KR102541382B1 - 풍력 발전기의 제어 장치 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법 - Google Patents

풍력 발전기의 제어 장치 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 풍력 발전기의 블레이드를 구동하는 구동부, 상기 풍력 발전기의 타워에 배열되어 상기 블레이드를 서로 다른 높이의 위치에서 촬영하는 복수의 카메라를 포함하여, 상기 블레이드의 방위각 별로 상기 블레이드를 촬영한 결과를 근거로 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 풍력 발전기의 제어 장치 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법에 관한 것이다.

Description

풍력 발전기의 제어 장치 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING WIND POWER GENERATOR AND METHOD FOR INSPECTING THE BLADES OF WIND POWER GENERATOR}
실시예는 풍력 발전기의 블레이드의 손상 정도를 검사하는 풍력 발전기의 제어 장치 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법에 관한 것이다.
풍력 터빈은 20년 수명을 가지도록 설계되지만 블레이드는 외부환경조건(강수량, 우박, 모래, 곤충, 결빙, 해수, 낙뢰등)에 따라 다양한 형태의 손상이 발견되고 있다. 따라서 풍력단지 운영자 및 유지보수 업체는 주기적인 블레이드 점검을 수행하고, 시스템 출력 및 구조에 심각한 영향을 미칠 수 있는 결함을 분석하여 블레이드를 관리할 필요가 있다.
블레이드 관리 비용은 연간 유지보수 비용의 4-5%를 차지하지만, 블레이드 유지보수 비용은 표준 계약에 포함하지 않아 추가적인 비용중 30% 이상을 차지할 수 있다. 따라서 블레이드 수리비용을 절약하기 위한 유지보수 비용을 절약하는 방법은 가능한 한 빨리 손상을 파악하고, 최적 시간에 수리 또는 예방 계획을 수립하는 것이다. 이러한 블레이드의 손상을 검사하기 위한 방법으로, 기존에는 지상 기반 검사, 로프 기반 검사, 고소작업차 기반 검사 및 드론 기반 검사 등이 있었다.
지상 기반 검사는 풍력 터빈 주변에서 초고화질 자동카메라를 사용해 블레이드 손상을 촬영한다. 모든 작업이 지상에서 이루어지기 때문에 작업자의 안전이 보장되며 고공잡업으로 인한 낙하물 피해가 발생하지 않는다. 지상 기반 검사는 대규모 풍력터빈을 검사에 용이하며 작업자 안전, 이미지 우수성과 촬영속도에 최적화된 검사방법이다. 그러나 고가의 장비가 필요하여 초기 투자비용이 많이 들며, 블레이드 검사 시간이 약 2-3시간이 소요되는 한계가 있다.
로프 기반 검사는 풍력터빈 나셀에서 로프를 이용해 작업자가 직접적으로 블레이드 상태를 확인하는 방법으로, 고공 작업이 수행됨에 따라 작업자 안전을 확보하는데 어려움이 있으며, 작업 중에 도구 낙하로 지상에 있는 다른 작업자등이 다칠 수 있는 안전의 위험이 있다. 또한, 2명 이상의 작업자가 필요하고, 작업 시간이 3~4시간 정도 소요되는 한계도 있다.
고소작업차 기반 검사는 지상에서 작업자가 고소작업차의 버켓에 탑승하여 블레이드를 검사하는 방법으로, 블레이드 검사과정에서 작업자 간의 의사소통이 중요하여 작업자들의 높은 숙련도가 요구되며, 조정자가 버켓을 무리하게 운전하면 작업자 안전과 블레이드에 큰 손상이 발생할 수 있는 안전의 위험이 있다. 또한, 10m/s이상의 고풍속에서 작업이 불가능하고, 임차 비용이 풍력터빈 허브높이가 높아질수록 급격하게 증가하는 단점이 있다.
드론 기반 검사는 풍력터빈을 인식하고 자율적으로 블레이드 주변을 자율주행할 수 있고, 이동중에 정확한 초점에 맞게 촬영할 수 있는 드론의 카메라를 이용해 블레이드를 촬영하여 검사하는 방법으로, 검사 시간이 다른 방법보다 빠르고 고화질의 이미지를 확보할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 풍속 등과 같은 환경의 제약이 따르게 되어 상시 원활한 검사가 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 한계를 개선하는 것을 과제로 하여, 종래의 검사 방법의 단점 및 한계를 보완할 수 있는 풍력 발전기의 제어 장치 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법의 실시예를 제공하고자 한다.
구체적으로, 작업자의 검사 작업 없이 간단한 구성으로 블레이드의 손상을 검사할 수 있는 풍력 발전기의 제어 장치 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법의 실시예를 제공하고자 한다.
