KR102234121B1 - 풍력 발전 설비의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력 발전 설비(100)를 운전하기 위한 방법에 관한 것으로, 풍력 발전 설비(100)는 로터 허브와 블레이드 각도가 조절될 수 있는 로터 블레이드(20)를 가진 공기 역학적 로터(106)를 포함하고, 공기 역학적 로터(106)의 방위각 방향이 조절될 수 있고, 상기 방법은 우세한 바람이 강해서 풍력 발전 설비(100)가 자체 보호를 위해 저속 스피닝 모드로 변경되는 폭풍 상황을 검출하는 단계, 풍력 발전 설비(100)가 바람에 의해 주 풍향으로부터 가급적 하중을 받지 않는 저하중 배향으로 바람에 대해 로터(106)의 방위각 위치를 배향하는 단계, 돌풍으로 인해 야기된 로터에 작용하는 적어도 하나의 하중(LM)을 검출하는 단계 및 적어도 하나의 로터 블레이드(202)가 야기되는 돌풍에 의해 가급적 하중을 받지 않도록 로터 블레이드 중 적어도 하나의 블레이드 각도를 조절하는 단계를 포함한다.

Description

풍력 발전 설비의 제어 방법
본 발명은 풍력 발전 설비의 제어 방법에 관한 것이다. 또한, 풍력 발전 설비의 설계 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 발전 설비에 관한 것이다.
풍력 발전 설비들은 공개되어 있고, 본 발명은 특히, 적어도 하나의, 일반적으로 3개의 로터 블레이드를 포함하는 공기 역학적 로터가 실질적으로 수평 로터축을 중심으로 회전하는 일반적인, 소위 수평축 풍력 발전 설비에 관한 것이다. 풍력 발전 설비의 운전 중에, 이러한 풍력 발전 설비는 그것의 로터 또는 상응하게 로터 축에 의해 바람에 대해 배향된다. 즉, 상기 풍력 발전 설비의 방위각 위치는 바람을 향해 배향된다. 또한, 로터 블레이드의 블레이드 각도를 각각 조절할 수 있는 풍력 발전 설비를 기초로 한다. 로터 블레이드는, 그것의 위치를 각각의 운전 조건에 따라 조정하기 위해, 길이방향 축을 중심으로 조절된다.
풍력 발전 설비가 운전 중이지 않으면, 즉 적어도 전류를 발생시키지 않으면, 로터 블레이드는 일반적으로 페더링 위치로 회전하여, 특히 폭풍 상황에서 이러한 폭풍에 대해 작용면을 거의 제공하지 않을 수 있다. 페더링 위치는, 부분 부하 모드에서 운전 위치에 대해 로터 블레이드가 실질적으로 90도 회전되는 위치이다. 간단히 말해서, 페더링 위치는 각각의 로터 블레이드의 적어도 각 섹션에서, 바람에 대해 거의 평행하다.
이러한 폭풍이 불어올 수 있는 방향은 일반적으로 사전에 알려지지 않으므로 그러한 폭풍의 풍향이 불리할 때 페더링 위치에도 불구하고 높은 하중이 발생할 수 있음에 주목해야 한다. 이를 해결하기 위해, 풍력 발전 단지가 운전하지 않을 때, 즉 능동적으로 전류를 발생시키지 않을 때에도, 풍력 발전 설비의 방위각 방향이 바람을 향해 배향하는 것이 제공될 수 있다.
그러나 방위각 위치의 이러한 조절 조차도 폭풍이 어떻게 발생하는지에 따라 여전히 풍력 발전 설비에 높은 하중을 야기할 수 있다. 폭풍 내에 상이한 풍향이 발생하여, 소위 경사 흐름이 발생하면, 특히 문제가 될 수 있다.
독일 특허 및 상표청은 본 출원에 대한 우선권 출원 시 하기 선행 기술을 조사하였다: DE 10 2014 223 640 A1, US 2014/0010651 A1 및 논문 "Hurricane-Induced Loads on Offshore Wind Turbines with Considerations for Nacelle Yaw and Blade Pitch Control"(E. Kim 외, Wind Engineering, Volume 38, 2014, 413-423 페이지).
따라서, 본 발명의 과제는 전술한 문제들 중 적어도 하나를 해결하는 것이다. 특히, 풍력 발전 설비가 폭풍 상황의 기계적 하중에 대해 가능한 한 강력하게 보호되는 해결 방법이 제안되어야 한다. 적어도 이전에 공개된 해결 방법에 대해 대안적인 해결 방법이 제안되어야 한다.
본 발명에 따르면, 청구항 제 1 항에 따른 방법, 즉 풍력 발전 단지를 제어하기 위한 방법이 제안된다. 이 경우 제어는 엄격한 제어 기술적인 의미에서 이해되는 것이 아니라, 다양한 설비 부분들을 제어할 수 있는 설비 제어와 관련해서 이해될 수 있고, 이는 정보 피드백을 포함할 수 있다.
따라서 이 방법은 블레이드 각도가 조절될 수 있는 로터 블레이드를 가진 공기 역학적 로터를 포함하는 풍력 발전 단지를 기반으로 한다. 로터 블레이드의 블레이드 각도의 이러한 조절은 피칭(pitching)이라고도 한다.
또한, 공기 역학적 로터의 방위각 방향이 조절될 수 있고, 이는 일반적으로 공기 역학적 로터가 설치된 나셀 전체의 방위각 방향이, 즉 바람에 대한 배향이 조절됨으로써 이루어질 수 있다.
이 방법은 폭풍 상황을 검출하는 것을 제안한다. 우세한 바람이 강해서 풍력 발전 설비가 자체 보호를 위해 저속 스피닝 모드로 바뀔 때, 폭풍 상황이 존재한다. 이때 풍력 발전 설비는 전류를 전혀 발생시키지 않으며 로터는 자유롭게 회전할 수 있다. 로터 블레이드는, 여기에서 단순히 로터라고 지칭되는 공기 역학적 로터가 의도대로 바람에 의해 구동되지 않도록 조절된다. 특히 로터는 고정되어 있지도 않다.
또한, 돌풍으로 인해 로터에 작용하는 적어도 하나의 하중이 검출된다. 특히 이는, 예를 들어 각 로터 블레이드의 루트 영역과 같은 각각의 로터 블레이드에서 하중 측정에 의해 수행될 수 있다. 간단함을 위해, 풍력 발전 설비를 제어하기 위한 전술한 방법이 활성화되는 한, 여기에서 검출된 각각의 하중은 돌풍으로 인해 로터에 작용하는 하중으로 간주되어 추가로 처리될 수 있다. 그러나 돌풍으로 인해 로터에 작용하는 하중을 검출하거나 이와 같은 것으로 간주하여 상응하게 추가로 처리하기 위해, 한계값으로서 하중 수준도 이용될 수 있다.
로터 블레이드 중 적어도 하나의 블레이드 각도를 조절하는 것, 즉 피칭하는 것이 제안되고, 이 경우 이는, 적어도 하나의 로터 블레이드가 검출된 하중에 의해 가급적 하중을 받지 않도록 이루어진다.
