KR102275378B1

KR102275378B1 - 멀티형 풍력 발전기 및 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법

Info

Publication number: KR102275378B1
Application number: KR1020200029254A
Authority: KR
Inventors: 이기학; 김성현; 이성래
Original assignee: 두산중공업 주식회사
Priority date: 2020-03-09
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2021-07-09

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 멀티형 풍력 발전기는 세워져 설치된 타워, 상기 타워에 고정된 복수의 서포트 아암, 상기 서포트 아암에 고정된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 포함하는 단위 발전 유닛, 및 풍향의 변화에 따라 상기 타워의 측방향으로 이격된 상기 서브 나셀들에 설치된 상기 블레이드들의 받음각을 서로 상이하게 제어하여 회전 모멘트를 발생시키는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

멀티형 풍력 발전기 및 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법{MULTI TYPE WIND TURBINE AND YAWING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 멀티형 풍력 발전기 및 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 타워에 복수의 단위 발전 유닛을 갖는 멀티형 풍력 발전기 및 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법에 관한 것이다.

풍력발전이란 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 블레이드를 포함하고 있다.

멀티형 풍력 발전기는, 메인 나셀에 복수의 단위 발전 유닛이 서포트 암을 매개로 고정 설치되므로 메인 나셀의 요잉을 위해서 많은 개수의 모터와 장치가 필요하며 이에 따라 메인 나셀의 무게가 증가하는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1388494호(2014.04.23)

본 발명은 구조적인 안정성을 유지하면서 용이하게 요잉할 수 있는 멀티형 풍력 발전기를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 멀티형 풍력 발전기는 세워져 설치된 타워, 상기 타워에 회전 가능하게 결합된 복수의 서포트 아암들, 상기 서포트 아암들에 고정된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 포함하는 단위 발전 유닛, 및 풍향의 변화에 따라 상기 타워의 측방향으로 이격된 상기 서브 나셀들에 설치된 상기 블레이드들의 받음각을 서로 상이하게 제어하여 상기 서포트 아암들을 상기 타워에 대하여 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 제어부는 풍속을 측정하는 풍속 측정부와 풍향을 측정하는 풍향 측정부와 풍향의 변화에 따라 요잉 방향과 요잉 각도를 설정하는 요잉 설정부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 제어부는 설정된 요잉 방향과 요잉 각도에 따라 일부 상기 블레이드의 받음각을 변화시키는 요잉 피치 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 피치 제어부는 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 피치 제어부는 바람이 입사하는 면을 기준으로 후방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 유지시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 피치 제어부는 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 감소시키고, 후방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 피치 제어부는 상기 타워의 측방향 일측에 배치된 상기 블레이드만 받음각을 감소시키되, 상부에 배치된 상기 블레이드의 받음각을 하부에 배치된 상기 블레이드의 받음각보다 더 작게 제어할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 제어부는 풍속에 따라 피치 각도 변화량을 연산하는 요잉 피치 연산부를 더 포함하고, 상기 요잉 피치 연산부는 풍속에 따라 상기 블레이드의 피치 각도 변화를 연산하되, 상기 피치 각도의 변화량이 풍속에 반비례하도록 연산할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법은, 타워와 상기 타워에 회전 가능하게 결합된 서포트 아암들과 상기 서포트 아암들에 설치된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 갖는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법으로서, 바람의 방향을 측정하는 풍향 측정 단계, 풍향의 변화에 따른 요잉 방향을 설정하는 요잉 설정 단계, 상기 서브 나셀들 중 일부 서브 나셀에 설치된 상기 블레이드의 피치 각도를 제어하여 받음각을 감소시키는 요잉 피치 제어 단계, 상기 블레이드들의 피치의 상이함을 이용하여 상기 서포트 아암들을 상기 타워에 대하여 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키고 요잉하는 요잉 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 피치 제어 단계는 상기 타워의 측방향으로 이격된 상기 서브 나셀에 설치된 상기 블레이드들의 피치 각도를 서로 상이하게 제어할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 피치 제어 단계는 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 피치 제어 단계는 바람이 입사하는 면을 기준으로 후방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 유지시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 피치 제어 단계는 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 감소시키고, 후방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 타워는 회전 가능하게 설치된 메인 나셀을 포함하고, 상기 메인 나셀에 상기 서포트 아암이 결합될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 단계는 상기 블레이드들의 추력 차이에 의하여 발생된 회전 모멘트와 상기 메인 나셀 내부에 설치된 요 드라이브를 이용하여 상기 메인 나셀을 회전시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 피치 제어 단계는 상기 타워의 측방향 일측에 배치된 상기 서브 나셀에 설치된 상기 블레이드만 받음각을 감소시키되, 상부에 배치된 상기 블레이드의 받음각을 하부에 배치된 상기 블레이드의 받음각보다 더 작게 제어할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 단계는 풍향의 변화에 따라 설정된 제어 각도만큼 상기 메인 나셀을 회전시키되, 상기 제어 각도보다 작은 감소 각도에서 받음각이 감소된 상기 블레이드의 받음각을 점진적으로 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 단계는 전방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각이 후방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각보다 더 크도록 상기 블레이드의 피치 각도를 제어하여 상기 메인 나셀의 회전력을 감소시킬 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법은 상기 요잉 설정 단계 이후에 실시되며 받음각이 감소되는 상기 블레이드의 피치 각도 변화량을 연산하는 요잉 피치 연산 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 상기 요잉 피치 연산 단계는 풍속과 상기 제어 각도에 따라 상기 블레이드의 피치 각도 변화를 연산하되, 상기 피치 각도의 변화량은 풍속에 반비례할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 측면에 따른 멀티형 풍력 발전기는 제어부가 풍향의 변화에 따라 블레이드들의 피치 각도를 서로 상이하게 제어하여 회전 모멘트를 발생시키므로 적은 개수의 요드라이브를 이용하여 메인 나셀을 용이하게 회전시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법은 로터들 중 일부 로터에 설치된 블레이드의 피치 각도를 제어하여 받음각을 감소시켜서 회전 모멘트를 발생시키므로 메인 나셀을 용이하게 회전시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 정면도이다.
도 3은 도 1의 단위 발전 유닛의 내부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 메인 나셀을 잘라 본 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 7은 블레이드의 피치 각도 변화에 따른 받음각을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

