KR101941676B1 - 풍력발전기의 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블레이드에 가해지는 실제 하중을 토대로 블레이드의 피로손상은 최소화하면서 발전효율을 최대화하도록 피치제어를 수행하는 풍력발전기의 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 풍력발전기를 위한 피치 제어 시스템은 복수의 블레이드 각각에 설치되어 상기 블레이드에 가해지는 풍압, 풍속 및 상기 블레이드의 형태 변형 중 어느 하나 이상을 측정하여 측정값을 생성하는 센서들을 구비하는 센서부; 상기 측정값을 전달받아 상기 블레이드에 가해지는 하중을 산출하여 하중값을 작성하는 압력산출부; 상기 하중값과 미리 저장되는 기준값을 비교하여 피치제어 여부와 피치 제어 각도 정보를 포함하는 제어정보를 생성하는 제어결정부; 및 상기 제어결정보의 제어정보에 따라 블레이드 가동부의 구동을 제어하여 상기 블레이드의 피치를 변경하는 피치제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력발전기의 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전시스템{PITCH CONTROL SYSTEM FOR WIND POWER GENERATOR AND WIND POWER GENERATOR SYSTEM COMPRISING THEREOF}

본 발명은 풍력발전기의 피치제어 시스템과 이를 포함하는 풍력발전 시스템에 관한 것으로 특히, 블레이드에 가해지는 실제 하중을 토대로 블레이드의 피로손상은 최소화하면서 발전효율을 최대화하도록 피치제어를 수행하는 풍력발전기의 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전 시스템에 관한 것이다.

풍력발전기는 일반적으로 복수의 블레이드를 구비하며, 블레이드의 회전에 의해 발전기를 회전시켜 전력을 생산한다.

이러한 풍력발전기는 종류에 따라 스톨제어나 피치제어를 수행하여 발전기의 회전을 제어하는 방법이 일반적이다. 이 중 우리가 흔히 접할 수 있는 풍력발전기 피치제어를 통해 블레이드의 각도를 조절하여 발전기의 회전 속도를 조절하게 된다.

이러한 피치제어는 컷인(cut-in) 풍속에서는 회전력을 최대한 얻도록 블레이드의 각도를 조절하게 된다. 그리고 피치제어는 정격풍속에서는 최대발전량이 발생되도록 블레이드의 각도를 조절하며, 정격풍속을 초과하는 경우 발전기의 손상이 발생되지 않도록 블레이드의 각도를 조절하게 된다.

이와 같은 피치제어를 수행하기 위해, 기존에는 레이져 측정기와 같이 풍속을 측정하는 수단을 나셀(nacelle)에 구성하고, 바람의 속도를 측정하여 블레이드의 조절을 수행하게 된다.

그러나, 이러한 피치제어 방법은 바람의 속도만을 고려대상으로 하기 때문에 블레이드에 과도한 하중이 가해져 피로손상에 의한 파손이 발생하는 경우가 발생한다.

대한민국 공개특허공보 10-2014-0083832(공개일 2014.07.04.)

따라서, 본 발명이 목적은 블레이드에 가해지는 실제 하중을 토대로 블레이드의 피로손상은 최소화하면서 발전효율을 최대화하도록 피치제어를 수행하는 풍력발전기의 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전 시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 풍력발전기를 위한 피치 제어 시스템은 복수의 블레이드 각각에 설치되어 상기 블레이드에 가해지는 풍압, 풍속 및 상기 블레이드의 형태 변형 중 어느 하나 이상을 측정하여 측정값을 생성하는 센서들을 구비하는 센서부; 상기 측정값을 전달받아 상기 블레이드에 가해지는 하중을 산출하여 하중값을 작성하는 압력산출부; 상기 하중값과 미리 저장되는 기준값을 비교하여 피치제어 여부와 피치 제어 각도 정보를 포함하는 제어정보를 생성하는 제어결정부; 및 상기 제어결정보의 제어정보에 따라 블레이드 가동부의 구동을 제어하여 상기 블레이드의 피치를 변경하는 피치제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 풍력발전 시스템은 타워; 상기 타워에 결합되어 지지되는 나셀; 상기 나셀에 허브에 의해 회전 가능하게 결합되며 복수의 블레이드를 구비하는 로터; 상기 로터의 회전에 의해 전력을 생산하는 발전부; 복수의 상기 블레이드 각각에 설치되어 상기 블레이드에 가해지는 풍압, 풍속 및 상기 블레이드의 형태 변형 중 어느 하나 이상을 측정하여 측정값을 생성하는 센서부, 상기 측정값을 이용하여 상기 블레이드에 가해지는 하중을 산출하여 하중값을 작성하는 압력산출부, 상기 하중값과 미리 저장되는 기준값을 비교하여 피치제어 여부와 피치 제어 각도 정보를 포함하는 제어정보를 생성하는 제어결정부 및 상기 제어결정보의 제어정보에 따라 블레이드 가동부의 구동을 제어하여 상기 블레이드의 피치를 변경하는 피치제어부를 구비하는 피치제어 시스템을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피치제어시스템;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 풍력발전기의 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전 시스템은 풍력발전기의 블레이드에 가해지는 실제 하중을 측정하고, 이를 토대로 피치제어를 수행하도록하여 블레이드의 피로손상은 최소화하면서 발전효율을 최대화 하는 것이 가능해진다.