또한, 기상 조건에 상관 없이 실시간으로 블레이드의 손상을 검사할 수 있는 풍력 발전기의 제어 장치 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법의 실시예를 제공하고자 한다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 풍력 발전기의 제어 장치의 실시예는, 상기 풍력 발전기의 블레이드를 구동하는 구동부, 상기 풍력 발전기의 타워에 배열되어 상기 블레이드를 서로 다른 높이의 위치에서 촬영하는 복수의 카메라를 포함하는 촬영부 및 상기 블레이드의 방위각 별로 상기 블레이드를 촬영하도록 상기 구동부 및 상기 촬영부를 제어하고, 상기 촬영부의 촬영 결과를 근거로 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 제어부를 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 카메라는, 3개 이상이 상기 타워에 지면과 수직 방향으로 배열될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 카메라는, 상기 타워에 일직선으로 배열될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 카메라는, 일정 범위 내에 일직선으로 배열될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 일정 범위는, 상기 블레이드가 지면에 수직이 됐을 시, 상기 타워에서 상기 블레이드의 루트에 해당하는 위치 내지 상기 블레이드의 팁에 해당하는 위치에 해당하는 범위일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 카메라는, 어느 하나가 상기 루트에 해당하는 위치에 구비되고, 다른 하나가 상기 팁에 해당하는 위치에 구비되고, 나머지가 상기 어느 하나 및 상기 다른 하나 사이에 배열될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 카메라는, 상기 일정 범위 내에 일정 간격으로 배열될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 구동부를 제어하여 상기 풍력 발전기의 요각, 상기 블레이드의 방위각 및 피치각 중 하나 이상을 조절할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 블레이드가 상기 촬영부의 촬영 위치에 도달했을 시, 상기 블레이드의 피치각을 기설정된 조절 기준에 따라 조절하고, 상기 촬영부는, 상기 피치각이 상기 조절 기준에 따라 조절되는 동안, 상기 블레이드의 흡입면, 후연, 압력면 및 전연 중 하나 이상을 촬영할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 조절 기준은, 0°, 90°, 180° 및 270°순으로 설정될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 조절 기준에 따라 상기 피치각을 조절하는 동안, 각 각도 별로 상기 피치각을 일정 시간 동안 유지시킬 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 카메라 각각에서 촬영한 결과를 정합하고, 정합 결과를 분석하여 상기 블레이드의 손상 정도를 판단할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 정합 결과에 따른 상기 블레이드의 이미지에서 표면의 마모 상태를 분석하여 상기 블레이드의 손상 정도를 판단할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 블레이드의 손상 정도가 마모 형태에 따라 구분된 복수의 손상 등급 중 어느 등급에 해당하는지 판단할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 손상 등급은, 군집 형태의 마모인 제1 등급, 전연 겔코트 마모인 제2 등급, 상도 라미네이트 마모인 제3 등급 및 다층 라미네이트 마모인 제4 등급을 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 판단한 상기 손상 등급에 따라 상기 블레이드의 손상 정도에 대한 손상 정보를 생성하여, 상기 손상 정보를 외부의 통신 대상 장치에 송신할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 풍력 발전기의 제어 장치의 다른 실시예는, 풍력 발전기의 블레이드를 구동하는 구동부, 상기 풍력 발전기의 타워에 배열되어 상기 블레이드를 서로 다른 높이의 위치에서 촬영하는 복수의 카메라를 포함하는 촬영부 및 설정된 운전 모드에 따라 상기 구동부 및 상기 촬영부를 제어하여 상기 운전 모드의 수행을 제어하는 제어부를 포함하는 풍력 발전기의 제어 장치로, 상기 제어부는, 상기 블레이드의 손상 정도를 검사하는 검사 모드를 수행하는 경우, 상기 풍력 발전기의 요각을 조절하여 상기 블레이드를 상기 촬영부의 촬영 위치에 위치시킨 후, 상기 블레이드의 방위각 및 피치각을 조절하며 상기 블레이드를 촬영하여, 촬영 결과를 근거로 상기 블레이드의 손상 정도를 판단한다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 카메라는, 적어도 3개가 상기 타워에 지면과 수직 방향으로 배열될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 카메라는, 상기 타워에 일직선으로 배열될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 카메라는, 일정 범위 내에 일직선으로 배열될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 일정 범위는, 상기 블레이드가 지면에 수직이 됐을 시, 상기 타워에서 상기 블레이드의 루트에 해당하는 위치 내지 상기 블레이드의 팁에 해당하는 위치에 해당하는 범위일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 카메라는, 어느 하나가 상기 루트에 해당하는 위치에 구비되고, 다른 하나가 상기 팁에 해당하는 위치에 구비되고, 나머지가 상기 어느 하나 및 상기 다른 하나 사이에 배열될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 복수의 카메라는, 상기 일정 범위 내에 일정 간격으로 배열될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 구동부를 제어하여 상기 풍력 발전기의 요각, 상기 블레이드의 방위각 및 피치각 중 하나 이상을 조절할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 블레이드가 상기 촬영부의 촬영 위치에 도달했을 시, 상기 블레이드의 피치각을 기설정된 조절 기준에 따라 조절하고, 상기 촬영부는, 상기 피치각이 상기 조절 기준에 따라 조절되는 동안, 상기 블레이드의 흡입면, 후연, 압력면 및 전연 중 하나 이상을 촬영할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 조절 기준은, 0°, 90°, 180° 및 270°순으로 설정될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 조절 기준에 따라 상기 피치각을 조절하는 동안, 각 각도 별로 상기 피치각을 일정 시간 동안 유지시킬 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 카메라 각각에서 촬영한 결과를 정합하고, 정합 결과를 분석하여 상기 블레이드의 손상 정도를 판단할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 정합 결과에 따른 상기 블레이드의 이미지에서 표면의 마모 상태를 분석하여 상기 블레이드의 손상 정도를 판단할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 블레이드의 손상 정도가 마모 형태에 따라 구분된 복수의 손상 등급 중 어느 등급에 해당하는지 판단할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 손상 등급은, 군집 형태의 마모인 제1 등급, 전연 겔코트 마모인 제2 등급, 상도 라미네이트 마모인 제3 등급 및 다층 라미네이트 마모인 제4 등급을 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제어부는, 판단한 상기 손상 등급에 따라 상기 블레이드의 손상 정도에 대한 손상 정보를 생성하여, 상기 손상 정보를 외부의 통신 대상 장치에 송신할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법의 실시예는, 상기 풍력 발전기의 요각을 조절하여 상기 블레이드가 상기 복수의 카메라의 촬영 방향에 위치하는 단계, 상기 블레이드의 방위각을 조절하여 상기 블레이드가 상기 복수의 카메라의 촬영 위치에 위치하는 단계, 상기 블레이드의 피치각을 기설정된 조절 기준에 따라 조절하며 상기 복수의 카메라가 상기 블레이드를 촬영하는 단계 및 상기 복수의 카메라 각각의 촬영 결과를 정합하여, 정합 결과를 근거로 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 단계를 포함한다.