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 일 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 도시한 정면도이며, 도 3은 도 1의 단위 발전 유닛의 내부를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)는, 타워(100), 서포트 아암(500) 및 복수의 단위 발전 유닛(700)을 포함한다. 본 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)에는, 로터(710)의 회전에 의해 전기를 개별적으로 생산하는 단위 발전 유닛(700)이 복수로 배치되고, 복수의 단위 발전 유닛(700) 각각은 서포트 아암(500)을 통해 메인 나셀(300)에 고정 결합될 수 있다.

타워(100)는 지면으로부터 일정한 높이로 세워져 설치되며, 복수의 단위 발전 유닛(700) 등을 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 단위 발전 유닛(700)의 유지 보수를 위해 작업자나 작업도구를 이송시키는 계단, 컨베이어 또는 승강기가 설치될 수 있다.

타워(100)는 회전 가능하게 설치된 메인 나셀(main nacelle, 300)과 메인 나셀을 회전 가능하게 지지하는 요잉 시스템(yawing system, 200)을 포함할 수 있다.

메인 나셀(300)은 타워(100)의 상부에 위치하며 타워(100) 하부에 대하여 회전 가능하게 결합될 수 있다. 메인 나셀(300)에는 복수의 서포트 아암(support arm, 500)이 방사상으로 결합되며, 복수의 서포트 아암(500) 각각의 단부에는 단위 발전 유닛(700)이 결합될 수 있다. 즉, 메인 나셀(300)이 타워(100)에 대해 회전하는 경우, 메인 나셀(300)과 함께 복수의 단위 발전 유닛(700)도 회전할 수 있다. 이때, 메인 나셀(300)은 원기둥 형상으로 이루어질 수도 있다.

서포트 아암(500)은 메인 나셀(300)과 단위 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 단위 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.

서포트 아암(500)의 단부에 결합되는 단위 발전 유닛(700)은 바람을 이용하여 전기를 생산하는 것으로, 로터(710), 서브 나셀(sub nacelle, 730), 메인 샤프트(740), 증속기(gearbox, 750), 브레이크(760) 및 발전기(770)를 포함한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 단위 발전 유닛(700)은 발전기와 메인 샤프트가 직접 연결되며 증속기를 갖지 않는 기어리스 타입으로 이루어질 수 있다.

로터(710)는 서브 나셀(730)의 전방에 회전 가능하게 설치되는 것으로, 로터(710)에서 발생된 회전력이 메인 샤프트(740)를 통해 증속기(750)에 전달된다. 로터(710)는 허브(713)와 복수의 블레이드(711)로 이루어지는데, 허브(713)는 메인 샤프트(740)의 일단에 결합되어 서브 나셀(730)의 전면에 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 복수의 블레이드(711)는 허브(713)의 외주면에 원주 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 이격되어 결합된다.

허브(713)는 바람의 저항을 감소시키기 위해 전방으로 볼록하게 돌출된 원추형으로 이루어질 수 있다. 블레이드(711)는 바람에 의해 허브(713)의 중심축을 중심으로 회전한다. 블레이드(711)는 폭 방향으로 유선형 단면을 가지며, 내부에는 공간부가 형성될 수 있다.

서브 나셀(730)는 증속기(750), 발전기(770) 등을 수용하는 하우징으로, 통상적으로 육면체 형상으로 이루어질 수 있다. 그러나, 서브 나셀(730)의 형상은 반드시 이에 한정되지 않고, 원기둥 형상 등으로 이루어질 수도 있다.

메인 샤프트(740)는 로터(710)의 회전력을 증속기(750)로 전달하는데, 고속으로 회전하는 메인 샤프트(740)는 메인 베어링(미도시)에 의해 회전 가능하게 지지된다.

증속기(750)는 기어를 이용해 블레이드(711)에 의해 회전하는 메인 샤프트(740)의 회전속도를 발전에 적합한 회전속도로 변환하는 장치로, 증속기(750) 내부에는 다수의 기어를 포함하는 증속기어부(미도시)가 마련되어 있다. 한편, 증속기어부 내의 다수의 기어의 윤활 및 냉각을 위해 증속기(750) 내에는 증속기용 오일(미도시)이 구비될 수 있다.