도 1은 풍력발전기의 일반적인 형태를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 피치제어 시스템을 포함하는 풍력발전시스템을 개략적으로 도시한 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 피치제어시스템을 구성을 블록 형태로 도시한 블록예시도.
도 4는 압력산출부에 의해 산출되는 하중값을 그래프 형태로 도시한 예시도.
도 5는 압력센서를 이용한 센서유닛의 구성예를 도시한 예시도.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 뙤는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 풍력발전기의 일반적인 형태를 도시한 예시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 피치제어 시스템을 포함하는 풍력발전시스템을 개략적으로 도시한 예시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 풍력발전기는 선정된 부지에 마련되는 기초구조물(1)을 마련하고, 이 기초구조물(1) 상에 풍력발전기(100)가 설치된다. 이러한 기초구조물(1)은 지상에서는 일반적으로 콘크리트 구조물일 수 있으며, 해상에서는 부유물과 이에 설치되는 철골 구조물일 수 있다.

이러한 풍력발전기(100)는 타워(11), 나셀(20) 및 로터(50)를 포함하여 구성된다.

타워(11)는 나셀(20)과 로터(50)를 지상 또는 수면과 이격시켜 로터(50)가 원활하게 회전할 수 있게 하며, 나셀(20)과 로터(50)를 지지하는 역할을 한다. 일반적으로 타워(11)는 내부가 빈 파이프 형태의 구조물로 형성되고, 내부에 전력전송을 위한 전선, 제어신호의 전송을 위한 제어신호라인이 설치될 수 있다. 또한, 풍력발전기(100)가 대형으로 구성되는 경우 내부에 전력 변환 및 전송을 위한 변환장치가 마련될 수 있으나, 제시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

여기서, 타워(11)와 나셀(20)의 연결부위에는 요잉(yawing)을 위한 구동부(미도시)가 구성될 수 있다. 이 구동부는 나셀(20)과 로터(50)를 바람이 불어오는 방향을 향하도록 나셀(20)과 로터(50)를 타워(11)를 축으로하여 회전시키는 역할을 한다.

나셀(20)은 로터(50)가 회전 가능하게 결합되고, 로터(50)의 회전에 따라 전력을 생산하는 발전시스템(95)과, 로터(50)의 제어를 위한 피치제어시스템(10)이 마련된다.

나셀(20)에는 발전시스템(95)는 로터(50)의 회전에 따라 회전하여 전력을 생산하는 회전자를 가지는 발전부와, 회전자의 회전 속도를 조절하기 위한 기어박스, 로터(50)와 기어박스, 로터(50)와 회전자를 연결하기 위한 샤프트, 로터(50)의 회전속도를 제한하기 위한 브레이크가 마련된다. 여기서, 발전시스템(95)의 전력 변환장치 예를 들어, 발전부에서 생산된 교류 전압을 변압하거나, 교류전압을 직류전압으로 변환하는 컨버터가 마련될 수 있다. 그러나, 컨버터는 별도로 설치될 수도 있는 것으로, 제시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 브레이크는 생략이 가능하며, 브레이크의 생략시 블레이의 실속을 유발하는 공력학 브레이크를 이용하여 속도조절이 가능한 것으로, 제시된 바에 의해 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

아울러, 나셀(20) 내부에는 피치제어시스템(10)이 마련될 수 있다. 특히, 나셀(20) 내부에는 피치제어시스템(10)의 피치제어에 따라 구동되어 블레이드의 피치를 조절하는 구동부가 마련된다. 여기서, 피치를 조절하는 구동부는 로터(50)의 허브(51) 내부에 마련될 수도 있고, 피치제어시스템(10)과 구동부가 모두 허브(51) 내부에 구성될 수도 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 구동부는 허브(51)에 마련되고, 나머지 피치제어시스템(10)은 나셀(20)에 구성되는 것으로 가정하여 설명을 진행하기로 한다.

