KR102411521B1 - Control system for reducing vibration of wind turbine tower - Google Patents

Control system for reducing vibration of wind turbine tower Download PDF

Info

Publication number
KR102411521B1
KR102411521B1 KR1020150157466A KR20150157466A KR102411521B1 KR 102411521 B1 KR102411521 B1 KR 102411521B1 KR 1020150157466 A KR1020150157466 A KR 1020150157466A KR 20150157466 A KR20150157466 A KR 20150157466A KR 102411521 B1 KR102411521 B1 KR 102411521B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pitch angle
controller
signal
vibration
tower
Prior art date
Application number
KR1020150157466A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20170054828A (en
Inventor
김성호
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020150157466A priority Critical patent/KR102411521B1/en
Publication of KR20170054828A publication Critical patent/KR20170054828A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102411521B1 publication Critical patent/KR102411521B1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/0276—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling rotor speed, e.g. variable speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/91—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure
    • F05B2240/912—Mounting on supporting structures or systems on a stationary structure on a tower
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/101—Purpose of the control system to control rotational speed (n)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/103—Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F05B2270/1031—Thrust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/328—Blade pitch angle
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

본 발명은 풍력발전기 타워의 진동을 저감하는 제어시스템에 있어서: 허브(11) 상에 피치구동기(15)를 지니고, 발전기(13) 상에 속도센서(23)를 지니는 너셀(10); 상기 너셀(10) 상에 설치되어 진동에 대응한 신호를 생성하는 가속도센서(21); 및 상기 가속도센서(21)의 신호를 입력하여 설정된 알고리즘으로 피치구동기(15)에 출력을 인가하는 제어기(30);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 풍력발전기의 피치각 조절을 통해 로터 추력에 변화를 주는 방식으로 물리적인 댐퍼를 설치하지 않아도 타워 하중을 감소시킬 수 있어서 결과적으로 경량화 설계를 달성하는 효과가 있다.The present invention provides a control system for reducing vibration of a wind turbine tower, comprising: a nacelle (10) having a pitch driver (15) on a hub (11) and a speed sensor (23) on a generator (13); an acceleration sensor 21 installed on the nacelle 10 to generate a signal corresponding to vibration; and a controller (30) for inputting a signal from the acceleration sensor (21) and applying an output to the pitch driver (15) with a set algorithm.
Accordingly, it is possible to reduce the tower load without installing a physical damper in a manner that changes the rotor thrust through the pitch angle adjustment of the wind power generator, resulting in an effect of achieving a lightweight design.

Description

풍력발전기 타워의 진동저감 제어시스템{Control system for reducing vibration of wind turbine tower}Control system for reducing vibration of wind turbine tower

본 발명은 풍력발전기의 진동저감에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 풍력발전기의 피치각 조절로 로터 추력을 변동하여 댐핑력으로 진동을 축소하는 풍력발전기 타워의 진동저감 제어시스템에 관한 것이다.The present invention relates to vibration reduction of a wind power generator, and more particularly, to a vibration reduction control system for a wind power generator tower that reduces vibration with a damping force by varying a rotor thrust by adjusting a pitch angle of the wind power generator.

풍력발전기는 풍하중에 의해 발전 중 타워가 고유주파수로 진동을 하는데, 이러한 진동은 타워의 피로하중을 발생시키는 주요 요인이다. 기존에는 풍력발전기 타워의 진동을 저감하기 위해 타워 내부에 트러스 구조물 등의 물리적인 방법이 사용되기도 하였다.In a wind power generator, the tower vibrates at a natural frequency during power generation by the wind load, and this vibration is a major factor in generating the fatigue load of the tower. In the past, physical methods such as a truss structure were used inside the tower to reduce the vibration of the wind turbine tower.

소프트웨어적인 방법으로 하기 한국 등록특허공보 제1413565호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2015-0063568호(선행문헌 2) 등을 참조할 수 있다.As a software method, reference may be made to the following Korean Patent Publication No. 1413565 (Prior Document 1), Korean Patent Application Laid-Open No. 2015-0063568 (Prior Document 2), and the like.

