KR102009596B1

KR102009596B1 - 멀티형 풍력 발전기 및 이의 제어 방법

Info

Publication number: KR102009596B1
Application number: KR1020180014049A
Authority: KR
Inventors: 이승원; 김영필; 이기학
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2019-10-21

Abstract

본 발명은 바람의 세기에 따라 멀티형 풍력 발전기를 안정적으로 제어할 수 있는 멀티형 풍력 발전기 및 이의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 멀티형 풍력 발전기는 지상에 대하여 세워져 설치된 타워, 상기 타워에 고정된 복수의 서포터 아암, 상기 서포터 아암에 고정 설치된 복수의 상부 블레이드와 상기 상부 블레이드의 회전에 따라 전기를 생산하는 발전기를 갖는 상부 발전 유닛, 상기 상부 발전 유닛보다 더 아래에 위치하되, 상기 서포터 아암에 고정 설치된 하부 블레이드와 상기 하부 블레이드의 회전에 따라 전기를 생산하는 발전기를 갖는 하부 발전 유닛, 및 상기 상부 블레이드와 상기 하부 블레이드의 피치 앵글이 상이하도록 제어하는 평균 피치 제어부를 포함한다.

Description

멀티형 풍력 발전기 및 이의 제어 방법{MULTI TYPE WIND TURBINE AND CONTROL MEHTOD OF THE SAME}

본 발명은 복수의 로터를 갖는 멀티형 풍력 발전기 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 풍속의 변화에 따라 블레이드의 피치를 제어하는 멀티형 풍력 발전기 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.

풍력발전(風力發電)이란 풍차를 이용해 바람이 가진 에너지를 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이 기계적 에너지가 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력을 얻는 발전 방식을 말한다.

풍력발전은 현재까지 개발된 신재생 에너지원 중에서 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점 때문에 유럽은 물론 미주와 아시아 등지에서도 적극적인 투자가 이뤄지고 있는 실정이다.

이러한 풍력발전을 위한 풍력 발전기는 회전축의 방향에 따라 수직축 풍력 발전기와 수평축 풍력 발전기로 구분될 수 있다. 현재까지는 수직축에 비해 수평축 풍력 발전기의 효율이 높고 안정적이어서 상업용 풍력발전단지에는 대부분 수평축 풍력 발전기가 적용되고 있다.

통상적인 수평축 풍력발전기는 많은 동력을 얻기 위해서는 블레이드의 크기를 키우거나 블레이드 크기에 상응하는 용량을 갖는 발전기를 장착해야 한다. 하지만, 블레이드가 커지거나 발전기의 용량이 커질수록 블레이드와 발전기의 무게가 증가하게 되어 무거운 블레이드와 발전기를 지지할 타워와 구조물의 규모가 같이 커져야 하며, 블레이드와 발전기를 포함한 발전시설이 무거워지면 그 무게의 지지를 위한 베어링과 같은 부품도 증가해야 하고, 바람의 방향에 따라 회전날개부의 방향을 돌려주는 요(yaw) 동작을 위해 별도의 특수 장치가 설치되어야 한다.

이로 인해 설치 및 유지비용이 기하급수적으로 증가하게 되며, 이러한 기술적인 난이도와 비용의 증가로 인하여 풍력 발전기의 폭넓은 보급에 막대한 장애를 초래하는 문제점이 있었다.

최근에는 하나의 타워 주변에 원주방향을 따라 복수의 단위 발전 유닛을 배치하는 멀티형 풍력 발전기가 알려져 있다. 멀티형 풍력 발전기는, 한 개의 타워에 한 개의 메인 나셀을 설치하고, 메인 나셀에 복수의 서포트 아암을 방사상으로 결합하며, 각 서포트 아암에 단위 발전 유닛을 각각 설치하고 있다. 단위 발전 유닛은 발전기를 포함한 서브 나셀, 서브 나셀에 회전 가능하게 결합되는 로터 및 그 로터에 결합되어 함께 회전하는 소형 블레이드를 포함하고 있다.

멀티형 풍력 발전기는, 블레이드의 크기를 크게 하지 않으면서도 단위 발전부의 개수를 증가시켜 많은 동력을 얻을 수 있다. 그러나 멀티형 풍력 발전기에서 상부 발전 유닛과 하부 발전 유닛에 작용하는 바람의 세기가 상이한 문제점이 있다.

이를 위해서 상부 발전 유닛과 하부 발전 유닛의 설계 등급을 상이하게 적용하면 제작 비용이 지나치게 증가한다. 그러나 상부 발전 유닛과 하부 발전 유닛에 동일한 설계 동급의 장치를 적용하면 상부 발전 유닛에 설계기준 풍속 이상이 적용될 때 상부 발전 유닛을 정지시켜야 하며, 이에 따라 발전 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

대한민국 등록특허 제10-1388494호(2014.04.23)

본 발명은 바람의 세기에 따라 멀티형 풍력 발전기를 안정적으로 제어할 수 있는 멀티형 풍력 발전기 및 이의 제어 방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 멀티형 풍력 발전기는 지상에 대하여 세워져 설치된 타워, 상기 타워에 고정된 복수의 서포터 아암, 상기 서포터 아암에 고정 설치된 복수의 상부 블레이드와 상기 상부 블레이드의 회전에 따라 전기를 생산하는 발전기를 갖는 상부 발전 유닛, 상기 상부 발전 유닛보다 더 아래에 위치하되, 상기 서포터 아암에 고정 설치된 하부 블레이드와 상기 하부 블레이드의 회전에 따라 전기를 생산하는 발전기를 갖는 하부 발전 유닛, 및 상기 상부 블레이드와 상기 하부 블레이드의 피치 앵글이 상이하도록 제어하는 평균 피치 제어부를 포함한다.