로터(50)는 샤프트 및 샤프트의 회전을 보장하는 베어링 수단에 의해 나셀(20)에 결합된다. 이러한 로터(50)는 바람에 의해 회전하고, 회전력을 샤프트를 통해 발전부에 전달하여 로터를 회전시키게 된다.이러한, 로터(50)는 복수의 블레이드(60)와 블레이드(60)가 결합되는 허브(51)를 포함하여 구성된다. 허브(51)는 샤프트와 결합되어 로터(50)의 회전을 샤프트에 전달한다. 이러한 허브(51)에는 피치제어시스템(10)의 블레이드 가동부가 마련되어, 제어신호에 따라 블레이드(60)의 피치를 조절하게 된다.

블레이드(60)는 허브(51)에 회전 축을 이용하여 결합되고, 바람에 의해 발생되는 양력에 의해 허브를 축으로 회전하게 된다. 이러한 블레이드(60)는 2조 이상의 복수로 구성된다. 여기서, 블레이드(60) 블레이드 가동부에 의해 회전 축을 기준으로 회전하여 피치가 조절된다.

특히, 블레이드(60)에는 센서부(61)가 구성된다. 이 센서부(61)는 각 블레이드별(60a, 60b, 60c)로 복수로 구성되는 센서(61a, 61b, 61c)를 포함하여 구성된다. 이러한 센서부(61)는 블레이드(60a, 60b, 60c) 각각에 받는 풍압하중을 블레이드 위치별로 측정하여 피치제어시스템(10)에 전달하게 된다. 이에 대해서는 하기의 도 3을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 위에서 설명되지 않은 사항들은 공지의 풍력발전기 또는 발전시스템의 기술이 적용 가능함을 의미하며, 본 발명에서는 발명에 필수적인 구성에 대해서만 설명을 진행하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 피치제어시스템을 구성을 블록 형태로 도시한 블록예시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 피치제어 시스템은 센서부(61), 압력산출부(70), 저장부(75), 제어결정부(80), 피치제어부(85) 및 블레이드 가동부(90)를 포함하여 구성된다.

센서부(61)는 블레이드(60a, 60b, 60c)에 가해지는 하중을 감지하고 감지결과를 압력산출부(70)에 전달한다. 이를 위해 센서부(61)는 도 2에 도시된 바와 같이 블레이드(60a, 60b, 60c) 각각에 설치된다. 여기서, 본 발명에서는 블레이드(60)가 제1, 제2 및 제3센서의 3조(61 : 61a, 61b, 61c)로 구성된 경우를 가정하여 설명하기로 한다. 구체적으로 제1블레이드(60a)에는 제1센서(61a), 제2블레이드(60b)에는 제2센서(61b), 제3블레이드(60c)에는 제3센서(61c)가 설치된다.

제1 내지 제3센서(61a, 61b, 61c)는 각각 복수의 센서유닛(A, B, C)을 포함하여 구성된다. 복수의 센서유닛(A, B, C)은 블레이드(60)의 허브(51)와 인접한 위치, 팁(66)과 인접한 위치 및 이들의 중간에 구성될 수 있다. 여기서, 센서유닛(A, B, C)은 블레이드(60)의 길이에 따라 수가 달라질 수 있다. 예를 들어, 블레이드의 길이가 짧은 경우 B 센서유닛이 생략되어 구성될 수 있다. 반면에 블레이드(60)의 길이가 긴 경우 B 센서유닛을 복수로 구성하여 이용할 수 있다. 여기서, 팁(66)은 블레이드(60)의 일측 종단측을 의미하며, 블레이드(60)에서 허브(51)와 반대되는 위치의 종단부분을 의미한다.