선행문헌 1은 검증된 소프트웨어 툴을 사용하여 풍력터빈 동역학 모델식을 세우되, 풍력터빈의 회전기 회전 속도뿐만 아니라 회전날개들에 가해지는 기계적 피로 하중 정도를 판단할 수 있는 회전날개의 루트 부분의 회전기 회전 평면 외 굽힘 모멘트를 계산하여 그 값을 피치제어기에 전달한다. 이에, 개발기간 단축, 비용절감, 성능 시험의 용이성을 도모한다.Prior Document 1 establishes a wind turbine dynamics model formula using a verified software tool, but the rotor of the root part of the rotor that can determine not only the rotation speed of the rotor of the wind turbine but also the degree of mechanical fatigue load applied to the rotor blades Calculate the out-of-plane bending moment and transmit the value to the pitch controller. Accordingly, the development period is shortened, the cost is reduced, and the performance test is facilitated.

선행문헌 2에 의하면 진동 저감을 위한 조치는, 예정된 유지 시간 주기 동안 현재 피치각을 현재값으로 유지하는 단계, 특히 조절 속도가 감소하도록, 사용된 피치-조절 알고리즘을 교체하는 단계, 예정된 아지무스 각도만큼 아지무스 위치를 조절하는 단계, 특성 곡선에 기초한 운전을 전환하는 단계 등을 포함한다. 이에, 간단한 방식으로 길이방향 진동을 저지하는 효과를 기대한다.According to Prior Document 2, measures for vibration reduction include maintaining the current pitch angle at the current value for a predetermined holding time period, in particular, replacing the used pitch-adjustment algorithm so that the adjustment speed is reduced, the predetermined azimus angle adjusting the position of the azimuth as much as possible, switching the operation based on the characteristic curve, and the like. Accordingly, an effect of preventing longitudinal vibration in a simple manner is expected.

선행문헌 1은 풍력발전기의 블레이드 속도를 이용하여 굽힘모멘트를 계산하여 피치를 제어하므로 진동 저감의 모델링을 달성하기 미흡하고, 선행문헌 2는 과도하게 알고리즘 지향적이면서 로터의 길이(축) 방향 진동 감소를 요지로 하여 타워의 진동을 저감하기 한계성을 보인다.Prior Document 1 is insufficient to achieve the modeling of vibration reduction because the pitch is controlled by calculating the bending moment using the blade speed of the wind turbine, and Prior Document 2 is excessively algorithm-oriented and reduces the vibration in the longitudinal (axial) direction of the rotor. As a gist, it shows limitations in reducing the vibration of the tower.

1. "풍력터빈 피치제어기의 성능 평가장치 및 그 방법" (공개일자 : 2014.06.13.)1. "Performance evaluation apparatus and method of wind turbine pitch controller" (Published date: 2014.06.13.) 2. 한국 공개특허공보 제2015-0063568호 "풍력 발전 설비의 운전 방법" (공개일자 : 2014.04.17.)2. Korean Patent Application Laid-Open No. 2015-0063568 "Operating method of wind power plant" (Published date: 2014.04.17.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 타워 상부의 진동속도에 비례하도록 추가적인 추력을 발생시키는 방식으로 타워 운동방정식에서 댐핑텀의 크기를 증가시켜 결과적으로 타워 진동을 줄이는 풍력발전기 타워의 진동저감 제어시스템을 제공하는 데 있다.An object of the present invention for improving the conventional problems as described above is a wind power generator that reduces tower vibration by increasing the size of the damping term in the tower motion equation in a way that generates additional thrust in proportion to the vibration speed of the upper part of the tower. It is to provide a vibration reduction control system for the tower.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 풍력발전기 타워의 진동을 저감하는 제어시스템에 있어서: 허브 상에 피치구동기를 지니고, 발전기 상에 속도센서를 지니는 너셀; 상기 너셀 상에 설치되어 진동에 대응한 신호를 생성하는 가속도센서; 및 상기 가속도센서의 신호를 입력하여 설정된 알고리즘으로 피치구동기에 출력을 인가하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a control system for reducing vibration of a wind turbine tower, comprising: a nacelle having a pitch driver on a hub and a speed sensor on a generator; an acceleration sensor installed on the nacelle to generate a signal corresponding to vibration; and a controller that inputs the signal from the acceleration sensor and applies an output to the pitch driver using a set algorithm.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 속도센서의 신호로 기준피치각을 연산하는 제1제어부, 가속도센서의 신호로 보정피치각을 연산하는 제2제어부, 기준피치각과 보정피치각을 합산하여 통합피치각을 생성하는 통합연산부를 구비하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the controller includes a first controller that calculates a reference pitch angle with a signal from a speed sensor, a second controller that calculates a corrected pitch angle with a signal from an acceleration sensor, and adds and integrates the reference pitch angle and the corrected pitch angle It is characterized in that it comprises an integrated calculation unit for generating the pitch angle.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 가속도 신호의 적분으로 속도 신호를 생성하고, 게인 1을 이용하여 부가추력을 산출하고, 게인 2를 연산하여 보정피치각을 산출하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the controller generates a speed signal by integrating the acceleration signal, calculates the additional thrust using the gain 1, and calculates the gain 2 to calculate the corrected pitch angle.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 부가추력의 산출에 있어서