브레이크(760)는 증속기(750)와 인접한 위치에 배치되어, 메인 샤프트(740)의 회전력을 제어할 수 있다. 이때, 브레이크(760)는 디스크 방식이 주로 사용될 수 있다.

발전기(770)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 발전기의 메인 나셀을 잘라 본 종단면도이다.

도 4를 참조하면, 메인 나셀(300)의 내부에는 요잉 시스템(200)이 설치되며, 요잉 시스템(200)은 단위 발전 유닛(700)의 블레이드(711)가 바람과 마주하도록 단위 발전 유닛(700)이 결합된 메인 나셀(300)을 회전시킬 수 있다. 이에 따라 요잉 시스템(200)은 서포트 아암(500)과 단위 발전 유닛(700)을 요잉시킬 수 있다.

요잉 시스템(200)은 제1 요 베어링(220), 제2 요 베어링(210), 회전 지지관(270), 고정 지지관(260), 요 드라이브(230)를 포함할 수 있다.

고정 지지관(260)은 타워(100) 상에 고정 설치되며 대략 원형의 관으로 이루어질 수 있다. 고정 지지관(260)은 타워(100)에 용접 등으로 고정되어 회전하지 않는다. 회전 지지관(270)은 고정 지지관(260)을 감싸도록 고정 지지관(260)과 중첩 배치되는데, 회전 지지관(270)과 고정 지지관(260)은 동축 구조로 이루어질 수 있다. 회전 지지관(270) 내부에 고정 지지관(260)이 삽입 배치되며 회전 지지관(270)은 고정 지지관(260)의 외주면에서 간격을 두고 이격 배치된다.

한편, 회전 지지관(270)의 외측면에는 복수의 서포트 아암(500)이 고정 설치될 수 있다. 회전 지지관(270)에서 서포트 아암(500)이 고정된 부분은 제1 요 베어링(220)과 제2 요 베어링(210) 사이에 위치한다. 서포트 아암(500)에 의하여 요잉 시스템(300)에는 굽힘 모멘트가 작용한다. 이에 따라 제1 요 베어링(220)은 축방향 하중뿐만 아니라 인장 하중을 지지하고, 제2 요 베어링(210)은 축방향 하중뿐만 아니라, 압축 하중을 지지할 수 있다. 이와 같이 본 제1 실시예에 따르면 제1 요 베어링(220)과 제2 요 베어링(210)은 서로 상이한 하중을 지지하도록 설치될 수 있다.

회전 지지관(270)의 상단에는 회전 지지관(270)을 덮는 상부 커버(252)가 설치되는데, 회전 지지관(270)과 상부 커버(252)가 메인 나셀(300)을 이룬다. 회전 지지관(270)의 하부에는 제2 요 베어링(210)의 외면을 덮는 보호 덮개(290)가 설치될 수 있다. 보호 덮개(290)는 회전 지지관(270)의 외주면에 고정 설치될 수 있다.

제1 요 베어링(220)은 제2 요 베어링(210)에서 상하방향으로 이격 배치되되, 제2 요 베어링(210)의 상부에 위치한다. 여기서 제1 요 베어링(220)은 회전 지지관(270) 및 고정 지지관(260)의 상단에 결합되고, 제2 요 베어링(210)은 회전 지지관(270) 및 고정 지지관(260)의 하단에 결합될 수 있다.

제1 요 베어링(220)은 제1 고정부(221)와 제1 회전부(223)와 롤링 유닛(225)을 포함할 수 있다. 여기서 제1 고정부(221)는 이너 레이스(inner race)로 이루어지며, 제1 회전부(223)는 아우터 레이스(outer race)로 이루어지고, 롤링 유닛(225)은 제1 고정부(221)와 제1 회전부(223) 사이에 삽입되는 볼(ball) 또는 롤러(roller)로 이루어질 수 있다. 여기서 제1 고정부(221)는 제1 회전부(223)의 내측에 위치하되 고정 지지관(260)에 볼트 또는 나사를 매개로 고정된다. 제1 회전부(223)는 제1 고정부(221)의 외측에 위치하되 회전 지지관(270)에 볼트 또는 나사를 매개로 고정된다.

제1 고정부(221)의 내주면에는 치열(227)이 형성되며, 치열(227)에는 요 드라이브(230)가 결합 설치될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 치열에는 별개의 연결 기어가 연결 설치되고, 연결 기어가 요 드라이브와 연결 설치될 수 있다.

요 드라이브(230)는 회전 지지관(270)에 고정된 프레임(251)에 설치될 수 있으며, 드라이브 모터(231)와 드라이브 모터(231)에 고정된 피니언 기어(232)를 포함할 수 있다. 피니언 기어(232)는 제1 고정부(221)에 형성된 치열(227)에 결합되며 드라이브 모터(231)에 의하여 회전할 수 있다.

피니언 기어(232)가 드라이브 모터(231)에 의하여 자전하면 피니언 기어(232)는 치열(227)을 따라 이동하게 되는데, 이에 따라 회전 지지관(270)도 함께 회전할 수 있다. 회전 지지관(270)이 회전하면 이에 고정된 서포트 아암(500)과 단위 발전 유닛(700)도 함께 요잉할 수 있다.

