KR20030090733A - 풍력 발전 설비 제어 방법 - Google Patents

풍력 발전 설비 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력 발전 설비를 제어하는 방법과 상기 방법을 수행하는 풍력 발전 설비를 제공한다.
풍력 발전 설비는 오랜 기간 동안 잘 알려져 왔으며, 최근들어 환경 친화적 에너지 발전기로 간주되고 있다. 이와 같은 점에서, 상기 풍력 발전 설비는 날씨에 의한 영향을 많이 받게 된다. 풍력 발전 설비에서의 문제점은 전기 시스템이 습기로부터 보호되어야 한다는 점이다.
따라서, 본 발명의 목적은 풍력 발전 설비가 습기로부터 노출되는 것을 방지하는 방법을 제공하는데 있다. 본 발명은 발전기와 풍력 발전 설비의 주변 공기의 온도를 측정하여 상기 두 온도의 차이를 확인하고 만일 발전기 온도가 주변 공기 온도보다 낮은 경우에 발전기를 가열하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력 발전 설비 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING A WIND ENERGY PLANT}
풍력 발전은 오랜동안 그리고 최근들어 특히 환경 친화적 에너지 발전기로서 알려져 관심을 끌고 있다. 이러한 점에서, 이와 같은 풍력 발전 설비는 날씨의 영향에 의해 쉽게 노출된다는 특징이 있다.
풍력 발전 설비에 있어서 중요한 문제 중의 하나는 습기(moisture) 문제인데, 이는 전기 시스템을 갖춘 풍력 발전 설비는 습기로부터 보호되어야 하기 때문이다.
그러나, 캐비넷(cabinet)과 같은 캡슐 보호 수단(encapsulation means)에 의해 습기가 설비의 특정 부위로 침투하는 것을 신뢰성있게 충분히 방지하기 위하여 상기 풍력 발전 설비는 밀봉이 되도록 봉인될 수는 없다.
그런데, 상기 캡슐 보호 수단은 특히 발전기와 같은 대형 금속 구조물을 지닌 풍력 발전 설비 포드(pod) 영역에는 가능하지 않다.
한편, 예를 들어서 간밤에 냉각되었다가 설비 주의의 영역의 온도가 상승하면 큰 문제를 일으키는 것이 바로 대형 구조물이다. 따뜻한 공기는 그 곳의 차가운 공기보다 더 많은 습기를 함유할 수 있으므로, 습기를 가득 함유하고 있는 따뜻한 공기가 포드 안으로 유입되면, 설비가 정지 상태에 있기 때문에 아직 냉각 상태가 있는 발전기를 만나게 된다. 그 결과, 습기는 발전기에 응축되어 대량으로 물기를 형성하게 된다.
이와 같은 문제는 특히 수분이 발전기 속으로 통과하게 되는 링 발전기를 사용하는 풍력 발전 설비에 있어서 더욱 심각하며, 여자기 전력(exciter power)을 공급받아 발전기가 시동될 때에 상당한 손상을 입힐 염려가 있다.
본 발명은 풍력 발전 설비를 제어하는 방법 및 상기 방법을 수행하기 위한 풍력 발전 설비에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 발전기 고정자와 로터의 개략도를 나타낸 도면.
도2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발전기 고정자와 로터의 개략도를 나타낸 도면.
따라서, 본 발명의 목적은 수분 때문에 발생되는 위험을 제거하는데 있다.
상기 목적은 본 명세서의 서두에 기술된 대로 다음 단게에 의해 달성된다:
a) 풍력 발 전 설비의 발전기 온도와 설비 주위 부근의 공기 온도를 검출하는 단계,
b) 상기 온도의 차이를 확인하는 단계,
c) 발전기의 온도가 주위 공기의 온도보다 낮은 경우 발전기를 데우는 단계.
더욱이, 상기 목적은 본 명세서의 서두에 기술된 종류의 풍력 발전 설비에 의해 달성되며, 고정자(stator)를 단락시키기 위한 장치와 발전기와 주위 공기의 온도를 감지하기 위한 최소한 두 개의 온도 채집기를 구비한 제어기, 온도 차이에 따라 상기 제어기가 발전기의 고정자 회로를 단락시키고 선정된 여자기 전류를 가지고 로터에 작용할 수 있도록 온도를 비교하는 장치를 구비한다.
전술한 구조를 대체하거나 또는 이에 부가하여, 예를 들어 발전기 부품 상에또는 전기적으로 예민한 부품에 응축되는 습기를 검출하는 습기 및/또는 응축물 센서를 포함하여, 상기 센서에 의해 검출되는 수치는 제어 장치에서 처리되고 만일 측정된 습기 및/또는 응축물의 값이 선정된 값 이상인 경우에 본원에서 기술된 수단으로 발전기를 가열하거나 풍력 발전 설비의 타부품을 가열하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 풍력 터빈 제어 방법의 양호한 실시예를 상세히 설명한다.