풍력 발전기의 제어 장치 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법의 실시예는, 복수의 카메라를 이용하여 블레이드를 촬영한 결과를 근거로 손상 정도를 판단함으로써, 작업자의 작업 없이 간단한 구성으로 블레이드의 손상을 신속하게 검사할 수 있게 되는 효과가 있다.
이에 따라, 작업자의 작업 개입 없이 블레이드의 손상을 검사할 수 있게 됨으로써, 안정적인 블레이드의 검사가 이루어질 수 있게 되는 효과가 있다.
게다가, 풍력 발전기의 유지/보수/관리가 용이해지게 됨은 물론, 블레이드의 검사에 소요되는 비용, 노동력 및 시간을 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.
이에 더불어, 유지/보수/관리가 용이해지게 됨으로써, 블레이드의 수명이 증대될 수 있게 됨과 함께, 풍력 발전기의 효용성 및 효율성이 증대될 수 있게 되는 효과가 있다.
아울러, 복수의 카메라를 이용하여 블레이드를 촬영한 결과를 근거로 손상 정도를 판단함으로써, 기상 조건에 상관 없이 실시간으로 블레이드의 손상을 검사할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 실시예에 따른 풍력 발전기의 제어 장치의 구성도.
도 2는 실시예에 따른 풍력 발전기의 제어 장치의 구체적인 기능 구성도.
도 3a 및 도 3b는 실시예에 따른 풍력 발전기의 구성도 a 및 b.
도 4a 내지 도 4d는 실시예에 따른 풍력 발전기의 요각 조절의 예시를 설명하기 위한 예시도 a 내지 d.
도 5a 내지 도 5d는 실시예에 따른 풍력 발전기의 방위각 조절의 예시를 설명하기 위한 예시도 a 내지 d.
도 6은 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치각 조절의 예시를 설명하기 위한 예시도.
도 7은 실시예에 따른 풍력 발전기의 제어 장치의 블레이드 검사 순서를 나타낸 순서도.
도 8은 실시예에 따른 블레이드의 단면 예시도.
도 9는 실시예에 따른 풍력 발전기의 촬영 결과의 정합 개념을 나타낸 예시도.
도 10a 내지 도 10d는 실시예에 따른 블레이드의 손상 예시도 a 내지 d.
도 11은 도 10a 내지 도 10d에 도시된 손상 예시의 구체적인 손상 정도를 나타낸 예시도.
도 12는 손상 등급 별 정보를 나타낸 예시도.
도 13은 종래의 검사 방법과 실시예에 따른 풍력 발전기의 제어 장치의 검사 방법의 검사 시간을 나타낸 예시도.
도 14는 실시예에 따른 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법의 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예들을 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
먼저, 도 1 내지 도 3b를 참조하여 실시예에 따른 풍력 발전기의 제어 장치(이하, 제어 장치라 칭한다)의 구성을 설명한다.
상기 제어 장치(10)는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 풍력 발전기(100)의 운전을 제어하는 제어 장치로, 도 1에 도시된 바와 같이 구동부(11), 촬영부(12) 및 제어부(13)를 포함한다.
이러한 상기 제어 장치(10)의 상기 구동부(11), 상기 촬영부(12) 및 상기 제어부(13) 각각의 구체적인 기능은, 도 2에 도시된 바와 같을 수 있다.
상기 제어 장치(10)에서 상기 구동부(11)는, 상기 풍력 발전기(100)를 구동시켜, 요와 블레이드(20)를 구동한다.
여기서, 상기 블레이드(20)는, 복수(20a 내지 20c)로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 2개 이상일 수 있다.
이에 따르면, 상기 블레이드(20)는, 2개 또는 3개일 수 있다.