이러한, 각 센서(61)를 구성하는 센서유닛(A, B, C)은 허브(51)와 팁(66)을 잇는 가상의 직선 상에 미리 지정된 간격으로 설치된다. 이를 통해 각 센서(61)는 센서유닛(A, B, C)이 설치된 위치에 가해지는 바람에 의해 발생되는 하중을 측정하게 된다.

이를 위해 센서유닛(A, B, C)은 바람의 압력을 측정하는 풍압센서, 바람의 속도를 측정하는 풍속센서, 블레이드(60)의 변형을 측정하는 센서 중 어느 하나를 이용하여 구성될 수 있다. 여기서, 센서의 종류는 일례로 제시된 것일뿐, 블레이드(60)의 상태를 측정할 수 있는 센서이면 다양하게 적용이 가능하다.

이러한 제1 내지 제3센서(61a, 61b, 61c)는 유선 또는 무선 통신채널에 의해 압력산출부(70)와 연결되고, 측정값을 미리 지정된 주기마다 압력산출부(70)에 전달하게 된다. 이러한 주기는 통신상황 또는 제어정밀도에 따라 달라지는 것으로, 연속적으로 제공될 수도 있으며, 제시된 바에 의해서 기간이나 횟수를 한정하는 것은 아니다. 다만, 설명의 편의를 위해 측정값이 연속적으로 전달되는 것으로 가정하여 설명을 진행하기로 한다.

압력산출부(70)는 센서부(61)로부터 측정값을 전달받아 블레이드(60)에 가해지는 하중을 산출하게 된다. 구체적으로 압력산출부(70)는 연속적으로 전달되는 측정값을 미리 지정된 각도 또는 연속적인 하중의 분포로 산출하게 된다. 좀더 구체적으로, 압력산출부(70)는 데이터의 연속적인 처리가 가능한 경우, 블레이드(60)의 회전위치를 따라 표현되는 연속적인 하중값으로 산출한다. 즉, 0도 내지 360도의 궤적에 대해 하중의 변화를 연속적인 값으로 표현하게 된다. 여기서, 데이터를 이산(discrete) 처리하는 경우 미리 지정된 각도 또는 일정한 각도 단위로 하중값을 산출할 수 있다. 이를 통해, 압력산출부(70)는 회전 궤적을 따라 하중의 변화와 수치적인 값을 포함하는 하중 값을 산출하고 이를 제어결정부(80)에 전달하게 된다.

여기서, 센서부(61)가 풍압, 풍속, 또는 변형력과 같은 값을 전달하는 경우, 압력산출부(70)는 측정값의 종류에 따라 적환한 환산 알고리즘을 적용하여, 측정값을 하중값을 변환하는 과정을 수행할 수 있다.

저장부(75)는 기준값과 제어결정부(80)에 의해 피치제어가 이루어지도록 하는 알고리즘 또는 프로그램이 저장된다. 기준값은 블레이드(60)의 설계와 사용상태를 반영하여 미리 정해지는 값으로 피치제어를 위한 기준이 되는 값이다. 즉, 제어결정부(80)가 피치제어여부와 피치정도를 결정할 때, 하중 값과의 비교를 위한 기준값으로 이용된다. 이를 위해 이 기준값은 최고값, 최저값, 평균값, 급변값을 포함할 수 있다.

제어결정부(80)는 하중값을 전달받아 저장부(75)의 기준값과 비교하고, 비교 결과에 따라 피치 제어여부와 피치 제어정도를 결정하여 제어정보를 작성한다. 그리고, 제어결정부(80)는 작성된 제어정보를 피치제어부(85)에 전달하여 블레이드별(60) 피치제어가 이루어질 수 있게 한다.

이 제어결정부(80)는 압력산출부(70)에서 산출된 하중값을 기준값과 비교하여 블레이드(60)에 가해지는 하중이 정상운전범위에 속하도록 제어하게 된다. 좀더 구체적으로 제어결정부(80)는 하중값이 기준값에서 설정된 최저값 미만의 값인 경우 블레이드(60)이 하중이 증가하도록 조절하고, 하중값이 기준값에서 정한 최고값을 초과하는 경우 최고값 이하로 하중이 감소하도록 제어정도를 결정하게 된다.