여기서, 상기 평균 피치 제어부는 상기 상부 발전 유닛에서 측정된 기 설정된 기간의 평균풍속이 설계 기준의 평균풍속을 초과하는 경우, 상기 상부 블레이드의 피치 앵글을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 평균 피치 제어부에 의하여 상기 상부 블레이드의 피치 앵글은 상기 하부 블레이드의 피치 앵글보다 더 크게 형성될 수 있다.

또한, 상기 평균 피치 제어부는 상기 상부 발전 유닛에서의 평균풍속을 계산하는 평균풍속 연산 모듈과 연산된 상기 평균풍속과 설계기준 풍속을 비교하는 풍속 비교 모듈을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 평균 피치 제어부는, 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속을 초과할 경우 상기 평균풍속과 상기 설계기준 풍속의 차이에 비례하여 상기 상부 블레이드의 피치를 제어하는 풍속비례 제어 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 평균 피치 제어부는, 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속을 초과할 경우 상기 상부 발전 유닛의 발전량이 설계기준 풍속에서의 발전량을 초과하지 않도록 상기 상부 블레이드의 피치를 제어하는 기준출력 제어 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 평균 피치 제어부는, 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속을 초과할 경우 상부 로터의 회전 속도가 하부 로터의 회전 속도 보다 더 작거나 같도록 상기 상부 블레이드의 피치를 제어하는 추종 제어 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 상부 발전 유닛과 상기 하부 발전 유닛은 동일한 설계 등급을 갖도록 이루어질 수 있다.

또한, 상기 멀티형 풍력 발전기는 실시간 풍속의 변화에 따라 상부 블레이드와 하부 블레이드의 피치를 제어하는 순간 피치 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 평균 피치 제어부는 상기 상부 블레이드의 최소 피치 앵글을 설정하며, 상기 순간 피치 제어부는 상기 최소 피치 앵글 보다 더 큰 범위 내에서 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있다.

또한, 상기 평균 피치 제어부와 순간 피치 제어부는 서로 다른 간격으로 상기 상부 블레이드의 피치 앵글을 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 상부 블레이드와 상부 발전기를 갖는 상부 발전 유닛과 하부 블레이드와 하부 발전기를 갖는 하부 발전 유닛을 포함하는 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법은, 실시간으로 풍속을 측정하는 풍속 측정 단계, 측정된 풍속에 따라 실시간으로 피치를 제어하는 실시간 제어 단계, 상기 상부 발전 유닛에서의 기 설정된 기간의 평균풍속을 연산하는 평균풍속 연산 단계, 상기 평균풍속과 기 설정된 설계기준 풍속을 비교하는 풍속 비교 단계, 및 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속보다 더 큰 경우 상기 상부 블레이드의 피치 앵글을 증가시키는 평균 제어 단계를 포함한다.

여기서, 상기 평균 제어 단계는 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속을 초과할 경우, 상기 평균풍속과 상기 설계기준 풍속의 차이에 비례하여 상기 상부 블레이드의 피치를 제어할 수 있다.

또한, 상기 평균 제어 단계는 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속을 초과할 경우 상기 상부 발전 유닛의 발전량이 설계기준 풍속에서의 발전량을 초과하지 않도록 상기 상부 블레이드의 피치를 제어할 수 있다.

또한, 상기 평균 제어 단계는 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속을 초과할 경우 상부 로터의 회전 속도가 하부 로터의 회전 속도 보다 더 작거나 같도록 상기 상부 블레이드의 피치를 제어할 수 다.

또한, 상기 평균 제어 단계는 상기 상부 블레이드의 최소 피치 앵글을 설정하며, 상기 실시간 제어 단계는 상기 최소 피치 앵글 보다 더 큰 범위 내에서 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 평균 피치 제어부가 상부 블레이드와 하부 블레이드의 피치 앵글을 상이하게 제어하여 높이에 따른 풍속의 차이에도 불구하고 상부 발전 유닛과 하부 발전 유닛에 동일한 설계 등급을 적용할 수 있다. 또한, 측정된 평균풍속 차이에 따라 상부 블레이드의 피치를 제어하므로 평균 풍속이 설계 기준을 초과하더라도 상부 발전 유닛에 작용하는 피로 하중 및 추력을 설계 범위 내로 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 메인 나셀의 내부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 상부 발전 유닛의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 구성도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1의 메인 나셀의 내부를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 상부 발전 유닛의 내부를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)는, 타워(100), 메인 나셀(300), 서포트 아암(500), 상부 발전 유닛(600), 하부 발전 유닛(700), 및 피치 컨트롤러(도 4 참조, 410)를 포함한다. 본 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)에는, 전기를 개별적으로 생산하는 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)이 복수로 배치되고, 복수의 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)은 서포트 아암(500)을 통해 메인 나셀(300)에 고정 결합될 수 있다.

타워(100)는 지면으로부터 일정한 높이로 세워져 설치되며, 메인 나셀(300), 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)을 지지할 수 있다. 타워(100)는 상단에서 하단으로 갈수록 직경이 증가하는 관형 형상을 가질 수 있다. 이때, 타워(100)는 복수의 관형 부재가 적층된 다단 형태로 이루어질 수 있다. 한편, 타워(100) 내부에는 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)의 유지 보수를 위해 작업자나 작업도구를 이송시키는 계단, 컨베이어 또는 승강기가 설치될 수 있다.

메인 나셀(main nacelle, 300)은 타워(100)의 상부에 위치하며 타워(100)에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 메인 나셀(300)에는 복수의 서포트 아암(support arm, 500)이 방사상으로 결합되며, 복수의 서포트 아암(500) 각각의 단부에는 상부 발전 유닛(600) 또는 하부 발전 유닛(700)이 결합될 수 있다.

메인 나셀(300)은 외형만 통상의 나셀 모양과 유사하게 형성되고, 내부에는 기어박스나 발전기 등이 구비되지 않을 수 있다. 그러나, 메인 나셀(300)의 형상은 반드시 이에 한정되지 않고, 원기둥 형상으로 이루어질 수도 있다.

