 구성된 필터(filter)를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 입력부 및 제2 입력부는 동일한 입력부이거나 상이한 입력부일 수 있다.
본 발명의 제5 형태에 따르면, 동작점 신호를 수신하도록 구성된 제1 입력부; 부유식 풍력 터빈의 가속도에 관한 가속도 신호를 수신하도록 구성된 제2 입력부; 적어도 상기 수신된 동작점 신호에 기초하여 게인 스케줄링 파라미터를 결정하도록 구성되고, 또한 상기 가속도 신호에 상기 결정된 게인 스케줄링 파라미터를 곱하여 게인 스케줄링된 가속도 신호를 발생시키도록 구성된, 게인 스케줄링 부품; 및 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호를 상기 부유식 풍력 터빈의 터빈 콘트롤러에 전송하도록 구성된 출력부로서, 상기 터빈 콘트롤러가 적어도 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호 및 발전기 속도 오차 신호에 기초하여 틸트 댐핑 성분을 포함하는 피치 요청 신호를 발생시킴을 가능하게 하는, 출력부;를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명의 제6 형태에 따르면, 동작점 신호를 수신하고; 부유식 풍력 터빈의 가속도에 관한 가속도 신호를 수신하고; 적어도 상기 수신된 동작점 신호에 기초하여 게인 스케줄링 파라미터를 결정하고 또한 상기 가속도 신호에 상기 결정된 게인 스케줄링 파라미터를 곱하여 게인 스케줄링된 가속도 신호를 발생시키고; 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호를 상기 부유식 풍력 터빈의 터빈 콘트롤러에 입력시켜서 상기 터빈 콘트롤러가 적어도 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호 및 발전기 속도 오차 신호에 기초하여 틸트 댐핑 성분을 포함하는 피치 요청 신호를 발생시킴을 가능하게 하도록 구성된 장치가 제공된다.
상기 장치는 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호에 추가적인 게인 파라미터를 곱하도록 구성된 게인 부품을 더 포함할 수 있고, 상기 추가적인 게인 파라미터는 상기 터빈 콘트롤러에서 적용되는 적어도 하나의 게인에 기초한 것일 수 있다.
상기 장치는: 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호를 상기 발전기 속도 오차 신호와 조합시키도록 구성된 제1 조합기; 및 상기 조합된 신호를 적분하여 상기 피치 요청 신호를 발생시키도록 구성된 적분기(integrator);를 더 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 발생된 피치 요청 신호를 게인 스케줄링된 발전기 속도 오차 신호와 조합시키도록 구성된 제2 조합기를 더 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 발생된 피치 요청 신호에 게인 파라미터를 곱하도록 구성된 게인 부품을 더 포함할 수 있다.
상기 장치는 부유식 플랫폼의 고유 진동수에 관련되지 않은 주파수 성분들을 제거 또는 실질적으로 저감시키기 위하여 상기 수신된 가속도 신호를 필터링하도록 구성된 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 입력부 및 제2 입력부는 동일한 입력부이거나 또는 상이한 입력부일 수 있다.
상기 장치는 상기 동작점 신호를 필터링 및 시간 지연시키도록 구성된 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 동작점 신호는 피치 각도 신호일 수 있다.
상기 게인 스케줄링 부품은 게인 스케줄링 파라미터에 대한 상기 동작점의 미리 정해진 룩업 테이블로부터 상기 게인 스케줄링 파라미터를 식별하도록 더 구성될 수 있다.
위에서 설명된 특징들 모두 또는 그 중 임의의 것 및/또는 다양한 형태들 모두 또는 그 중 임의의 것은, 부유식 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 유리하게는 제거 또는 실질적으로 저감시키기 위하여 조합될 수 있다.
본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해하는 바와 같이, 상기 장치는 전술된 특징 및 기능을 수행하기 위하여 많은 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어 상기 장치는 본 발명의 형태들에 따른 필요한 기능 및 작용 모두 또는 그 중 일부를 수행하도록 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의해서 구성될 수 있다.
아래에서는 하기의 첨부 도면들을 참조로 하여, 예시적으로서만 제공되는 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 1 에는 본 발명의 많은 실시예들에 따른 부유식 풍력 터빈의 간략한 개략도가 도시되어 있다.
도 2 에는 본 발명의 많은 실시예들에 따른 풍력 터빈 시스템의 간략한 블록도(block diagram)가 도시되어 있다.
도 3 에는 본 발명의 많은 실시예들에 따른 틸트 댐핑 콘트롤러(Tilt Damping Controller)의 간략한 블록도가 도시되어 있다.
도 4 에는 본 발명의 많은 실시예들에 따른 간략한 블록도가 도시되어 있다.
도 5 에는 본 발명의 많은 실시예들에 따른 간략한 게인 스케줄링 맵(gain scheduling map)이 도시되어 있다.
도 6 에는 본 발명의 많은 실시예들에 따른 시스템의 간략한 블록도가 도시되어 있다.
도 1 을 참조하면, 부유식 풍력 터빈(101)은 통상적으로, 부유식 플랫폼(102), 상기 부유식 플랫폼에 장착된 타워(103), 및 상기 타워(103)에 장착된 너셀(104)을 포함한다.
상기 너셀(104)은, 하나 이상의 터빈 콘트롤러들(109; 예를 들어, 전체 부하 콘트롤러(Full Load Controller; FLC), 부분 부하 콘트롤러(Partial Load Controller; PLC) 등)을 포함할 수 있고, 풍력 터빈이 운동학적 풍력 에너지를 전력 출력으로 변환시킬 수 있게 하는 다양한 기계, 전기, 유압 시스템들(편의상 도시되지 않음)을 수용하는 것이 통상적이다.