또한, 상기 블레이드(20)는, 3개 이상일 수도 있다.
상기 구동부(11)는, 상기 블레이드(20)를 회전시키는 터빈을 구동시켜, 상기 블레이드(20)를 구동할 수 있다.
상기 구동부(11)는 또한, 너셀, 로터를 구동하여, 상기 풍력 발전기(100)의 요각, 상기 블레이드(20)의 방위각 및 피치각의 조절 기능을 수행할 수도 있다.
이 경우, 상기 구동부(11)의 조절 기능 수행은, 상기 제어부(13)에 의해 제어될 수 있다.
상기 제어 장치(10)에서 상기 촬영부(12)는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 풍력 발전기(100)의 타워(1)에 배열되어 상기 블레이드(20)를 서로 다른 높이의 위치에서 촬영하는 복수의 카메라를 포함한다.
상기 복수의 카메라는, 적어도 3개가 상기 타워(1)에 지면과 수직 방향으로 배열될 수 있다.
또한, 상기 복수의 카메라는, 상기 타워(1)에 일직선으로 배열될 수 있다.
즉, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 적어도 3개의 카메라가 상기 타워(1)에 지면과 수직인 일직선으로 배열될 수 있다.
이에 따라, 상기 블레이드(20)가 상기 지면을 향해 수직으로 위치한 경우, 상기 복수의 카메라가 상기 블레이드(20)의 각 부분을 촬영하게 될 수 있다.
상기 복수의 카메라 각각에서 촬영한 결과는, 상기 블레이드(20)의 전체 단일 이미지를 부분화하여 나눈 결과와 동일할 수 있다.
즉, 상기 복수의 카메라 각각에서 촬영한 결과를 정합하면, 상기 블레이드(20)의 전체 단일 이미지와 동일해지게 될 수 있다.
상기 복수의 카메라는, 일정 범위 내에 일직선으로 배열될 수 있다.
여기서, 상기 일정 범위는, 상기 블레이드(20)가 지면에 수직이 됐을 시, 상기 타워(1)에서 상기 블레이드(20)의 루트에 해당하는 위치 내지 상기 블레이드(20)의 팁에 해당하는 위치에 해당하는 범위일 수 있다.
즉, 상기 복수의 카메라는, 상기 블레이드(20)의 루트 내지 팁에 해당하는 부분을 촬영할 수 있는 범위에 배열될 수 있다.
상기 복수의 카메라는, 어느 하나가 상기 루트에 해당하는 위치에 구비되고, 다른 하나가 상기 팁에 해당하는 위치에 구비되고, 나머지가 상기 어느 하나 및 상기 다른 하나 사이에 배열될 수 있다.
이에 따라, 상기 복수의 카메라가 상기 블레이드(20)의 루트 및 팁에 해당하는 부분을 포함하여 촬영하게 될 수 있다.
상기 복수의 카메라는, 상기 일정 범위 내에 일정 간격으로 배열될 수 있다.
이를테면, 상기 블레이드(20)의 길이가 30[m]이고, 상기 복수의 카메라가 3개인 경우, 상기 블레이드(20)를 루트부(0-10[m]), 중앙부(10-20[m]) 및 팁부(20-30[m])로 구분하여, 각 부의 중앙지점인 5[m], 15[m] 및 25[m] 위치 각각에 상기 복수의 카메라가 배열될 수 있다.
이처럼 상기 복수의 카메라가 상기 일정 범위 내에 일정 간격으로 배열됨으로써, 상기 블레이드(20)의 촬영 중복 영역 및 사각 영역을 최소화하며 상기 블레이드(20)를 촬영하게 될 수 있다.
상기 제어 장치(10)에서 상기 제어부(13)는, 상기 블레이드(20)의 방위각 별로 상기 블레이드(20)를 촬영하도록 상기 구동부(11) 및 상기 촬영부(12)를 제어하고, 상기 촬영부(12)의 촬영 결과를 근거로 상기 블레이드(20)의 손상 정도를 판단한다.
상기 제어부(13)는, 상기 구동부(11)를 제어하여 상기 블레이드(20)의 구동을 제어할 수 있고, 상기 촬영부(12)를 제어하여 상기 블레이드(20)의 촬영을 제어할 수 있다.
상기 제어부(13)는, 상기 구동부(11)를 제어하여 상기 풍력 발전기(100)의 요각, 상기 블레이드(20)의 방위각 및 피치각 중 하나 이상을 조절할 수 있다.
상기 제어부(13)는, 상기 요각을 조절하여 상기 블레이드(20)의 지향 방향을 조절할 수 있다.
이를테면, 북쪽(N)을 정면 기준으로 한 경우, 도 4a에 도시된 바와 같이 요각을 0°로 조절하면 상기 블레이드(20)가 북쪽(N)을 지향하게 되고, 도 4b에 도시된 바와 같이 요각을 90°로 조절하면 상기 블레이드(20)가 동쪽(E)을 지향하게 되고, 도 4c에 도시된 바와 같이 요각을 180°로 조절하면 상기 블레이드(20)가 남쪽(S)을 지향하게 되고, 도 4d에 도시된 바와 같이 요각을 270°로 조절하면 상기 블레이드(20)가 동쪽(E)을 지향하게 될 수 있다.
상기 제어부(13)는, 풍향 및 풍속 등 기상 조건에 따라 상기 요각을 조절하여, 상기 블레이드(20)의 회전 및 이에 따른 발전이 최적화되도록 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(13)는, 상기 방위각을 조절하여 상기 블레이드(20)의 회전 위치를 조절할 수 있다.
이를테면, 제1 블레이드(20a)를 기준으로 한 경우, 방위각을 0°로 조절하면 도 5a에 도시된 바와 같이 위치하게 될 수 있고, 방위각을 60°로 조절하면 상기 제1 블레이드(20a)가 오른쪽으로 60°회전하여 도 5b에 도시된 바와 같이 위치하게 될 수 있고, 방위각을 180°로 조절하면 상기 제1 블레이드(20a)가 오른쪽으로 180°회전하여 도 5c에 도시된 바와 같이 위치하게 될 수 있고, 방위각을 300°로 조절하면 상기 제1 블레이드(20a)가 오른쪽으로 300°회전하여 도 5d에 도시된 바와 같이 위치하게 될 수 있다.
상기 제어부(13)는, 풍향 및 풍속 등 기상 조건에 따라 상기 방위각을 조절하여, 상기 블레이드(20)의 회전 및 이에 따른 발전이 최적화되도록 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(13)는, 상기 피치각을 조절하여 상기 블레이드(20)의 촬영면을 조절할 수 있다.
이를테면, 상기 블레이드(20)의 전연이 우측인 경우를 기준으로 한 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 피치각을 0°로 조절하면 상기 전연이 상기 촬영부(12)의 우측인 흡입면이 촬영될 수 있고, 피치각을 90°로 조절하면 후연이 상기 촬영부(12)를 향하게 될 수 있고, 피치각을 180°로 조절하면 상기 전연이 상기 촬영부(12)의 좌측인 압력면이 촬영될 수 있고, 피치각을 270°로 조절하면 상기 전연이 상기 촬영부(12)를 향하게 될 수 있다.
상기 제어부(13)는, 풍향 및 풍속 등 기상 조건에 따라 상기 피치각을 조절하여, 상기 블레이드(20)의 회전 및 이에 따른 발전이 최적화되도록 제어하게 될 수 있다.
상기 구동부(11)를 제어하여 상기 요각, 상기 방위각 및 상기 피치각을 조절하는 상기 제어부(13)는, 상기 촬영부(12)가 상기 블레이드(20)를 촬영하도록, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 요각, 상기 방위각 및 상기 피치각을 조절할 수 있다.
즉, 상기 제어부(13)는, 상기 블레이드(20)의 손상 정도를 판단하기 위해 상기 블레이드(20)를 촬영하는 경우, 상기 요각을 조절(S1)하여 상기 블레이드(20)가 상기 촬영부(12)의 설치 위치에 도달(S2), 즉 상기 복수의 카메라의 촬영 방향에 도달하도록 한 후, 상기 방위각을 조절(S3)하여 상기 블레이드(20)가 상기 촬영부(12)의 촬영 위치에 도달하도록 하고, 상기 피치각을 조절하며 상기 촬영부(12)가 도 8에 도시된 바와 같은 상기 블레이드(20)의 단면을 촬영(S4)하도록 제어하게 될 수 있다.
상기 제어부(13)는, 상기 블레이드(20)가 상기 촬영부(12)의 촬영 위치에 도달했을 시, 상기 블레이드(20)의 피치각을 기설정된 조절 기준에 따라 조절하고, 상기 촬영부(12)는, 상기 피치각이 상기 조절 기준에 따라 조절되는 동안, 상기 블레이드(20)의 흡입면, 후연, 압력면 및 전연 중 하나 이상을 촬영할 수 있다.
여기서, 상기 조절 기준은, 0°, 90°, 180° 및 270°순으로 설정될 수 있다.
즉, 상기 제어부(13)는, 상기 피치각을 0°, 90°, 180° 및 270°순으로 조절하게 될 수 있다.
이에 따라, 상기 블레이드(20)가 0°, 90°, 180° 및 270°순으로 회전하며 흡입면, 후연, 압력면 및 전연이 상기 촬영부(12)에 의해 촬영될 수 있게 된다.
이 경우, 상기 제어부(13)는, 상기 조절 기준에 따라 상기 피치각을 조절하는 동안, 각 각도 별로 상기 피치각을 일정 시간 동안 유지시킬 수 있다.
이를테면, 상기 제어부(13)가 상기 피치각을 연속적으로 조절하며 상기 블레이드(20)를 회전시키는 경우, 상기 피치각을 0°에서 상기 일정 시간 동안 유지시키고, 상기 피치각을 90°에서 상기 일정 시간 동안 유지시키고, 상기 피치각을 180°에서 상기 일정 시간 동안 유지시키고, 상기 피치각을 270°에서 일정 시간 동안 유지시키게 될 수 있다.
여기서, 상기 일정 시간은, 상기 촬영부(12)가 상기 블레이드(20)를 촬영하는 최소 시간일 수 있다.