Figure 112015109424213-pat00001
의 연산식 1을 이용하고, 보정피치각의 산출에 있어서
Figure 112015109424213-pat00002
의 연산식 2를 이용하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the controller in the calculation of the additional thrust
Figure 112015109424213-pat00001
In the calculation of the corrected pitch angle using the formula 1 of
Figure 112015109424213-pat00002
It is characterized by using Equation 2 of

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 게인 2의 연산 과정에서 상기 연산식 1 및 상기 연산식 2를 이용하여 트라이얼에러 방식으로 값을 선정하는 것을 특징으로 한다.As a detailed configuration of the present invention, the controller selects a value in a trial error method using Equation 1 and Equation 2 in the process of calculating the gain 2.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 풍력발전기의 피치각 조절을 통해 로터 추력에 변화를 주는 방식으로 물리적인 댐퍼를 설치하지 않아도 타워 하중을 감소시킬 수 있어서 결과적으로 경량화 설계를 달성하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the tower load without installing a physical damper in a manner that changes the rotor thrust through the pitch angle adjustment of the wind power generator, thereby achieving a lightweight design.

도 1은 본 발명에 따른 시스템을 전체적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 제어기를 나타내는 블록도
도 3은 본 발명에 따른 시스템의 제어기 작동을 나타내는 플로우차트
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 제어기 연산에 참조되는 그래프
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 작동예를 나타내는 플로우차트1 is a block diagram showing the system as a whole according to the present invention;
2 is a block diagram showing a controller of a system according to the present invention;
3 is a flowchart showing the controller operation of the system according to the present invention;
4 is a graph referenced in the controller operation of the system according to the present invention;
5 is a flowchart showing an example of operation of the system according to the present invention;

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail based on the accompanying drawings.

본 발명은 풍력발전기 타워의 진동을 저감하는 제어시스템에 관하여 제안한다. 타워 상부에 탑재되는 너셀(10)의 전방으로 허브(11)가 설치되고 후방으로 발전기(13)가 수용되는 형태의 풍력발전기를 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.The present invention proposes with respect to a control system for reducing the vibration of a wind turbine tower. The hub 11 is installed in front of the nacelle 10 mounted on the upper part of the tower and the wind power generator of the type in which the generator 13 is accommodated in the rear, but is not necessarily limited thereto.

본 발명에 따르면 너셀(10)이 허브(11) 상에 피치구동기(15)를 지니고, 발전기(13) 상에 속도센서(23)를 지니는 구조이다. 허브(11)에 장착되는 블레이드(12)는 각각 피치구동기(15)를 개재하여 피치각 변동이 가능하다. 통상 풍속이 증가할수록 피치각을 비례적으로 증가시킨다. 속도센서(23)는 발전기(13)에 설치되어 현재 발전 상태의 회전수를 설정된 주기로 실시간 검출한다.According to the present invention, the nacelle 10 has a pitch driver 15 on the hub 11 , and has a speed sensor 23 on the generator 13 . Each of the blades 12 mounted on the hub 11 has a pitch angle changeable via a pitch driver 15 . In general, the pitch angle is proportionally increased as the wind speed increases. The speed sensor 23 is installed in the generator 13 and detects the rotation speed of the current power generation state in real time at a set period.