상기 FLC 는, 예를 들어 풍력 터빈이 정격 파워(rated power)로 작동하는 때의 전체 부하를 받는 경우에 풍력 터빈의 작동을 제어하기 위하여 사용되는 터빈 콘트롤러를 지칭한다. 상기 PLC 는, 예를 들어 풍력 터빈이 정격 파워 미만에서 작동하는 때의 부분적 부하를 받는 경우에 풍력 터빈의 작동을 제어하기 위하여 사용되는 터빈 콘트롤러를 지칭한다. 상기 FLC 및 PLC 는 동일한 터빈 콘트롤러이거나 또는 별개의 터빈 콘트롤러들일 수 있다. 아래의 설명에서는 FLC 를 참조로 하여 설명하지만, 하기의 예들은 본 발명의 실시예들을 구현하기 위한 목적에 부합되는 하나 이상의 PLC 또는 다른 터빈 콘트롤러에 해당되기도 한다는 점이 이해될 것이다.
허브(105)는 너셀(104)에 연결되고, 하나 이상의 터빈 블레이드(106)들은 허브(105)에 장착된다. 도 1 에 도시된 예에서 부유식 풍력 터빈(101)은 세 개의 터빈 블레이드(106)를 포함하지만, 부유식 풍력 터빈(101)이 임의의 갯수의 터빈 블레이드(106)를 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
또한, 허브(105) 및/또는 너셀(104)은, 터빈 블레이드(106)들의 피치 움직임을 가능하게 하는 하나 이상의 피치 제어 시스템들(pitch control systems; 107)과, 너셀의 요오 움직임을 가능하게 하는 요소 제어 시스템(yaw control system; 108)을 수용 또는 포함할 수 있다.
부유식 풍력 터빈의 음 댐핑 문제를 해결하기 위하여는, 풍력 터빈이 상기 음 댐핑 효과에 대한 상쇄를 위해서, 풍력 터빈 블레이드들에 관한 피치 각도(pitch angle)가 결정될 필요가 있다는 것이 밝혀졌다.
통상적으로, FLC 는 예를 들어 발전기 속력 오차(generator speed error)에 기초하여 피치 시스템(pitch system)을 위한 피치 요청 신호를 발생시킨다. 그러므로, 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과에 대한 상쇄(counter)를 위하여, FLC 에 의하여 발생되는 피치 요청 신호가 수정된다.
일 실시예에서, 상기 음 댐핑의 문제는 FLC로부터의 피치 요청 신호를 수정하기 위하여 사용되는 틸트 댐핑 성분(tilt damping component)을 결정함으로써 해결된다.
다른 실시예에서, 상기 음 댐핑의 문제는 FLC 에 대한 입력 신호를 수정 또는 제공함으로써 해결되는데, FLC 는 추가적인 입력 신호에 기초하여 피치 요청 신호를 발생시킨다.
본질적으로, 상기 두 가지 실시예들 모두가, 부유식 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 제거 또는 실질적으로 저감시키는 피치 요청 신호를 발생시킴으로써 동일한 음 댐핑의 문제를 해결하는 두 가지 예시적인 구현예 또는 실시예에 해당된다.
일 실시예에 관한 추가적인 특징들은 다른 실시예와 조합될 수 있는바, 아래에서 설명되는 실시예들은 서로 관계없는 것이 아니며, 다양한 방식으로 서로 조합될 수 있다.
또한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 아래에서 설명되는 실시예들은 예에 해당되는 것일 뿐이고, 균등한 구현예 및 구성이 본 발명에 포괄된다는 것을 이해할 것인데, 예를 들면 게인 부품(gain component)의 갯수 및/또는 위치 등과 관련하여 그러하다.
제1 실시예의 부유식 풍력 터빈의 음 댐핑 문제를 해결함에 있어서 피치 요청 신호를 위한 틸트 댐핑 성분을 결정하기 위해서는, 게인 스케줄링(gain scheduling)된 너셀 속도를 피드백(feedback)시키기 위하여 터빈 제어 시스템에 병렬 경로 수정(parallel path modification)이 이루어져야 함이 밝혀진 바 있다.
본 실시예에 따른 풍력 터빈 제어 시스템(201)의 예시적인 구성은 도 2 에 도시되어 있다.
풍력 터빈 제어 시스템(201)은 전체 부하 콘트롤러(FLC; 202), 터빈 시스템(203)(이것은 피치 제어 시스템, 요소 제어 시스템, 발전기 제어 시스템 등과 같은 터빈 시스템들을 포함할 수 있음), 및 틸트 댐핑 콘트롤러(Tilt Damping Controller; TDC; 204)를 포함할 수 있다.
도 2 에는 TDC(204)가 별도의 부품인 것으로 도시되어 있으나, TDC(204)가 예를 들어 FLC(202)와 같은 다른 콘트롤러의 일부분이거나, TDC(204)의 기능이 풍력 터빈 제어 시스템(201) 내의 하나 이상의 콘트롤러들에 나뉘어져 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. TDC(204) 및 그 기능은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의적 조합에 의하여 구현될 수도 있다.