서포트 아암(500)은 메인 나셀(300)과 상부 발전 유닛(600) 또는 하부 발전 유닛(700)을 서로 연결하는 부재로서, 메인 나셀(300)에서 멀어질수록 직경이 작아지거나, 또는 직경이 균일한 관형 형상일 수 있다. 이때, 서포트 아암(500)에는 상부 발전 유닛(600) 또는 하부 발전 유닛(700)의 유지 보수를 위해 계단 또는 컨베이어가 설치될 수도 있다.

한편, 메인 나셀(300)에는 복수의 서포트 아암(500)이 결합되는데, 메인 나셀(300)을 정면으로 바라볼 때 타워(100)를 기준으로 타워(100)의 좌측 및 우측에 동일한 개수의 서포트 아암(500)이 배치된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 타워(100)의 좌측에는 2개의 서포트 아암(500)이 배치되고, 타워(100)의 우측에는 2개의 서포트 아암(500)이 배치된다. 또한, 2개의 서포터 아암(500)은 상부로 경사지게 배치되고, 2개의 서포트 아암(500)은 하부로 경사지게 배치될 수 있다.

다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 서포트 아암(500)은 상하방향으로 이격 배치될 수 있으며, 이 경우 2개의 서포트 아암(500)은 하부에 배치되고 2개의 서포트 아암(500)은 상부에 배치될 수 있다.

도 2를 참조하면, 메인 나셀(300) 내부에는 요잉 시스템(yawing system, 200)이 배치되어, 상부 블레이드(611) 및 하부 블레이드(711)가 바람과 마주하도록 메인 나셀(300)을 회전시킬 수 있다. 요잉 시스템(200)은 요 베어링(미도시), 요 드라이브 모터(210), 피니언 기어(230), 및 치열(250)을 포함할 수 있다.

본 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)는 2개의 상부 발전 유닛(600)과 2개의 하부 발전 유닛(700)을 갖는다. 상부 발전 유닛(600)은 하부 발전 유닛(700)에서 이격되어 상부에 위치한다.

도 3을 참조하면, 상부 발전 유닛(600)은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 것으로, 상부 로터(610), 서브 나셀(sub nacelle, 630), 메인 샤프트(640), 증속기(gearbox, 650), 브레이크(660) 및 상부 발전기(670)를 포함한다.

상부 로터(610)는 서브 나셀(630)의 전방에 회전 가능하게 설치되는 것으로, 상부 로터(610)에서 발생된 회전력이 메인 샤프트(640)를 통해 증속기(650)에 전달된다. 상부 로터(610)는 허브(613)와 복수의 상부 블레이드(611)로 이루어지는데, 허브(613)는 메인 샤프트(640)의 일단에 결합되어 서브 나셀(630)의 전면에 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 복수의 상부 블레이드(611)는 허브(613)의 외주면에 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 이격되어 결합된다.

허브(613)는 바람의 저항을 감소시키기 위해 전방으로 볼록하게 돌출된 원추형으로 이루어질 수 있다. 상부 블레이드(611)는 바람에 의해 허브(613)의 중심축을 중심으로 회전한다. 상부 블레이드(611)는 폭 방향으로 유선형 단면을 가지며, 내부에는 공간부가 형성될 수 있다.

서브 나셀(630)은 증속기(650), 상부 발전기(670) 등을 수용하는 하우징으로, 통상적으로 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 그러나, 서브 나셀(630)의 형상은 반드시 이에 한정되지 않고, 원기둥 형상 등으로 이루어질 수도 있다.

메인 샤프트(640)는 상부 로터(610)의 회전력을 증속기(650)로 전달하는데, 고속으로 회전하는 메인 샤프트(640)는 메인 베어링(미도시)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

증속기(650)는 기어를 이용해 블레이드(611)에 의해 회전하는 메인 샤프트(640)의 회전속도를 발전에 적합한 회전속도로 변환하는 장치로, 증속기(650) 내부에는 다수의 기어를 포함하는 증속기어부(미도시)가 마련되어 있다. 한편, 증속기어부 내의 다수의 기어의 윤활 및 냉각을 위해 증속기(650) 내에는 증속기용 오일(미도시)이 구비될 수 있다.

브레이크(660)는 증속기(650)와 인접한 위치에 배치되어, 메인 샤프트(640)의 회전력을 제어할 수 있다. 이때, 브레이크(660)는 디스크 방식이 주로 사용될 수 있다.

상부 발전기(670)는 입력되는 회전에너지를 이용하여 전기를 생산하는 장치로, 그 내부에 회전축에 연결 고정된 회전자(미도시) 및 고정자(미도시)가 구비된다. 회전자가 고정자 주위로 고속 회전함으로써 전기를 발생시키게 된다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 4를 참조하여 설명하면, 하부 발전 유닛(700)은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 것으로, 하부 로터(710), 메인 샤프트(740), 증속기(750), 및 하부 발전기(770)를 포함한다. 또한, 하부 로터(710)는 허브(713)와 복수의 하부 블레이드(611)로 이루어지는데, 메인 샤프트(740)를 통해서 하부 발전기(770)로 동력은 전달한다.

상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)은 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

한편, 피치 컨트롤러(410)는 상부 블레이드(611)와 하부 블레이드(711)의 피치 보정값을 산출한다. 상부 블레이드(611)와 하부 블레이드(711)에는 피치를 조절하는 피치 모터와 기어들이 설치되는데, 피치 컨트롤러(410)는 피치 보정 명령을 생성하여 피치 모터에 전달한다.

이를 위해서 피치 컨트롤러(410)는 풍속 측정부(411), 평균 피치 제어부(412), 순간 피치 제어부(413)를 포함할 수 있다. 풍속 측정부(411)는 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)에 각각 설치되어 풍속 정보를 생성하며, 평균피치 제어부(412) 및 순간 피치 제어부(413)로 풍속 정보를 전달한다.