특히, 로터 블레이드에 대한 하중이 크기 및 방향에 대해 검출되고, 로터 블레이드가 이 돌풍에서 벗어나거나 적어도 부분적으로 빠져나가는 것이 고려된다. 이는 또한, 하중이 검출된 이러한 돌풍과 관련해서 로터 블레이드가 개별 페더링 위치로 회전되는 방식으로 설명될 수도 있다. 이것은 특히, 이러한 돌풍이 어느 방향에서 불어 오는지에 따라, 여기에서 더 나은 명료성을 위해 주 페더링 위치라고 할 수 있는 주 풍향과 관련하여 페더링 위치를 넘어 회전되는 것을 의미할 수도 있다. 이러한 예를 계속해서 들자면, 이러한 주 페더링 위치가 주 풍향과 관련해서 90도인 경우에, 하중 방향에 따라 블레이드를 이 90도를 초과하여 블레이드를 더 높은 값으로 회전시키거나 이러한 90도보다 낮은 값으로 회전시키는 것이 제안된다.
따라서 특히, 돌풍이 반드시 주 풍향으로부터 불어 오는 것은 아니며, 로터를 비스듬하게 유동할 수 있음이 파악되었다. 이 경우에 풍력 발전 설비의 방위각 위치가 주 풍향으로 배향되면, 주 풍향과 관련해서 로터 블레이드의 주 페더링 위치는 다른 방향에서 오는 돌풍과 관련해서 개별적인 페더링 위치가 아니다. 이는 로터 블레이드의 제안된 조절에 의해 고려된다. 이 경우 로터의 방위각 위치의 배향, 즉 방위각 배향이 유지될 수 있다.
바람직하게는 적어도 하나의 로터 블레이드는 검출된 블레이드 하중에 따라서 조절되고, 이 경우 검출된 블레이드 하중은 부하 제어부에 입력되고, 부하 제어부는 하중이 최소화되도록, 검출된 하중에 따라서 관련 로터 블레이드의 각도를 조절한다. 하중에 따라서 블레이드 조절을 수행하는 제어 및 제어 루프가 제안된다. 이를 위해 하중의 설정-실제 값 비교가 수행된다. 바람직하게는 이 경우, 하중의 설정값은 값 0을 갖는다. 검출된 하중은 부호와 관련해서 고려될 수도 있다. 이를 위해 2개의 가능한 하중 방향 중 하나는 양의 하중으로서 그리고 다른 하나는 음의 하중으로서 정해질 수 있고, 양의 하중은 한 방향으로 로터 블레이드를 조절할 수 있게 하고, 음의 하중은 이에 대해 반대 방향으로 로터 블레이드를 조절할 수 있게 한다.
이 경우 사용된 하중 검출은 돌풍으로 인해 야기된 하중의 검출과 일치할 수 있다.
바람직하게는, 이를 위해 PI 제어기를 사용하는 것이 제안된다. 이러한 제어기는 출력값으로서 설정 각도를 공급하는 PI 부재로 목표 하중과 실제 하중 사이의 전술한 목표-실제값 비교가 주어지도록 제공될 수 있다. 이러한 설정 각도는 예를 들어, 페더링 위치와의 편차를 나타낼 수 있으므로, 값 0은 페더링 위치, 즉 주 페더링 위치에 해당한다. 하중 설정값이 0이면, 검출된 하중도 즉시 PI에 제공될 수도 있다.
실시예에 따르면, 부하 제어부를 위해 또는 부하 제어부로서 PD 제어기가 제공된다. 이러한 PD 제어기에 의해 신속하게 나타나는 그리고 신속하게 변경되는 하중에 대한 신속한 반응이 달성될 수 있고, 특히 신속하게 나타나고 신속하게 변경되는 하중이 예상되는 것이 파악되었다. 또한, 기본적인 폭풍 상황에서 바람은 계속해서 변하므로, 고정적인 정확도를 위해 제어기의 설계가 반드시 필요한 것은 아니라는 점도 파악되었다.
바람직하게는, 저하중 배향으로 바람에 대해 로터의 배향 시 로터 블레이드는 페더링 위치로 변경되고, 이에 기초해서 각각의 로터 블레이드의 블레이드 각도가 페더링 위치에 대한 각도 편차만큼 개별적으로 조절되는 것이 제안된다. 이 경우 특히, 주 풍향과 관련된 이러한 페더링 위치가 하중을 줄이는 각도 조절을 위한 출발 위치인 것이 제안된다. 제안된 조절은 또한 이러한 페더링 위치, 즉 주 페더링 위치와 관련될 수 있고, 대응하는 조절 변수는 이러한 페더링 위치를 참조로 미리 정해지거나 정의될 수 있다.
실시예에 따르면, 각각의 로터 블레이드마다 적어도 하나의 부하 센서가 제공되는 것이 제안된다. 이것은, 예를 들자면, 스트레인 게이지일 수 있다. 이러한 적어도 하나의 부하 센서는 로터 블레이드 상에, 특히 로터 블레이드의 블레이드 루트 영역에 또는 로터 허브 상의 로터 블레이드의 고정 영역에 제공될 수 있다. 예를 들어, 로터 블레이드가 블레이드 어댑터를 통해 로터 허브에 고정되는 것이 고려된다. 이러한 경우에 부하 센서는 블레이드 어댑터에 배치될 수도 있거나, 로터 블레이드로부터 블레이드 어댑터로의 이행부 또는 로터 블레이드 또는 블레이드 어댑터로부터 허브로의 이행 영역에 배치될 수 있다. 어느 경우든 이러한 부하 센서는, 관련 로터 블레이드의 하중을 개별적으로 검출하기 위해 제공된다.
이러한 부하 센서에 의해, 로터 블레이드의 제어 장치로 피드백되는 부하 신호가 생성된다. 따라서, 각각의 로터 블레이드마다 제어 장치가 제공되거나, 중앙 제어 장치의 경우에 적어도 각각의 개별 로터 블레이드마다 제어 기술적인 개별적 고려가 제공된다. 제어 장치로 부하 신호의 이러한 피드백은, 그에 따라서 로터 블레이드의 조절을 수행하기 위해, 이러한 부하 신호에 의해 검출된 하중을 최소화하거나 적어도 줄이기 위해 이용되어야 한다. 따라서 각각의 로터 블레이드의 부하 신호에 기반한 각각의 로터 블레이드의 개별 조절이 제안된다. 이로써 각각의 로터 블레이드마다 하중 경감 모드가 개별적으로 특히 양호하게 구현될 수 있다.