아래에서 상세히 설명하는 바와 같이, TDC(204)는 예를 들어 터빈 시스템(203)으로부터의 너셀 속도 신호(206)를 입력 신호로서 수신한다. TDC(204)는 출력되는 틸트 댐핑 신호(TDS; 210)를 발생시키고, 틸트 댐핑 신호(TDS; 210)는 게인 스케줄링(205)됨으로써 예를 들어 틸트 댐핑 성분인 게인 스케줄링된 TDS(211)를 발생시킬 수 있으며, 상기 게인 스케줄링된 TDS(211)는 예를 들어 FLC(202)에 의하여 발생되는 피치 요청 신호(213)를 수정하는데에 사용된다.
FLC(202)는 상기 게인 스케줄링된 TDS(211)를 수신하여 FLC(202)에 의하여 발생되는 피치 요청 신호(213)를 수정하거나, 또는 도 2 의 점선에 의하여 도시된 바와 같이 피치 요청 신호(213)가 FLC(202) 뒤에서 게인 스케줄링된 TDS(211a)에 의하여 수정(212)될 수 있다.
또한 FLC(202)는 발전기 속도 오차 신호(214)를 결정하기 위하여, 터빈(203)의 터빈 발전기 속력(turbine generator speed; 208)의 피드백에 의해 조합 또는 수정(207)되는 참조 발전기 속도(reference generator speed; 209)를 수신할 수 있다.
도 2 에 도시된 풍력 터빈 제어 시스템(201)의 구성은 예시적인 구성일 뿐인바, 예를 들어 TDC(204)의 기능은 FLC(202) 안에 포함될 수 있고, TDS(210)의 게인 스케줄링(205)은 TDC(204), FLC(205) 등에 포함될 수 있다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명을 구현하기 위하여 풍력 터빈 제어 시스템(201)의 실제 구성에 따라서 도 2 에 도시된 구성요소들이 조합되거나 또는 순서변경될 수 있다는 점을 이해할 것이다.
위에서 설명된 바와 같이, TDC(204)는 풍력 터빈의 너셀로부터의 너셀 속도(206)의 피드백 또는 너셀 속도(206)에 비례하는 신호를 입력 신호로서 수신한다. 상기 너셀 속도는 풍력 터빈에 있는 센서들로부터 직접 측정되거나, 또는 예를 들어 너셀 가속도로부터 산출될 수 있다.
현재로서는 필요한 센서들이 아직 널리 입수가능하지 않아서 너셀 속도를 직접적으로 측정하는 것은 곤란하므로, 아래의 실시예들에서는 너셀 속도가 너셀의 가속도로부터 산출되는 경우를 전제로 하여 설명하는데, 이는 풍력 터빈이 통상적으로 너셀 안에 하나 이상의 가속도 센서를 포함하기 때문이다. 그렇기 때문에, 아래의 실시예들에서는 TDC(204)에 의하여 수신되는 입력 신호(206)가 가속도 신호에 해당될 것이다.
도 3 에는 TDC(301)의 구성 및 구현예에 대한 일 예가 도시되어 있다. 상기 TDC(301)는 풍력 터빈의 너셀에 장착 또는 배치된 가속도 센서들로부터 가속도 측정치를 포함하는 적어도 하나의 가속도 신호(302)를 수신한다.
이상적으로는 상기 가속도 센서들이 자신의 고유 진동수를 갖는 플랫폼의 가속도만을 측정할 것이므로, 상기 가속도 신호는 플랫폼의 고유 진동수만의 성분들을 포함할 것이다.
그러나, 상기 가속도 센서들이 너셀에 장착되기 때문에, 가속도 신호는 통상적으로 한 가지 이상의 다른 원천(source)으로부터의 성분들을 포함한다. 예를 들어, 그 추가적인 성분들은 플랫폼의 고유 진동수와 상이한 파동 주파수(wave frequencies)를 갖는 움직임, 타워의 진동으로부터 초래된 동요, 타워의 고유 진동수, 3P 주파수(3P frequencies) 등으로 인한 것일 수 있다.
그러므로, 상기 가속도 신호가 플랫폼 고유 진동수에 관한 성분만을 주로 포함하도록 하기 위해서는 상기 추가적인 주파수 성분들이 제거 또는 실질적으로 저감되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 추가적인 주파수 성분들을 제거 또는 실질적으로 저감시키기 위해서, 가속도 신호(302)는 예를 들어 1차 저역통과 필터(first order low-pass filter)에 의하여 필터링(303)될 수 있다.
도 3 에 도시된 예시적인 구성에서, 가속도 신호(302)는 가속도 신호가 적분기(314)에 의하여 적분되기 전에 필터링되어, 너셀 속도에 관한 신호를 발생시키거나 또는 너셀 속도에 비례하는 신호를 발생시킨다. 그러나, 대안적으로 적분기로부터의 결과 신호(311)가 필터링될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
본 실시에에서 가속도 센서들은 너셀에 장착되지만, 가속도 신호에 있는 추가적인 주파수 성분들이 저감될 수 있도록 상기 가속도 센서들이 부유식 플랫폼에 장착될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
상기 가속도 신호의 필터링(303) 단계는 선택적인 것이지만, 이 단계는 음 댐핑 문제를 해결하기 위한 보다 효과적인 메카니즘을 제공하기 때문에 존재하는 편이 바람직하다.