이러한 과정에서 제어결정부(80)는 각 블레이드(60)에 가해지는 하중이 상이한 경우 블레이드(60)의 하중이 고른 분포가 되도록 제어정도를 결정하게 된다. 이를 위해 제어결정부(60)는 하중의 각 블레이드(60)에 대한 하중값을 이용하여 평균값을 산출하게 된다. 제어결정부(60)는 이 평균값을 기준값과 비교하여 제어정보를 작성하게 된다. 여기서 평균값은 블레이드 각각에 대해 하중값이 최고가 되는 지점에서 각 블레이드(60)에 가해지는 하중 값일 수도 있으나, 하중분포를 통해 블레이드(60) 각각에 대한 1회전의 평균 하중을 산출하고, 각 블레이드별로 산출된 평균하중을 다시 평균하여 산출할 수 있다.

이를 위해 제어결정부(80)는 블레이드 별로 설치되는 센서유닛(A, B, C)의 값을 평균하여 사용하거나, 각각의 센서유닛(A, B, C)의 값을 개별적으로 적용하여 피치 제어 정도와 피치 제어여부를 결정할 수 있다. 이에 대해서는 도 4를 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

피치제어부(85)는 제어결정부(80)로부터 제어정보를 전달받고, 제어정보에 기재된 각도로 피치가 조정되도록 블레이드 가동부(90)의 구동을 제어한다.

블레이드 가동부(90)는 피치제어부(85)의 제어에 의해 동작하여, 블레이드(60)를 회전시켜 피치를 조절한다. 이를 위해 블레이드 가동부(90)는 전술한 바와 같이 너셀(20)과 허브(51)에 설치된다. 이 블레이드 가동부(90)는 동력원과 동력원에 의해 구동되어 블레이드를 회전시키는 가동부로 구성될 수 있다. 동력원은 전기모터, 유압펌프와 같이 동력을 생산한다. 가동부는 동력원에 의해 생산된 동력에 의해 블레이드(60)와 허브(51)의 연결부위 구성되는 기어를 회전시켜 블레이드를 제어 목적 각도로 회전 시키게 된다.

도 4는 압력산출부에 의해 산출되는 하중값을 그래프 형태로 도시한 예시도이다.

도 4를 참조하면, 전술한 바와 같이 제1센서(61a), 제2센서(61b) 및 제3센서(61c)는 제1 내지 제3블레이드(60a, 60b, 60c)에 설치되며, 각 블레이드(60)에 복수의 유닛(A, B, C)이 설치된다.

도 4에서 원은 블레이드(60)의 회전에 따른 센서유닛의 궤적이고, 삼각형은 특정 위치에서의 하중값을 연결한 선으로, 이 삼각형의 중심이 평균값에 해당된다.

압력산출부(70)는 이와 같이 제1 내지 제3센서(61)로부터 전달되는 측정값을 하중값으로 변환하여 블레이드(60)의 위치에 따른 연속적인 하중값으로 산출하게 된다.

특히, 압력산출부(70)는 도시된 바와 같이 제1 내지 제3블레이드(60)를 통합하여 하중값을 산출할 수도 있지만, 각 블레이드별(60)로 도 4와 같은 연속적인 하중값을 산출할 수 있다.

전술한 바와 같이 이와 같은 하중값을 전달받으면 제어결정부(80)는 하중값을 이용하여 제어정보를 생성하게 된다.

구체적으로 전술한 바와 같이 블레이드 하중값을 평균하여 통합된 하중값을 산출하고, 이를 기준값과 비교함으로써 용이하게 제어정보를 생성할 수 있다. 즉, A1-A2-A3를 잇는 삼각형의 중심, B1-B2-B3를 잇는 삼각형의 중심, C1-C2-C3를 잇는 삼각형의 중심값을 산출하고, 3개의 중심값을 평균함으로써 블레이드(60)에 가해지는 하중의 평균값을 산출할 수 있다. 또는 도면에서 A1의 위치에서의 하중이 가장 큰 것으로 표현되는 제2센서(61b)의 제1센서유닛(A2), 제3센서(61c)의 제1센서유닛(A3)가 A1의 위치에 도달했을 때의 하중값을 각각 비교하여 이 중 최대값을 선택하거나, 최대값의 평균값을 선택하여, 블레이드에 가해지는 하중의 최고값을 산출할 수 있다.

이와는 달리 각 블레이드(60)의 센서유닛(A, B, C) 위치별 하중 값을 기준값과 비교하여 제어정보를 작성할 수도 있다.