바람직하게는 이를 위해 신호 전송 장치가 제공되고, 상기 장치는 상기와 같은 부하 신호를 부하 센서로부터 제어 장치로 전송한다. 바람직하게는, 이러한 신호 전송 장치는 각각의 로터 블레이드마다 제공되며, 이것은 유선일 수 있고 및/또는 무선 데이터 전송이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 고유의 제어 장치가 각각의 로터 블레이드마다 제공되고, 상기 제어 장치는 바람직하게는 로터 블레이드를 조절하기 위한 블레이드 조절 장치에 인접하여 배치된다. 따라서, 부하 센서로 각각의 로터 블레이드마다 하중이 검출될 수 있고, 관련 로터 블레이드의 제어 장치에 전달될 수 있다. 그에 따라서, 제어 장치는 블레이드 조절 장치를 제어할 수 있고, 특히 부하 센서에 의해 검출된 하중이 최소화되도록, 적어도 감소하도록 제어할 수 있다.
실시예에 따르면, 야기되는 돌풍이 돌풍으로 인해 로터에 작용하는 검출된 하중에 대해 다음 기준들 중 적어도 하나를 충족할 때, 즉 야기되는 돌풍이 소정의 돌풍 한계 속도보다 높은 풍속을 갖는 것, 야기되는 돌풍이 우세한 바람의 평균 풍속보다 적어도 소정의 풍속 차이만큼 높은 풍속을 갖는 것, 및/또는 야기되는 돌풍이 크기에 있어서 주 풍향과 적어도 소정의 풍향 차이만큼 편차를 갖는 돌풍 풍향을 포함하는 것 중 적어도 하나를 충족할 때에야, 적어도 하나의 로터 블레이드의 블레이드 각도 조절이 이루어지는 것이 제안된다.
따라서, 적어도 하나의 로터 블레이드의 조절이 항상 실행되는 것은 아니며, 매우 강한 돌풍 및/또는 돌풍이 주 풍향으로부터 크게 벗어나는 방향을 갖는 경우에만 실행된다. 돌풍의 강도는 특히 로터 블레이드에 작용하는 하중의 하중 검출에 의해 검출될 수도 있다.
또한, 양상에 따르면 소정의 돌풍 한계 속도가 이용될 수 있다. 이 값이 초과되면, 조절이 시작된다. 추가적으로 또는 대안으로서, 소정의 풍속 차이가 기준으로써 이용될 수 있다. 이 경우에 돌풍의 절대 속도가 확인되지 않지만, 우세한 바람의 평균 풍속보다 얼마나 강한지 또는 얼마나 차이가 있는지 확인된다. 이 경우 예를 들어, 검출된 풍속의 예를 들어 10분 평균이 이용될 수 있다. 이로써 기본적으로 풍속의 변동 정도도 고려된다. 2개의 기준이 동시에 확인되어 이용될 수 있고, 따라서 돌풍 한계 풍속과 풍속 차이가 초과되는 경우에만, 예를 들어 조절이 이루어진다. 그러나 이러한 경우에, 돌풍 한계 풍속 및/또는 풍속 차이를 각각 보다 낮은 값으로 설정하는 것이 바람직 할 수 있다.
다른 양상은, 돌풍 풍향이 주 풍향으로부터 얼마나 큰 편차를 갖는지 확인하는 것을 제안한다. 이를 위해, 소정의 풍향 차이가 이용된다. 여기서, 소위 경사 흐름으로서의 주 풍향과의 특히 큰 편차는 적어도 특히 하중을 받는 것이 특히 위험할 수 있다는 사실과 관련된다. 이러한 양상도 전술한 2개의 양상과 조합될 수 있다. 모든 기준이 동시에 충족될 수 있는 하나의 가능성이 있고, 이 경우 바람직하게는 해당하는 소정의 한계값들이 상응하게 조정되고, 즉 감소한다. 또한, 돌풍 속도 및/또는 평균 속도를 초과하는 돌풍 속도 및/또는 돌풍 방향을 제공된 가중 팩터와 함께 합산하는 것 그리고 한계치로서 공통의 기준과 비교하는 것이 고려된다. 이러한 공통의 기준은 상응하게, 각각 가중 팩터를 곱한, 소정의 돌풍 한계 속도, 소정의 풍속 차이 및/또는 소정의 풍향 차이의 합일 수 있다. 가중 팩터는 다른 물리적 단위, 즉 한편으로는 풍속, 다른 한편으로는 풍향도 고려할 수 있다.
특히 적어도 하나의 로터 블레이드의 조절이 이루어져야 하는지 여부를 확인하기 위해 돌풍 및 상기 돌풍의 풍속은 물론 돌풍 방향의 검출은 적어도 하나의 로터 블레이드에 대한 하중 측정에 기초해서 이루어질 수 있다. 운전 제어부에 기본적으로, 각각의 설정된 블레이드 각도뿐만 아니라, 방위각 위치에서 로터의 배향이 공개된다. 또한, 로터의 고유의 회전 방향으로 로터의 각각의 위치도 공개되어 있다. 다시 말해서, 예컨대 로터 축을 중심으로 로터의 회전과 관련해서 각각 로터 블레이드가 어느 위치에 놓이는지 공개되어 있다. 이러한 정보를 이용해서, 로터 블레이드 상의 하중으로부터 로터 블레이드 영역 내의 풍속과 풍향도 평가될 수 있다. 따라서, 이것으로 돌풍에 대한 명시된 기준도 평가될 수 있다.
또한, 로터 블레이드의 조절이 이루어져야 하는 상기 기준은, 그것이 초과되면 즉시 로터 블레이드를 조절해야 하는 최소 기준이다. 다시 말해서, 문제는 먼저 해당하는 돌풍을 측정하는 것이 아니라, 그것이 임계값을 초과하는지 여부를 결정하는 것이다. 이러한 임계값이 초과되면, 로터 블레이드의 조절이 시작되고, 그 후에도 돌풍의 풍속은 더 증가할 수 있다.
특히, 전술한 또는 이하에 설명되는 하중 경감 모드의 활성화는 풍력 발전 설비가 갑자기 전력 공급 네트워크로 전력을 더 이상 공급할 수 없기 때문에 저속 스피닝 모드로 작동되는 정전에 대해서도 고려된다. 특히 이를 위해, 어떠한 경우에도 하중 경감 모드를 활성화하지 않는 것이 제안되는데, 그 이유는 특히 이 경우에는 폭풍 상황이 전혀 없고 따라서 극한의 하중이 예상될 수 없기 때문이다.
바람직하게는, 로터의 방위각 위치의 저하중 배향은 주 풍향을 가리키는 배향이다. 따라서, 풍력 발전 설비의 방위각 위치는 가급적 항상 주 풍향으로 배향되는 것이 제안된다. 주 풍향은 이 경우 예를 들어 임의의 평균값과 함께 고려될 수 있으므로, 10초 또는 20초 정도 소요되는 경사 흐름 돌풍의 경우에 방위각 위치의 교정은 중단되거나 적어도 유보적으로 수행되며, 즉 방위각 조절의 최대로 가능한 조절 속도로 및/또는 즉시 실행되지 않아도 된다.
