KR102127582B1 - 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치 및 방법이 제공된다. 구동 제어 장치(400)는 주파수 변환기(410), 고장 차단 접촉기(420), 및 접촉기(430)를 포함한다. 주파수 변환기는 요 모터(M1, M2)에 대한 구동 제어를 실시하도록 구성된다. 고장 차단 접촉기는 주파수 변환기와 요 모터 사이에 직렬로 연결되고, 주파수 변환기 내의 고장의 경우에 고장난 주파수 변환기를 격리시키기 위해서 오프로 스위칭되도록 구성된다. 접촉기는 주파수 변환기 및 고장 차단 접촉기와 병렬로 연결되고, 요 모터에 연결되며, 그리고 고장 차단 접촉기가 오프로 스위칭된 경우에 요 모터를 계속 구동하도록 구성된다. 구동 제어 장치 및 방법은 요 모터의 구동 제어의 낮은 신뢰성 문제를 해결할 수 있다.
Description
본 개시 내용은 풍력 발전의 기술 분야, 그리고 특히 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
풍력 정렬 장치로도 지칭되는 요 시스템은 풍력 터빈의 나셀(nacelle)의 일부이다. 요 시스템은, 풍력 휠(wind wheel)이 최대 풍력 발전을 획득하도록 하기 위해서, 풍력 속도 벡터의 방향이 변화되는 경우에, 신속한 그리고 지속적인 풍력 방향과의 정렬을 위해서 구성된다.
도 1은 통상적인 요 시스템에서의 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다. 2개의 요 모터가 이러한 도면에서 예로서 취해졌고, 실제로 요건에 따라 다수의 요 모터가 제어될 수 있다. 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같은 회로 구조를 채택한다. 회로 구조는 요 모터에 연결된 접촉기, 및 요 모터 보호 스위치를 포함하고, 예를 들어 해당 도면에서 접촉기(-K1), 접촉기(-K2), 및 모터 보호 스위치(-Q1)를 포함한다. 그러한 회로 구조에서, 주 접촉부 및 보조 접촉부의 손상, 연소된 코일, 및 인력 메커니즘(attraction mechanism)의 불량 인력 또는 해제와 같은 일반적인 고장이 발생되기 쉽다. 결과적으로, 구동 제어 장치가 요 모터를 구동시키기 위한 명령을 전송하는 동안 요 모터가 동작되지 않는 고장, 또는 요 모터가 제어 가능하지 않게 계속 동작되고 요 메커니즘을 계속 회전 구동하는 고장으로서, 추가적으로 요 메커니즘에 대해서 꼬인 케이블이 파괴되게 하는 고장이 일반적으로 존재할 것이다.
도 2는 다른 통상적인 요 시스템에서의 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다. 도 1과 유사하게, 2개의 요 모터가 도 2에서 예로서 취해졌고, 실제로 요건에 따라 다수의 요 모터가 제어될 수 있다. 풍력 터빈의 요 모터를 위한 일부 구동 제어 장치는 도 2의 회로 구조를 채택한다. 회로 구조는 소프트 스타터(soft starter)(-STR1), 소프트 스타터(-STR1)와 병렬로 연결된 접촉기(-K3), 및 병렬 연결된 소프트 스타터(-STR1) 및 접촉기(-K3)와 직렬로 연결된, 병렬-연결된 접촉기(-K1 및 -K2)를 포함한다. 소프트 스타터는 요 모터의 제어를 위한 소프트 스타트 및 소프트 스탑 기능을 갖는다. 해당 기능은 제한되고, 요 모터의 정방향 회전 및 역방향 회전을 제어하기 위해서 접촉기의 보조적인 반전이 요구되는데, 소프트 스타터가 요 모터의 정방향 회전 및 역방향 회전을 제어할 수 있는 능력을 가지지 않기 때문이다. 부가적으로, 장기간의 동작으로 인해서 소프트 스타터가 쉽게 손상되는 문제점을 피하기 위해서, 소프트 스타터가 시동을 마감한 후에 소프트 스타터를 차단시키기 위한 우회 접촉기가 요구된다. 그에 따라, 전체 제어 시스템이 복잡하고, 접촉기-제어 방식보다 더 많은 고장 지점을 갖는다.
풍력 터빈의 요 모터의 구동 제어의 낮은 신뢰성의 문제를 해결할 수 있는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치 및 방법이 본 개시 내용의 실시예에 따라 제공된다.
제1 양태에서, 주파수 변환기, 고장 차단 접촉기, 및 접촉기를 포함하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치가 제공된다. 주파수 변환기는 요 모터에 대한 구동 제어를 실시하도록 구성된다. 고장 차단 접촉기는 주파수 변환기와 요 모터 사이에 직렬로 연결되고, 주파수 변환기 내에 고장이 발생되는 경우에 고장난 주파수 변환기를 격리시키기 위해서 오프(off)로 스위칭되도록 구성된다. 접촉기는 주파수 변환기 및 고장 차단 접촉기와 병렬로 연결되고, 요 모터에 연결되며, 그리고 고장 차단 접촉기가 오프로 스위칭된 후에 요 모터를 계속 구동하도록 구성된다. 요 모터의 수는 적어도 2개이다.