또, 본 발명에 따르면 가속도센서(21)가 상기 너셀(10) 상에 설치되어 진동에 대응한 신호를 생성하는 구조이다. 가속도센서(21)는 너셀(10)에 복수로 설치함이 신뢰성을 확보하는 측면에서 유리하지만 연산에 요하는 시간이 증가되므로 시스템에 따라서 최적의 수량을 선택한다. 가속도센서(21)의 종류로 관성식이나 자이로식보다 실리콘반도체 방식이 선호된다.In addition, according to the present invention, the acceleration sensor 21 is installed on the nacelle 10 to generate a signal corresponding to vibration. Installing a plurality of acceleration sensors 21 in the nacelle 10 is advantageous in terms of securing reliability, but the time required for calculation is increased, so an optimal quantity is selected according to the system. As the type of the acceleration sensor 21, a silicon semiconductor type is preferred over an inertial type or a gyro type.

또, 본 발명에 따르면 제어기(30)가 상기 가속도센서(21)의 신호를 입력하여 설정된 알고리즘으로 피치구동기(15)에 출력을 인가하는 구조이다. 제어기(30)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 구비하는 마이컴회로를 기반으로 한다. 제어기(30)의 메모리에 후술하는 제어 알고리즘이 갱신 가능하게 탑재된다. 입출력인터페이스에 가속도센서(21), 속도센서(23), 피치각센서(25), 피치구동기(15) 등이 결합된다.In addition, according to the present invention, the controller 30 has a structure in which the signal from the acceleration sensor 21 is input and the output is applied to the pitch driver 15 with an algorithm set. The controller 30 is based on a microprocessor, a memory, and a microcomputer circuit having an input/output interface. A control algorithm to be described later is mounted in the memory of the controller 30 so that it can be updated. An acceleration sensor 21 , a speed sensor 23 , a pitch angle sensor 25 , a pitch driver 15 and the like are coupled to the input/output interface.

본 발명에서 가속도센서(21)와 제어기(30)를 연계하는 하드웨어-소프트웨어적 방식으로 타워의 진동을 저감할 수 있으며, 이러한 결과는 타워의 피로하중 감소를 유발하여 경량화 설계를 달성할 수 있도록 한다.In the present invention, it is possible to reduce the vibration of the tower in a hardware-software method linking the acceleration sensor 21 and the controller 30, and this result causes a reduction in the fatigue load of the tower to achieve a lightweight design. .