바람직하게는 돌풍은 풍속 및 풍향에 따라 검출된다. 적어도 하나의 강한 돌풍이 발생한 경우에야 일반적으로, 적어도 하나의 로터 블레이드의 전술한 하중 의존적인 조절이 저속 스피닝 모드에서 활성화되는 것이 바람직할 수 있다. 강한 돌풍은, 전술한 기준들 중 적어도 하나를 충족하는 돌풍이다. 예를 들어 이러한 부하 의존적인 블레이드 조절은, 대응하는 강한 돌풍이 발생할 때까지, 저속 스피닝 모드에서는 먼저 비활성화될 수 있다. 이 경우 저속 스피닝 모드에서 이러한 최초의 강한 돌풍으로 조절이 아직 수행되지 않거나 이러한 조절이 필요한 경우에야 뒤늦게 실행될 수 있는 것을 감수할 수 있다. 그러한 하중을 가하는 돌풍은 실질적으로 풍력 발전 설비의 실행 시간을 단축시킬 수 있지만, 한 번 발생으로 풍력 발전 설비에 직접적인 손상을 줄 수는 없다는 점이 고려된다. 따라서, 풍력 발전 설비에 하중을 가하는 강한 돌풍 후에야 로터 블레이드의 제안된 조절에 의해 다른 후속 돌풍이 고려되면 충분할 수 있다.
일반적으로 풍력 발전 설비와 관련해서 풍력 및 풍향에 따라 돌풍이 판단되는 것, 즉 이러한 돌풍이 운전 중에 로터가 스쳐 지나가는 로터 표면에 어느 정도 분포되어 있는지는 아직 판단되지 않은 것도 고려된다. 따라서, 우선 풍력 발전 설비 전체에 대해, 풍력 발전 설비에 전체적으로 심하게 하중을 가하는 돌풍이 발생하는지 여부와 이에 따라서 이러한 추가 돌풍이 예상되는지 여부가 확인된다. 그리고 나서 하중 경감 모드가 활성화될 수 있다. 여기서 하중 경감 모드란 로터 블레이드 중 적어도 하나의 로터 블레이드의, 즉 로터 블레이드들의 블레이드 각도가 개별적으로 조절되어, 돌풍으로 인해 야기되는 하중이 감소하는, 특히 최소화되는 모드를 지칭한다. 따라서, 풍력 발전 설비 전체에 대한 이러한 하중 경감 모드가 활성화 또는 비활성화되고, 하중 경감 모드가 활성화된 경우에 각각의 로터 블레이드에 대해 하중 감소 조절이 개별적으로 실행되는 것이 제안된다.
풍력 발전 설비에 심하게 하중을 가하는 돌풍이 발생했는지 또는 예상되는지 여부에 대한 사전 확인을 통해, 로터 블레이드의 받음각을 조절하기 위한 조절 구동기의 과도한 작동이 방지될 수 있다.
바람직하게는, 각각의 로터 블레이드는 검출된 돌풍에 따라서 페더링 위치보다, 즉 주 페더링 위치보다 큰 블레이드 각도는 물론 작은 블레이드 각도를 취할 수 있다. 블레이드 각도가 약 0도 또는 몇 도이면, 부분 부하 모드에서 로터 블레이드의 작동 위치의 조절을 일반적으로 약 90도인 페더링 위치까지 제한하는 것이 일반적이었다. 이러한 제한은 일반적으로 로터 블레이드의 과회전을 저지하는 기계식 스위치에 의해서도 미리 정해졌다. 이러한 스위치를 생략하고 상기 90도 위치를 훨씬 넘어서도 회전을 허용하는 것, 특히 100°이상의 위치에서 회전을 허용하는 것이 제안된다. 전술한 안전성 검사는 여기에서 폐기되었으므로, 그 대신 적절한 소프트웨어에 의해, 바람직하게는 중복 소프트웨어 검사에 의해 대체될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 검사는 하중 경감 모드가 활성화되는지 또는 아닌지 여부를 포함한다. 따라서 하중 경감 모드가 활성화될 때, 각각의 로터 블레이드의 과회전은 주 페더링 위치를 훨씬 넘어서 허용되는 한편, 하중 경감 모드가 비활성화될 때, 주 페더링 위치를 넘어 로터 블레이드의 이러한 조절은 오류 메시지 또는 적어도 경고 메시지를 유발할 수 있다.
본 발명에 따르면, 풍력 발전 단지의 설계 방법도 제안된다. 이 방법을 위해, 블레이드 각도가 조절될 수 있는 로터 블레이드를 가진 공기 역학 로터를 포함하는 풍력 발전 단지가 이용되며, 이러한 풍력 발전 설비에서 공기 역학적 로터 또는 이러한 로터를 지지하는 나셀의 방위각 방향도 조절될 수 있다. 이러한 설계를 위해, 50년 폭풍 상황 및/또는 연간 폭풍 상황에 대한 예상되는 감소한 설비 하중이 결정된다.
이러한 예상되는 감소한 설비 하중은 풍력 발전 설비가 자체 보호를 위해 저속 스피닝 모드로 변경되고, 로터의 방위각 위치는 풍력 발전 설비가 바람에 의해 주 방향으로부터 가급적 하중을 받지 않는 저하중 배향으로 바람에 대해 배향되고, 각각의 로터 블레이드의 블레이드 각도는, 각각의 로터 블레이드가 로터의 영역에서 작용하는 돌풍으로 인해 가급적 하중을 받지 않도록 조절되는, 특수한 운전 상태에 기반한다.
따라서, 풍력 발전 단지는 이와 같이 결정된 예상되는 감소한 시스템 하중을 위해 설계된다. 특히, 풍력 발전 설비가 적어도 하나의 실시예에 따라 전술한 바와 같이, 즉 특히 저부하 운전이 하중 경감 모드에 의해 실행되는 것으로 가정된다. 결과적으로 풍력 발전 설비 전체가 작은 하중에 노출될 수 있을 뿐만 아니라, 풍력 발전 설비의 설계 시에도 이것이 고려될 수 있다. 전술한 50년 폭풍 상황이 발생하는 풍력 상황에서, 특히 소위 50년 돌풍이 예상될 수 있을 때, 하중 경감 모드가 이미 활성화되었다고 전제되는 것이 참조된다. 그러한 폭풍 상황도 소정의 시간에 걸쳐 전개되고, 특정한 상황에서만 하중 경감 모드가 활성화되는 이러한 실시예가 선택될 경우, 그때까지 하중 경감 모드를 활성화하기 위한 명시된 기준도 충족할 것이다. 연간 폭풍 상황에도 동일하게 적용된다.