제2 양태에서, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법이 제공되고, 그러한 방법은: 주파수 변환기의 고장 상황을 모니터링하는 단계; 주파수 변환기의 고장이 모니터링된 경우에, 고장난 주파수 변환기를 격리시키기 위해서 고장 차단 접촉기를 오프로 스위칭되게 제어하는 단계, 또는 주파수 변환기의 동작을 중단시키기 위해서 주파수 변환기에 정지 명령을 직접적으로 전송하는 단계; 및 주파수 변환기의 동작 정지 이후에, 접촉기를 통해서, 요 모터에 대한 구동 제어 실시를 계속하도록, 제어 명령을 접촉기에 전송하는 단계를 포함한다.
본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치 및 방법에서, 구동 제어가 주파수 변환기 및 접촉기를 통해서 풍력 터빈의 요 모터에 대해 실시되어, 풍력 터빈의 요 모터의 구동 제어의 가외성(redundancy) 및 신뢰성을 개선한다.
본 개시 내용의 실시예에서의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해서, 실시예에 관한 설명에서 이용된 도면을 이하에서 간략히 소개한다. 분명히, 이하에서 설명되는 도면은 단지 본 개시 내용의 일부 실시예를 예시하는 것이고, 당업자는 어떠한 창조적인 노력이 없이도 이러한 도면을 기초로 다른 도면을 획득할 수 있을 것이다.
도 1은 통상적인 요 시스템에서의 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다.
도 2는 다른 통상적인 요 시스템에서의 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다.
도 3은 상대적으로 새로운 요 시스템에서의 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다.
도 4는 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 블록도이다.
도 5는 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다.
도 6은 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법의 흐름도이다.
도 1은 통상적인 요 시스템에서의 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다.
도 2는 다른 통상적인 요 시스템에서의 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다.
도 3은 상대적으로 새로운 요 시스템에서의 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다.
도 4는 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 블록도이다.
도 5는 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다.
도 6은 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법의 흐름도이다.
본 개시 내용의 실시예의 목적, 기술적 해결책 및 장점을 보다 잘 이해하도록, 본 개시 내용의 실시예의 기술적 해결책을 본 개시 내용의 실시예에 관한 도면과 함께 이하에서 명료하게 그리고 전체적으로 설명한다. 분명히, 본원에서 설명된 실시예는 본 발명의 모든 실시예의 단지 일부이다. 당업자가 어떠한 창조적인 노력도 없이 본 개시 내용의 실시예를 기초로 획득하는 모든 다른 실시예는 본 개시 내용의 보호 범위 내에서 포함된다.
본 개시 내용의 여러 양태의 특징 및 예시적인 실시예를 이하에서 구체적으로 설명한다. 이하의 구체적인 설명에서, 수 많은 구체적인 상세 내용은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 기술된 것이다. 그러나, 당업자는, 그러한 구체적인 상세 내용의 일부가 없이도 본 발명이 실시될 수 있다는 것을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 실시예에 관한 이하의 설명은 단지 본 발명의 예를 보여주는 것에 의해서 본 발명에 관한 보다 양호한 이해를 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 이하에서 기술되는 임의의 구체적인 구성 및 알고리즘으로 제한되지 않고, 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고도 요소, 구동 제어 장치 및 알고리즘의 임의의 수정, 치환 및 개선을 포함한다. 도면 및 이하의 설명에서, 본 발명을 불필요하게 불명료하게 만드는 것을 피하기 위해서, 주지의 구조 및 기술은 제시하지 않았다.
예시적인 실시예가 도면을 참조하여 구체적으로 설명된다. 그러나, 예시적인 실시예는 다양한 형태로 실시될 수 있고, 본원에서 설명된 실시예로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 사실상, 실시예는, 본 개시 내용이 철저하고 완전한 것이 되도록, 그리고 예시적인 실시예의 개념을 당업자에게 완전히 전달하도록 제공된 것이다. 도면에서, 명료함을 위해서 영역 및 층의 두께가 과장되었을 수 있다. 도면 내의 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 구조물을 나타내고, 그에 따라 그에 대한 구체적인 설명을 생략할 것이다.
또한, 설명된 특징, 구조, 또는 특징을 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합할 수 있다. 이하의 설명에서, 수 많은 구체적인 상세 내용은 본 개시 내용의 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해서 기술된 것이다. 그러나, 당업자는, 본 발명의 기술적 해결책이 구체적인 상세 부분 중 하나 이상이 없이 실시될 수 있다는 것, 또는 다른 방법, 구성요소, 또는 재료가 채택될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 경우에, 본 발명의 주요 기술적 혁신을 불명료하게 하지 않기 위해서, 주지의 구조, 재료, 또는 동작을 구체적으로 도시 또는 설명하지 않았다.
충돌이 없는 경우에, 본 개시 내용의 실시예들 및 실시예 내의 특징들이 서로 조합될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 이하에서, 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 풍력 터빈의 요 모터의 구동 제어 장치의 2가지 종류와 비교하여, 도 3은 풍력 터빈의 요 모터를 위한 상대적으로 새로운 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는, 요 모터에 순차적으로 연결된, 주파수 변환기(-VF1) 및 요 모터 보호 스위치(-Q1)를 포함하고, 주파수 변환기(-VF1)는 풍력 터빈의 요 모터를 독립적으로 제어한다. 그러한 회로 구조는, 고장이 접촉기-유형의 제어 장치에서 용이하게 발생된다는 한계를 회피한다. 그러나, 시스템 가외성이 충분하지 않고, 주파수 변환기 내의 고장의 경우에, 풍력 터빈의 요 기능이 고장날 것이다.