이에 따라, 상기 피치각이 조절되며 상기 블레이드(20)가 회전하는 동안, 상기 촬영부(12)가 상기 조절 기준에 해당하는 각도, 즉 0°, 90°, 180° 및 270°각각에서 상기 블레이드(20)를 촬영하게 되어, 상기 블레이드(20)의 흡입면, 후연, 압력면 및 전연 중 하나 이상을 촬영하게 될 수 있다.
상기 제어부(13)는, 상기 복수의 카메라 각각에서 촬영한 결과를 정합하고, 정합 결과를 분석하여 상기 블레이드(20)의 손상 정도를 판단할 수 있다.
즉, 상기 제어부(13)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 카메라(12a 내지 12e) 각각에서 촬영한 상기 블레이드(20)의 부분 촬영의 결과(Ia 내지 Ie)를 정합하여 하나의 이미지를 생성하여, 정합한 이미지를 분석하여 상기 블레이드(20)의 손상 정도를 판단하게 될 수 있다.
상기 제어부(13)는, 상기 정합 결과에 따른 상기 블레이드(20)의 이미지에서 표면의 마모 상태를 분석하여 상기 블레이드(20)의 손상 정도를 판단할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부(13)는, 상기 블레이드(20)의 흡입면, 후연, 압력면 및 전연 각각의 마모 상태를 분석하여 상기 손상 정도를 판단하게 될 수 있다.
상기 제어부(13)는, 상기 블레이드(20)의 손상 정도가 마모 형태에 따라 구분된 복수의 손상 등급 중 어느 등급에 해당하는지 판단할 수 있다.
여기서, 상기 손상 등급은, 군집 형태의 마모인 제1 등급(EC 1), 전연 겔코트 완전 마모인 제2 등급(EC 2), 상도 라미네이트 마모인 제3 등급(EC 3) 및 다층 라미네이트 마모인 제4 등급(EC 4)을 포함할 수 있다.
상기 손상 등급의 각 등급에 따른 예시는 도 10a 내지 도 10d에 도시된 바와 같을 수 있고, 각 등급의 구체적인 마모 정도는 도 11에 도시된 바와 같을 수 있다.
도 11에 도시된 상기 제1 등급(EC 1)은 도 10a에 도시된 바와 같은 경우로, 블레이드 전연에 겔코트 군집 마모가 발생한 경우일 수 있고, 상기 제2 등급(EC 2)은 상기 제1 등급(EC 1)에서 시간이 경과하여 도 10b에 도시된 바와 같이 전연 겔코트가 완전 마모되어 상부 라미네이트(GFRP layer 1)가 노출되고 겔코트 마모는 후연으로 확장한 경우일 수 있고, 상기 제3 등급(EC 3)은 지속적인 외부입자와 충돌로 인해 도 10c에 도시된 바와 같이 라미네이트가 마모되는 시기로 상부 라미네이트가 제거되어 중간 라미네이트(GFRP layer 2)가 노출되고 겔코트와 상부 라미네이트는 후연으로 확장한 경우일 수 있고, 상기 제4 등급(EC 4)은 도 10d에 도시된 바와 같이 겔코트, 상부 라미네이트, 중간 라미네이트가 지속적으로 마모되어 후연으로 확장되고 하부 라미네이트가 노출되며 적절한 유지보수가 이루어지지 않아 블레이드 전연에 구멍이 확인되는 경우일 수 있다.
상기 제어부(13)는, 상기 블레이드(20)의 마모 상태를 분석하여, 이와 같은 상기 손상 등급에 따른 손상 정도를 판단하게 될 수 있다.
한편, 상기 제어부(13)는, 판단한 상기 손상 등급에 따라 상기 블레이드(20)의 손상 정도에 대한 손상 정보를 생성하여, 상기 손상 정보를 외부의 통신 대상 장치에 송신할 수 있다.
이를테면, 도 12에 도시된 바와 같이, 압력면 및 흡입면 각각의 손상 정도에 대한 손상 정보를 생성하게 될 수 있고, 이 경우, 상기 손상 정보에는 손상 내용 및 권고 사항, 손상 발생 영역 및 손상 등급 중 하나 이상이 상기 손상 정보에 포함될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이 생성된 상기 손상 정보는, 상기 통신 대상 장치에 송신되어, 상기 통신 대상 장치가 상기 블레이드(20)의 손상 정보를 인식 또는 처리하게 될 수 있다.
여기서, 상기 통신 대상 장치는, 상기 풍력 발전기(100)의 제어기, 상기 풍력 발전기(100)를 관제하는 관제 장치, 상기 풍력 발전기(100)의 제어 시스템의 제어장치 및 상기 풍력 발전기(100)의 유지/보수 관리자의 단말 중 하나 이상일 수 있다.
이와 같이 상기 블레이드(20)를 촬영한 촬영 결과를 근거로 상기 블레이드(20)의 손상 정도를 판단하게 됨으로써, 접근이 어려운 해상풍력단지의 블레이드 검사가 용이하게 이루어질 수 있고, 또한 발전 중에도 검사가 이루어질 수 있어, 도 13에 도시된 바와 같이 검사를 위한 풍력 터빈의 구동 정지 시간을 감소(B)시킬 수 있게 되어, 풍력 발전기의 운용 및 효율성이 증대될 수 있게 된다.