실시예에 따르면, 예상되는 감소한 설비 하중의 결정은 부하 시뮬레이션에 의해 이루어지는 것이 제안된다. 이러한 부하 시뮬레이션은 풍력 발전 설비에 대한 하중 스펙트럼을 고려할 수 있으며, 또한 다양한 바람 상황도 고려할 수 있다. 이러한 시뮬레이션은 또한 계획된 위치에서 예상되는 바와 다른 바람 상황, 즉 다른 폭풍 상황의 분포도 고려할 수 있다. 이러한 부하 시뮬레이션은 원칙적으로 공개되어 있으며 일반적으로 실행된다. 여기서는, 이러한 부하 시뮬레이션을 위해 설명된 하중 경감 모드를 사용하여 특히 전술한 운전 관리를 이용하는 것이 제안된다. 부하 시뮬레이션은 즉, 로터 블레이드가 특히 바람직하지 않은 경사 흐름 돌풍으로 인해 상응하게 더 약한 하중을 받는 것을 고려한다. 따라서 이와 관련하여 더 작은 하중이 예상된다. 부하 시뮬레이션은 이를 기록할 수 있으며, 이로 인해 특히, 비용 효율적인 설계가 그럼에도 불구하고 충분한 설계가 될 수 있는지 여부가 확인될 수 있다.
50년 폭풍 상황 대신 또는 추가적으로 연간 폭풍 상황이 고려될 수 있다. 1년에 한 번 예상되는 이러한 연간 폭풍은 또한 풍력 발전 설비의 설계에 큰 영향을 줄 수 있는 풍력 발전 설비의 하중이다. 따라서 이러한 연간 폭풍 상황의 경우에도, 하중 경감 모드의 사용으로 인해 설정되는 예상되는 감소한 설비 하중이 고려된다. 특히 전체 하중, 특히 풍력 발전 설비의 전체적인 기본 수명에 대한 부하 스펙트럼을 고려하기 위해, 50년 폭풍 상황 및 연간 폭풍 상황을 고려하는 것이 제안된다.
본 발명에 따르면, 블레이드 각도가 조절될 수 있는 로터 블레이드를 가진 공기 역학적 로터를 포함하고, 상기 공기 역학적 로터의 방위각 방향이 조절될 수 있는 풍력 발전 설비가 제안된다. 풍력 발전 설비는, 전술한 적어도 하나의 실시예에 따른 운전을 위한 방법을 수행하도록 준비된다. 특히, 이를 위해 대응하는 프로세스 컴퓨터가 풍력 발전 설비에 제공된다. 상기 컴퓨터에 전술한 단계들이 프로그래밍될 수 있다.
또한, 풍력 발전 설비는 각각의 로터 블레이드 상에 적어도 하나의, 특히 적어도 2개의 부하 센서를 갖는다. 이러한 부하 센서는 블레이드 루트 또는 로터 블레이드를 로터 허브에 연결하는 블레이드 어댑터에 장착될 수 있다. 바람직하게는, 하중 센서는 로터 블레이드 길이 방향 축 주위에 분포되고, 특히 각각의 로터 블레이드마다 90°로 서로 오프셋 되어 배치된 2개의 센서가 제공된다. 따라서 방향에 따라서도 로터 블레이드에 대한 하중이 검출될 수 있다.
그러나 원칙적으로 하나의 블레이드마다 단일 센서로도 충분할 수 있다. 바람직하게는 상기 센서는, 중앙 영역에서 로터 블레이드의 프로파일의 현을 가로 질러 하중을 검출하도록 배치된다.
바람직하게는 전술한 하중 경감 모드는, 관련 로터 블레이드의 하중이 최소화되도록, 블레이드 조절이 이루어지는 방식으로 작동한다. 이를 위해, 바람직하게는 단일 센서의 측정값만이 이용된다. 또한, 이를 위해 각각의 다수의 센서가 사용되고, 이때 2개의 센서의 측정값들이 제안에 따라 통합되어 조절을 위해 피드백될 수 있는 측정값이 형성되는 것이 고려된다. 그러나 물론 각각의 경우에, 바람이 불 때, 특히 폭풍 바람이 불 때, 로터 블레이드에 하중이 작용하는 것이 고려될 수 있다. 로터 블레이드에 대한 모든 하중은 따라서 0으로 제어될 수 없다. 로터 블레이드의 프로파일의 전술한 현을 가로질러 발생하는 하중은 특히, 작용하는 바람의 방향에 따라 그것의 부호를 변경할 수 있다. 명확하게 말하면, 로터 블레이드는 두 방향으로 휘어질 수 있으며, 이러한 방향 중 하나는 플러스 하중으로서 검출 또는 고려될 수 있고, 다른 방향은 마이너스 하중으로서 검출 또는 고려될 수 있다.
바람직하게는 이 경우에 하중 경감 모드가 작동하여, 각각의 로터 블레이드는, 바람직한 경우에 로터 블레이드가 휘어지지 않도록 조절된다. 종종, 물론 이러한 휨이 비 스티프닝(steepening)에 비해 적어도 상당히 감소한 각각의 로터 블레이드의 조절로 충분하다. 그러한 하중, 즉 명확하게 설명된 휨을 0으로 완전히 그리고 영구적으로 제어하는 것은, 동적으로 변하는 바람 조건으로 인해 거의 실현될 수 없는 이상적인 경우이다. 그럼에도 불구하고 이상적인 경우가 달성되지 않더라도, 이러한 제어 규정은 공식화될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 기초해서 예를 들어 상세히 설명된다.
도 1은 풍력 발전 설비를 도시한 사시도.
도 2는 하중 경감 모드를 구현하기 위한 제어 구조를 도시한 개략도.
도 3은 블레이드 연결 영역의 단면을 개략적으로 도시한 기본도.
도 4는 특히 하중 경감 모드를 활성화하기 위한 간단한 흐름도를 도시한 도면.
도 1은 타워(102)와 나셀(104)을 갖는 풍력 발전 설비(100)를 도시한다. 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 갖는 로터(106)가 나셀(104)에 배치된다. 로터(106)는 운전 시 바람에 의해 회전 운동하고, 이로 인해 나셀(104) 내의 발전기를 구동한다.
도 2는 하중 경감 모드를 구현하기 위해 마찬가지로 개략적으로 도시된 로터 블레이드(202)의 블레이드 각도를 조절하는 제어 구조(200)를 예시적으로 도시한다. 로터 블레이드(202)에서 로터 블레이드 길이 방향 축(204)이 일점쇄선으로 도시되어 있고, 로터 블레이드(202)의 중간 영역에 현(206)도 매우 개략적으로 파선으로 도시되어 있다. 마찬가지로, 로터 블레이드(202)의 루트 영역(210) 내에 부하 센서(208)가 도시된다.
부하 센서(208)는 예컨대, 현(206)에 대해 실질적으로 수직인 로터 블레이드(202)의 굽힘 운동(212)에도 상응하는 하중을 흡수하도록 배치된다. 따라서, 이는 현(206)에 대해 실질적으로 평행한 축을 중심으로 하는 굽힘 운동이다. 바꾸어 말하면, 이것은 선단 에지(214)와 후단 에지(216) 사이의 방향이 아니라, 대략 흡입면으로부터 가압면으로의 또는 반대의 굽힘 운동 또는 상응하는 하중 방향이다. 흡입면과 가압면은 도 2의 개략도에서 그렇게 잘 도시되지 않으므로, 여기서는 각각 선단 에지(214) 또는 후단 에지(216)의 경계가 참조된다.