평균 피치 제어부(412)는 상부 블레이드(611)와 하부 블레이드(711)의 피치 앵글이 상이하도록 제어하는데, 평균 피치 제어부(412)에 의하여 상부 블레이드(611)의 피치 앵글은 하부 블레이드(711)의 피치 앵글보다 더 크게 제어된다. 평균 피치 제어부(412)는 상부 발전 유닛(600)에서 기 설정된 기간의 평균풍속이 설계 기준의 평균풍속을 초과하는 경우, 상부 블레이드(611)의 피치 앵글을 증가시킨다.

이를 위해서 평균 피치 제어부(412)는 평균풍속 연산 모듈(4121), 풍속 비교 모듈(4123), 및 풍속비례 제어 모듈(4125)을 포함할 수 있다.

평균풍속 연산 모듈(4121)은 풍속 측정부(411)에서 전달된 정보를 바탕으로 기 설정된 기간의 평균풍속을 연산한다. 여기서 기 설정된 기간은 1년으로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 기 설정된 기간은 30일, 60일 등 다양하게 설정될 수 있다.

풍속 비교 모듈(4123)은 평균풍속 연산 모듈(4121)에서 전송된 평균풍속 정보와 기 설정된 설계기준 풍속을 비교한다. 여기서 설계기준 풍속이라 함은 풍력 발전기의 설계 시에 정해진 한계 평균풍속을 의미하는 것으로, 설계 등급에 따라 다르게 설정될 수 있다. 예를 들어 3등급 풍력 발전기의 설계기준 연평균풍속은 7.5m/s로 이루어질 수 있으며, 2등급 풍력 발전기의 설계기준 연평균풍속은 8.5m/s로 이루어질 수 있다.

풍속비례 제어 모듈(4125)은 평균풍속이 설계기준 풍속보다 큰 경우, 풍속 차이에 비례하여 상부 블레이드(611)의 피치 앵글이 증가하도록 피치 보정값을 생성한다. 풍속비례 제어 모듈(4125)은 풍속 차이에 가중치를 부가하여 피치 보정값을 생성할 수 있다. 풍속비례 제어 모듈(4125)은 비례제어 방식, PID 제어 방식, PI 제어 방식 등으로 평균 피치 보정값을 도출할 수 있다.

평균 피치 제어부(412)는 풍속에 따라 실시간으로 피치를 제어하는 것이 아니라 기 설정된 기간 동안의 평균풍속에 따라 피치를 제어하며, 평균 피치 제어부(412)에 의하여 제어되는 피치 앵글은 상부 블레이드(611)의 최소 피치 앵글이 될 수 있다.

순간 피치 제어부(413)는 풍속 측정부(411)에서 전달된 정보를 바탕으로 실시간 풍속의 변화에 따라 상부 블레이드(611) 및 하부 블레이드(711)의 피치를 보정하는 명령을 생성 한다. 순간 피치 제어부(413)는 로터 회전 속도, 발전부의 회전 속도, 발전부의 출력 등을 고려하여 비례제어 방식, PID 제어 방식, PI 제어 방식 등으로 피치 보정값을 도출할 수 있다. 순간 피치 제어부(413)는 평균 피치 제어부(412)에서 설정한 최소 피칭 앵글보다 더 큰 범위 내에서만 피치 앵글을 제어한다.

또한 순간 피치 제어부(413)의 제어 간격과 평균 피치 제어부(412)의 제어 간격은 서로 상이하게 되는데, 평균 피치 제어부(412)의 제어 간격은 순간 피치 제어부(413)의 제어 간격 보다 더 크게 형성될 수 있다. 순간 피치 제어부(413)는 풍속 측정부(411)로부터 1초당 10회 풍속 정보를 전송 받으며, 이에 따라 피치 제어를 수행한다. 평균 피치 제어부(412)는 측정된 평균풍속이 설계기준 평균풍속을 초과할 때에만 부정기적으로 피치 제어를 수행한다.

예를 들어, 갑자기 풍속이 증가하였으나 평균풍속은 기 설정된 범위 이내인 경우, 평균 피치 제어부(412)는 피치 제어를 수행하지 않고, 순간 피치 제어부(413)가 피치 제어를 수행하며, 순간 피치 제어부(413)는 평균 피치 제어부(412)에 의하여 설정된 최소 피치 앵글 보다 큰 범위 내에서 피치 제어를 수행한다.

순간 피치 제어부(413)는 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)에 모두 연결 설치될 수 있으며, 평균 피치 제어부(412)는 상부 발전 유닛(600)에만 연결 설치될 수 있다.

일반적으로 풍력 발전기는 풍력 발전기가 설치될 장소의 풍속을 사전에 조사한 후, 순간 최대 풍속과 평균풍속 등을 고려하여 적합한 등급의 설비를 설치한다. 예를 들어, 1년 평균풍속이 7m/s에서 8m/s 사이인 경우, 3등급의 설비가 설치되며, 3등급의 설비는 최대 풍속 37.5m/s과 연평균풍속 7.5m/s을 견디도록 설계된다. 한편 평균풍속이 8m/s에서 9m/s 사이인 경우, 2등급의 설비가 설치되며, 2등급의 설비는 최대 풍속 42.5m/s과 연평균풍속 8.5m/s을 견디도록 설계된다.

그러나 멀티형 풍력 발전기의 경우, 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)의 높이가 상이하므로 윈드 쉬어(wind shear)에 의하여 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)에 적용되는 최대 풍속 및 평균풍속이 달라진다.

한편, 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)의 설계 등급을 달리하면 제조 비용이 지나치게 증가하는 문제가 있다. 이에 본 실시예에 따르면 하부 발전 유닛(700)의 높이를 기준으로 최대 풍속 및 평균풍속을 측정하고 이에 맞추어 상부 발전 유닛(600) 및 하부 발전 유닛(700)의 설계 등급이 설정될 수 있다. 따라서 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)은 동일한 설계 등급을 가질 수 있다.