도1은 고정자(10)와 로터(12)를 포함하는 발전기를 보여주는 개략도이다. 고정자(10)는 연결 단자를 구비하고 있으며, 정상 동작 시에 전기 에너지가 이끌어질 수 있다. 로터(12)는 여자기 전류가 공급되는 연결 단자를 구비한다. 고정자 (10) 연결 단자의 사이에는 제어 장치(20)와 고정자 연결을 단락시키는 접촉이 도시되어 있다.
제어 장치(20)는 온도 센서(22, 24)에 의해 발전기의 온도(이 경우 고정자)와 풍력 발전 설비의 주위의 온도를 검출한다. 센서(22)로 검출되는 고정자의 온도가 센서(24)로 검출되는 주변 환경의 온도보다 낮은 경우에는, 고정자 연결 단자사이의 접촉이 이어져서 결국 전기적으로 단락되어진다.
그리고 나면, 선정 가능한 여자기 전류가 전술한 방법으로 연결된 단자를 통하여 로터(12) 내부로 유입된다. 발전기의 고정자에 유기되는 전력은 로터(12) 내부로 공급되는 여자기 전류의 크기에 의해 영향받게 된다.
고정자가 단락되어지면, 고정자 전압은 매우 낮고, 그 경우 매우 높은 고전류(단락 전류)가 흐르게 되어서, 고정자에는 주울 열이 발생하게 되어 습기가 날라가 없어지게 된다.
따라서, 본 발명에 따르면 응축수의 형성까지도 복잡한 측정 기술을 감시하는 수단에 의해 최적의 발전기 하우징에 기록되어지고, 이 경우 풍력 발전 설비는(시동 모드로서) 발전기 내부에 남아있는 습기를 증발하도록 자동적으로 전압없는 온난 모드(warming mode)로 시작한다.
그 결과 풍력 발전 설비의 포드 내부로의 습기의 유입이 가능한 적어지게 되고, 전체 포드 하우징은(pod housing) 습기에 대한 밀봉되어서 습기와 같은 물질이 침투하는 것이(포드 상부의) 외부 피복(cladding)에 의해 완전히 방지된다.
본 발명의 양호한 실시예로서, 풍력 발전 설비가 정상 모드로 돌아오기 전까지, 즉 고정자가 단락된 것이 회복되고 정상적 여자기 전력이 장치에 공급될때까지, 발전기의 온도가 주위 공기의 온도를 선정된 수치만큼 초과할때까지 발전기에 대한 가열을 지속된다.
도2는 고정자(10)와 로터(12)를 포함하는 발전기의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 본 실시예에서는 고정자(10)와 로터(12) 위에 주위를 따라 발열저항체(14)가 균일하게 분포되어 있다. 만일 제어기(20; 도시하지 않음)가 발전기의 고정자(10)와 주위 공기 사이의 온도 차를 검출하면, 상기 발열 저항체(14)는 스위치 온 되어서 그 결과 발전기는 가열 된다. 발전기 내부의 습기는 증발되고, 선정된 시간이 지나면 또는 고정자(10) 및 로터(12)의 온도와 주변 공기 온도 차가 선정된 값에 이르렀을 때에 정상 동작이 선택된다. 특성 가열 수단은 특별히 발전기 만을 위해서 제공될 뿐아니라, 풍력 발전 설비 내부에 전기적으로 민감한 부품을 위해 준비될 수 있다.
이와 같은 가열 수단은 발전기 가열 수단과 같이 제어될 수 있으며, 부품의 온도가 주변 온도보다 낮은 경우에 상기 전기 부품에 습기가 응축되는 것을 방지하기 위해 가열된다.
결국, 발전기 또는 주변 공기의 온도 검출 대신에 또는 이에 부가하여, 발전기(또는 민감한 부품)에 장착된 하나(또는 복수 개의) 습기/응축물 센서를 준비해서 발전기에 생성된 습기 및/또는 응축물을 검출하고, 만일 상기 센서가 제어 장치에 연결되면 상기 센서에 의해 측정된 응축물이 특정치를 넘어서는 경우에 자동적으로 트리거되도록 할 수 있다.
더욱이, 발전기 또는 다른 전기적으로 예민한 부품에 습기가 응축되어 형성되는 문제가 빈번히 발생하는 경우에는 습기 증발을 진척시키는 장치를 사용할 수 있다.