이와 같은 상기 제어 장치(10)의 상기 블레이드(20)의 손상 정도 검사는, 상기 블레이드(20)의 손상 정도를 검사하기 위한 검사 모드 또는 검사 방법으로 실시될 수도 있다.
또한, 상기 제어 장치(10)가 상기 검사 모드를 수행하는 실시예도 실시될 수 있고, 상기 제어 장치(10)에 적용 가능한 상기 검사 모드 또는 상기 검사 방법의 단독 실시예로도 실시될 수 있다.
이를테면, 상기 블레이드(20)를 구동하는 상기 구동부(11), 상기 타워(1)에 배열되어 상기 블레이드(20)를 서로 다른 높이의 위치에서 촬영하는 복수의 카메라를 포함하는 상기 촬영부(12) 및 설정된 운전 모드에 따라 상기 구동부(11) 및 상기 촬영부(12)를 제어하여 상기 운전 모드의 수행을 제어하는 상기 제어부(13)를 포함하는 상기 제어 장치(10)에 있어서, 상기 제어부(13)가 상기 블레이드(20)의 손상 정도를 검사하는 검사 모드를 수행하는 경우, 상기 풍력 발전기(100)의 요각을 조절하여 상기 블레이드(20)를 상기 촬영부(12)의 촬영 위치에 위치시킨 후, 상기 블레이드(20)의 방위각 및 피치각을 조절하며 상기 블레이드(20)를 촬영하여, 촬영 결과를 근거로 상기 블레이드(20)의 손상 정도를 판단하는 제어 장치(10)의 실시예로 실시될 수 있다.
한편, 상기 검사 방법의 실시예는, 상기 타워(1), 상기 블레이드(20) 및 상기 타워(1)에 배열되어 상기 블레이드(20)를 서로 다른 높이의 위치에서 촬영하는 복수의 카메라를 포함하는 풍력 발전기(100)의 블레이드 검사 방법으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 풍력 발전기(100)의 요각을 조절하여 상기 블레이드(20)가 상기 복수의 카메라의 촬영 방향에 위치하는 단계(S10), 상기 블레이드(20)의 방위각을 조절하여 상기 블레이드가 상기 복수의 카메라의 촬영 위치에 위치하는 단계(S20), 상기 블레이드(20)의 피치각을 기설정된 조절 기준에 따라 조절하며 상기 복수의 카메라가 상기 블레이드(20)를 촬영하는 단계(S30) 및 상기 복수의 카메라 각각의 촬영 결과를 정합하여, 정합 결과를 근거로 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 단계(S40)를 포함하여 실시될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(당업자)라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 제어 장치 11: 구동부
12: 촬영부 13: 제어부
100: 풍력 발전기

Claims (22)

  1. 풍력 발전기의 제어 장치에 있어서,
    상기 풍력 발전기의 블레이드를 구동하는 구동부;
    상기 풍력 발전기의 타워에 지면과 수직으로 배열되어 상기 블레이드를 서로 다른 높이의 위치에서 촬영하는 적어도 3개의 복수의 카메라를 포함하는 촬영부; 및
    상기 블레이드의 방위각 별로 상기 블레이드를 촬영하도록 상기 구동부 및 상기 촬영부를 제어하고, 상기 촬영부의 촬영 결과를 근거로 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 제어부
    를 포함하고,
    상기 복수의 카메라는,
    상기 블레이드가 지면에 수직이 됐을 시, 상기 타워에서 상기 블레이드의 루트에 해당하는 위치 내지 상기 블레이드의 팁에 해당하는 위치에 해당하는 일정 범위 내에 일직선으로 배열되어, 상기 블레이드의 루트 내지 팁을 포함하는 상기 블레이드의 전체 이미지를 부분화하여 촬영하고,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 카메라 각각에서 촬영한 결과를 정합하여, 상기 블레이드의 루트 내지 팁을 포함하는 상기 블레이드의 전체 이미지와 대응되는 이미지를 생성하고, 정합 결과의 이미지를 분석하여 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 카메라는,
    상기 타워에 일직선으로 배열되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 카메라는,
    어느 하나가 상기 루트에 해당하는 위치에 구비되고,
    다른 하나가 상기 팁에 해당하는 위치에 구비되고,
    나머지가 상기 어느 하나 및 상기 다른 하나 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 카메라는,
    상기 일정 범위 내에 일정 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 구동부를 제어하여 상기 풍력 발전기의 요각, 상기 블레이드의 방위각 및 피치각 중 하나 이상을 조절하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 블레이드가 상기 촬영부의 촬영 위치에 도달했을 시, 상기 블레이드의 피치각을 기설정된 조절 기준에 따라 조절하고,
    상기 촬영부는,
    상기 피치각이 상기 조절 기준에 따라 조절되는 동안, 상기 블레이드의 흡입면, 후연, 압력면 및 전연 중 하나 이상을 촬영하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 조절 기준은,
    0°, 90°, 180° 및 270°순으로 설정된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 조절 기준에 따라 상기 피치각을 조절하는 동안, 각 각도 별로 상기 피치각을 일정 시간 동안 유지시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  12. 삭제