풍력 터빈의 요 모터의 통상적인 제어 방식이 낮은 시스템 신뢰성, 불완전한 보호 기능, 주파수 변환기의 불충분한 기능 개발, 제어 매개변수의 비합리적인 구성, 및 부적절한 요 기능과 같은 단점을 일반적으로 갖는다는 것이 확인될 수 있다. 풍력 터빈의 요 모터를 위한 통상적인 구동 제어 장치의 낮은 신뢰성 및 부적절한 보호 기능으로 인해서, 구동 제어 장치 내에 고장이 일단 발생되면, 기계 중단 및 발전의 손실로부터 요 모터의 연소(burnt) 및 케이블 파괴까지 범위의 문제가 발생될 것이다. 해양 풍력 터빈과 같이 높은 신뢰성이 요구되는 상황에서, 그러한 고장이 일단 발생되면, 전력 손실 및 유지보수 비용이 크게 증가될 것이다. 또한, 태풍 하에서 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치 내에서 고장이 발생되는 경우에, 안전을 위해 바람으로부터 대피하도록 하는 요 명령이 실시되지 못할 수 있어, 풍력 터빈에 대한 더 심각한 손상을 초래할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치가 전술한 하나 이상의 단점을 갖는다는 점에서, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치 및 방법이 본 개시 내용의 실시예에 따라 제공된다.
도 4는 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 블록도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치(400)는 주파수 변환기(410), 고장 차단 접촉기(420), 및 접촉기(430)를 포함한다. 주파수 변환기(410)는 요 모터에 대한 구동 제어를 실시하도록 구성된다. 고장 차단 접촉기(420)는 주파수 변환기(410)와 요 모터 사이에 직렬로 연결되고, 주파수 변환기(410) 내에 고장이 발생되는 경우에 고장난 주파수 변환기(410)를 요 모터로부터 격리시키기 위해서, 오프로 스위칭되도록 구성된다. 접촉기(430)는 주파수 변환기(410) 및 고장 차단 접촉기(420)와 병렬로 연결되고, 요 모터에 연결되며, 그리고 고장 차단 접촉기(420)가 오프로 스위칭된 후에 요 모터를 계속 구동하도록 구성된다. 풍력 터빈의 요 모터에 대한 구동 제어를 실시하도록 주파수 변환기(410) 및 접촉기(430)를 적용하는 것에 의해서, 풍력 터빈의 요 모터에 대한 구동 제어의 가외성 및 신뢰성이 개선된다.
도 5는 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치의 회로의 구조도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는, 요 모터(-M1 및 -M2)와 직렬로 순차적으로 연결된, 고장 차단 접촉기(-K4) 및 주파수 변환기(-VF1)를 포함하고, 직렬-연결된 고장 차단 접촉기(-K4) 및 주파수 변환기(-VF1)와 병렬로 연결된 접촉기(-K1 및 -K2)를 포함한다.
도 5가 2개의 요 모터의 상황만을 도시하고, 3개, 4개, 또는 그 초과의 요 모터가 상이한 풍력 터빈들에 포함될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 그러나, 요 모터의 부가는 요 모터를 제어하기 위한 더 많은 접촉기를 필요로 하지 않고, 요 모터의 정방향 회전 및 역방향 회전을 각각 제어하기 위해서 여전히 2개의 접촉기(-K1 및 -K2)가 요구된다.
주파수 변환기(-VF1) 내에서 고장이 발생된 경우에, 고장난 주파수 변환기(-VF1)는 고장 차단 접촉기(-K4)를 통해서 격리된다. 즉, 주파수 변환기(-VF1)가 요 모터(-M1 및 -M2)로부터 격리되고, 접촉기(K1 및 K2)를 이용하여 요 모터(-M1 및 -M2)의 정방향 회전 및 역방향 회전을 각각 제어한다.