도시된 이중 화살표에 따른 굽힘 운동(212)에 해당하는 이러한 방향의 하중은 부하 센서(208)로 기록된다. 부하 센서(208)는 이를 위해 해당하는 부하 신호를 생성하고, 이는 여기서는 LM으로 도시되고, 합산 지점(218)에서 부하 설정값(LS)이 감산된다. 설정값(LS)은 바람직하게 값 0을 가질 수 있다.
e로 지칭될 수 있는 이러한 설정-실제값 차이는 PI 제어 블록(220)에 입력된다. 따라서 PI 제어기는 특히, 제어 편차(e)가 값 0을 갖는 경우에도 하중 및 그에 따른 부하 신호(LM)의 최소화를 유도한 블레이드 조절이 유지되도록 제안된다. 그러나 다른 제어기를 사용하는 것도 가능하거나, 예를 들어 D 성분과 같은 추가 성분이 추가될 수도 있어, 필요에 따라 제어 다이내믹에 영향을 줄 수도 있다.
PI 제어 블록(220)의 결과는 마찬가지로 개략적으로만 도시된 피치 구동기(224)와 협력하는 예시적인 피치 블록(222)에 제공된다. 피치 블록(222)과 피치 구동기(224)는 블레이드 조절 장치 또는 그 일부를 형성할 수 있다. 그리고 나서 PI 제어 블록(220)에 의해 하나의 대응하는 조절 신호가 생성되었면, 피치 구동기(224)는, 예컨대 기본적으로 로터 블레이드 길이 방향 축(204)을 중심으로 회전에 의해 도시된 피니언(226)을 통해 블레이드 각도의 조절을 실행한다.
도 3은 도 2의 개략적인 도식의 가능한 구조적 배치를 로터 블레이드 연결 영역(300)의 개략적인 단면도에 도시한다. 도 3의 도면에 따른 블레이드 연결 영역(300)은 도 2의 로터 블레이드(202)에 대응할 수 있는 로터 블레이드의 루트 영역(310)을 포함한다. 이러한 루트 영역(310)은 허브 섹션(332) 내의 피치 베어링(330)에 회전 가능하게 장착된다. 로터 블레이드 길이 방향 축(304)은 또한 예시를 위해 도시된다.
하중을 검출하기 위해, 스트레인 게이지로서 부하 센서(308)가 루트 영역(310)에 예시적으로 도시되어 있다. 부재, 특히 부하 센서(308)의 도시된 크기는 도 2의 부하 센서(308)에 대해서도 동일하게 적용되고, 실제 크기 비에 부합할 필요는 없으며, 실질적으로 양호한 도시를 위해 선택되었다.
부하 센서(308)에 의해, 부하 신호(LM)가 검출되어 제어 장치(334)에 전달될 수 있다. 제어 장치(334)는 여기에서 마이크로프로세서로 도시되고, 도 2의 구조의 일부, 특히 거기에 도시된 합산 지점(218)과 PI 제어 블록(220)을 포함할 수 있다. 피치 블록(222)도 제어 장치(334)의 일부일 수 있다.
여기에서 개략적으로 모터로서 도시된 피치 구동기(324)는 제어 장치(334)에 의해 제어될 수 있다. 임의의 조절 설정도 마찬가지로 도시된 피니언(326)을 통해 구현될 수 있다. 물론 피니언을 이용한 피치 구동기를 통한 것과 다른 메커니즘을 통한 로터 블레이드 각도의 조절도 고려된다. 도 3은 제어 장치(334)가 로터 블레이드의 영역, 특히 블레이드 연결 영역(300)에 배치될 수 있음을 도시한다. 이러한 제어 장치(334)가 또한 각각 로터 블레이드에 대해 제공되고, 따라서 각각의 로터 블레이드마다 개별적으로 간단한 방식으로 상응하는 제어, 특히 부하 경감 모드의 구현이 실행될 수 있다.
도 4의 개략적인 진행 구조(400)는 기본적으로 풍력 발전 설비의 정상 작동에 기초한다. 이것은 정상 블록(440)에 의해 예를 들어 설명된다. 이에 기초하여, 폭풍 검사 블록(442)에서, 풍속(V)이 폭풍 풍속(Vs)보다 큰지 여부가 검사된다. 그렇지 않은 경우, 정상 작동이 유지되고, 진행은 이에 따라 정상 블록(440)으로 되돌아간다.
그러나 풍속이 상응하게 높은 것이 인식되면, 그러한 점에서 이러한 진행 구조(400)에도 도시된 운전 관리는 폭풍 운전 모드로 이행하고, 상기 모드는 여기에서 폭풍 블록(444)에 의해 설명된다. 폭풍 블록(444)이 설명하는 이러한 폭풍 운전 모드는 풍력 발전 설비가 감축된 전력 및/또는 낮아진 속도로 계속해서 운전되는 폭풍 상황과 관련되는 것이 아니라, 풍력 발전 설비가 계속 운전되지 않고 저속 스피닝 모드로 이행하는 것에 주목해야 한다. 따라서 저속 스피닝 모드에서 풍력 발전 설비의 관리는 여기에서 고려되는, 폭풍 블록(444)이 나타내는 폭풍 상황의 특징이다.
또한, 진행 구조(400)에 따라, 돌풍 한계 블록(446)에서 돌풍(B)이 돌풍 한계(BG)보다 큰지 여부가 검사된다. 이것은, 돌풍의 풍속이 돌풍의 소정의 한계 풍속과 비교되고 및/또는 소정의 한계값과 우세한 평균 풍속에 대한 돌풍의 풍속 증가의 비교가 이루어지고 및/또는 우세한 주 풍향과 편차를 갖는 돌풍의 풍향이 고려되고 이러한 풍향 편차는 소정의 풍향 편차 한계와 비교되는 것을 의미한다.
이러한 비교 시, 돌풍(B)이 돌풍 한계보다 크지 않다는 결과가 나타나면, 폭풍 모드는 기본적으로 변경 없이 더 작동한다. 따라서 구조는 이러한 경우에 돌풍 한계 블록(446)으로부터 다시 폭풍 블록(444)으로 되돌아 간다.
그러나 돌풍 한계 블록(446)에서, 돌풍이 돌풍 한계보다 더 큰 것이 감지되면, 하중 경감 모드가 추가로 활성화된다. 유휴 블록(448)이 이를 나타낸다. 유휴 블록(448)에 따른 이러한 하중 경감 모드에서, 도 2에 예를 들어 개략적으로 도시된 제어가 활성화된다. 다시 말해서, 이 진행 구조(400)에 따르면, 도 2에 따른 이러한 제어는, 이것이 돌풍 한계 블록(446)에 의해 트리거되는 경우에야 활성화된다. 따라서, 폭풍 블록(444)에 따른 폭풍 모드에서, 바람직하게 도 2에 따른 제어는 거기에 도시된 방식으로 아직 활성화되지 않는다.