다시 도 3 을 참조하면, 상기 필터링된 가속도 신호(313)에 게인이 적용(306)된다. 상기 게인(305)은 예를 들어 FLC 또는 TDC(301)에 의하여 설정 또는 미리 결정되거나, 그로부터 수신될 수 있다. 상기 게인이 높을수록 얻어질 수 있는 댐핑이 더 크게 되며, 상기 게인의 값은 풍력 터빈의 댐핑 레벨이 최적 또는 효율적으로 되도록 설정 또는 미리 결정된다. 상기 게인의 미리 정해진 값은 풍력 터빈에 따라 상이할 수 있으며, 풍력 터빈이 겪는 조건에 따라서도 달라질 수 있다. 상기 게인(305)의 미리 정해진 값은 상기 필터링된 가속도 신호(313)에 적용(306)된다. 특정의 풍력 터빈 및/또는 해당 풍력 터빈이 겪는 조건에 의존하는 미리 정해진 게인 값을 상기 필터링된 가속도 신호에 곱하는 이 단계는 선택적인 것이지만, 풍력 터빈의 댐핑 제어를 향상시키기 위하여는 존재하는 편이 바람직하다.
그 다음에, 필터링 및 게인 스케줄링된 가속도 신호(315)가 적분기(314)에 의하여 적분될 수 있다. 상기 적분기는 추가적으로, 상기 필터링 및 게인 스케줄링된 가속도 신호(315)를 피드백 신호(feedback signal; 308)와 조합시키기 위한 조합기(307)를 포함할 수 있는데, 상기 피드백 신호는 적분기(314)의 출력 신호(311)에 기초한다. 상기 적분기(314)의 출력은 바로 피드백으로서 사용될 수 있으나, 적분기(314)의 출력 신호(311)를 시간 지연(time delaying; 312) 시킴으로써 피드백 신호(308)를 발생시키고 나서 게인(316)을 적용함이 바람직하다. 상기 조합기의 출력은 신호(304)인데, 이것은 포화 블록(saturation block; 310)에 대한 입력으로서 제공될 수 있다.
상기 가속도 신호를 제공하는 가속도 센서들이 센서 드리프트(sensor drift)에 대해 민감할 수 있기 때문에, 이 실시예에서는 가속도 신호들을 적분하는데에 누설 적분기(leaky integrator; 314)(적용되는 게인은 1 미만임)가 구현되는데, 이것은 가속도 센서들의 센서 드리프트를 제거하거나 또는 실질적으로 해소시킨다. 상기 구현된 적분기(314)의 누설 특성은, 상기 가속도 신호에서 가속도 측정치의 정상 상태 오프셋(steady state offsets)으로 인하여 TDC(301)가 드리프팅(drifting)함을 방지한다.
전술된 바와 같이 TDC(301)의 출력은, 음 댐핑 효과를 보상 및/또는 상쇄시키기 위하여 풍력 터빈 블레이드들의 피치가 적절한 피치 각도로 조절되도록, 터빈 콘트롤러(예를 들어, FLC)의 피치 요청 신호를 수정하는데에 이용될 수 있는 틸트 댐핑 신호(TDS)이다.
풍력 터빈 제어 시스템은 통상적으로, 문제가 되는 피치 요청이 풍력 터빈의 피치 제어 시스템에 제공되지 않음을 보장하기 위해서 피치 요청을 제한하는 피치 제한(pitch limit)들을 설정한다. (예를 들어, TDC 로부터의 TDS 에 의해서 수정된, FLC 로부터의 피치 요청 신호인) 상기 수정된 피치 요청 신호에 대해 피치 제한이 적용될 수도 있으나, (예를 들어 상기 터빈 콘트롤러 및 TDS 로부터의 피치 요청 신호인) 상기 신호에 대해 독립적으로 피치 제한이 적용됨이 바람직하다고 밝혀졌다.
상기 신호에 대한 독립적인 피치 제한의 적용에 따른 장점은, 그것이 피치 요청 신호에 대한 TDC의 기여를 조절가능한 작은 양(small tunable amount)으로 명확히 제한할 수 있고, 소위 와인드-업(wind-up)의 발생을 방지할 수 있으며, 터빈 콘트롤러(예를 들어, FLC)에 필요한 변경 또는 변화를 최소화시킨다는 점이다.
피치 제한을 적용하기 위하여, 누설 적분기(314)는 와인드-업 방지(anti-wind-up) 누설 적분기(314)로서 구현될 수 있다. 그러므로 포화 블록(310)은 피치 제한 경계를 설정하기 위하여 이용되는 적어도 하나의 틸트 댐핑 피치 제한 신호(309)를 입력으로서 수신할 수 있다.
단일의 틸트 댐핑 피치 제한 신호(309)가 제공된다면, 그것이 상한 및 하한 모두를 설정한다. 예를 들어, 틸트 댐핑 피치 제한 신호가 5도라면, 상한은 +5도 이고 하한은 -5도이다.
대안적으로 포화 블록(310)에 두 개의 틸트 댐핑 피치 제한 신호가 입력으로서 수신될 수 있는데, 제1 신호는 상한을 위한 틸트 댐핑 피치 제한 신호이고, 제2 신호는 하한을 위한 틸트 댐핑 피치 제한 신호이며, 여기에서 상한을 위한 틸트 댐핑 피치 제한 신호와 하한을 위한 틸트 댐핑 피치 제한 신호의 절대값은 서로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
틸트 댐핑 피치 제한 신호(들)(309)는 상기 TDC(301), FLC, 또는 풍력 터빈에 작동상 연결되거나 풍력 터빈 안에 있는 임의의 다른 콘트롤러 또는 장치에서 설정될 수 있다. 상기 피치 제한들은 통상적으로 소정의 풍력 터빈에 대해 미리 결정되고 설정된다.