상부 발전 유닛(600)에서의 설계치를 넘어서는 최대 풍속이 발생할 경우, 실시간으로 피치 앵글이 제어되어 극복할 수 있다. 그러나 평균풍속은 실시간 제어로 극복하기 어려우며, 설계 기준을 넘는 평균풍속이 지속적으로 상부 발전 유닛(600)에 작용하면 피로 하중에 취약해지는 문제가 발생할 수 있다.

이에 본 실시예에서는 상부 발전 유닛(600)에 평균 피치 제어부(412)를 연결 설치하여, 평균풍속을 연산하고, 평균풍속이 설계기준 풍속을 초과하는 경우에는 평균 피치 제어부(412)가 최소 피치 앵글의 한계를 설정하여 피로 하중을 감소시켰다. 또한 순간 피치 제어부(413)는 설정된 최소 피치 앵글 보다 더 큰 범위 내에서 피치 제어를 실시하여 상부 발전 유닛(600)에 작용하는 추력 및 응력을 설계 기준 이하로 제어할 수 있다.

이와 같이 본 제1 실시예에 따르면 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)이 동일한 설계 등급을 갖더라도 평균풍속을 기준으로 설계 기준에 적합하도록 상부 블레이드(611)의 피치를 제어하여 안정적인 운영을 할 수 있다. 또한, 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)을 동일한 설계 등급으로 설치하면 상이한 설계 등급으로 설치하는 경우에 비하여 설치 비용을 현저히 감소시킬 수 있다.

이하에서는 본 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법에 대해서 설명한다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법은 실시간으로 풍속을 측정하는 풍속 측정 단계(S101)와 측정된 풍속에 따라 실시간으로 피치를 제어하는 실시간 제어 단계(S102)와 기 설정된 기간 동안의 평균풍속을 연산하는 평균풍속 연산 단계(S103), 측정된 평균풍속과 기 설정된 설계기준 풍속을 비교하는 풍속 비교 단계(S104), 평균풍속이 설계기준 풍속보다 더 큰 경우 상부 블레이드(611)의 피치를 증가시켜서 상부 블레이드(611)와 하부 블레이드(711)의 피치가 상이하도록 설정하는 평균 제어 단계(S105), 및 피치의 변경에 따라 발전기의 출력이 감소하는 출력 감소 단계(S106)를 포함한다.

풍속 측정 단계(S101)는 풍속계를 이용하여 실시간으로 풍속을 측정하고 풍속 정보를 순간 피치 제어부(413)와 평균 피치 제어부(412)로 전달한다. 풍속 측정 단계(S101)는 1초에 10회 풍속 정보를 전송할 수 있다.

실시간 제어 단계(S102)는 풍속 측정 단계(S101)에서 전달된 정보를 바탕으로 실시간 풍속의 변화에 따라 블레이드의 피치를 보정하는 명령을 생성 한다. 실시간 제어 단계(S102)는 로터 회전 속도, 발전부의 회전 속도, 발전부의 출력 등을 고려하여 비례제어 방식, PID 제어 방식, PI 제어 방식 등으로 상부 블레이드와 하부 블레이드의 피치를 제어할 수 있다.

평균풍속 연산 단계(S103)는 측정된 풍속 정보를 수령하여 기 설정된 기간의 평균풍속을 연산한다. 여기서 기 설정된 기간은 1년으로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 기 설정된 기간은 30일, 60일 다양하게 설정될 수 있다.

풍속 비교 단계(S104)는 연산된 평균풍속과 설계기준 풍속을 비교하여, 평균풍속이 설계기준 풍속을 초과하는지 여부를 판단한다. 풍속 비교 단계(S104)에서 평균풍속이 설계기준 풍속 보다 작은 것으로 판단되면 풍속 측정 단계(S101)로 이동한다. 한편, 풍속 비교 단계(S104)에서 평균풍속이 설계기준 풍속 보다 큰 것으로 판단되면 평균 제어 단계(S105)로 이동한다.

평균 제어 단계(S105)는 평균풍속이 설계기준 풍속보다 큰 경우, 상부 블레이드의 피치 앵글을 증가시킨다. 본 실시예에 따른 평균 제어 단계(S105)에서는 평균풍속과 설계기준 풍속의 차이에 비례하여 상부 블레이드의 피치 앵글을 증가시키며, 이에 상부 블레이드의 피치 앵글은 하부 블레이드의 피치 앵글보다 더 크게 형성된다. 평균 제어 단계는 풍속 차이에 가중치를 부가하여 피치 보정값을 생성할 수 있다.

평균 제어 단계(S105)는 풍속에 따라 실시간으로 피치를 제어하는 것이 아니라 기 설정된 기간 동안의 평균풍속 변화에 따라 피치를 제어하며, 평균 제어 단계(S105)에 의하여 제어되는 피치 앵글은 상부 블레이드의 최소 피치 앵글이 될 수 있다. 출력 감소 단계(S106)에서는 증가된 피치 앵글만큼 상부 발전기(670)의 평균 출력이 감소된다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전 시스템에 대해서 설명한다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 구성도이다.

도 6을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(20)는 피치 컨트롤러(420)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기와 동일한 구조로 이루어지는바. 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

피치 컨트롤러(420)는 풍속 측정부(421), 평균 피치 제어부(422), 및 순간 피치 제어부(423)를 포함할 수 있다. 평균 피치 제어부(422)는 평균풍속 연산 모듈(4221), 풍속 비교 모듈(4223), 기준출력 제어 모듈(4225)을 포함할 수 있다.

풍속 측정부(421)는 나셀에 고정 설치되는 통상적인 풍속계로 이루어질 수 있으며, 평균 피치 제어부(422)와 순간 피치 제어부(423)로 풍속 정보를 전송한다. 풍속 측정부(421)는 상부 발전 유닛(600)과 하부 발전 유닛(700)에 각각 설치되어 풍속 정보를 생성하며, 평균 피치 제어부(422) 및 순간 피치 제어부(423)로 풍속 정보를 전달한다.