한편, 프레임(251)은 회전 지지관(270)에 고정된 판 형상으로 이루어질 수 있으며, 프레임(251)에는 브레이크 캘리퍼(242)가 설치될 수 있다. 또한, 고정 지지관(260)에는 브레이크 캘리퍼(242)에 삽입되는 브레이크 디스크(241)가 고정 설치될 수 있다. 이에 따라 유압 또는 공압으로 브레이크 캘리퍼(242)가 브레이크 디스크(241)를 가압하도록 제어하면 요잉 시스템(200)이 정지될 수 있다.

한편, 제2 요 베어링(210)은 제1 요 베어링(220)에서 상하방향으로 이격 배치되되, 제1 요 베어링(220)의 하부에 위치한다. 제2 요 베어링(210)은 제2 고정부(211)와 제2 회전부(213)와 롤링 유닛(215)을 포함할 수 있다. 여기서 제2 고정부(211)는 이너 레이스로 이루어지며, 제2 회전부(213)는 아우터 레이스로 이루어지고, 롤링 유닛(215)은 제2 고정부(211)와 제2 회전부(213) 사이에 삽입되는 볼 또는 롤러로 이루어질 수 있다. 여기서 제2 고정부(211)는 제2 회전부(213)의 내측에 위치하되 고정 지지관(260)에 볼트 또는 나사를 매개로 고정된다. 제2 회전부(213)는 제2 고정부(211)의 외측에 위치하되 회전 지지관(270)에 볼트 또는 나사를 매개로 고정된다.

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 7은 블레이드의 피치 각도 변화에 따른 받음각을 나타낸 도면이다.

도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기(10)는 풍향의 변화에 따라 블레이드들(711)의 받음각을 서로 상이하게 제어하여 회전 모멘트를 발생시키는 제어부(410)를 더 포함할 수 있다.

제어부(410)는 풍속을 측정하는 풍속 측정부(411), 풍향을 측정하는 풍향 측정부(412), 풍향의 변화에 따라 요잉 방향과 요잉 각도를 설정하는 요잉 설정부(413), 및 요잉 방향과 요잉 각도에 따라 일부 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각을 감소시키는 요잉 피치 제어부(415)를 포함할 수 있다.

풍속 측정부(411)는 레이저 센서, 라이다 센서 등을 포함하여 로터(710)로 입사되는 바람의 속도를 측정한다. 풍속 측정부(411)는 높이 방향으로 이격된 복수의 풍속 센서를 포함하여 고도에 따른 풍속을 측정할 수도 있다. 풍향 측정부(412)는 로터(710)의 회전면으로 입사하는 바람의 방향을 측정한다. 풍향 측정부(412)는 다양한 센서를 이용하여 풍향을 측정할 수 있다.

요잉 설정부(413)는 풍향의 변화에 따라 메인 나셀(300)의 회전 방향과 회전 각도를 설정한다. 요잉 설정부(413)는 로터(710)의 회전면이 바람이 입사하는 각도와 수직이 되는 요잉 각도를 도출한다.

요잉 피치 제어부(415)는 타워(100)의 측방향으로 이격된 서브 나셀(730)에 설치된 블레이드(711)의 피치 각도를 서로 상이하게 제어할 수 있다. 즉, 요잉 피치 제어부(415)는 타워의 우측에 배치된 로터(710)와 타워(100)의 좌측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 피치 각도를 서로 상이하게 제어하여 회전 모멘트를 발생시킨다.

요잉 피치 제어부(415)는 타워(100)의 우측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)와 타워(100)의 좌측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 피치 각도를 서로 상이하게 제어하되, 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 로터(710)에 설치된 블레이드(711)의 받음각을 감소시키고, 바람이 입사하는 면을 기준으로 후방으로 이동하는 로터(710)에 설치된 블레이드(711)의 받음각은 변화시키지 않고 유지시킨다. 도 7에 도시된 바와 같이 피치 각도를 제어하여 받음 각도(A1)를 감소시키면 받음 각도(A1)가 감소된 만큼 추력이 감소하게 된다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 타워(100)의 좌측에 위치하는 블레이드들(711)의 받음각(A1)이 감소되면 상대적으로 타워(100)의 우측에 위치하는 블레이드들(711)이 받는 힘이 증가하므로 회전 모멘트가 발생되고 메인 나셀(300)이 시계방향으로 회전할 수 있다.

요잉 피치 제어부(415)는 타워(100)의 측방향 일측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)만 받음각을 감소시키고 타워(100)의 측방향 타측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)는 최적 피치 제어를 통해서 발전을 수행하도록 한다.

또한, 요잉 피치 제어부(415)는 상부에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각을 하부에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각보다 더 작게 제어할 수 있다. 고도에 따라 풍속이 상이할 수 있으며, 일반적으로 고도가 높을수록 풍속이 더 크다. 이에 따라 상부에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각이 하부에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각보다 더 작도록 제어하여 상부와 하부에 배치된 로터(710)에 작용하는 추력이 같거나 비슷하도록 제어한다.