일부 예에서, 주파수 변환기(-VF1)는 정상 상태에서 폐쇄되는 접촉부를 포함할 수 있다. 주파수 변환기(-VF1) 내의 고장 발생의 경우에, 정상 상태 폐쇄 접촉부가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭된다. 주파수 변환기(-VF1)의 정상 상태 폐쇄 접촉부의 폐쇄/개방 상태 신호가 풍력 터빈의 요 모터의 제어 장치의 제어기에 전송된다. 제어기는, 예를 들어, PLC이고, 풍력 터빈의 주 제어 시스템 내에 배열된 보조 제어기로서의 역할을 할 수 있고, 또한 주 제어 시스템과 별개로 배열되고 주 제어 시스템과 통신을 유지할 수 있다. 구체적으로, 주파수 변환기(-VF1)의 정상 상태 폐쇄 접촉부가 폐쇄 상태에 있는 경우에(즉, 주파수 변환기(-VF1)가 정상적으로 동작되는 경우에), 주파수 변환기(-VF1)는 제어기로부터 정방향 회전, 역방향 회전 또는 정지 명령을 수신하고, 이어서 요 모터(-M1 및 -M2)를 제어하여 정방향으로 회전시키거나, 역방향으로 회전시키거나, 정지시킨다. 주파수 변환기(-VF1)의 정상 상태 폐쇄 접촉부가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭되는 경우에(즉, 주파수 변환기(-VF1) 내에서 고장이 발생된 경우에), 요 모터(-M1 및 -M2)의 정방향 회전 및 역방향 회전이 접촉기(K1 및 K2)에 의해서 각각 제어되고, 접촉기(K1 및 K2)는 제어기로부터 구동 또는 정지 명령을 수신하고, 이어서 요 모터를 제어하여 정방향 회전, 역방향 회전, 또는 정지시킨다. 접촉기(K1 및 K2)가 요 모터(-M1 및 -M2)의 예비 제어 요소(spare control element)이기 때문에, 풍력 터빈의 요 모터의 구동 제어의 가외성이 개선된다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는 주파수 변환기의 2개의 단자에 배열된 반응기를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반응기(L1 및 L2)는 주파수 변환기(-VF1)의 진입 라인 위치 및 진출 라인 위치에 각각 배열되고, 주파수 변환기(-VF1), 요 모터 및 케이블을 보호하도록 구성된다. 주파수 변환기(-VF1) 및 고장 차단 접촉기(K4)의 2개의 단자에 반응기(L1 및 L2)를 부가한 것으로 인해서, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는, 유입 전력 공급의 열등한 품질, 주파수 변환기로부터 케이블 및 요 모터에 가해진 충격 손상, 그리고 주파수 변환기의 출력 단자의 역방향 전력 전송으로 인해서 주파수 변환기가 연소된 상황에 의해서 유발되는, 주파수 변환기 내의 고장을 효과적으로 방지할 수 있다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는 케이블 꼬임 접촉기(cable twisting contactor)를 더 포함할 수 있다. 케이블 꼬임 접촉기는 전원과, 접촉기 및 주파수 변환기의 병렬-연결 노드(node) 사이에 직렬로 연결되고, 구동 제어 장치 또는 요 모터 내에서 고장이 발생된 경우에 정지 또는 트립(trip)되도록 구성된다. 예를 들어, 전원 진입부(-A-B-C)에 근접한, 케이블 꼬임 접촉기(-K3)는 주파수 변환기(-VF1) 및 접촉기(K1 및 K2)의 상류 위치에 배열되고, 요 모터(-M1 및 -M2)의 동적 제어 회로의 가외적 제어 장치로서의 역할을 할 수 있다. 주파수 변환기(-VF1) 및 접촉기(K1 및 K2)로 이루어진 요 모터의 제어 회로가 제어되지 않는 경우에, 케이블 꼬임 접촉기는, 제어 고장 지점을 포함하여, 요 모터의 모든 전원을 차단할 수 있다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는 케이블 꼬임 스위치를 더 포함할 수 있다. 케이블 꼬임 스위치는 케이블 꼬임 접촉기에 연결된다. 케이블 꼬임 스위치는 요 모터의 요잉(yawing)의 극단 위치를 검출하도록, 그리고, 요 모터가 극단 위치까지 요잉된 것이 검출되는 경우에, 케이블 꼬임 접촉기에 고장 신호를 전송하여 케이블 꼬임 접촉기가 정지 또는 트립되도록 트리거링(trigger)하도록 구성된다.
일부 예에서, 케이블 꼬임 스위치가 요 기어 링에 의해서 형성된 캠 구조물 내에 배열되어, 요 모터가 극단 위치까지 요잉된 경우에 캠이 케이블 꼬임 스위치를 트리거링하게 한다. 예를 들어, 케이블 꼬임 스위치는 요 모터의 요잉의 극단 위치를 검출하는 센서일 수 있고, 큰 요 기어 링 부근에 배열될 수 있다. 동력전달 메커니즘의 세트가 큰 요 기어 링과 결합된 작은 기어를 통해서 구동되어, 요 운동을 캠 운동으로 유도하고, 그러한 캠 운동은 케이블 꼬임 스위치의 내부 접촉부의 스위칭 작용을 트리거링할 수 있다. 캠의 회전 각도가 조율되어, 요 모터의 요잉이 극단 위치에 있는 경우에, 캠이 케이블 꼬임 스위치의 내부 접촉부의 스위칭 작용을 트리거링하게 한다.