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(30)는 속도센서(23)의 신호로 기준피치각(β1)을 연산하는 제1제어부(31), 가속도센서(21)의 신호로 보정피치각(Δβ)을 연산하는 제2제어부(32), 기준피치각과 보정피치각을 합산하여 통합피치각(β)을 생성하는 통합연산부(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 타워진동 저감을 위한 제어기(30)는 제1제어부(31), 제2제어부(32), 통합연산부(35)로 이루어진다. 제1제어부(31)는 발전기(13)의 회전 상태를 검출하고, 제2제어부(32)는 타워 상부의 진동 상태를 검출하고, 통합연산부(35)는 양자의 값을 이용하여 피치구동기(15)에 인가하는 출력을 결정한다.As a detailed configuration of the present invention, the controller 30 includes a first control unit 31 that calculates the reference pitch angle β 1 with a signal from the speed sensor 23, and a corrected pitch angle with a signal from the acceleration sensor 21 ( It is characterized in that it comprises a second control unit 32 for calculating Δβ), and an integrated calculation unit 35 for generating an integrated pitch angle β by adding the reference pitch angle and the corrected pitch angle. The controller 30 for tower vibration reduction includes a first control unit 31 , a second control unit 32 , and an integrated operation unit 35 . The first control unit 31 detects the rotation state of the generator 13, the second control unit 32 detects the vibration state of the upper part of the tower, and the integrated operation unit 35 uses both values to the pitch driver 15 ) to determine the applied output.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(30)는 가속도 신호의 적분으로 속도 신호를 생성하고, 게인 1을 이용하여 부가추력(ΔF)을 산출하고, 게인 2를 연산하여 보정피치각(Δβ)을 산출하는 것을 특징으로 한다. 제어기(30)는 적분식을 포함하여 필터 및 게인의 조합으로 구성되고, 계산 결과로 나온 보정피치각은 실시간 계산되는 기준피치각에 더해져 통합피치각으로 생성되며, 일련의 연산과정을 거쳐 부가추력(ΔF)과 보정피치각(Δβ)을 산출한다. 필터는 원치않는 주파수를 제거하기 위한 것으로서 노치필터(notch filter), 로패스필터(low pass filter) 등을 적용한다. As a detailed configuration of the present invention, the controller 30 generates a speed signal by integrating the acceleration signal, calculates the additional thrust ΔF using the gain 1, and calculates the gain 2 to obtain the corrected pitch angle Δβ. It is characterized in that it is calculated. The controller 30 is composed of a combination of a filter and a gain including an integral expression, and the corrected pitch angle calculated as a result of the calculation is added to the real-time calculated reference pitch angle to generate an integrated pitch angle, and through a series of calculation processes, additional thrust (ΔF) and the corrected pitch angle (Δβ) are calculated. The filter is to remove unwanted frequencies, and a notch filter, a low pass filter, or the like is applied.

통상적으로 풍력발전기 타워의 운동방정식은

Figure 112015109424213-pat00003
라고 표현되며, 추력(F)에 부가되는 부가추력(ΔF)은 댐핑력으로 간주된다. 도 3에서 게인 1은 가속도센서(21)의 신호로 산출된 속도로부터 필요로 하는 추가적인 추력을 연산하기 위한 것으로서 풍력발전기의 제원에 따라서 사전에 실측되고 저장된다. 물론, 풍력발전기의 주요부 설계변경이 있는 경우 게인 1은 갱신될 수 있다. 게인 2는 후술하는 방식으로 연산에 의하여 산출될 수 있다. In general, the equation of motion of a wind turbine tower is
Figure 112015109424213-pat00003
, and the additional thrust ΔF added to the thrust F is considered a damping force. In FIG. 3, gain 1 is for calculating an additional thrust required from the speed calculated by the signal of the acceleration sensor 21, and is measured and stored in advance according to the specifications of the wind power generator. Of course, when there is a design change of the main part of the wind power generator, the gain 1 may be updated. The gain 2 may be calculated by an operation in a manner to be described later.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(30)는 부가추력(ΔF)의 산출에 있어서

Figure 112015109424213-pat00004
의 연산식 1을 이용하고, 보정피치각(Δβ)의 산출에 있어서
Figure 112015109424213-pat00005
의 연산식 2를 이용하는 것을 특징으로 한다. 도 4는 피치각에 따른 추력의 변화를 예시하는 그래프로서 연산식 1 및 연산식 2를 적용하는 기준으로 삼을 수 있다. 연산식 1은 부가추력(ΔF)이 추력계수변동(ΔCt)과 관계되는 것을 나타내고, 연산식 2는 추력계수변동(ΔCt)이 보정피치각(Δβ)의 함수로 연계되는 것을 나타낸다.As a detailed configuration of the present invention, the controller 30 in the calculation of the additional thrust (ΔF)
Figure 112015109424213-pat00004
In the calculation of the corrected pitch angle (Δβ) using the equation 1 of
Figure 112015109424213-pat00005
It is characterized by using Equation 2 of 4 is a graph illustrating a change in thrust according to a pitch angle, and can be used as a reference for applying Equations 1 and 2. Equation 1 shows that the additional thrust ΔF is related to the thrust coefficient fluctuation ΔC t , and Equation 2 shows that the thrust coefficient fluctuation ΔC t is linked as a function of the corrected pitch angle Δβ.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(30)는 게인 2의 연산 과정에서 상기 연산식 1 및 상기 연산식 2를 이용하여 트라이얼에러 방식으로 값을 선정하는 것을 특징으로 한다. 도 3에서 게인 2는 산출된 추가적인 추력으로부터 타워진동 저감을 위한 보정피치각을 연산하데 활용된다. 게인 1과 게인 2는 공히 트라이얼에러(trial & error) 방식으로 적절한 값을 선정할 수 있다. 전술한 것처럼 추력은 피치각의 함수로 표현할 수 있기 때문에 물리적인 관계식에 의해 게인 2의 대략적인 값을 유추할 수 있다.As a detailed configuration of the present invention, the controller 30 selects a value in a trial error method using Equation 1 and Equation 2 in the process of calculating the gain 2 . In FIG. 3, the gain 2 is used to calculate a correction pitch angle for reducing tower vibration from the calculated additional thrust. For both gain 1 and gain 2, an appropriate value can be selected by a trial & error method. As described above, since the thrust can be expressed as a function of the pitch angle, an approximate value of the gain 2 can be inferred from the physical relational expression.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention is not limited to the described embodiments, and it is apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, it should be said that such variations or modifications fall within the scope of the claims of the present invention.