상부에 배치된 로터(710)에 작용하는 추력이 지나치게 크면 메인 나셀(300)에 큰 부하가 작용하여 메인 나셀(300)의 수명이 감소할 수 있다. 또한, 바람이 입사하는 면을 기준으로 후방으로 이동하는 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각을 증가시켜서 모멘트를 형성하면 메인 나셀(300)에 지나치게 큰 하중이 작용하여 메인 나셀(300)의 수명이 감소할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 제1 실시예에 따르면 타워(100)의 일측에 배치된 블레이드들(711)의 피치 각도를 조절하여 회전 모멘트를 발생시킴으로써 적은 개수의 요 드라이브(230)를 이용하여 메인 나셀(300)을 용이하게 회전시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 6 및 도 8을 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법은 풍속 측정 단계(S101), 최적 피치 제어 단계(S102), 풍향 측정 단계(S103), 요잉 설정 단계(S104), 요잉 피치 제어 단계(S105), 요잉 단계(S106), 브레이크 작동 단계(S107)를 포함할 수 있다.

풍속 측정 단계(S101)는 풍속 측정부(411)를 이용하여 실시간으로 풍력 발전기(10)로 유입되는 바람의 속도를 측정한다. 풍속 측정 단계(S101)는 높이방향 풍속을 측정할 수 있으며, 폭방향 풍속을 측정할 수 있다. 특히 풍속 측정 단계(S101)는 타워(100)의 좌측에 위치하는 로터(710)에 입사하는 바람의 속도와 타워(100)의 우측에 위치하는 로터(710)에 입사하는 바람의 속도를 각각 측정할 수 있다.

최적 피치 제어 단계(S102)는 풍속이 정격 풍속 이하인 경우 발전기의 회전 속도를 측정하여 피치 각도를 제어하고 로터 스피드를 조절하며, 풍속이 정격 풍속 이상인 경우 피치 각도 제어를 통해서 발전량을 제어한다.

풍향 측정 단계(S103)는 풍향 측정부(412)를 이용하여 로터(710)의 회전면에 입사하는 바람의 방향을 측정한다. 요잉 설정 단계(S104)는 요잉 설정부(413)를 이용하여 풍향의 변화에 따라 메인 나셀(300)의 회전 방향과 회전 각도를 설정한다. 요잉 설정 단계(S104)는 로터(710)의 회전면이 바람이 입사하는 각도와 수직이 되는 각도인 제어 각도를 도출한다.

요잉 피치 제어 단계(S105)는 타워(100)의 우측에 배치된 로터(710)와 타워(100)의 좌측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 피치 각도를 서로 상이하게 제어하여 회전 모멘트를 발생시킨다. 요잉 피치 제어 단계(S105)는 타워(100)의 우측에 배치된 로터(710)와 타워(100)의 좌측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 피치 각도를 서로 상이하게 제어하되, 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각을 감소시킨다.

요잉 피치 제어 단계(S105)는 타워(100)의 측방향 일측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)만 받음각을 감소시키고 타측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)는 최적 피치 제어를 통해서 발전을 수행하도록 한다. 또한, 요잉 피치 제어 단계(S105)는 상부에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각을 하부에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각보다 더 작게 제어할 수 있다.

요잉 단계(S106)는 블레이드들(711)의 피치 각도의 상이함을 이용하여 회전 모멘트를 발생시키고 요잉한다. 요잉 단계(S106)는 로터들(710)의 추력 차이에 의하여 발생된 회전 모멘트와 메인 나셀(300) 내부에 설치된 요 드라이브(230)를 이용하여 메인 나셀(300)을 회전시킬 수 있다.

요잉 단계(S106)는 풍향의 변화에 따라 설정된 제어 각도만큼 메인 나셀(300)을 회전시키되, 제어 각도보다 작은 감소 각도에서 받음각이 감소된 블레이드(711)의 받음각을 점진적으로 증가시킬 수 있다. 만약 요잉 설정 단계(S104)에서 도출된 제어 각도가 6도인 경우, 요잉 단계(S106)는 4도를 감소 각도로 설정하고 메인 나셀(300)이 4도만큼 회전하면 블레이드(711)의 받음각을 점진적으로 증가시켜서 메인 나셀(300)의 회전 속도를 감소시킬 수 있다.

또한, 요잉 단계(S106)는 전방으로 이동하는 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각이 후방으로 이동하는 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각보다 더 크도록 블레이드(711)의 피치 각도를 제어하여 메인 나셀(300)의 회전력을 더욱 감소시킬 수 있다.

브레이크 작동 단계(S107)는 메인 나셀(300)이 제어 각도만큼 회전한 경우 브레이크 캘리퍼(242)를 이용하여 메인 나셀(300)의 회전을 정지시킬 수 있다. 이후에는 지속적으로 풍속을 측정하면서 풍속에 따른 최적 피치 각도를 제어한다.

이상과 같이 본 제1 실시예에 따르면 일측 블레이드의 피치 각도를 감소시켜서 회전 모멘트를 생성하고 이를 이용하여 메인 나셀을 용이하게 요잉시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 9를 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기는 제어부(410)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.

제어부(410)는 풍속을 측정하는 풍속 측정부(411), 풍향을 측정하는 풍향 측정부(412), 풍향의 변화에 따라 요잉 방향과 요잉 각도를 설정하는 요잉 설정부(413), 풍속에 따라 피치 각도 변화량을 연산하는 요잉 피치 연산부(414), 및 요잉 방향과 요잉 각도에 따라 일부 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각을 감소시키는 요잉 피치 제어부(415)를 포함할 수 있다.

요잉 피치 연산부(414)는 풍향과 풍속에 따라 최적 피치에서 감소되는 피치 각도를 연산한다. 요잉 피치 연산부(414)는 요잉 각도가 큰 경우 전방으로 이동하는 로터(710)에 설치된 블레이드(711)의 피치 각도 변화량을 증가시킬 수 있다.