폭풍 검사 블록(442)에 따른 검사 및 돌풍 한계 블록(446)에 따른 검사도 여전히 실행됨을 주목해야 한다. 따라서, 돌풍 한계 블록(446)에 따른 검사는 활성화된 하중 경감 모드(448)에서도 여전히 이루어지고, 상응하게 필요 시 하중 경감 모드는 다시 비활성화된다. 바람직하게는 돌풍 한계 블록(446)에 따른 검사가 실행되어, 더 긴 시간 동안, 예를 들어 적어도 10분 또는 적어도 1시간의 시간 동안, 돌풍(B)이 돌풍 한계(BG)보다 크지 않았던 경우가 더 이상 발생하지 않을 때에만, 하중 경감 모드의 비활성화가 실행된다.
유사하게, 폭풍 모드에서 폭풍 검사 블록(442)과 관련해서 검사가 이루어질 수 있고, 필요 시 정상 모드로 다시 전환될 수 있다.
본 발명은 특히 풍속이 높은 경우에 풍력 발전 설비의 제어에 관한 것이다. 풍력 발전 설비는 높은 풍속에서 정상적인 생산 모드를 설정하고 저속 스피닝 모드로 변경되는 것이 공개되어 있다. 간단히 블레이드라고도 할 수 있는 로터 블레이드는 바람으로 인해 소위 페더링 위치로 회전되어, 상기 블레이드는 유입 공기로부터 에너지를 가져올 수 없거나 매우 적은 에너지만을 가져온다. 페더링 위치에서 설비는 회전되지 않거나 약간만 회전된다. 이를 저속 스피닝 또는 저속 스피닝 모드라고 한다.
바람 내부의 심한 난류로 인해, 바람이나 개별 바람-돌풍이 바람직하지 않게 전면으로부터 설비에 영향을 미칠 수도 있는 것이 파악되었다. 이러한 돌풍과 관련하여, 설비는 더 이상 페더링 위치에 있지 않으며, 바람으로부터 에너지가 얻어진다. 얻어진 이러한 에너지로 인해 시스템에 대한 부하가 높아진다.
제안된 해결 방법은, 부하 신호가 특히 PI 제어기에 의해 0으로 제어됨으로써, 블레이드 부하 신호의 제어에 의해 페더링 위치를 상응하게 조정하는 것을 제공한다. 이는 모든 블레이드마다 별도로 또는 개별적으로 수행할 수 있다. 제어에 의해 각각 최적의 블레이드 각도가 결정되고, 상기 각도는 90°에서의 일반적인 페더링 위치와 상당히 다를 수 있다.
따라서 제어는 폭풍 시 때때로 블레이드 연결부 부하를 크게 감소시킨다. 폭풍 시 발생하는 부하는 치수 설계에 영향을 미치므로, 하중 감소는 감소한 부품 하중에 의한 잠재적인 비용 감소로 이어질 수 있다. 이로 인해 설비의 설계가 영향을 받거나 설계 시 이것이 고려될 수 있다.
제안된 알고리즘의 개발 및 구현에 추가하여, 실시예에 따라 임의의 블레이드 각도 스토퍼의 조정도 제안된다. 일반적으로 피치각이라고도 할 수 있는 블레이드 각도는 90°근처의 값으로 제한된다. 그러나 제안된 해결 방법으로 피치 각도 > 90°또한 바람직한 것으로 입증할 수 있으므로, 필요 시, 블레이드 조절 장치와 각도 모니터링 장치를 포함하는 블레이드 조절 시스템의 구조적인 변경이 제안된다.
폭풍 시 발생하는 돌풍이 반드시 주 풍향을 따르지 않으므로, 이러한 돌풍이 강한 경사 흐름으로 블레이드를 유동한다는 것도 파악되었다. 이것은 페더링 위치에서의 흐름보다 많은 양력을 블레이드에 형성하여, 더 높은 블레이드 부하를 발생시킨다.
이를 위해 바람직하게, 필요에 따라 하중 경감 모드를 활성화하는 돌풍 검출이 구현된다. 이러한 하중 경감 모드는 특히 바람직하게 PI 제어기를 이용해서 블레이드 각도를 최소 블레이드 충격 하중으로 제어한다. 이로 인해 페더링 위치로부터 벗어난 블레이드 각도의 보정이 이루어진다.
이로써 블레이드 연결부 부하가 크게 감소할 수 있다. 이는 극단적인 부하도 줄일 수 있다. 이러한 하중의 경우는 설비에서도 치수를 지정할 수 있고, 이러한 감소는 여기에서 구조에 직접적인 영향을 미칠 수 있거나 구조에서 고려될 수 있다.

Claims (14)

  1. 풍력 발전 설비(100)의 운전 방법으로서,
    - 상기 풍력 발전 설비(100)는 로터 허브와, 블레이드 각도가 조절될 수 있는 로터 블레이드(202)를 가진 공기 역학적 로터(106)를 포함하고,
    - 상기 공기 역학적 로터(106)의 방위각 방향이 조절될 수 있고,
    상기 방법은
    - 우세한 바람이 강해서 상기 풍력 발전 설비(100)가 자체 보호를 위해 저속 스피닝 모드로 변경되는 폭풍 상황을 검출하는 단계,
    - 상기 풍력 발전 설비(100)가 바람에 의해 주 풍향으로부터 가급적 하중을 받지 않는 저하중 배향으로 바람에 대해 상기 로터(106)의 방위각 위치를 배향하는 단계,
    - 돌풍으로 인해 야기된 로터에 작용하는 적어도 하나의 하중(LM)을 검출하는 단계, 및
    - 야기되는 돌풍에 의해 적어도 하나의 로터 블레이드(202)가 가급적 하중을 받지 않도록 로터 블레이드(202) 중 적어도 하나의 블레이드 각도를 조절하는 단계
    를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 로터 블레이드(202)의 블레이드 각도의 조절은 우선, 야기되는 돌풍이 적어도 하나의 기준을 충족할 때 이루어지고, 상기 기준은,
    - 야기되는 돌풍이 미리 정해진 돌풍 한계 속도보다 높은 풍속을 갖는 것,
    - 야기되는 돌풍이 우세한 바람의 평균 풍속보다 적어도 미리 정해진 풍속 차이만큼 높은 풍속을 갖는 것,
    - 야기되는 돌풍이 크기에 있어서 주 풍향과 적어도 미리 정해진 풍향 차이만큼 편차를 갖는 돌풍 풍향을 포함하는 것인
    기준들을 포함하는 목록에서 선택되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 운전 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 로터 블레이드(202)는 검출된 블레이드 하중(LM)에 따라서 조절되고, 상기 검출된 블레이드 하중(LM)은 부하 제어부에 입력되고, 부하 제어부는 하중(LM)이 최소화되도록, 상기 검출된 블레이드 하중(LM)에 따라서 상기 로터 블레이드(202)의 블레이드 각도를 조절하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 운전 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    - 각각의 상기 로터 블레이드(202)마다 상기 로터 블레이드(202) 상에 또는 로터 허브 상의 상기 로터 블레이드(202)의 고정 영역에 적어도 하나의 부하 센서(208)가 제공되고,
    - 상기 적어도 하나의 부하 센서(208)로부터 상기 로터 블레이드(202)의 제어 장치(334)로 부하 신호(LM)가 피드백되어, 상기 부하 신호에 따라 상기 로터 블레이드(202)의 조절을 실행할 수 있고, 상기 부하 신호(LM)에 의해 검출된 하중(LM)을 최소화하거나 적어도 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 운전 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 저하중 배향으로 바람에 대해 상기 로터(106)의 배향 시 상기 로터 블레이드(202)는 페더링 위치로 변경되고, 이에 기초해서 각각의 상기 로터 블레이드(202)는 블레이드 각도에 관하여 페더링 위치에 대한 각도 편차만큼 개별적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 운전 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 저하중 배향은 주 풍향을 가리키는 배향인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 운전 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 돌풍은 풍속 및 풍향에 따라 검출되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 운전 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 로터 블레이드(202)는 검출된 돌풍에 따라서 페더링 위치보다 큰 블레이드 각도는 물론 작은 블레이드 각도를 취할 수 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 운전 방법.