10: 너셀 11: 허브
12: 블레이드 13: 발전기
15: 피치구동기 21: 가속도센서
23: 속도센서 25: 피치각센서
30: 제어기 31: 제1제어부
32: 제2제어부 35: 통합연산부10: nacelle 11: hub
12: blade 13: generator
15: pitch driver 21: acceleration sensor
23: speed sensor 25: pitch angle sensor
30: controller 31: first control unit
32: second control unit 35: integrated operation unit

Claims (5)

풍력발전기 타워의 진동을 저감하는 제어시스템에 있어서:
허브(11) 상에 피치구동기(15)를 지니고, 발전기(13) 상에 속도센서(23)를 지니는 너셀(10);
상기 너셀(10) 상에 설치되어 진동에 대응한 신호를 생성하는 가속도센서(21); 및
상기 가속도센서(21)의 신호를 입력하여 설정된 알고리즘으로 피치구동기(15)에 출력을 인가하는 제어기(30);를 포함하되,
상기 제어기(30)는 속도센서(23)의 신호로 기준피치각(β1)을 연산하는 제1제어부(31), 가속도센서(21)의 신호로 보정피치각(Δβ)을 연산하는 제2제어부(32), 기준피치각과 보정피치각을 합산하여 통합피치각(β)을 생성하는 통합연산부(35)를 구비하고,
상기 제어기(30)는 가속도 신호의 적분으로 속도 신호를 생성하고, 게인 1을 이용하여 부가추력(ΔF)을 산출하고, 게인 2를 연산하여 보정피치각(Δβ)을 산출하며,
상기 제어기(30)는 부가추력(ΔF)의 산출에 있어서
Figure 112022029113026-pat00006
의 연산식 1을 이용하고, 보정피치각(Δβ)의 산출에 있어서
Figure 112022029113026-pat00007
의 연산식 2를 이용하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 타워의 진동저감 제어시스템.A control system for reducing vibration of a wind turbine tower, comprising:
a nacelle (10) having a pitch driver (15) on a hub (11) and a speed sensor (23) on a generator (13);
an acceleration sensor 21 installed on the nacelle 10 to generate a signal corresponding to vibration; and
A controller 30 for applying an output to the pitch driver 15 with an algorithm set by inputting a signal from the acceleration sensor 21;
The controller 30 includes a first controller 31 that calculates a reference pitch angle β 1 with a signal from the speed sensor 23, and a second control unit 31 that calculates a corrected pitch angle Δβ with a signal from the acceleration sensor 21 a control unit 32, an integrated calculation unit 35 for generating an integrated pitch angle β by summing the reference pitch angle and the corrected pitch angle;
The controller 30 generates a speed signal by integrating the acceleration signal, calculates the additional thrust (ΔF) using the gain 1, calculates the gain 2 to calculate the corrected pitch angle (Δβ),
The controller 30 in the calculation of the additional thrust (ΔF)
Figure 112022029113026-pat00006
In the calculation of the corrected pitch angle (Δβ) using the equation 1 of
Figure 112022029113026-pat00007
Vibration reduction control system of the wind turbine tower, characterized in that using the equation 2 of. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제어기(30)는 게인 2의 연산 과정에서 상기 연산식 1 및 상기 연산식 2를 이용하여 트라이얼에러 방식으로 값을 선정하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 타워의 진동저감 제어시스템.The method according to claim 1,
The controller 30 selects a value in a trial error method using Equation 1 and Equation 2 in the process of calculating the gain 2, The vibration reduction control system of a wind power generator tower, characterized in that it selects a value.
KR1020150157466A 2015-11-10 2015-11-10 Control system for reducing vibration of wind turbine tower KR102411521B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150157466A KR102411521B1 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Control system for reducing vibration of wind turbine tower