발전기 또는 다른 전기적으로 민감한 부품에 대해 신속하게 습기 제거를 하기 위해서는, 모발 건조기와 같은 송풍기가 사용될 수 있으며 건조되어질 부품에가열풍을 송풍시킬 수 있다.
그 결과, 예를 들어서 신선한 공기를 공급하기 위하여 풍력 발전 설비에 정상적으로 공급되는 송풍기는, 공급되는 신선한 공기가 가열 상태로 발전기 포트 내부로 유입되어 전기적으로 예민한 장치, 예를 들어 발전기에 습윤한 공기가 싸이게 되는 것을 방지하기 위하여 가열 수단의 하류에 구성될 수 있다.
본 발명은 풍력 발전 설비의 발전기 또는 다른 전기 부품 상에 형성되는 감지할 만큼의 습기(습기 퇴적물)를 검출하는 것을 포함한다. 이 경우에 습기 퇴적물이 형성된 경우에는 표면에서 나타나는 흐름의 유동이 있는지 여부를 특히 예민한 곳에서 측정함으로써 달성될 수 있다.

Claims (10)

  1. 풍력 발전 설비를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 풍력 발전 설비의 주변의 공기 온도와 발전기 온도를 검출하는 단계;
    상기 두 온도의 차이를 확인하는 단계; 및
    만일 발전기의 온도가 주변 공기의 온도보다 낮은 경우 발전기를 가열하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 방법은
    상기 발전기 고정자를 단락 시키는 단계; 및
    상기 발전기 고정자에 선정된 여자기 전류를 공급하는 단계
    를 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 발전기에 대한 가열은 선정된 시간동안 진행되거나 또는 발전기 온도가 주변 온도에 비해 선정된 온도 차만큼 이상을 초과하는 경우에까지 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항의 제어 방법을 수행하는 풍력 발전 설비에 있어서, 적어도 두개 이상의 온도 채집기(temperature pick-up)가 준비되어서 하나는 풍력 발전 설비의 발전기 온도를 검출하고 다른 하나는 풍력 발전 설비의 주변 온도를 검출하고, 상기 두 온도 채집기가 읽어들인 온도의 차이를 비교하는 비교 장치를 준비하고, 만일 상기 기록된 두 가지 온도 사이의 온도 차가 설정되어서, 상기 풍력 발전 설비의 발전기 또는 다른 부품의 온도가 주변 공기 온도보다 낮게 되는 경우에는 상기 발전기 또는 다른 부품에 가열이 제공됨을 특징으로 하는 풍력 발전 터빈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전 설비에 있어서, 상기 풍력 발전 설비는
    전기 에너지를 생산하고, 고정자를 단락시키기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 발전기; 및
    발전기 온도와 주변 공기 온도를 감지하기 위한 적어도 두개의 온도 채집기를 구비하고, 온도를 비교하여 그 온도 차에 따라 발전기 가열이 제어 가능하도록 하는 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 풍력 발전 터빈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 만일 발전기 온도가 주변 공기 온도 또는 발전기 포드 내부의 온도보다 선정된 온도값만큼 낮은 경우에 발전기에 대한 가열이 진행됨을 특징으로 하는 풍력 발전 터빈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 의한 풍력 발전 터빈에 있어서,
    전기 에너지를 생산하고, 상기 풍력 발전 설비 내의 발전기 또는 전기적으로 예민한 부품을 가열하는 장치를 포함하는 전기 발전기; 및
    상기 발전기와 주변 공기의 온도를 감지하는 두개 이상의 온도 채집기를 구비하고, 상기 온도 차를 비교하여 그 온도 차에 따라 발전기 가열이 제어되는 것을 특징으로 하는 제어기
    를 포함하는 풍력 발전 터빈.
  8. 풍력 발전 설비를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 풍력 발전 설비의 발전기 또는 전기적으로 예민한 다른 부품 상에 형성되는 습기 응축물을 측정/검출하는 단계; 및
    만일 상기 습기 응축물이 선정된 값 이상인 경우 상기 발전기를 가열하는 단계
    를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    발전기 고정자를 회로적으로 단락시키는 단계; 및
    발전기 로터에 선정된 여자기 전류를 공급하는 단계
    를 포함하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전 설비에 있어서, 상기 풍력 발전 설비 내부에서 형성되는 습기 및/또는 습기 응축물을 측정/검출하기 위한 수단이 제공되고, 상기 수단은 특히 상기 풍력 발전 설비의 발전기 부품 또는 전기적으로 예민한 부품에 생성되는 습기 및/또는 습기 응축물을 검출하여, 측정된 습기 및/또는 습기 응축물 값이 선정된 값을 초과하는 경우에 상기 발전기 또는 다른 부품에 가열이 진행되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
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