평균풍속 연산 모듈(4221)은 풍속 측정부(421)에서 전달된 정보를 바탕으로 기 설정된 기간의 평균풍속을 연산한다. 여기서 기 설정된 기간은 1년으로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며 기 설정된 기간은 30일, 60일 다양하게 설정될 수 있다.

풍속 비교 모듈(4223)은 평균풍속 연산 모듈(4221)에서 전송된 평균풍속 정보와 기 설정된 설계기준 풍속을 비교한다. 여기서 설계기준 풍속이라 함은 풍력 발전기의 설계 시에 정해진 한계 평균풍속을 의미한다.

기준출력 제어 모듈(4225)은 평균풍속이 설계기준 풍속을 초과하는 경우, 상부 발전 유닛(600)의 발전량이 설계기준 풍속에서의 발전량을 초과하지 않도록 상부 블레이드의 피치를 제어한다. 기준출력 제어 모듈(4225)은 상부 블레이드(611)의 피치 앵글이 증가하도록 피치 보정값을 생성한다. 기준출력 제어 모듈(4225)은 비례제어 방식, PID 제어 방식, PI 제어 방식 등으로 평균 피치 보정값을 도출할 수 있다. 평균 피치 제어부(422)에 의하여 제어되는 피치 앵글은 상부 블레이드(611)의 최소 피치 앵글이 될 수 있다.

예를 들어 멀티형 풍력 발전기의 설계 등급이 3등급인 경우, 최대 설계기준 풍속은 37.5m/s이며, 연평균 설계 풍속은 8.5m/s이다. 평균풍속 연산 모듈에서 연산된 상부 발전 유닛에서의 1년 평균풍속이 10m/s인 경우, 기준출력 제어 모듈(4225)은 10m/s인 풍속에서의 발전량이 8.5m/s에서의 최대 발전량을 초과하지 않도록 상부 블레이드(611)의 피치를 제어한다.

순간 피치 제어부(423)는 풍속 측정부(421)에서 전달된 정보를 바탕으로 실시간 풍속의 변화에 따라 상부 블레이드(611) 및 하부 블레이드(711)의 피치를 보정하는 명령을 생성 한다. 순간 피치 제어부(423)는 로터 회전 속도, 발전부의 회전 속도, 발전부의 출력 등을 고려하여 비례제어 방식, PID 제어 방식, PI 제어 방식 등으로 피치 보정값을 도출할 수 있다. 순간 피치 제어부(423)는 평균 피치 제어부(422)에서 설정한 최소 피칭 앵글보다 더 큰 범위 내에서만 피치 앵글을 제어한다.

또한 순간 피치 제어부(423)의 제어 간격과 평균 피치 제어부(422)의 제어 간격은 서로 상이하게 되는데, 일반적으로 평균 피치 제어부(422)의 제어 간격은 순간 피치 제어부(423)의 제어 간격 보다 더 큰 값을 가진다.

이와 같이 본 제2 실시예에 따르면 상부 발전 유닛(600)에서 평균풍속이 설계기준 풍속을 초과하는 경우, 상부 발전 유닛(600)의 발전량이 설계기준 풍속에서의 발전량을 초과하지 않도록 상부 블레이드(611)의 피치가 제어되어 상부 발전 유닛에 가해지는 응력과 쓰러스터를 감소시킬 수 있다.

이하에서는 본 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법에 대해서 설명한다.

본 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법은 실시간으로 풍속을 측정하는 풍속 측정 단계와 측정된 풍속에 따라 실시간으로 피치를 제어하는 실시간 제어 단계와 기 설정된 기간 동안의 평균풍속을 연산하는 평균풍속 연산 단계, 측정된 평균풍속과 기 설정된 설계기준 풍속을 비교하는 풍속 비교 단계, 평균풍속이 설계기준 풍속보다 더 큰 경우 상부 블레이드(611)의 피치를 증가시켜서 상부 블레이드(611)와 하부 블레이드(711)의 피치가 상이하도록 설정하는 평균 제어 단계, 및 피치의 변경에 따라 발전기의 출력이 감소하는 출력 감소 단계를 포함한다.

본 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법은 평균 제어 단계를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법과 동일한 구성으로 이루어지는 바, 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.

평균 제어 단계는 평균풍속이 설계기준 풍속보다 큰 경우, 상부 블레이드의 피치 앵글을 증가시킨다. 평균 제어 단계는 평균풍속이 설계기준 풍속을 초과하는 경우, 상부 발전 유닛(600)의 발전량이 설계기준 풍속에서의 발전량을 초과하지 않도록 상부 블레이드의 피치를 증가시킨다. 평균 제어 단계는 상부 블레이드(611)의 피치 앵글이 증가하도록 피치 보정값을 생성한다.

평균 제어 단계는 비례제어 방식, PID 제어 방식, PI 제어 방식 등으로 평균 피치 보정값을 도출할 수 있다. 평균 제어 단계에서 제어되는 피치 앵글은 상부 블레이드(611)의 최소 피치 앵글이 될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 구성도이다.

도 7을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(30)는 피치 컨트롤러(430)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기와 동일한 구조로 이루어지는바. 동일한 구조에 대한 중복 설명은 생략한다.

피치 컨트롤러(430)는 풍속 측정부(431), 평균 피치 제어부(432), 및 순간 피치 제어부(433)를 포함할 수 있다. 평균 피치 제어부(432)는 평균풍속 연산 모듈(4321), 풍속 비교 모듈(4323), 추종 제어 모듈(4325)를 포함할 수 있다.

풍속 측정부(431)은 나셀에 고정 설치되는 통상적인 풍속계로 이루어질 수 있으며, 평균 피치 제어부(432) 및 순간 피치 제어부(433)로 풍속 정보를 전송한다.