적분기(314)의 출력은 신호(311)인데, 이 신호(311)는 너셀 가속도로부터 결정된 추산된 너셀 속도에 해당되거나 또는 예를 들어 상기 추산된 너셀 속도에 비례하는 등, 그에 기초하여 정해진다.
부유식 풍력 터빈을 포함하는 풍력 터빈들은 본래 비선형 시스템(nonlinear system)이어서, 피치와 발전기 토크(generator torque) 간의 관계와 피치와 추력(thrust) 간의 관계가 예를 들어 풍속, 피치 각도, 발전기 속력 등과 같은 풍력 터빈의 하나 이상의 동작점(operating point)들에 의존한다.
그러므로 TDC 로부터 출력되는 틸트 댐핑 신호(TDS)는, 풍력 터빈의 모든 동작점들에 대해 댐핑이 동일하게 되도록 하기 위해서, 풍력 터빈의 동작점들에 기초하여 댐핑의 레벨을 선택할 수 있게끔 게인 스케줄링되어야 함이 밝혀졌다. 이것은 유리하게도 TDS가 조절가능하게 될 수 있게 한다.
도 4 에는 (도 3 의 적분기(314)의 출력 신호(311)에 대응되는) 적분기(411)의 출력 신호(403)의 게인 스케줄링을 구현하기 위한 예시적인 구성(401)이 도시되어 있는데, 여기에서 신호(403)의 게인 스케줄링은, 본 실시예에서는 TDC(402) 안에 있는 게인 스케줄링 부품(404)에 의하여 구현된다.
그러나 대안적으로는, 상기 신호(403)의 게인 스케줄링이 FLC(405) 안에 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어에 의하여, 별도의 게인 스케줄링 부품/모듈 안에 있는 하드웨어 및/또는 소프트웨어, 또는 이들의 임의적 조합에 의하여 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
상기 적분기(411)로부터의 출력 신호(403)에 적용될 게인 스케줄링은 부유식 풍력 터빈의 하나 이상의 동작점들에 기초한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 게인 스케줄링은 피치 각도, 발전기 속력, 로터 속력, 풍속, 출력 전력 등 중 한 가지 이상에 기초할 수 있다. 상기 게인 스케줄링 부품(404)은, 상기 동작점에 관한 것이거나 또는 동작점에 기초한 것이고 게인 스케줄링을 위하여 사용되는 하나 이상의 동작점 신호를 입력으로서 수신할 수 있다.
이 실시예에서, 적분기(411)의 출력 신호(403)의 게인 스케줄링은 피치-대-추력 맵(pitch to thrust map)에 기초하고, 동작점은 피치 각도에 의하여 정의되는바, 그것의 일 예가 도 5 에 도시되어 있다. 이 실시예에서는 피치-대-추력 게인 스케줄링(pitch to thrust gain scheduling)이 바람직한데, 왜냐하면 이것이 풍력 터빈의 모든 동작점들에 걸쳐 실질적으로 일정한 댐핑 증가를 제공하기 때문이다. 그러나, 게인 스케줄링이 예를 들어 피치-대 발전기 토크 맵(pitch to generator torque map)과 같은 하나 이상의 다른 맵 및/또는 임의의 다른 동작점들에 기초한 것일 수 있다는 것이 이해될 것이다.
상기 피치-대-추력 맵은 각각의 부유식 풍력 터빈에 대하여 오프라인(offline) 형태로 생성될 수 있고, 이 경우 피치-대-추력 맵은 풍력 터빈의 각 유형에 대해서는 동일하지만 상이한 유형의 풍력 터빈에 대해서는 상이할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 피치-대-추력 맵이 온라인(online)으로 그리고/또는 실시간으로 생성될 수 있다.
이 예에서 게인 스케줄링을 위한 동작점은 피치 각도에 기초하기 때문에, TDC(402)의 게인 스케줄링 부품(404)은 필터링 및/또는 시간 지연된 피치 각도 신호(409)를 동작점 신호로서 수신할 수 있다. 상기 피치 신호는, 피치 각도를 예를 들어 10초와 같이 미리 정해진 시간 기간에 걸쳐 사실상 매끄럽게 되도록 하기 위하여 필터링된다. 이것은, 현재의 또는 요망되는 피치 각도가 사용되면 원하지 않는 대수학적 루프(algebraic loop)를 유발할 수 있는 자기 의존(self-dependence)을 방지하기 위하여, 상기 피치-대-추력 맵으로부터 결정된 게인 스케줄링 파라미터가 이전의 시간 기간에 걸쳐서의 피치 각도에 기초하도록 보장하는 것이다.
상기 피치 각도 신호는 피치 시스템(pitch system) 또는 터빈 콘트롤러(예를 들어, FLC)로부터 수신되거나, 또는 피치 요청 신호 등을 생성하기 위하여 사용되는 FLC 내의 적분기의 출력일 수 있다. 만일 상기 게인 스케줄링에서 다른 또는 추가적인 동작점들이 이용된다면, 그에 대응되는 동작점 신호들은 해당되는 시스템 또는 콘트롤러로부터 수신될 수 있다.
이로써, 상기 게인 스케줄링 파라미터는, 도 5 에 도시된 피치-대-추력 맵으로부터 상기 수신된 피치 각도에 대응되는 게인 스케줄링 파라미터를 식별함으로써 결정될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 피치-대-추력 맵이 룩업 테이블 또는 적절한 게인 스케줄링 파라미터의 식별 또는 결정을 가능하게 하는 임의의 다른 적합한 포맷(format)으로서 구현 또는 생성될 수 있다는 수 있다는 점이 이해될 것이다.