또한, 요잉 피치 연산부(414)는 풍속에 따라 블레이드(711)의 피치 각도 변화를 연산하되, 피치 각도의 변화량이 풍속에 반비례하도록 연산할 수 있다. 풍속이 큰 경우에는 큰 추력이 발생하므로 피치 각도의 작은 변화에도 큰 모멘트를 발생시킬 수 있다. 이에 따라 풍속이 작은 경우에는 피치 각도 변화량을 증가시키고 풍속이 큰 경우에는 피치 각도 변화량을 감소시켜서 요잉 피치 연산부(414)는 요잉을 위한 최적의 피치 변화량을 도출할 수 있다.

요잉 피치 제어부(415)는 타워(100)의 우측에 배치된 로터(710)와 타워(100)의 좌측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 피치 각도를 서로 상이하게 제어하여 회전 모멘트를 발생시킨다. 요잉 피치 제어부(415)는 타워(100)의 우측에 배치된 로터(710)와 타워(100)의 좌측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 피치 각도를 서로 상이하게 제어하되, 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각을 감소시킨다.

또한, 요잉 피치 제어부(415)는 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각을 감소시키고, 후방으로 이동하는 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각을 증가시켜서 회전 모멘트를 최대화할 수 있다. 다만 요잉 피치 제어부(415)는 받음각의 증가에 따라 메인 나셀(300)에 큰 하중이 작용하지 않도록 받음각의 증가를 최소화하며, 풍속이 일정 기준 이하일 때에만 받음각을 증가시킨다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 9 및 도 10을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법은 풍속 측정 단계(S201), 최적 피치 제어 단계(S202), 풍향 측정 단계(S203), 요잉 설정 단계(S204), 요잉 피치 연산 단계(S205), 요잉 피치 제어 단계(S206), 요잉 단계(S207), 브레이크 작동 단계(S208)를 포함할 수 있다.

풍속 측정 단계(S201)는 풍속 측정부(411)를 이용하여 실시간으로 풍력 발전기로 유입되는 바람의 속도를 측정한다. 최적 피치 제어 단계(S202)는 풍속이 정격 풍속 이상인 경우 피치 각도 제어를 통해서 발전량을 제어한다.

풍향 측정 단계(S203)는 풍향 측정부(412)를 이용하여 로터(710)의 회전면에 입사하는 바람의 방향을 측정한다. 요잉 설정 단계(S204)는 요잉 설정부(413)를 이용하여 풍향의 변화에 따라 메인 나셀(300)의 회전 방향과 회전 각도를 설정한다.

요잉 피치 연산 단계(S205)는 풍향과 풍속에 따라 최적 피치에서 감소되는 피치 각도를 연산한다. 요잉 피치 연산 단계(S205)는 요잉 각도가 큰 경우 전방으로 이동하는 로터(710)에 설치된 블레이드(711)의 피치 각도 변화량을 증가시킬 수 있다.

또한, 요잉 피치 연산 단계(S205)는 풍속에 따라 블레이드(711)의 피치 각도 변화를 연산하되, 피치 각도의 변화량이 풍속에 반비례하도록 연산할 수 있다. 풍속이 큰 경우에는 큰 추력이 발생하므로 피치 각도의 작은 변화에도 큰 모멘트를 발생시킬 수 있다. 이에 따라 풍속이 작은 경우에는 피치 각도 변화량을 증가시키고 풍속이 큰 경우에는 피치 각도 변화량을 감소시켜서 요잉 피치 연산 단계(S205)는 요잉을 위한 최적의 피치 변화량을 도출할 수 있다.

요잉 피치 제어 단계(S206)는 타워(100)의 우측에 배치된 로터(710)와 타워(100)의 좌측에 배치된 로터(710)의 블레이드(711)의 피치 각도를 서로 상이하게 제어하여 회전 모멘트를 발생시킨다.

요잉 피치 제어 단계(S206)는 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 로터(710)의 블레이드(711)의 받음각을 감소시키고, 후방으로 이동하는 로터의 블레이드(711)의 받음각을 증가시켜서 회전 모멘트를 최대화할 수 있다.

요잉 단계(S207)는 블레이드들(711)의 피치 각도의 상이함을 이용하여 회전 모멘트를 발생시키고 요잉한다. 요잉 단계(S207)는 로터들(710)의 추력 차이에 의하여 발생된 회전 모멘트와 메인 나셀(300) 내부에 설치된 요 드라이브(230)를 이용하여 메인 나셀(300)을 회전시킬 수 있다.

브레이크 작동 단계(S208)는 메인 나셀(300)이 제어 각도만큼 회전한 경우 브레이크 캘리퍼(242)를 이용하여 메인 나셀(300)의 회전을 정지시킨다. 이후에는 지속적으로 풍속을 측정하면서 풍속에 따른 최적 피치 각도를 제어한다.

이상과 같이 본 제2 실시예에 따르면 풍향과 풍속에 따라 일측 블레이드(711)의 피치 각도 감소량을 연산하고 피치 각도를 감소시켜서 회전 모멘트를 생성하고 이를 이용하여 메인 나셀(300)을 용이하게 요잉시킬 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: 멀티형 풍력 발전기
100: 타워
200: 요잉 시스템
220: 제1 요 베어링
221: 제1 고정부
223: 제1 회전부
215, 225: 롤링 유닛
210: 제2 요 베어링
211: 제2 고정부
123: 제2 회전부
230: 요 드라이브
231: 드라이브 모터
232: 피니언 기어
260: 고정 지지관
270: 회전 지지관
300: 메인 나셀
500: 서포트 아암
410: 제어부
411: 풍속 측정부
412: 풍향 측정부
413: 요잉 설정부
414: 요잉 피치 연산부
415: 요잉 피치 제어부
700: 단위 발전 유닛
710: 로터
713: 허브
711: 블레이드
730: 서브 나셀
740: 메인 샤프트
750: 증속기
760: 브레이크
770: 발전기

Claims

세워져 설치된 타워;
상기 타워에 회전 가능하게 결합된 복수의 서포트 아암;
상기 서포트 아암들에 고정된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 포함하는 단위 발전 유닛; 및
풍향의 변화에 따라 상기 타워의 측방향으로 이격된 상기 서브 나셀들에 설치된 상기 블레이드들의 받음각을 서로 상이하게 제어하여 상기 서포트 아암들을 상기 타워에 대하여 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키는 제어부;
를 포함하며,
상기 제어부는 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 감소시키는 요잉 피치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 풍속을 측정하는 풍속 측정부와 풍향을 측정하는 풍향 측정부와 풍향의 변화에 따라 요잉 방향과 요잉 각도를 설정하는 요잉 설정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
제2항에 있어서,
상기 요잉 피치 제어부는 설정된 요잉 방향과 요잉 각도에 따라 일부의 상기 블레이드의 받음각을 변화시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 요잉 피치 제어부는 바람이 입사하는 면을 기준으로 후방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 유지시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
세워져 설치된 타워;
상기 타워에 회전 가능하게 결합된 복수의 서포트 아암;
상기 서포트 아암에 고정된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 포함하는 단위 발전 유닛; 및
풍향의 변화에 따라 상기 타워의 측방향으로 이격된 상기 서브 나셀들에 설치된 상기 블레이드들의 받음각을 서로 상이하게 제어하여 상기 서포트 아암들을 상기 타워에 대하여 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키는 제어부;
를 포함하며,
상기 제어부는 일부의 상기 블레이드의 받음각을 변화시키는 요잉 피치 제어부를 포함하고,
상기 요잉 피치 제어부는 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 감소시키고, 후방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 증가시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
세워져 설치된 타워;
상기 타워에 회전 가능하게 결합된 복수의 서포트 아암;
상기 서포트 아암에 고정된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 포함하는 단위 발전 유닛; 및
풍향의 변화에 따라 상기 타워의 측방향으로 이격된 상기 서브 나셀들에 설치된 상기 블레이드들의 받음각을 서로 상이하게 제어하여 상기 서포트 아암들을 상기 타워에 대하여 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키는 제어부;
를 포함하며,
상기 제어부는 일부의 상기 블레이드의 받음각을 변화시키는 요잉 피치 제어부를 포함하고,
상기 요잉 피치 제어부는 상기 타워의 측방향 일측에 배치된 상기 블레이드만 받음각을 감소시키되, 상부에 배치된 상기 블레이드의 받음각을 하부에 배치된 상기 블레이드의 받음각보다 더 작게 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
세워져 설치된 타워;
상기 타워에 회전 가능하게 결합된 복수의 서포트 아암;
상기 서포트 아암에 고정된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 포함하는 단위 발전 유닛; 및
풍향의 변화에 따라 상기 타워의 측방향으로 이격된 상기 서브 나셀들에 설치된 상기 블레이드들의 받음각을 서로 상이하게 제어하여 상기 서포트 아암들을 상기 타워에 대하여 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키는 제어부;
를 포함하며,
상기 제어부는 일부의 상기 블레이드의 받음각을 변화시키는 요잉 피치 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 풍속에 따라 피치 각도 변화량을 연산하는 요잉 피치 연산부를 더 포함하고,
상기 요잉 피치 연산부는 풍속에 따라 상기 블레이드의 피치 각도 변화를 연산하되, 상기 피치 각도의 변화량이 풍속에 반비례하도록 연산하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기.
타워와 상기 타워에 회전 가능하게 결합된 복수의 서포트 아암과 상기 서포트 아암들에 설치된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 갖는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법에 있어서,
바람의 방향을 측정하는 풍향 측정 단계;
풍향의 변화에 따른 요잉 방향을 설정하는 요잉 설정 단계;
상기 서브 나셀들 중 일부의 상기 서브 나셀에 설치된 상기 블레이드의 피치 각도를 제어하여 받음각을 감소시키는 요잉 피치 제어 단계;
상기 블레이드들의 피치의 상이함을 이용하여 상기 서포트 아암들을 상기 타워에 대하여 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키고 요잉하는 요잉 단계;
를 포함하며,
상기 요잉 피치 제어 단계는 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 감소시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.