평균풍속 연산 모듈(4321)은 풍속 측정부(431)에서 전달된 정보를 바탕으로 기 설정된 기간의 평균풍속을 연산한다. 여기서 기 설정된 기간은 1년으로 이루어질 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

풍속 비교 모듈(4323)은 평균풍속 연산 모듈(4321)에서 전송된 평균풍속 정보와 설계기준 풍속을 비교한다. 추종 제어 모듈(4325)은 평균풍속 정보가 설계기준 풍속을 초과하는 경우, 상부 로터(610)의 회전 속도가 하부 로터(710)의 회전 속도 보다 더 작거나 같도록 상부 블레이드(611)의 피치를 제어한다.

동일한 등급으로 설계된 상부 블레이드(611)와 하부 블레이드(711)가 동일한 피치 앵글을 갖는다면, 풍속의 차이에 따라 상부 로터(610)의 회전 속도가 하부 로터(710)의 회전 속도보다 더 크게 된다. 그러나 추종 제어 모듈(4325)을 이용하여 상부 로터(610)의 평균 회전 속도가 하부 로터(710)의 평균 회전 속도보다 더 작아지도록 상부 블레이드(611)의 피치를 제어하면 상부 발전 유닛(600)에 가해지는 쓰러스터 및 응력을 설계 기준 이내로 감소시킬 수 있다.

평균 피치 제어부(432)는 풍속에 따라 실시간으로 피치를 제어하는 것이 아니라 기 설정된 기간 동안의 평균풍속에 따라 피치를 제어하며, 평균 피치 제어부(432)에 의하여 제어되는 피치 앵글은 상부 블레이드(611)의 최소 피치 앵글이 될 수 있다.

순간 피치 제어부(433)는 풍속 측정부(431)에서 전달된 정보를 바탕으로 실시간 풍속의 변화에 따라 상부 블레이드(611) 및 하부 블레이드(711)의 피치를 보정하는 명령을 생성 한다. 순간 피치 제어부(433)는 로터 회전 속도, 발전부의 회전 속도, 발전부의 출력 등을 고려하여 비례제어 방식, PID 제어 방식, PI 제어 방식 등으로 피치 보정값을 도출할 수 있다. 순간 피치 제어부(433)는 평균 피치 제어부(432)에서 설정한 최소 피칭 앵글보다 더 큰 범위 내에서만 피치 앵글을 제어한다.

또한 순간 피치 제어부(433)의 제어 간격과 평균 피치 제어부(432)의 제어 간격은 서로 상이하게 되는데, 일반적으로 평균 피치 제어부(432)의 제어 간격은 순간 피치 제어부(433)의 제어 간격 보다 더 큰 값을 갖는다.

이와 같이 본 제3 실시예에 따르면 상부 발전 유닛(600)에서 평균풍속이 설계기준 풍속을 초과하는 경우, 상부 발전 유닛(600)의 로터의 평균 회전 속도가 하부 로터(710)의 평균 회전 속도보다 더 작아지도록 상부 블레이드(611)의 피치를 제어하여 상부 발전 유닛(600)에 가해지는 응력과 쓰러스터를 감소시킬 수 있다.

이하에서는 본 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법에 대해서 설명한다.

본 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법은 실시간으로 풍속을 측정하는 풍속 측정 단계와 측정된 풍속에 따라 실시간으로 피치를 제어하는 실시간 제어 단계와 기 설정된 기간 동안의 평균풍속을 연산하는 평균풍속 연산 단계, 측정된 평균풍속과 기 설정된 설계기준 풍속을 비교하는 풍속 비교 단계, 평균풍속이 설계기준 풍속보다 더 큰 경우 상부 블레이드(611)의 피치를 증가시켜서 상부 블레이드(611)와 하부 블레이드(711)의 피치가 상이하도록 설정하는 평균 제어 단계, 및 피치의 변경에 따라 발전기의 출력이 감소하는 출력 감소 단계를 포함한다.

본 제3 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법은 평균 제어 단계를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법과 동일한 구성으로 이루어지는 바, 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.

평균 제어 단계는 평균풍속이 설계기준 풍속보다 큰 경우, 상부 블레이드(611)의 피치 앵글을 증가시킨다. 평균 제어 단계는 평균풍속이 설계기준 풍속을 초과하는 경우, 상부 로터(610)의 회전 속도가 하부 로터(710)의 회전 속도 보다 더 작거나 같도록 상부 블레이드(611)의 피치를 제어한다.

동일한 등급으로 설계된 상부 블레이드(611)와 하부 블레이드(711)가 동일한 피치 앵글을 갖는다면, 풍속의 차이에 따라 상부 로터(610)의 회전 속도가 하부 로터(710)의 회전 속도보다 더 크게 된다. 그러나 평균 제어 단계는 상부 로터(610)의 평균 회전 속도가 하부 로터(710)의 평균 회전 속도보다 더 작아지도록 상부 블레이드(611)의 피치를 제어한다. 이에 따라 상부 발전 유닛(600)에 가해지는 쓰러스터 및 응력을 설계 기준 이내로 감소시킬 수 있다.