일단 상기 게인 스케줄링 파라미터가 식별된 다음에는, 출력 신호(403)에 상기 게인 스케줄링 부품(404) 안에서 상기 결정된 게인 스케줄링 파라미터가 곱해짐으로써, 게인 스케줄링된 틸트 댐핑 신호(TDS; 410)가 발생하게 된다.
상기 TDS(410)는 FLC(405)로부터의 피치 요청 신호(406)를 수정하기 위한 틸트 댐핑 성분으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 틸트 댐핑 신호(TDS; 410)는 조합기(407)를 통하여 FLC(405)로부터의 피치 요청 신호(406)와 조합됨으로써, 수정된 피치 요청 신호(408)를 발생시킬 수 있다. 이 예에서는, 상기 게인 스케줄링된 틸트 댐핑 신호(TDS; 410)가 피치 요청 신호(406)과 조합되는데, 이는 상기 두 개의 신호들을 조합기(407)에서 더함으로써 수행된다.
결과적으로 수정된 피치 요청 신호(408)는 터빈 제어 시스템, 특히 피치 시스템에 제공될 수 있고, 이로써 터빈 블레이드들의 피치가 부유식 풍력 터빈의 음 댐핑을 상쇄시키기에 적합하도록 조절될 수 있게 된다.
너셀 속도에 기초하여 틸트 댐핑 신호를 결정하고, 후속하여 피치 요청 신호를 수정하기 전에 피치-대-추력 맵에 기초하여 상기 틸트 댐핑 신호를 게인 스케줄링시킴으로써, 본 발명은 부유식 플랫폼의 틸트 동요로부터 초래되는 피치 신호에서의 동요를 효과적으로 또는 실질적으로 제거하는바, 이로써 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과가 상쇄 또는 실질적으로 상쇄된다.
전술된 실시예에서는 수정된 피치 요청 신호를 결정 또는 발생시키기 위한 예시적인 구현예가 제시되었다. 상기 구현예의 구성은 그와 균등한 구성을 포괄하는 것인바, 균등한 구성이라 함은 예를 들어 부유식 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 극복 또는 실질적으로 저감시키기 위한 틸트 댐핑 성분을 포함하는 피치 요청 신호를 발생시키기 위하여 해당 구성 내의 게인 단계들/부품들의 갯수 및/또는 위치가 수정된 구성을 의미한다.
아래에서는 도 6 을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 대해 설명한다. 제2 실시예는 부유식 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 극복 또는 실질적으로 저감시키는 피치 요청 신호를 발생시키는 다른 구현예이다.
도 6 에는 제2 실시예에 따른 시스템(601)이 도시되어 있는바, 여기에서 시스템(601)은 틸트 댐핑 콘트롤러(TDC; 602)를 포함한다. 상기 TDC(602)는 가속도 신호(604)를 입력으로서 수신하는 게인 스케줄링 부품(603)을 포함한다. 상기 가속도 신호는 풍력 터빈의 너셀에 장착 또는 배치된 가속도 센서들로부터의 가속도 측정치를 포함한다.
전술된 바와 같이, 상기 가속도 센서들은 고유 진동수를 갖는 플랫폼의 가속도만을 측정하는 것이 이상적이며, 이 경우에는 상기 가속도 신호가 상기 플랫폼의 고유 진동수만의 성분들을 포함할 것이다.
그러나, 가속도 센서들은 너셀에 장착되어 있기 때문에, 가속도 신호는 통상적으로 하나 이상의 다른 원천으로부터의 성분들을 포함한다. 예를 들어, 상기 추가적인 성분들은 플랫폼 고유 진동수와 상이한 파동 주파수를 갖는 움직임, 타워의 진동으로부터 초래되는 동요, 타워 고유 진동수, 3P 주파수 등으로 인한 것일 수 있다.
그러므로, 상기 가속도 신호가 플랫폼 고유 진동수에 관한 성분만을 주로 포함하도록 하기 위해서는 상기 추가적인 주파수 성분들이 제거 또는 실질적으로 저감되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 추가적인 주파수 성분들을 제거 또는 실질적으로 저감시키기 위해서, 가속도 신호(604)는 예를 들어 1차 저역통과 필터에 의하여 필터링될 수 있다.
게인 스케줄링 부품(603)은 위에서 제1 실시예와 관련하여 설명된 게인 스케줄링 부품과 유사하다. 따라서, 가속도 신호(604)에 적용되는 게인 스케줄링은 부유식 풍력 터빈의 하나 이상의 동작점들에 기초한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 게인 스케줄링은 피치 각도, 발전기 속력, 로터 속력, 풍속, 전력 출력 등 중의 하나 이상에 기초한 것일 수 있다.
이 실시예에서는 상기 가속도 신호(604)의 게인 스케줄링이 피치-대-추력 맵에 기초하고, 동작점은 피치 각도에 의하여 정의되는바, 그 예는 도 5 에 도시되어 있다. 이 실시예에서는 피치-대-추력 게인 스케줄링이 바람직한데, 왜냐하면 이것이 풍력 터빈의 모든 동작점들에 걸쳐 실질적으로 일정한 댐핑 증가를 제공하기 때문이다. 그러나, 게인 스케줄링이 예를 들어 피치-대 발전기 토크 맵(pitch to generator torque map)과 같은 하나 이상의 다른 맵 및/또는 임의의 다른 동작점들에 기초한 것일 수 있다는 것이 이해될 것이다.