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 정합 결과에 따른 상기 블레이드의 이미지에서 표면의 마모 상태를 분석하여 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 블레이드의 손상 정도가 마모 형태에 따라 구분된 복수의 손상 등급 중 어느 등급에 해당하는지 판단하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 손상 등급은,
    군집 형태의 마모인 제1 등급;
    전연 겔코트 완전 마모인 제2 등급;
    상도 라미네이트 마모인 제3 등급; 및
    다층 라미네이트 마모인 제4 등급
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    판단한 상기 손상 등급에 따라 상기 블레이드의 손상 정도에 대한 손상 정보를 생성하여, 상기 손상 정보를 외부의 통신 대상 장치에 송신하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  17. 풍력 발전기의 블레이드를 구동하는 구동부;
    상기 풍력 발전기의 타워에 지면과 수직 방향으로 배열되어 상기 블레이드를 서로 다른 높이의 위치에서 촬영하는 적어도 3개의 복수의 카메라를 포함하는 촬영부; 및
    설정된 운전 모드에 따라 상기 구동부 및 상기 촬영부를 제어하여 상기 운전 모드의 수행을 제어하는 제어부
    를 포함하는 풍력 발전기의 제어 장치에 있어서,
    상기 복수의 카메라는,
    상기 블레이드가 지면에 수직이 됐을 시, 상기 타워에서 상기 블레이드의 루트에 해당하는 위치 내지 상기 블레이드의 팁에 해당하는 위치에 해당하는 일정 범위 내에 일직선으로 배열되어, 상기 블레이드의 루트 내지 팁을 포함하는 상기 블레이드의 전체 이미지를 부분화하여 촬영하고,
    상기 제어부는,
    상기 블레이드의 손상 정도를 검사하는 검사 모드를 수행하는 경우,
    상기 풍력 발전기의 요각을 조절하여 상기 블레이드를 상기 촬영부의 촬영 위치에 위치시킨 후, 상기 블레이드의 방위각 및 피치각을 조절하며 상기 블레이드를 촬영하여, 촬영 결과를 근거로 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하되,
    상기 복수의 카메라 각각에서 촬영한 결과를 정합하여, 상기 블레이드의 루트 내지 팁을 포함하는 상기 블레이드의 전체 이미지와 대응되는 이미지를 생성하고, 정합 결과의 이미지를 분석하여 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 블레이드가 상기 촬영 위치에 도달했을 시, 상기 피치각을 기설정된 조절 기준에 따라 조절하고,
    상기 촬영부는,
    상기 피치각이 상기 조절 기준에 따라 조절되는 동안, 상기 블레이드의 흡입면, 후연, 압력면 및 전연 중 하나 이상을 촬영하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 조절 기준은,
    0°, 90°, 180° 및 270°순으로 설정된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 블레이드의 손상 정도를 마모 형태에 따라 구분된 복수의 손상 등급 중 어느 등급에 해당하는지 판단하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 손상 등급은,
    군집 형태의 마모인 제1 등급;
    전연 겔코트 완전 마모인 제2 등급;
    상도 라미네이트 마모인 제3 등급; 및
    다층 라미네이트 마모인 제4 등급
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 제어 장치.
  22. 타워;
    블레이드; 및
    상기 타워에 지면과 수직 방향으로 배열되어 상기 블레이드를 서로 다른 높이의 위치에서 촬영하는 적어도 3개의 복수의 카메라
    를 포함하는 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법에 있어서,
    상기 풍력 발전기의 요각을 조절하여 상기 블레이드가 상기 복수의 카메라의 촬영 방향에 위치하는 단계;
    상기 블레이드의 방위각을 조절하여 상기 블레이드가 상기 복수의 카메라의 촬영 위치에 위치하는 단계;
    상기 블레이드의 피치각을 기설정된 조절 기준에 따라 조절하며 상기 복수의 카메라가 상기 블레이드를 촬영하는 단계; 및
    상기 복수의 카메라 각각의 촬영 결과를 정합하여, 정합 결과를 근거로 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 복수의 카메라가 상기 블레이드를 촬영하는 단계는,
    상기 블레이드가 지면에 수직이 됐을 시, 상기 타워에서 상기 블레이드의 루트에 해당하는 위치 내지 상기 블레이드의 팁에 해당하는 위치에 해당하는 일정 범위 내에 일직선으로 배열되어, 상기 블레이드의 루트 내지 팁을 포함하는 상기 블레이드의 전체 이미지를 부분화하여 촬영하고,
    상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 단계는,
    상기 복수의 카메라 각각에서 촬영한 결과를 정합하여, 상기 블레이드의 루트 내지 팁을 포함하는 상기 블레이드의 전체 이미지와 대응되는 이미지를 생성하고, 정합 결과의 이미지를 분석하여 상기 블레이드의 손상 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법.
KR1020210136857A 2021-10-14 2021-10-14 풍력 발전기의 제어 장치 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법 KR102541382B1 (ko)

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