평균 제어 단계는 풍속에 따라 실시간으로 피치를 제어하는 것이 아니라 기 설정된 기간 동안의 평균풍속에 따라 피치를 제어하며, 평균 제어 단계에 의하여 제어되는 피치 앵글은 상부 블레이드(611)의 최소 피치 앵글이 될 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10, 20, 30: 멀티형 풍력 발전기
100: 타워
200: 요잉 시스템
210: 요 드라이브 모터
230: 피니언 기어
250: 치열
300: 메인 나셀
410, 420, 430: 피치 컨트롤러
411, 421, 431: 풍속 측정부
412, 422, 432: 평균 피치 제어부
4121, 4221, 4321: 평균풍속 연산 모듈
4123, 4223, 4323: 풍속 비교 모듈
4125: 풍속비례 제어 모듈
413, 423: 순간 피치 제어부
500: 서포트 아암
600: 상부 발전 유닛
610: 상부 로터
611: 상부 블레이드
613, 713: 허브
630: 서브 나셀
640, 740: 메인 샤프트
650, 750: 증속기
660: 브레이크
670: 상부 발전기
700: 하부 발전 유닛
710: 하부 로터
711: 하부 블레이드
770: 하부 발전기
4225: 기준출력 제어 모듈
4325: 추종 제어 모듈

Claims

세워져 설치된 타워;
상기 타워에 고정된 복수의 서포터 아암;
상기 서포터 아암에 고정 설치된 복수의 상부 블레이드와 상기 상부 블레이드의 회전에 따라 전기를 생산하는 발전기를 갖는 상부 발전 유닛;
상기 상부 발전 유닛보다 더 아래에 위치하되, 상기 서포터 아암에 고정 설치된 하부 블레이드와 상기 하부 블레이드의 회전에 따라 전기를 생산하는 발전기를 갖는 하부 발전 유닛; 및
상기 상부 블레이드와 상기 하부 블레이드의 피치 앵글이 상이하도록 제어하는 평균 피치 제어부;
를 포함하며,
상기 평균 피치 제어부는 상기 상부 발전 유닛에서 측정된 기 설정된 기간의 평균풍속이 설계 기준의 평균풍속을 초과하는 경우, 상기 상부 블레이드의 피치 앵글을 증가시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 평균 피치 제어부에 의하여 상기 상부 블레이드의 피치 앵글은 상기 하부 블레이드의 피치 앵글보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
제1항에 있어서,
상기 평균 피치 제어부는 상기 상부 발전 유닛에서의 평균풍속을 계산하는 평균풍속 연산 모듈과 연산된 상기 평균풍속과 설계기준 풍속을 비교하는 풍속 비교 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
제4항에 있어서,
상기 평균 피치 제어부는, 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속을 초과할 경우 상기 평균풍속과 상기 설계기준 풍속의 차이에 비례하여 상기 상부 블레이드의 피치를 제어하는 풍속비례 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
제3항에 있어서,
상기 평균 피치 제어부는, 상기 평균풍속이 설계기준 풍속을 초과할 경우 상기 상부 발전 유닛의 발전량이 설계기준 풍속에서의 발전량을 초과하지 않도록 상기 상부 블레이드의 피치를 제어하는 기준출력 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
제3항에 있어서,
상기 평균 피치 제어부는, 상기 평균풍속이 설계기준 풍속을 초과할 경우 상부 로터의 회전 속도가 하부 로터의 회전 속도 보다 더 작거나 같도록 상기 상부 블레이드의 피치를 제어하는 추종 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
제1항에 있어서,
상기 상부 발전 유닛과 상기 하부 발전 유닛은 동일한 설계 등급을 갖는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
세워져 설치된 타워;
상기 타워에 고정된 복수의 서포터 아암;
상기 서포터 아암에 고정 설치된 복수의 상부 블레이드와 상기 상부 블레이드의 회전에 따라 전기를 생산하는 발전기를 갖는 상부 발전 유닛;
상기 상부 발전 유닛보다 더 아래에 위치하되, 상기 서포터 아암에 고정 설치된 하부 블레이드와 상기 하부 블레이드의 회전에 따라 전기를 생산하는 발전기를 갖는 하부 발전 유닛; 및
상기 상부 블레이드와 상기 하부 블레이드의 피치 앵글이 상이하도록 제어하는 평균 피치 제어부;
를 포함하며,
멀티형 풍력 발전기는 실시간 풍속의 변화에 따라 상부 블레이드와 하부 블레이드의 피치를 제어하는 순간 피치 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
제9항에 있어서,
상기 평균 피치 제어부는 상기 상부 블레이드의 최소 피치 앵글을 설정하며, 상기 순간 피치 제어부는 상기 최소 피치 앵글 보다 더 큰 범위 내에서 상기 블레이드의 피치를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
제9항에 있어서,
상기 평균 피치 제어부와 순간 피치 제어부는 서로 다른 간격으로 상기 상부 블레이드의 피치 앵글을 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
상부 블레이드와 상부 발전기를 갖는 상부 발전 유닛과 하부 블레이드와 하부 발전기를 갖는 하부 발전 유닛을 포함하는 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법에 있어서,
실시간으로 풍속을 측정하는 풍속 측정 단계;
측정된 풍속에 따라 실시간으로 피치를 제어하는 실시간 제어 단계;
상기 상부 발전 유닛에서의 기 설정된 기간의 평균풍속을 연산하는 평균풍속 연산 단계;
상기 평균풍속과 기 설정된 설계기준 풍속을 비교하는 풍속 비교 단계; 및
상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속보다 더 큰 경우 상기 상부 블레이드의 피치 앵글을 증가시키는 평균 제어 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 평균 제어 단계는 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속을 초과할 경우, 상기 평균풍속과 상기 설계기준 풍속의 차이에 비례하여 상기 상부 블레이드의 피치를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 평균 제어 단계는 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속을 초과할 경우 상기 상부 발전 유닛의 발전량이 설계기준 풍속에서의 발전량을 초과하지 않도록 상기 상부 블레이드의 피치를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 평균 제어 단계는 상기 평균풍속이 상기 설계기준 풍속을 초과할 경우 상부 로터의 회전 속도가 하부 로터의 회전 속도 보다 더 작거나 같도록 상기 상부 블레이드의 피치를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법.
제12항에 있어서,
상기 평균 제어 단계는 상기 상부 블레이드의 최소 피치 앵글을 설정하며, 상기 실시간 제어 단계는 상기 최소 피치 앵글 보다 더 큰 범위 내에서 상기 블레이드의 피치를 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 제어 방법.