일부 예에서, 케이블 꼬임 스위치는 다수-접촉부 트리거 구조를 채택할 수 있고, 정상 상태 폐쇄 접촉부를 구비할 수 있다. 케이블 꼬임 스위치는, 케이블 꼬임 스위치의 임의 접촉부가 개방된 경우에, 고장 신호를 케이블 꼬임 접촉기에 전송하여 케이블 꼬임 접촉부의 정지 또는 트립을 트리거링한다. 예를 들어, 케이블 꼬임 스위치가 고장 신호를 신뢰 가능하게 출력하도록 보장하기 위해서, 케이블 꼬임 스위치가 이중-접촉부 구조를 적용할 수 있고, 그러한 접촉부는 정상 상태 폐쇄 접촉부일 수 있고, 그에 따라 라인 분리 및 가상 연결의 문제를 방지할 수 있다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는 안전 릴레이를 더 포함할 수 있다. 안전 릴레이는 케이블 꼬임 스위치와 케이블 꼬임 접촉기 사이에 직렬로 연결되고, 케이블 꼬임 스위치에 의해서 전송된 고장 신호의 수신 이후에, 케이블 꼬임 접촉기의 전원 회로를 분리하기 위해서 정지 또는 트립되도록 구성되며, 그에 따라 케이블 꼬임 접촉기의 정지 또는 트립을 트리거링한다. 예를 들어, 케이블 꼬임 스위치의 폐쇄/개방 상태 신호가 안전 릴레이에 전송될 수 있다. 케이블 꼬임 스위치의 임의의 정상 상태 폐쇄 접촉부가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭되는 경우에, 요 모터가 극단 위치에 있다는 것이 표시되고, 안전 릴레이는 정지 또는 트립 작용을 실시할 수 있고 케이블 꼬임 접촉기의 전원 회로를 분리할 수 있으며, 그에 따라 케이블 꼬임 접촉기가 정지 또는 트립되게 하여, 요 메커니즘에 의해서 꼬인 케이블을 보호한다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는, 케이블 꼬임 접촉기의 정지 또는 트립 이후에, 작업자에게 극한 요잉 경고를 전송할 수 있고, 유지보수 작업자에게 제어되지 않는 요의 고장을 체크 및 수리하도록 알려줄 수 있다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는 열 릴레이(thermal relay)를 더 포함할 수 있다. 열 릴레이는 요 모터와 직렬로 연결되고, 요 모터 내에서 과부하 또는 위상 상실(missing phase)의 고장이 발생되는 경우에, 오프로 스위칭되도록, 그리고 고장 신호를 전송하도록 구성된다. 즉, 열 릴레이는 요 모터를 위한 과부하 보호 및 위상 상실 보호의 기능을 갖는다. 예를 들어, 도 5의 열 릴레이(-F1 및 -F2)는 정상 상태 폐쇄 접촉부를 포함할 수 있고, 정상 상태 폐쇄 접촉부는, 열 릴레이(-F1 및 -F2)가 요 모터의 과부하 또는 위상 상실을 검출하는 경우에, 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭된다. 예에서, 열 릴레이(-F1 및 -F2)의 정상 상태 폐쇄 접촉부의 폐쇄/개방 상태 신호가 제어기에 업로드될 수 있다. 열 릴레이(-F1 및 -F2)의 정상 상태 폐쇄 접촉부가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭되는 경우에, 이는 연결된 요 모터(-M1 및 -M2) 내에 과부하 또는 위상 상실의 고장이 있다는 것을 나타내고, 제어기는, 요 모터를 보호하기 위해서, 정지 또는 트립 명령을 -VF1 또는 접촉기(K1 및 K2)에 전송할 수 있다. 예를 들어, 제어기는, 정지 또는 트립 명령을 주파수 변환기 또는 접촉기에 전송한 후에, 요 모터 내의 과부하 또는 위상 상실의 고장 경고를 작업자에게 추가적으로 전송할 수 있고, 유지보수 작업자에게 요 모터를 체크 및 수리하도록 알려줄 수 있다.
일부 예에서, 요 모터의 권선이 스타 연결(star connection) 또는 델타 연결(delta connection)로 요 모터의 구동 제어 장치에 연결될 수 있다. 예를 들어, 요 모터의 권선은 스타 연결로 요 모터의 구동 제어 장치에 연결될 수 있고, 그에 따라 열 릴레이는 보다 신뢰 가능한 과부하 보호 및 위상 상실 보호를 제공한다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는 요 모터 보호 스위치를 더 포함할 수 있다. 요 모터 보호 스위치는 요 모터의 제어 회로 내의 전류를 검출하도록 구성되고, 검출 전류의 이상(anomaly)이 발생되는 경우에, 오프로 스위칭되도록, 그리고 고장 신호를 전송하도록 구성된다. 예를 들어, 도 5에서, 요 모터 보호 스위치(Q1)는 주 유입 라인의 상단부에 배열되고, 과부하 보호 및 과전류 보호의 기능을 갖는다.
일부 예에서, 요 모터 보호 스위치(Q1)는 정상 상태에서 폐쇄된 접촉부를 포함할 수 있다. 주 회로 내의 과전류(예를 들어, 단락에 의해서 유발되는 급격한 전류 증가의 상황) 또는 과부하의 검출로 인해서 요 모터 보호 스위치(Q1)가 트립되는 경우에, 정상 상태 폐쇄 접촉부가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭된다. 예를 들어, 요 모터 보호 스위치(Q1)의 폐쇄/개방 상태 신호가 제어기에 업로드될 수 있다. 요 모터 보호 스위치가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭되는 경우에, 이는 요 모터 보호 스위치(Q1)와 요 모터(-M1 및 -M2) 사이의 주 회로 내에 단락 또는 과부하의 고장이 있다는 것을 나타내고, 제어기는 요 모터 보호 스위치(Q1)의 트립과 관련한 고장 경고를 작업자에게 전송할 수 있고, 주요 회로를 체크 및 수리하도록 유지보수 작업자에게 알려줄 수 있다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치는 요 모터 온도 보호 스위치를 더 포함할 수 있다. 요 모터 온도 보호 스위치는 요 모터의 권선 온도를 검출하도록, 그리고 요 모터의 검출된 권선 온도가 미리 설정된 온도보다 높은 경우에, 고장 신호를 전송하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 요 모터 온도 보호 스위치는 요 모터 내에 배열될 수 있다. 요 모터 온도 보호 스위치는 정상 상태 폐쇄 접촉부를 포함할 수 있고, 요 모터의 권선 온도가 한계를 초과하였다는 것을 요 모터 온도 보호 스위치가 검출한 경우에, 정상 상태 폐쇄 접촉부가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭된다. 요 모터 온도 보호 스위치의 정상 상태 폐쇄 접촉부의 폐쇄/개방 신호가 제어기에 전송될 수 있다. 요 모터 온도 보호 스위치의 정상 상태 폐쇄 접촉부가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭되는 경우에, 이는 요 모터의 권선 온도가 한계를 초과하였다는 것을 나타내고, 제어기는 정지 또는 트립 명령을 주파수 변환기 또는 접촉기에 전송하여, 요 모터를 보호할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 추가적으로 요 모터의 높은 권선 온도에 관한 경고를 작업자에게 전송할 수 있고, 요 모터를 체크 및 수리하도록 유지보수 작업자에게 알려줄 수 있다.
도 6은 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법의 흐름도이다. 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법이 풍력 터빈의 요 모터를 위한 전술한 구동 제어 장치의 제어기에 적용된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법은 단계(S610 내지 S630)를 포함할 수 있다. S610에서, 주파수 변환기의 고장 상황이 모니터링된다. S620에서, 주파수 변환기 내의 고장이 모니터링되는 경우에, 고장 차단 접촉기가 오프로 스위칭되도록 제어되어 고장난 주파수 변환기를 요 모터로부터 격리시키거나, 정지 명령이 주파수 변환기에 직접 전송되어 주파수 변환기가 동작 정지되게 한다. S630에서, 제어 명령이 접촉기에 전송되어, 주파수 변환기가 동작을 정지한 후에, 접촉기를 통해서, 요 모터에 대한 구동 제어를 계속 실시한다.
예를 들어, 주파수 변환기의 정상 상태 폐쇄 접촉부가 폐쇄 상태로부터 개방 상태로 스위칭되는 경우에, 이는 주파수 변환기 내의 고장이 있다는 것을 나타내고, 고장 차단 접촉기는 오프로 스위칭되도록 제어되어 고장난 주파수 변환기를 요 모터로부터 격리시키고, 정방향 회전, 역방향 회전 또는 정지의 명령이 주파수 변환기에 전송되어, 요 모터가 정방향 회전, 역방향 회전, 또는 정지되도록 제어한다. 고장이 주파수 변환기 내에서 발생된 경우에, 요 모터의 정방향 회전 및 역방향 회전은 접촉기에 의해서 각각 제어되고, 접촉기는 구동 명령 또는 정지 명령을 수신하여, 요 모터가 정방향 회전, 역방향 회전, 또는 정지되도록 제어한다. 주파수 변환기 내의 고장의 경우에 접촉기가 요 모터를 계속 제어할 수 있기 때문에, 풍력 터빈의 요 모터의 구동 제어의 가외성이 개선된다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법은: 요 모터의 고장 상황을 검출하는 단계, 및 구동 제어 장치 또는 요 모터 내에서 고장이 발생된 경우에, 정지 또는 트립되도록 케이블 꼬임 접촉기를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법은: 요 모터의 요 시간을 검출하는 단계, 및 요 시간이 미리 설정된 값보다 큰 경우에, 요 모터 내에 고장이 있다는 것을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 미리 설정된 값은 최대의 허용된 요 시간을 기초로 설정될 수 있다. 요 모터의 구동 제어가 시작될 때 타이밍이 시작되고, 요 작동의 시간 경과(time out)가 검출된 경우에, 케이블 꼬임 접촉기가 정지 또는 트립되도록 제어되어, 요 메커니즘에 의해서 꼬인 케이블을 보호한다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법은: 열 릴레이 및/또는 요 모터 온도 보호 스위치에 의해서 전송된 고장 신호를 수신하는 단계; 그리고 열 릴레이 및/또는 요 모터 온도 보호 스위치에 의해서 전송된 고장 신호가 수신된 경우에, 요 모터의 동작이 정지되게 하기 위해서 주파수 변환기 또는 접촉기에 정지 동작 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법은: 요 모터 보호 스위치에 의해서 전송된 고장 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법은: 요 모터 또는 구동 제어 장치 내에 고장이 있다는 것이 결정된 경우에, 경고 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 요 시간 종료의 경고가 작업자에게 추가로 전송되어, 유지보수 작업자가 요 시간 종료의 고장을 체크 및 수정하도록 알려줄 수 있다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법은: 풍력 터빈의 하나 이상의 신호: 타워-탑 부하 신호(tower-top load signal), 전체 본체 진동 신호, 및 요 메커니즘 소음 신호를 수신하는 단계; 및 하나 이상의 신호의 각각을 미리 설정된 값과 비교하고, 비교 결과를 기초로 요 모터의 회전 속력을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 주파수 변환기의 회전 속력의 출력은, 각각 고속, 보통 속력, 및 저속인, 3개의 레벨로 설정될 수 있고, 그에 따라 요 속력은 전류 부하 요건에 맞춰 조절된다.
일부 예에서, 본 개시 내용의 실시예에 따른 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법은: 타워-탑 부하 센서, 전체 본체 진동 센서, 또는 요 메커니즘 소음 센서에 의해서 출력된 전류 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다. 큰 값, 보통 값, 및 작은 값과 같은, 다수의 미리 결정된 값이 각각의 신호에 대해서 설정될 수 있다. 예를 들어, 임의 신호에 상응하는 전류 값과 같은 특징적인 양이 큰 값을 제공하는 미리 결정된 값보다 큰 경우에, 제어 명령이 요 모터에 전송될 수 있고, 주파수 변환기에 의해서 저속으로 동작되도록 요 모터가 제어되고, 그러한 특정 속력은 풍력 터빈 부하 시뮬레이션 소프트웨어에 의해서 결정될 수 있다. 모든 신호에 상응하는 전류 값이 작은 값을 제공하는 미리 결정된 값보다 작은 경우에, 제어 명령이 요 모터에 전송될 수 있고, 요 모터는 고속으로 동작되도록 제어된다. 예를 들어, 고속은 풍력 터빈의 안전한 동작에 의해서 허용되는 고속이다. 모든 신호에 상응하는 전류 값이 큰 값을 제공하는 미리 결정된 값과 작은 값을 제공하는 미리 결정된 값 사이인 경우에, 제어 명령이 요 모터에 전송될 수 있고, 요 모터는 보통 속력으로 동작되도록 제어된다. 일반적으로, 타워-탑 부하 센서, 전체 본체 진동 센서, 및 요 메커니즘 소음 센서에 의해서 출력된 신호가 상이하고, 그러한 신호는, 전류 값 또는 전압 값과 같은, 동일한 특징적인 양에 의해서 표시될 수 있다. 전술한 구동 제어 방법으로, 주파수 변환기의 기능 및 이용률이 증가되고, 요 제어 기능이 또한 향상되어, 주파수 변환기 자원의 낭비를 방지한다.
당업자는, 본원에서 개시된 실시예와 함께 설명된 각각의 예의 유닛 및 알고리즘 단계가 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 그 둘의 조합에 의해서 구현될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호 교환 가능성을 명확하게 설명하기 위해서, 각각의 예의 구성 및 단계가 전술한 설명에서 기능의 항으로 일반적으로 설명된다. 기능이 하드웨어에 의해서 또는 소프트웨어에 의해서 구현되는지의 여부는 특정 적용예 및 기술적 해결책의 설계 제약에 따라 달라질 것이다. 당업자는 각각의 특별한 적용예를 위해서 설명된 기능에 대해서 상이한 방법을 채택할 수 있고, 그러한 구현예는 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 한다.
본 개시 내용의 실시예에 따른 개시된 시스템, 장치 및 방법이 다른 방식으로 구현될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 전술한 장치 실시예는 단지 예시적인 것이다. 예를 들어, 유닛은 단순히 논리적인 기능으로 분할되고, 그러한 기능은 실제 구현예에서 다른 방식으로 분할될 수 있다. 예를 들어, 다수의 유닛 또는 구동 제어 장치가 다른 시스템 내로 조합 또는 통합될 수 있거나, 일부 특징이 무시되거나 실시되지 않을 수 있다. 또한, 개시된 또는 논의된 상호 커플링 또는 직접적인 커플링 또는 통신 연결이, 전자적, 기계적 또는 다른 형태로 구현될 수 있는, 일부 인터페이스, 장치 또는 유닛을 통한 간접적 커플링 또는 통신 연결일 수 있다.
전술한 설명은 단지 본 발명의 실시예이고, 본 발명의 보호 범위는 그러한 것으로 제한되지 않는다. 본 개시 내용의 기술적 범위로부터 벗어나지 않고도 당업자에 의해서 만들어진 변경 또는 치환은 본 발명의 보호 범위 내에 포함될 것이다. 그에 따라, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구항에 의해서 규정되어야 한다.
Claims (16)
- 풍력 터빈의 요 모터의 구동 제어 장치이며:
제어기, 제어기에 연결된 주파수 변환기, 고장 차단 접촉기, 접촉기, 케이블 꼬임 접촉기 및 케이블 꼬임 스위치를 포함하며,
주파수 변환기는 요 모터에 대한 구동 제어를 실시하고, 제어기로부터 정방향 회전, 역방향 회전 또는 정지 명령을 수신하고, 요 모터를 제어하여 정방향으로 회전시키거나, 역방향으로 회전시키거나, 정지시키도록 구성되며;
고장 차단 접촉기는 주파수 변환기와 요 모터 사이에 직렬로 연결되고, 주파수 변환기 내에 고장이 발생되는 경우에 고장난 주파수 변환기를 격리시키기 위해서 오프로 스위칭되도록 구성되며; 그리고
접촉기는 주파수 변환기 및 고장 차단 접촉기와 병렬로 연결되고, 요 모터에 연결되며, 그리고 고장 차단 접촉기가 오프로 스위칭된 후에 요 모터를 계속 구동하도록 구성되고, 접촉기는 제어기로부터 구동 명령 또는 정지 명령을 수신하고 요 모터를 제어하여 정방향으로 회전시키거나, 역방향으로 회전시키거나, 정지시키며;
케이블 꼬임 접촉기는 전원과, 접촉기 및 주파수 변환기의 병렬-연결 노드 사이에 직렬로 연결되고, 구동 제어 장치 또는 요 모터 내에서 고장이 발생된 경우에 정지 또는 트립되도록 구성되며;
케이블 꼬임 스위치는 케이블 꼬임 접촉기에 연결되고, 요 모터의 요잉의 극단 위치를 검출하도록 구성되고, 요 모터가 극단 위치까지 요잉된 것이 검출되는 경우에, 케이블 꼬임 접촉기에 고장 신호를 전송하여 케이블 꼬임 접촉기가 정지 또는 트립되도록 트리거링하도록 구성되며;
요 모터의 수가 적어도 2개인, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
케이블 꼬임 스위치가 요 기어 링에 의해서 형성된 캠 구조물 내에 배열되어, 요 모터가 극단 위치까지 요잉된 경우에 캠이 케이블 꼬임 스위치를 트리거링하게 하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치. - 제4항에 있어서,
케이블 꼬임 스위치는 다수-접촉부 트리거 구조를 채택하고 정상 상태 폐쇄 접촉부를 구비하며, 케이블 꼬임 스위치는, 케이블 꼬임 스위치의 임의 접촉부가 개방된 경우에, 고장 신호를 케이블 꼬임 접촉기에 전송하여 케이블 꼬임 접촉기가 정지 또는 트립되도록 트리거링하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치. - 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
안전 릴레이를 더 포함하고, 안전 릴레이는 케이블 꼬임 스위치와 케이블 꼬임 접촉기 사이에 직렬로 연결되고, 케이블 꼬임 스위치에 의해서 전송된 고장 신호의 수신 이후에, 케이블 꼬임 접촉기의 전원 회로를 분리하기 위해서 정지 또는 트립되도록 구성되며, 그에 따라 케이블 꼬임 접촉기의 정지 또는 트립을 트리거링하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치. - 제1항에 있어서,
열 릴레이를 더 포함하고, 열 릴레이는 요 모터와 직렬로 연결되고, 요 모터 내에서 과부하 또는 위상 상실의 고장이 발생되는 경우에, 오프로 스위칭되도록, 그리고 고장 신호를 전송하도록 구성되는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치. - 제1항에 있어서,
요 모터 보호 스위치를 더 포함하고, 요 모터 보호 스위치는 요 모터의 제어 회로 내의 전류를 검출하도록 구성되고, 검출 전류의 이상이 발생되는 경우에, 오프로 스위칭되도록, 그리고 고장 신호를 전송하도록 구성되는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치. - 제1항에 있어서,
요 모터 온도 보호 스위치를 더 포함하고, 요 모터 온도 보호 스위치는 요 모터의 권선 온도를 검출하도록, 그리고 요 모터의 검출된 권선 온도가 미리 설정된 온도보다 높은 경우에, 고장 신호를 전송하도록 구성되는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치. - 제1항에 있어서,
주파수 변환기의 2개의 단자에 배열되는 반응기를 더 포함하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 장치. - 풍력 터빈의 요 모터의 구동 제어 방법이며, 제1항, 제4항 및 제5항, 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항의 구동 제어 장치에 적용되며:
주파수 변환기의 고장 상황을 모니터링하는 단계;
주파수 변환기의 고장이 모니터링된 경우에, 고장난 주파수 변환기를 격리시키기 위해서 고장 차단 접촉기를 오프로 스위칭되게 제어하는 단계, 또는 주파수 변환기의 동작을 중단시키기 위해서 주파수 변환기에 정지 명령을 직접적으로 전송하는 단계; 및
주파수 변환기의 동작 정지 이후에, 접촉기를 통해서, 요 모터에 대한 구동 제어 실시를 계속하도록, 제어 명령을 접촉기에 전송하는 단계를 포함하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법. - 제11항에 있어서,
요 모터의 고장 상황을 검출하는 단계, 및 구동 제어 장치 또는 요 모터 내에서 고장이 발생된 경우에, 정지 또는 트립되도록 케이블 꼬임 접촉기를 제어하는 단계를 더 포함하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법. - 제12항에 있어서,
요 모터의 고장 상황을 검출하는 단계, 및 구동 제어 장치 또는 요 모터 내에서 고장이 발생된 경우에, 정지 또는 트립되도록 케이블 꼬임 접촉기를 제어하는 단계는:
요 모터의 요 시간을 검출하는 단계, 및 요 시간이 미리 설정된 값보다 큰 경우에, 요 모터 내에서 고장이 발생하였다는 것을 결정하는 단계를 더 포함하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법. - 제11항에 있어서,
열 릴레이 및/또는 요 모터 온도 보호 스위치에 의해서 전송된 고장 신호를 수신하는 단계; 그리고
열 릴레이 및/또는 요 모터 온도 보호 스위치에 의해서 전송된 고장 신호가 수신된 경우에, 요 모터의 동작이 정지되게 하기 위해서 주파수 변환기 또는 접촉기에 정지 동작 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법. - 제11항에 있어서,
요 모터 보호 스위치에 의해서 전송된 고장 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법. - 제11항에 있어서,
풍력 터빈의 하나 이상의 신호: 타워-탑 부하 신호, 전체 본체 진동 신호, 및 요 메커니즘 소음 신호를 수신하는 단계; 및
하나 이상의 신호의 각각을 미리 설정된 값과 비교하고, 비교 결과를 기초로 요 모터의 회전 속력을 조절하는 단계를 더 포함하는, 풍력 터빈의 요 모터를 위한 구동 제어 방법.
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