  8. 풍력 발전 설비(100)의 설계 방법으로서,
    - 상기 풍력 발전 설비(100)는 블레이드 각도가 조절될 수 있는 로터 블레이드(202)를 가진 공기 역학적 로터(106)를 포함하고,
    - 상기 공기 역학적 로터(106)의 방위각 방향이 조절될 수 있고,
    상기 방법은
    - 50년 폭풍 상황, 또는 연간 폭풍 상황, 또는 50년 폭풍 상황 및 연간 폭풍 상황에 대한 예상되는 감소한 설비 하중을 결정하는 단계로서,
    - 상기 풍력 발전 설비(100)가 자체 보호를 위해 저속 스피닝 모드로 변경고,
    - 상기 로터(106)의 방위각 위치는 상기 풍력 발전 설비(100)가 바람에 의해 주 풍향으로부터 가급적 하중을 받지 않는 저하중 배향으로 바람에 대해 배향되고,
    - 각각의 로터 블레이드(202)의 블레이드 각도는, 상기 로터 블레이드가 각각 상기 로터(106)의 영역에서 작용하는 돌풍으로 인해 가급적 하중을 받지 않도록 조절되는 운전 상태에 기초하는 것인 단계를 포함하며,
    적어도 하나의 로터 블레이드(202)의 블레이드 각도의 조절은 우선, 야기되는 돌풍이 적어도 하나의 기준을 충족할 때 이루어지고, 상기 기준은,
    - 야기되는 돌풍이 미리 정해진 돌풍 한계 속도보다 높은 풍속을 갖는 것,
    - 야기되는 돌풍이 우세한 바람의 평균 풍속보다 적어도 미리 정해진 풍속 차이만큼 높은 풍속을 갖는 것,
    - 야기되는 돌풍이 크기에 있어서 주 풍향과 적어도 미리 정해진 풍향 차이만큼 편차를 갖는 돌풍 풍향을 포함하는 것인
    기준들을 포함하는 목록에서 선택되고,
    상기 풍력 발전 설비(100)는 결정된 예상되는 감소한 설비 하중을 위해 설계되는 것인 풍력 발전 설비의 설계 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 예상되는 감소한 설비 하중의 결정은 부하 시뮬레이션에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비의 설계 방법.
  10. 풍력 발전 설비(100)로서,
    - 블레이드 각도가 조절될 수 있는 로터 블레이드(202)를 가진 공기 역학적 로터(106)를 포함하고,
    - 상기 공기 역학적 로터(106)의 방위각 방향은 조절될 수 있고,
    상기 풍력 발전 설비(100)는,
    - 우세한 바람이 강해서 상기 풍력 발전 설비(100)가 자체 보호를 위해 저속 스피닝 모드로 변경되는 폭풍 상황을 검출하는 단계,
    - 상기 풍력 발전 설비(100)가 바람에 의해 주 풍향으로부터 가급적 하중을 받지 않는 저하중 배향으로 바람에 대해 상기 로터(106)의 방위각 위치를 배향하는 단계,
    - 상기 로터(106)의 영역에 작용하는 적어도 하나의 돌풍을 검출하는 단계, 및
    - 적어도 하나의 로터 블레이드(202)가 검출된 돌풍에 의해 가급적 하중(LM)을 받지 않도록, 로터 블레이드(202) 중 적어도 하나의 블레이드 각도를 조절하는 단계
    를 포함하는 방법을 수행하도록 준비되며,
    상기 적어도 하나의 로터 블레이드(202)의 블레이드 각도의 조절은 우선, 야기되는 돌풍이 적어도 하나의 기준을 충족할 때 이루어지고, 상기 기준은,
    - 야기되는 돌풍이 미리 정해진 돌풍 한계 속도보다 높은 풍속을 갖는 것,
    - 야기되는 돌풍이 우세한 바람의 평균 풍속보다 적어도 미리 정해진 풍속 차이만큼 높은 풍속을 갖는 것,
    - 야기되는 돌풍이 크기에 있어서 주 풍향과 적어도 미리 정해진 풍향 차이만큼 편차를 갖는 돌풍 풍향을 포함하는 것인
    기준들을 포함하는 목록에서 선택되는 것을 특징으로 하는 것인 풍력 발전 설비.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 1 항에 따른 방법을 수행하도록 준비되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  12. 제 10 항에 있어서,
    - 각각의 로터 블레이드마다 적어도 하나의 부하 센서(208)가 상기 로터 블레이드(202) 상에 또는 로터 허브 상의 상기 로터 블레이드(202)의 고정 영역에 제공되고,
    - 신호 전송 장치가 제공됨으로써, 상기 부하 센서(208)로부터 부하 신호를 상기 로터 블레이드(106)의 제어 장치(334)로 피드백할 수 있고, 상기 부하 신호에 따라 상기 로터 블레이드(202)의 조절을 실행할 수 있고, 상기 부하 신호(LM)에 의해 검출된 하중을 최소화하거나 적어도 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  13. 제 10 항에 있어서,
    - 각각의 로터 블레이드(202)마다 상기 로터 블레이드(106)의 블레이드 각도를 조절하기 위한 블레이드 조절 장치(224)가 제공되고,
    - 각각의 로터 블레이드(106)마다 고유의 제어 장치(334)가 제공됨으로써, 상기 로터 블레이드(202)의 블레이드 각도의 조절을 실행할 수 있고,
    상기 제어 장치(334)는, 부하 센서(208)로부터 부하 신호(LM)를 수신하도록 그리고 상기 신호에 따라서 상기 블레이드 조절 장치(224)를 제어하도록 구성됨으로써, 블레이드 각도의 조절을 실행할 수 있고, 상기 부하 신호(LM)에 의해 검출된 하중(LM)을 최소화하거나 적어도 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
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