풍력발전기의 크기와 용량이 커질 수록 로터(50)의 크기도 증가하며, 블레이드(60)의 길이도 증가하게 된다.

이때, 바람에 의해 블레이드(60)의 각 부분(예를 들어, 허브 인접 부분, 중간 부분 및 팁 인접부분)에 가해지는 하중이 달라질 수 있다.

특히, 제1 내지 제3 센서의 값을 평균하거나, 센서유닛들의 값을 평균하는 경우 최대 하중값을 나타낸 부위는 평균값이 정상동작 범위의 값이라 할지라도 손상이 발생될 수 있는 하중일 수 있다.

때문에, 제어결정부(80)는 평균값을 기준값과 비교하는 것 외에도 각 센서부의 센서유닛(A, B, C)의 측정값을 전달받아 손상발생 하중이 센서유닛(A, B, C) 설치부위에 가해지고 있는지 판단하게 된다.

즉, 제어결정부(80)가 평균값을 산출하여 제어정도 즉, 각도를 산출했더라도, 어느 하나의 블레이드의 어느 한 지점에 허용최대하중을 초과하는 하중이 검출되는 경우가 발생될 수 있다. 이 경우, 최대 하중을 받는 지점의 하중을 감소시키도록 제어정보가 결정되어 제어가 수행되도록 하게 된다. 그리고, 제어 수행 뒤 계측되는 정보를 이용하여 다시 평균값을 산출하고, 이를 기준값과 비교하여 제어정보를 다시 작성할 수 있다.

도 5는 압력센서를 이용한 센서유닛의 구성예를 도시한 예시도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 피치제어시스템에 구성되는 센서는 풍압센서, 풍속센서, 블레이드의 변형을 측정하는 센서 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 도 5에는 블레이드의 변형을 측정하는 센서유닛(A)의 예가 도시되어 있다.

일반적으로, 블레이드는 양력(Lift force)와 항력(Drag force)를 고려하여 설계된다. 때문에 정상적인 발전이 이루어지는 정격풍속하에서는 양력이 우세하여 항력에 의해 블레이드가 바람이 부는 방향(X)으로의 휨이 크게 발생되지 않는다. 그러나, 정격풍속을 초과하는 경우 항력이 크게 증가하여 휨이 발생하게 된다.

즉, 블레이드 정격풍속 미만, 정격풍속 및 정격풍속 초과 상태에 따라 블레이드(60)의 휨이 발생된다.

본 발명에서는 이를 측정하여 블레이드에 가해지는 하중을 산출할 수 있게 된다.

이를 위해 센서유닛(A)은 센서(63)와 압력부재(64)를 포함하여 구성된다.

이 센서유닛(A)는 블레이드(60)의 전방 표면에 설치된다. 여기서 전방 표면은 바람이 불어오는 방향을 마주 대하는 면을 의미한다.

센서(63)가 블레이드(60)의 표면에 설치되고, 압력부재(64)는 센서(63)의 표면을 덮도록 블레이드(60)의 표면에 부착되어 고정된다.

이러한 압력부재(64)는 블레이드(60)의 길이방향(팁과 허브를 잇는 가상의 선을 길이방향, 이와 수직이되는 방향을 단면방향으로 정의한다)의 양측 종단이 블레이드(60)의 표면에 접합된다. 이를 통해 블레이드(60)의 휨이 발생되는 경우 이에 대응하여 센서(63)에 압력을 가하거나 해제하게 된다. 이를 위해 센서(63)와의 접촉면은 센서에 접합되지 않고 접촉된 상태만 유지하게 된다. 이러한 압력부재(64)는 연질의 합성수지를 이용하여 형성될 수도 있으나, 블레이드(60)의 재질과 동일한 재질로 형성될 수도 있다.

센서(63)는 압력부재(64)에 의해 발생되는 압력 정도를 측정하여 측정값을 생성한다. 이러한 센서는 도시된 바와 같이 블레이드(60)의 표면에 부착된다. 이때 센서(63)는 길이방향 일측만 블레이드(60) 표면에 결합된다. 좀 더 구체적으로 센서(63)가 정면에서 바라봤을 대 사각 판상으로 형성된 경우 팁 또는 허브를 향하는 방향의 익측 모서리만 블레이드(60)의 표면에 접합되게 된다.

이를 통해 블레이드(60)의 휨이 발생되는 경우 블레이드(60)의 휨새에 따라 센서(63)의 휨이 발생되지 않고, 형태를 유지하여 압력부재(64)의 변형에 따른 압력만 측정할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여려가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

11 : 타워 10 ; 피치제어시스템
20 : 나셀 50 : 로터
51 : 허브 60 : 블레이드
61 : 센서 66 : 팁
70 : 압력 산출부 75 : 저장부
80 : 제어결정부 85 : 피치제어부
90 ; 블레이드 가동부 95 : 발전시스템
100 : 풍력발전기

Claims (10)

1. 복수의 블레이드 각각에 설치되어 상기 블레이드에 가해지는 풍압, 풍속 및 상기 블레이드의 형태 변형 중 어느 하나 이상을 측정하여 측정값을 생성하는 센서들을 구비하는 센서부;
   상기 측정값을 전달받아 상기 블레이드에 가해지는 하중을 산출하여 하중값을 작성하는 압력산출부;
   상기 하중값과 미리 저장되는 기준값을 비교하여 피치제어 여부와 피치 제어 각도 정보를 포함하는 제어정보를 생성하는 제어결정부; 및
   상기 제어결정부의 제어정보에 따라 블레이드 가동부의 구동을 제어하여 상기 블레이드의 피치를 변경하는 피치제어부;를 포함하여 구성되며,
   상기 센서부는 상기 블레이드의 길이방향을 따라 미리 정해진 간격으로 설치되는 복수의 센서유닛을 포함하여 구성되고,
   상기 제어결정부는
   상기 블레이드 별로 설치되는 복수의 상기 센서유닛 중 어느 하나의 측정값중 최대값이 미리 정해지는 기준을 초과하는 경우 상기 최대값을 감소시키도록 상기 제어정보를 작성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기를 위한 피치제어시스템.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어결정부는
   상기 블레이드 별로 산출되는 하중값을 취합하여 평균화하고, 상기 하중값의 평균값을 상기 기준값과 비교하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기를 위한 피치제어시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 블레이드 별로 산출되는 하중값은
   상기 블레이드의 회전에 따라 복수의 위치에서 산출되는 하중값을 취합하여 평균화한 값인 것을 특징으로 하는 풍력발전기를 위한 피치제어시스템.
5. 삭제
6. 타워;
   상기 타워에 결합되어 지지되는 나셀;
   상기 나셀에 허브에 의해 회전 가능하게 결합되며 복수의 블레이드를 구비하는 로터;
   상기 로터의 회전에 의해 전력을 생산하는 발전부;
   복수의 상기 블레이드 각각에 설치되어 상기 블레이드에 가해지는 풍압, 풍속 및 상기 블레이드의 형태 변형 중 어느 하나 이상을 측정하여 측정값을 생성하는 센서부, 상기 측정값을 이용하여 상기 블레이드에 가해지는 하중을 산출하여 하중값을 작성하는 압력산출부, 상기 하중값과 미리 저장되는 기준값을 비교하여 피치제어 여부와 피치 제어 각도 정보를 포함하는 제어정보를 생성하는 제어결정부 및 상기 제어결정부의 제어정보에 따라 블레이드 가동부의 구동을 제어하여 상기 블레이드의 피치를 변경하는 피치제어부를 구비하는 피치제어 시스템을 포함하여 구성되고,
   상기 센서부는 상기 블레이드의 길이방향을 따라 미리 정해진 간격으로 설치되는 복수의 센서유닛을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 피치제어시스템을 포함하며,
   상기 제어결정부는
   상기 블레이드 별로 설치되는 복수의 상기 센서유닛 중 어느 하나의 측정값중 최대값이 미리 정해지는 기준을 초과하는 경우 상기 최대값을 감소시키도록 상기 제어정보를 작성하는 것을 특징으로 하는 피치제어시스템을 포함하는 풍력발전 시스템.
7. 삭제
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 제어결정부는
   상기 블레이드 별로 산출되는 하중값을 취합하여 평균화하고, 상기 하중값의 평균값을 상기 기준값과 비교하는 것을 특징으로 하는 피치제어시스템을 포함하는 풍력발전 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 블레이드 별로 산출되는 하중값은
   상기 블레이드의 회전에 따라 복수의 위치에서 산출되는 하중값을 취합하여 평균화한 값인 것을 특징으로 하는 피치제어시스템을 포함하는 풍력발전 시스템.
   
   
10. 삭제

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