게인 스케줄링을 위한 동작점은 피치 각도에 기초하고, 따라서 TDC(602)의 게인 스케줄링 부품(603)은 제1 실시예와 관련하여 앞서 설명된 바와 같이, 필터링된 피치 신호를 입력되는 동작점 신호로서 수신할 수 있다.
그 다음에 상기 게인 스케줄링 파라미터는, 도 5 에 도시된 피치-대-추력 맵으로부터 상기 수신된 피치 각도에 대응되는 게인 스케줄링 파라미터를 식별함으로써 결정될 수 있다.
그 다음에는 가속도 신호(604)에 상기 게인 스케줄링 부품(603) 안의 상기 결정된 게인 스케줄링 파라미터를 곱함으로써, 신호(606)이 발생될 수 있다.
아래에서 설명되는 바와 같이 이 실시예에서는, 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 보상하는 피치 요청 신호를 발생시키기 위하여, 게인 스케줄링된 가속도 신호가 FLC 에 입력된다. FLC(605)에 의하여 또는 FLC(605)에서 적용될 수 있는 하나 이상의 게인을 보상하기 위하여, FLC에서 사용되는 게인에 기초하여 상기 게인 스케줄링 파라미터가 수정되거나 또는 하나 이상의 추가적인 게인 단계들이 적용될 수 있다.
그 다음에는 게인 스케줄링된 신호(606)가 FLC(605)에 입력으로서 제공되어서 FLC(605)가 피치 요청 신호를 발생시킬 수 있는데, 상기 피치 요청 신호는 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 극복 또는 실질적으로 저감시키기 위하여 틸트 댐핑 성분에 의하여 수정 또는 보상된다.
이 실시예에서는 신호(606)가 조합기(607)에 입력되고, 상기 조합기(607)에서 신호(606)는 발전기 속력 오차(608)와 조합되어서 조합된 신호(609)를 발생시키는바, 상기 음 댐핑을 보상할 수 있도록 하기 위하여, 상기 조합된 신호(609)는 상기 풍력 터빈의 너셀의 가속도의 성분을 포함한다.
그 다음에 상기 조합된 신호(609)는 FLC(605)의 적분기(610)에 입력된다. 상기 적분기(610)는, 피치 요청 신호를 결정 또는 발생시키기 위하여 FLC 에서 현재 통상적으로 사용되는 적분기와 동일한 적분기일 수 있다. 따라서 상기 조합된 신호(609)는 FLC(605)의 적분기(610)에 의하여 적분되고, 적분기(610)에 의하여 발생되는 출력 신호(611)는 틸트 댐핑 성분을 보상하거나 또는 틸트 댐핑 성분에 의하여 수정되는 피치 요청 신호이다.
그 다음, 상기 적분된 신호(611)는 조합기(614)에 의하여 신호(613)와 조합될 수 있는데, 상기 신호(613)는 발전기 속도 오차 신호(608)에 게인(612)을 곱한 것이다.
그 다음 상기 조합기(614)로부터 출력되는 조합된 신호(615)는 게인 부품(616)을 통하여 게인의 적용을 받게 될 수 있다. 그로부터 얻어지는 결과적 신호(617)는 풍력 터빈의 음 댐핑 효과를 보상하는 피치 요청 신호이다. 부유식 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 상쇄 또는 현저히 저감시키도록 풍력 터빈 블레이드들을 적절히 피치 조절하기 위하여, 상기 피치 요청 신호가 피치 제어 시스템에 제공된다.
상기 제2 실시예는, 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 상쇄 또는 실질적으로 저감시키기 위해서 부유식 풍력 터빈의 블레이드들이 피치 제어 시스템에 의하여 조절될 수 있게 하기 위하여, 틸트 댐핑 성분에 의하여 수정되거나 또는 틸트 댐핑 성분을 보상하는 피치 요청 신호를 발생시키기 위한 추가적인 구현예를 제시한다. 이 구성에서는 다양한 신호들이 조합 및/또는 게인 스케줄링된다. 이 실시예에서 상기 조합기/게인 스케줄링의 타이밍 및/또는 위치는 예시적인 것으로서, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 조합기/게인 스케줄링의 타이밍 및/또는 위치가 상이하면서도 틸트 댐핑 성분을 보상하거나 또는 틸트 댐핑 성분에 의하여 수정되는 피치 요청 신호가 동일하게 얻어질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 게인 부품(612)이 발전기 속력 오차의 입력 신호에 배치될 수 있고, 추가적인 게인 부품이 조합기(607) 및/또는 적분기(610) 앞에 구현될 수 있다.
다중의 게인 단계들 또는 부품들이 구현될 수 있다는 것도 이해될 것인바, 예를 들어 틸트 댐핑 콘트롤러에서는 단일의 게인(603) 대신에, 게인 스케줄링 부품(603)의 이전 또는 이후에 배치된 FLC 안에서 적용되는 하나 이상의 게인을 보상하기 위한 추가적인 게인 부품이 있을 수 있다.
따라서, 위에서 설명된 실시예들에 도시된 구현예들은 예시적인 구성이며 본 발명이 특정의 구현예에만 국한되는 것이 아니라는 점이 이해될 것인데, 왜냐하면 본 발명의 구성은 부유식 풍력 터빈에서의 음 댐핑 효과를 보상하는 피치 요청 신호를 발생시키기 위한 많은 균등한 구성을 포괄할 수 있기 때문이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 플랫폼 틸트 동요의 진폭이 저감되고, 발전기 속력 루프(generator speed loop)가 플랫폼 틸트 동요를 더 자극시킴이 틸트 댐핑 신호에 의하여 효과적으로 방지된다는 점에서 유리한 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 음 댐핑과 연관된 문제들의 경감을 위한 부유식 풍력 터빈의 작동의 미세 조절을 위해서, 댐핑의 레벨이 각 동작점에 대해 설정될 수 있게 한다.
이제까지 본 발명의 실시예들이 도시되고 설명되었으나, 상기 실시예들은 예시를 위한 목적으로서만 제시된 것이라는 점이 이해될 것이다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 첨부된 청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형예 및 균등예를 고안할 수 있을 것이다. 따라서, 하기의 청구범위는 그러한 변형예 및 균등예가 본 발명의 취지 및 범위 안에 속하도록, 그 변형예 및 균등예를 포괄하게끔 의도된 것이다.

Claims (28)

  1. 동작점 신호를 수신함;
    적어도 상기 수신된 동작점 신호에 기초하여 게인 스케줄링 파라미터를 결정함;
    부유식 풍력 터빈의 가속도에 관한 가속도 신호를 수신함;
    상기 가속도 신호에 상기 결정된 게인 스케줄링 파라미터를 곱함으로써 게인 스케줄링된 가속도 신호를 발생시킴;
    발생된 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호를 상기 부유식 풍력 터빈의 터빈 콘트롤러(turbine controller)에 입력함;
    참조 발전기 속도(reference generator speed)를 터빈 발전기 속력(turbine generator speed)의 피드백과 조합함으로써 발전기 속도 오차 신호를 결정함;
    상기 게인 스케줄링된 가속도 신호를 상기 발전기 속도 오차 신호와 조합함; 및
    상기 조합된 신호를 적분하여, 적어도 하나의 풍력 터빈 블레이드의 피치 각도를 설정하기 위해서 피치 제어 시스템에 의해 이용되는 피치 요청 신호를 발생시킴;을 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방법은 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호에 추가적인 게인 파라미터를 곱함을 더 포함하고, 상기 추가적인 게인 파라미터는 상기 터빈 콘트롤러에 적용되는 적어도 하나의 게인에 기초한 것인, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발생된 피치 요청 신호에 게인 파라미터를 곱함을 더 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    부유식 플랫폼의 고유 진동수에 관련되지 않은 주파수 성분(frequency components)을 제거 또는 실질적으로 저감시키기 위하여 상기 수신된 가속도 신호를 필터링함을 더 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 동작점 신호를 필터링 및 시간 지연(time delayin)시킴을 더 포함하는, 방법.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 동작점 신호는 피치 각도 신호(pitch angle signal)인, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 게인 스케줄링 파라미터를 결정함은:
    상기 게인 스케줄링 파라미터를, 게인 스케줄링 파라미터에 대한 상기 동작점의 미리 정해진 룩업 테이블(lookup table)로부터 식별함을 포함하는, 방법.
  8. 동작점 신호를 수신하도록 구성된 제1 입력부;
    부유식 풍력 터빈의 가속도에 관한 가속도 신호를 수신하도록 구성된 제2 입력부;
    적어도 상기 수신된 동작점 신호에 기초하여 게인 스케줄링 파라미터를 결정하도록 구성되고, 또한 상기 가속도 신호에 상기 결정된 게인 스케줄링 파라미터를 곱하여 게인 스케줄링된 가속도 신호를 발생시키도록 구성된, 게인 스케줄링 부품;
    상기 게인 스케줄링된 가속도 신호를 상기 부유식 풍력 터빈의 터빈 콘트롤러로 전송하도록 구성된 출력부;
    참조 발전기 속도를 터빈 발전기 속력의 피드백과 조합함으로써 발전기 속도 오차 신호를 결정하는 콘트롤러;
    상기 게인 스케줄링된 가속도 신호를 상기 발전기 속도 오차 신호와 조합시키도록 구성된 제1 조합기; 및
    상기 조합된 신호를 적분하여, 적어도 하나의 풍력 터빈 블레이드의 피치 각도를 설정하기 위해서 피치 제어 시스템에 의해 이용되는 피치 요청 신호를 발생시키도록 구성된 적분기(integrator);를 포함하는, 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 장치는 상기 게인 스케줄링된 가속도 신호에 추가적인 게인 파라미터를 곱하도록 구성된 게인 부품을 더 포함하고, 상기 추가적인 게인 파라미터는 상기 터빈 콘트롤러에서 적용되는 적어도 하나의 게인에 기초한 것인, 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 발생된 피치 요청 신호에 게인 파라미터를 곱하도록 구성된 게인 부품을 더 포함하는, 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    부유식 플랫폼의 고유 진동수에 관련되지 않은 주파수 성분들을 제거 또는 실질적으로 저감시키기 위하여 상기 수신된 가속도 신호를 필터링하도록 구성된 필터를 더 포함하는, 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 동작점 신호를 필터링 및 시간 지연시키도록 구성된 필터를 더 포함하는, 장치.
  13. 제8항 또는 제12항에 있어서,
    상기 동작점 신호는 피치 각도 신호인, 장치.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 게인 스케줄링 부품은 게인 스케줄링 파라미터에 대한 상기 동작점의 미리 정해진 룩업 테이블로부터 상기 게인 스케줄링 파라미터를 식별하도록 더 구성되는, 장치.
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