제9항에 있어서,
상기 요잉 피치 제어 단계는 상기 타워의 측방향으로 이격된 상기 서브 나셀들에 설치된 상기 블레이드들의 피치 각도를 서로 상이하게 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.
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제9항에 있어서,
상기 요잉 피치 제어 단계는 바람이 입사하는 면을 기준으로 후방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 유지시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.
타워와 상기 타워에 회전 가능하게 결합된 복수의 서포트 아암들과 각각의 상기 서포트 아암에 설치된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 갖는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법에 있어서,
바람의 방향을 측정하는 풍향 측정 단계;
풍향의 변화에 따른 요잉 방향을 설정하는 요잉 설정 단계;
상기 서브 나셀들 중 일부의 상기 서브 나셀에 설치된 상기 블레이드의 피치 각도를 제어하여 받음각을 감소시키는 요잉 피치 제어 단계;
상기 블레이드들의 피치의 상이함을 이용하여 상기 서포트 아암들을 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키고 요잉하는 요잉 단계;
를 포함하며,
상기 요잉 피치 제어 단계는 바람이 입사하는 면을 기준으로 전방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 감소시키고, 후방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각을 증가시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.
제9항에 있어서,
상기 타워는 회전 가능하게 설치된 메인 나셀을 포함하고, 상기 메인 나셀에 상기 서포트 아암이 결합된 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.
타워와 상기 타워에 회전 가능하게 결합된 복수의 서포트 아암들과 각각의 상기 서포트 아암에 설치된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 갖는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법에 있어서,,
바람의 방향을 측정하는 풍향 측정 단계;
풍향의 변화에 따른 요잉 방향을 설정하는 요잉 설정 단계;
상기 서브 나셀들 중 일부의 상기 서브 나셀에 설치된 상기 블레이드의 피치 각도를 제어하여 받음각을 감소시키는 요잉 피치 제어 단계;
상기 블레이드들의 피치의 상이함을 이용하여 상기 서포트 아암들을 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키고 요잉하는 요잉 단계;
를 포함하며,
상기 타워는 회전 가능하게 설치된 메인 나셀을 포함하고, 상기 메인 나셀에 상기 서포트 아암이 결합되며,
상기 요잉 단계는 상기 블레이드들의 추력 차이에 의하여 발생된 회전 모멘트와 상기 메인 나셀 내부에 설치된 요 드라이브를 이용하여 상기 메인 나셀을 회전시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.
타워와 상기 타워에 회전 가능하게 결합된 복수의 서포트 아암들과 각각의 상기 서포트 아암에 설치된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 갖는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법에 있어서,,
바람의 방향을 측정하는 풍향 측정 단계;
풍향의 변화에 따른 요잉 방향을 설정하는 요잉 설정 단계;
상기 서브 나셀들 중 일부의 상기 서브 나셀에 설치된 상기 블레이드의 피치 각도를 제어하여 받음각을 감소시키는 요잉 피치 제어 단계;
상기 블레이드들의 피치의 상이함을 이용하여 상기 서포트 아암들을 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키고 요잉하는 요잉 단계;
를 포함하며,
상기 타워는 회전 가능하게 설치된 메인 나셀을 포함하고, 상기 메인 나셀에 상기 서포트 아암이 결합되며,
상기 요잉 피치 제어 단계는 상기 타워의 측방향 일측에 배치된 상기 서브 나셀에 설치된 상기 블레이드만 받음각을 감소시키되,
상부에 배치된 상기 블레이드의 받음각을 하부에 배치된 상기 블레이드의 받음각보다 더 작게 제어하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.
타워와 상기 타워에 회전 가능하게 결합된 복수의 서포트 아암들과 각각의 상기 서포트 아암에 설치된 복수의 서브 나셀과 상기 서브 나셀에 회전 가능하게 설치된 블레이드를 갖는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법에 있어서,,
바람의 방향을 측정하는 풍향 측정 단계;
풍향의 변화에 따른 요잉 방향을 설정하는 요잉 설정 단계;
상기 서브 나셀들 중 일부의 상기 서브 나셀에 설치된 상기 블레이드의 피치 각도를 제어하여 받음각을 감소시키는 요잉 피치 제어 단계;
상기 블레이드들의 피치의 상이함을 이용하여 상기 서포트 아암들을 회전시키는 회전 모멘트를 발생시키고 요잉하는 요잉 단계;
를 포함하며,
상기 타워는 회전 가능하게 설치된 메인 나셀을 포함하고, 상기 메인 나셀에 상기 서포트 아암이 결합되며,
상기 요잉 단계는 풍향의 변화에 따라 설정된 제어 각도만큼 상기 메인 나셀을 회전시키되, 상기 제어 각도보다 작은 감소 각도에서 받음각이 감소된 상기 블레이드의 받음각을 점진적으로 증가시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.
제17항에 있어서,
상기 요잉 단계는 전방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각이 후방으로 이동하는 상기 블레이드의 받음각보다 더 크도록 상기 블레이드의 피치 각도를 제어하여 상기 메인 나셀의 회전력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.
제17항에 있어서,
상기 요잉 설정 단계 이후에 실시되며 받음각이 감소되는 상기 블레이드의 피치 각도 변화량을 연산하는 요잉 피치 연산 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.
제19항에 있어서,
상기 요잉 피치 연산 단계는 풍속과 상기 제어 각도에 따라 상기 블레이드의 피치 각도 변화를 연산하되, 상기 피치 각도의 변화량은 풍속에 반비례하는 것을 특징으로 하는 멀티형 풍력 발전기의 요잉 방법.