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150157466A KR102411521B1 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Control system for reducing vibration of wind turbine tower

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170054828A KR20170054828A (en) 2017-05-18
KR102411521B1 true KR102411521B1 (en) 2022-06-21

Family

ID=59049220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150157466A KR102411521B1 (en) 2015-11-10 2015-11-10 Control system for reducing vibration of wind turbine tower

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102411521B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113323804B (en) * 2021-06-11 2022-03-29 明阳智慧能源集团股份公司 Control method and module for solving second-order front and back vibration of wind generating set tower

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017053274A (en) 2015-09-10 2017-03-16 株式会社日立製作所 Wind turbine generator system or method for controlling the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4435647A (en) * 1982-04-02 1984-03-06 United Technologies Corporation Predicted motion wind turbine tower damping
JP4599350B2 (en) * 2004-02-27 2010-12-15 三菱重工業株式会社 Wind power generator, active vibration control method thereof, and windmill tower
DE102012218484A1 (en) 2012-10-10 2014-04-10 Wobben Properties Gmbh Method for operating a wind energy plant

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017053274A (en) 2015-09-10 2017-03-16 株式会社日立製作所 Wind turbine generator system or method for controlling the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170054828A (en) 2017-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10294923B2 (en) Damping oscillations in a wind turbine
DK2803853T3 (en) Damping oscillations of the wind turbine tower by use of gyroscopic forces
CN110446853B (en) System and method for managing torsional oscillations of a wind turbine tower
US10415548B2 (en) Active promotion of wind turbine tower oscillations
CN109312714B (en) Control of a wind turbine taking noise into account
DK2426352T3 (en) A method for regulating the rotational speed of a wind power installation
CN107002636B (en) For estimating wind speed, the method including calculating the propeller pitch angle adjusted for blade twist
CN105874196A (en) Power-ramping pitch feed-forward
US9541065B2 (en) Wind turbine control method using an estimation of the incident wind speed
JP5881631B2 (en) Wind turbine generator, wind turbine generator controller and control method
US11396862B2 (en) Position based vibration reduction of nacelle movement
JP2010514978A (en) Damping tower resonant motion and symmetric blade motion using estimation methods in wind turbines
CN113518860A (en) Method for operating a wind power plant, control device arrangement, wind power plant and wind park
EP3707375B1 (en) Method and system for controlling a wind turbine to manage edgewise blade vibrations
CN112368477A (en) Method and system for controlling a wind turbine to reduce nacelle vibrations
CN112352097A (en) Multi-rotor wind turbine oscillation damping
KR102411521B1 (en) Control system for reducing vibration of wind turbine tower
Merz Basic controller tuning for large offshore wind turbines
EP2776708B1 (en) Control of water current turbines
JP4790072B1 (en) Marine engine control apparatus and method
US11732692B2 (en) Device and method of damping front and backward movements of a tower of a wind turbine
KR101375266B1 (en) Independence pitch control system and method for of wind power generator
KR101516269B1 (en) Pitch control system and method for blade of wind power generator
US20220372953A1 (en) Method for controlling a wind power installation, wind power installation, and wind farm
CN106849133B (en) A kind of power system stabilizer, PSS excitation parameter optimization method and system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant