KR20080113851A - 수직축 풍력발전시스템의 제어장치 및 방법 - Google Patents

수직축 풍력발전시스템의 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍향/풍속에 따라 유도날개를 회전 제어하여 임펠러로 유입되는 바람의 방향을 적절히 조절하여 최대의 전력이 발생되는 회전속도를 유지시키며, 풍향/풍속에 따라 발전기의 출력전력을 정격으로 유지시키며, 설정치를 벗어난 저풍속, 과풍속, 구조물, 제동부, 발전기, 유도날개 오류 등이 감지될 경우 발전기를 정지시키는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법 및 장치를 제공함에 목적이 있다.
이와 같은 본 발명은 현재 풍속이 발전기 구동준비를 위한 최소풍속 이하이거나, 발전을 정지해야하는 최고풍속 이상일 경우 각부를 제동시키는 과정, 풍속이 발전 시작을 위한 최소풍속과 발전준비를 위한 최고풍속 이내를 유지할 경우 제동을 해제하고, 유도날개를 주풍향에 맞추어 가장 효율이 좋은 바람이 임펠러로 유입되도록 조절하는 과정과, 풍속이 설정된 정격전력이 되는 풍속보다 작을 경우 현재 풍속에서 최대 전력을 발전하도록 상기 유도날개를 주풍향에 따라 이동시키는 과정, 발생 전력이 정격 이상일 경우 유도날개를 이동시켜 정격 풍속을 유지시키는 과정과, 각 과정에서 제어부에 수신된 각 부의 오류 또는 현재 풍속이 설정된 풍속을 설정된 해당 각부를 정지시키는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
수직축, 풍력발전, 유도날개, 풍향, 풍속, 센서, 오류, 제동, 정지, 제어

Description

수직축 풍력발전시스템의 제어장치 및 방법{Method and Apparatus for control of vertical wind power generation system}
도 1은 종래기술에 따른 사보니우스 방식의 항력식 수직축터빈을 설명하기 위한 도 이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 제어장치의 블록 구성도 이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템을 풍속에 따라 동작과정을 표시한 도 이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 제어과정의 개략적 흐름도 이고,
도 5는 도 4에서 발전준비과정의 상세 흐름도 이고,
도 6은 도 4에서 발전대기과정의 구체적인 흐름도 이고,
도 7은 도 4에서 운전과정의 흐름도 이고,
도 8은 도 7에서 가변출력 운전과정의 흐름도 이고,
도 9는 도 7에서 정격운전과정의 상세 흐름도 이고,
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 저풍속일 때의 정지모드의 동작 흐름도 이고,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제동부 정지모드의 동작 흐름도 이고,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 과풍속 정지모드의 동작 흐름도 이고,
도 13는 본 발명의 실시예에 따른 발전기 정지모드의 동작 흐름도이고,
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 유도날개 정지모드의 동작 흐름도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 제어부 101 : 풍향풍속계
110 : 임펠러 111 : 날개
121 ~ 123 : 구조물센서1 ~ 3 131, 132 : 제 1, 제 2 유도날개
141, 142 : 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부
151 : 변속기어부 152 : 발전기
161 : 주제동부 162 : 보조제동부
200 : 서버
본 발명은 풍력발전 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수직축 터빈을 갖는 수직축 풍력발전시스템에 구비된 유도날개를 회전 제어하여 로터 블레이드로 유입되는 바람의 방향을 적절히 조절하므로 최대의 전력이 발생되는 회전속도를 유지하도록 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전시스템은 회전축 형식에 따라 크게 수평축 풍력터빈과 수직축 풍력터빈으로 구분된다. 수직축 풍력터빈으로는 다리우스(Darrieus)식, 사보니우스(Savonius)식 등이 있으며, 다리우스 터빈은 양력을 이용한 터빈인 반면 사보니우스 터빈은 항력을 이용한 터빈이다. 수직축 풍력발전기의 경우 다리우스 풍력발진기는 이론적으로 최대효율 0.35이상 까지도 가능하다.
그리고 일반적으로 수직축 풍력발전기는 바람의 방향에 상관없이 작동이 가능하며 수평축 풍력발전기보다 낮은 시동풍속(Cut-in speed)설정이 가능하므로 약한 풍속에서도 풍력발전이 가능하다. 따라서 기후변화가 심해 풍속이 일정하지 않은 지역에서는 풍향의 영향을 적게 받으며 시동 풍속이 낮은 수직축 풍력발전기가 적합하다.
도 1은 종래기술에 따른 사보니우스 방식의 항력식 수직축터빈을 도시한 도로서, 이에 도시된 바와 같이 사보니우스 방식의 항력식 수직축터빈에서는 날개가 바람을 맞는 위치가 1, 2, 3으로 바뀌면서 입사되는 상대속도(W)의 크기와 방향이 변화하여 토크의 크기가 변동하며, 특히 수평축 터빈은 회전 위치에 관계없이 양의 토크를 발생하는 반면 항력식 수직축터빈은 음의 토크를 발생하여 전체적으로 동력계수값이 낮아지는 문제점이 있다. 또한 폐쇄된 유로를 갖는 임펠러의 경우 날개에 입사되는 속도에너지는 압력으로 변환되므로 발생되는 토크의 크기는 속도의 제곱에 비례하나, 사보니우스 방식의 항력식 수직축터빈은 날개 입사풍속을 제어할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 개선하기 위한 대안으로, WO 2004/018872 및 대한민국 특허출원 제2005-0034732호에는 반경방향의 고정 안내익들을 원주방향으로 분포시킨 수직형 터빈과 임펠러 상류부에 여러 가지 형태의 입구 안내익을 설치하여 가능한 입사풍속을 증가시키는 고안들이 개진되어 있다.
그러나 이러한 종래의 항력식 터빈은 익단회전속도비에 따른 효율의 변동이 매우 크므로, 입구 안내익을 설치하여 가능한 입사풍속을 증가시킬 뿐만 아니라 측정된 임펠러 입사 풍속에 따라 적절하게 임펠러 회전수를 제어해야 하는 또 다른 문제점이 있었다.
또한 종래의 항력식 터빈의 경우, 직선 형태의 입구 안내익의 임펠러 상류부 설치 시, 형성된 유선(Streamline)들의 형태를 통해 주 유선이 임펠러의 회전으로 인해 우측으로 몰리고 있으며, 입사풍속(5m/s)하에서 입구 안내익의 출구풍속은 큰 입구 안내익의 입, 출구 면적비(약 3.83 가량)에도 불구하고 유동이 입구로 모두 들어가지 못하고 저항이 낮은 곳으로 흐르게 되어 면적비 만큼의 유속 증가는 발생하지 않음을 알 수가 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 수직축 풍력발전시스템에서 풍향, 풍속에 따라 유도날개를 회전 제어하여 임펠러로 유입되는 바람의 방향을 적절히 조절하므로 최대의 전력이 발생되는 회전속도를 유지하도록 하며 풍향 및 풍속에 따라 발전기의 출력전력을 체크하고, 정격으로 유지시키며, 설정치를 벗어난 저풍속 또는 과풍속, 구조물의 이상, 제동부 오류, 유도날개 오류 등이 감지될 경우 발전기를 정지시키므로 풍력발전시스템을 보호하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법 및 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수직축 풍력발전시스템의 제어장치는 풍향 및 풍속을 측정하는 풍향풍속계, 다수개의 날개를 갖는 수직축 임펠러와, 입사되는 바람을 유도하여 상기 임펠러 내부로 유입시키는 유도날개와, 유입된 바람에 의해 상기 임펠러가 회전함에 따라 전력을 발전시키는 발전기로 구성되어 상기 풍향풍속계로부터 수신된 데이터를 참조하여 상기 임펠러로 입사되는 풍량을 조절하는 수직축 풍력발전시스템의 제어장치에 있어서, 상기 풍력발전시스템의 각부를 지지하는 구조물의 변위를 감지하는 구조물센서; 상기 유도날개를 제어신호에 따라 회전 구동시켜 상기 임펠러로 유입되는 풍량을 조절하는 유도날개구동/제동부; 상기 풍향풍속계로부터 수신된 풍향 및 풍속 데이터를 연산하여 상기 발전기가 기 설정된 전력을 발생시키도록 상기 유도날개의 이동 및 정지 제어신호를 상기 유도날개 구동/제동부로 출력하고, 상기 풍향풍속계, 구조물센서 또는 발전기로부터 수신된 데이터가 설정값에서 벗어남에 따라 발전 정지신호를 발생하며, 상기 풍향풍속계로부터 수신된 풍속데이터를 연산하여 발전 가능한 기 설정 풍속영역일 경우 설정된 최대전력 발생을 위하여 발전기속도를 조절하는 제어부; 및 상기 제어부로부터 수신된 발전기, 임펠러, 유도날개 정지신호가 출력됨에 따라 각각을 정지시키는 적어도 하나 이상의 제동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 유도날개는 바람직하게는 입구안내익(Inlet guide vane) 및 측후면안내익(Side guide vane)로 구성한다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 수직축 풍력발전시스템의 제어과정은 풍향 풍속계에서 측정된 현재 풍향 및 풍속 데이터를 제어부에서 수신 및 연산하여 유도날개의 위치이동을 제어함에 따라 입사되는 바람을 수직축 임펠러로 유도하며, 유입된 바람에 의해 회전하는 임펠러의 회전력으로 발전기를 구동하여 전력을 발생하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법에 있어서, 상기 풍향풍속계로부터 상기 제어부에 수신된 현재 풍속이 발전기 구동준비를 위한 최소풍속(Umin) 이하이거나, 발전을 정지해야하는 최고풍속(Ucut-out) 이상일 경우 상기 제어부에 의하여 상기 유도날개, 임펠러, 발전기를 제동시키고, 상기 발전기를 계통과 분리하는 발전준비과정; 상기 제어부에 수신된 현재 풍속이 발전 시작을 위한 최소풍속(Ucut-in)과 발전 정지준비를 위한 최고풍속(Umax) 이내를 유지할 경우 상기 각부의 제동을 해제하고, 상기 유도날개를 주풍향에 맞추어 가장 효율이 좋은 바람이 임펠러로 유입되도록 위치를 산출하여 이동시키는 발전대기과정; 상기 발전대기과정에서 상기 발전기를 계통에 연결한 후 현재 풍속이 설정된 정격전력(Prated)이 되는 풍속(Urated)보다 작을 경우 현재 풍속에서 최대 전력을 발전하도록 상기 유도날개를 주풍향에 따라 이동시키는 가변출력 운전과정; 상기 발전기의 발생 전력이 정격 이상일 경우 유도날개를 이동시켜 상기 임펠러로 유입되는 바람을 제한 조절하여 상기 정격전력(Prated)을 유지시키는 정격운전과정; 및 상기 각 과정에서 제어부에 수신된 각 부의 오류 또는 현재 풍속(U)이 구동준비 최저풍속과 발전 정지 최고풍속에서 벗어남(U<Umin, Ucut-out<U)에 따라 설정된 해당 각부를 정지시키는 정지모드로 진행하는 정지과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가변출력 운전과정은 상기 가변출력 운전과정은 상기 유도날개의 위치를 주풍향에 따라 일정 각도씩 이동시키는 단계; 상기 현재 풍속이 증가함에 따라 증가된 발전기 속도가 증가하는 단계; 상기 단계를 통해 상승된 전력(P)이 정격전력(Prated)이 될 때까지 상기 단계를 반복수행하며, 정격전력(Prated)에 이르면 상기 정격운전과정으로 진행하는 단계; 상기 가변출력 운전과정 중 오류발생이 검출되면 해당 정지모드로 진행하는 정지단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 정격운전과정은 상기 제어부에 수신된 현재 풍속(U)이 정격속도(Urated) 이상일 경우에는 초과된 풍속에 의해 초과된 전력을 감소시키기 위한 유도날개의 위치 이동값을 산출 및 제어함에 따라 임펠러로 유입되는 풍량을 감소시켜 발전기의 회전속도(Nrpm*)를 정격속도(Nrated)로 유지시키는 제 1 단계; 현재 풍속(U)이 정격풍속(Urated)보다 작고, 정격허용영역의 풍속(Uratedㅁα)보다 작으나, 풍속변화율 산출값(du/dt)이 정격풍속으로의 증가가 예측될 경우 상기 제 1 단계를 수행하는 제 2 단계; 현재 풍속이 정격 허용영역의 풍속(Uratedㅁα) 보다 작거나, 풍속변화율 산출값(du/dt)이 정격속도로 증가되지 않을 것으로 예측되면 상기 가변출력 운전과정으로 이행하는 제 3 단계; 및 상기 제 1 단계에서 오류가 발생할 경우 해당 정지모드로 진행하는 제 4 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 정지모드는 설정된 오류정지모드 또는 응급정지모드로 선택 진행되며, 상기 오류정지모드는 제어부에 수신된 현재 풍속이 발전을 위한 최저풍속(Ucut-in)보다 작은 저풍속일 경우에 진행하는 저풍속 정지모드; 구조물 센서로부터 수신된 구조물 변위량이 기 설정된 범위 이내 일 경우에 진행하는 유도날개 정지모드; 및 임펠러, 발전기를 제동하는 각 주,보조제동부와 유도날개 구동/제동부로부터 제동오류 신호가 수신될 경우에 진행하는 제동부 정지모드;로 진행되며, 상기 응급정지모드는 상기 제어부에 수신된 현재풍속이 발전정지 최고풍속(Ucut-out)이상의 과풍속일 경우에 진행하는 과풍속 정지모드; 발전기의 오류신호가 수신될 경우 및 구조물의 변위를 측정하는 구조물센서로부터 수신된 구조물의 변위량이 기 설정된 범위를 크게 벗어날 경우에 진행하는 발전기 정지모드; 및 상기 유도날개의 오류신호가 수신될 경우에 진행하는 상기 유도날개 정지모드;로 진행되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 이루어진 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 제어장치의 블록 구성도로서, 풍향 및 풍속을 측정하는 풍향풍속계(101), 다수개의 날개(111)를 갖는 수직축 임펠러(110)와, 입사되는 바람을 유도하여 상기 임펠러(110) 내부로 유입시키는 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)와, 유입된 바람에 의해 상기 임펠러(110)가 회전함에 따라 기어에 연동되어 변속 회전하는 변속기어부(151)와, 상기 변속기어부(151)가 구동함에 따라 회전력이 전달되고, 계통(grid) 연결되면 전력을 발생하는 발전기(152)와, 풍력발전시스템의 각 부를 지지하는 구조물의 변위를 감지하는 구조물센서1~3(121~123)와, 상기 제 1 , 제 2 유도날개(131)(132)를 제어신호에 따라 회전구동 또는 제동시켜 상기 임펠러(110)로 유입되는 풍량을 조절하는 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부(141)(142)와,
상기 풍향풍속계(101)로부터 풍향 및 풍속 데이터를 수신하여 발전기(152)가 기 설정된 최대 전력을 발생시키도록 상기 의 이동 및 정지 제어신호를 상기 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부(141)(142)로 출력하고, 상기 풍향풍속계(101), 구조물센서1~3(121~123) 또는 발전기로부터 수신된 각각의 데이터가 기 설정값에서 벗어남에 따라 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132), 발전기(152) 또는 임펠러(110) 제동신호를 발생하거나, 발전기(152)의 계통을 연결 또는 차단 제어신호를 발생하는 제어부(100)와, 상기 풍향풍속계(101)로부터 수신된 풍속데이터를 연산하여 발전 가능한 기 설정 풍속영역일 경우 설정된 최대전력 발생을 위하여 발전기(152) 속도를 조절하는 제어부(100)와, 상기 제어부(100)로부터 수신된 발전기(152), 임펠러(110) 정지신호가 출력됨에 따라 상기 임펠러(110)와 변속기어부(151) 사이에 위치하여 각각을 정지시키는 주제동부(161) 및 상기 변속기어부(151)과 발전기(152)사이에 위치하여 각각을 정지시키는 보조제동부(162)와, 상기 제어부(100)에 수신된 각 부의 상태 데이터와 상기 제어부(100)에 의하여 제어되는 제어 명령 데이터를 상기 제어부(100)로부터 원격으로 수신받아 저장 및 모니터링하고, 상기 제어부(100)를 통해 원격제어를 수행하는 서버(200)로 구성된다.
여기서, 상기 구조물센서1~3(121~123)은 임펠러의 수직방향 중심축 상,하단 에 각각 위치하여 중심축의 기울기를 측정하는 제 1,제 2 중심축센서와, 상기 날개(111)의 끝단에 위치하여 날개(111)의 처짐 정도를 측정하는 날개변위센서를 포함하며, 상기 각 구조물센서(121~123)로부터 측정된 중심축 기울기 데이터 및 날개 변위데이터를 상기 제어부(100)로 출력하도록 구성된다.
상기 제 1 유도날개(131)는 상기 임펠러(110) 축과는 별도의 베어링으로 연결된 프레임에 고정되며, 상기 제어부(100)의 제어에 의하여 풍향에 따라 일정각도씩 회전이동하므로, 다수의 날개(111)에 입사되는 풍속을 가속 또는 감속시킴으로 토크를 변경시키는 원호형태의 입구 안내익이고, 제 2 유도날개(132)는 상기 제 1 유도날개에 보조적으로 풍향에 따라 회전이동하여 상기 다수의 날개(111)에 입사되는 풍속을 가속 또는 감속시키도록 풍량을 조절하도록 하는 측후면 안내익으로 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작용을 첨부된 도 2 내지 도 14을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전 시스템의 제어장치의 블록 구성도로서, 제어부(100)는 풍향풍속계(101), 구조물센서1~3(121~123)로부터 수신한 정보에 따라 발전기(152), 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부(141)(142), 서버(200), 주 브레이크(161), 보조 브레이크(162)를 구동 또는 해제시킨다.
상기 제어부(100)는 상기 풍향풍속계(101)로부터 수신된 현재 풍속이 저풍속일 경우 임펠러(110)의 회전력으로 발전기(152)를 구동시켜 전력을 발생할 수 없으므로, 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부(141)(142)를 정지시키고 주제동부(161)와 보조제동부(162)를 구동하여 발전기(152), 변속기어부(151), 임펠러(110)를 정지시킨다.
만약, 풍향풍속계(101)로부터 수신된 풍속이 과풍속으로 판단될 경우 임펠러(110)의 회전에 의해 임펠러 기어, 변속기어부(151) 및 발전기(20)에 연동되어 전달되는 회전력이 발전기(20)에 과부하를 발생시킬 경우 주제동부(161)와 보조제동부(162)를 구동하여 발전기(152), 변속기어부(151) 및 임펠러(110)를 정지시키고, 임펠러(110)의 효율을 저하시키기 위해 제 1, 제 2 유도날개구동/제동부(141)(142))를 제어하여 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)를 정지시키고, 상기 발전기(152)를 계통과 분리한다.
상기 풍향풍속계(101)로부터 수신된 풍속이 발전이 가능한 일정수준의 풍속이 유지될 경우 제어부(100)는 상기 풍향풍속계(101)로부터 수신한 풍향 정보를 기반으로 임펠러(110)가 최대 효율을 발생시킬 수 있도록 주풍향 위치를 산출하여 상기 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부(141)(142)를 구동시켜, 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)를 주풍향 위치로 이동시킨다.
즉, 상기 제어부(100)는 상기 풍향풍속계(101)로부터 수신한 풍속 정보를 연산하여 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)를 주풍향 위치로 이동시키므로 상기 발전기(152)가 최대 전력을 발생시키게 된다.
한편, 상기 제 1, 제 2 유도날개구동/제동부(151)의 회전 속도가 풍속변화 속도에 미치지 못하여 상기 발전기(152)의 전력이 정격을 초과할 경우 상기 주제동부(161)를 동작하여 전력을 감소시킨다.
즉, 현재 풍속이 정격풍속 이상이 되면 발전기를 정격회전속도로 유지시키는데, 이때 제어의 어려움은 풍속이 증가하면 유도날개를 돌려서 바람을 막고 발전기의 회전속도를 정격으로 유지시켜야 하는데 유도날개의 회전속도가 느리기 때문에 충분히 바람을 막지 못하는 경우가 발생한다. 이때, 주제동부를 이용하여 에너지를 손실시킴으로서 발전기로 전달되는 에너지를 줄여준다.
상기 구조물센서1~3(121~122)은 구조물에 설치되어 구조물의 변이에 대한 정보를 제어부(100)에 송신한다. 여기서, 구조물센서1,2(121)(122)는 상기 임펠러(110)의 수직 중심축 상하단에 고정하여 상기 임펠러(110)의 구조적 기울기 데이터를 상기 제어부(100)에 전송하는 제 1 ,제 2 중심축센서이고, 상기 구조물센서3(123)은 날개(111)의 끝단에 위치하여 날개(111)의 처짐 정도를 측정하는 날개변위센서로 날개의 변위데이터를 상기 제어부(100)로 출력한다.
상기 제어부(100)는 구조물의 파손 여부를 예측하기 위하여 상기 구조물센서1~3(111~123)로부터 수신한 정보를 연산하고 파손이 예측될 경우 모든 기능을 정지시킨다.
또한 상기 발전기(152)에서 과전류 및 오동작이 발생할 경우 변속기어부(151), 임펠러(110) 및 날개(111)의 파손이 예상되므로, 주제동부(161)와 보조제동부(162)를 구동하여 상기 발전기(152), 변속기어부(151), 임펠러(110) 및 날개(111)를 정지시킨다.
상기 변속기어부(151)는 상기 임펠러(110)가 회전함에 따라 임펠러(110)의 회전 중심축 하단에 회전하는 임펠러기어에 전달되고, 상기 임펠러기어와 접속된 상기 변속기어부(151)가 회전하는데, 이때 회전력을 전달하는 연결 기어비에 따라 회전수를 변속하여 상기 발전기(152)에 전달하여 발전시키도록 하는 기어박스로 구성된다.
상기 발전기(152)는 상기 변속기어부(151)로부터 전달된 회전력에 의하여 회전하고, 계통을 연결함으로 발생된 전력을 출력하게 된다. 또한 상기 제어부(100)로부터 받은 지령에 따라서 발전기(152) 속도를 조절하고 발전 수행 여부를 제어부(100)에 송신하고, 상기 발전기(152)의 속도를 조절함에 있어 발전기(152)의 전류상태 및 동작상태를 확인하고 과전류 및 오동작이 발생했을 경우 상기 제어부(100)로 그 정보를 송신한다.
상기 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부(141)(142)는 날개(111)의 효율을 조절하기 위하여 풍향에 대한 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)의 위치 이동 데이터를 제어부(100)로부터 수신하여 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)를 이동시키고, 그 결과 데이터를 상기 제어부(100)에 송신한다. 한편, 상기 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부(141)(142)를 구동함에 있어 과전류 및 오동작과 같은 상기 제 1, 제 2 유도날개구동/제동부(141)(142)의 파손이 예측될 경우 그 정보를 제어부(100)로 송신한다.
상기 풍향풍속계(101), 상기 제 1, 제 2 유도날개구동/제동부(151), 발전기(152), 주제동부(161), 보조제동부(162), 구조물센서1~3(121~123)은 각 동작 상태를 상기 제어부(100)에 송신하고, 상기 제어부(100)는 그 정보를 상기 서버(200)에 송신하여 그 정보를 저장 및 표시하며, 필요에 따라 상기 서버(200) 상기 제어 부(100)를 통해 원격지에서도 상기 풍력발전시스템 전체를 모니터링 및 제어하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템을 풍속에 따라 동작과정을 표시한 도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템의 제어과정의 개략적 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 'Umin'은 발전기 구동준비를 위한 최저풍속으로 제어부에 설정된 풍속값이고,'Ucut-in'은 발전 시작을 위한 최저풍속 설정값이고, 'Urated'은 발전전력이 정격전력이 되는 풍속 설정값이고, 'Ucut-out'은 발전을 정지해야 하는 최고의 풍속 설정값이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 수직축 풍력발전시스템은 제어부(100)에서 시스템 각 부를 자가테스트(Self testing)를 수행한다.(S102)
상기 자가테스트(S102) 과정은 모든 제동부(161~162)를 온시키고, 각부의 동작상태를 체크하게 된다.
이를 위해 먼저, 상기 제어부(100)는 상기 주제동부(161) 및 보조제동부(162)의 동작상태를 테스트하고, 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)의 동작테스트는 원점복귀 명령을 내려 그 수행여부를 체크하고, 상기 발전기(162)는 그 동작상태를 체크한다.
상기 테스트 결과 에러가 발생했을 경우 상기 각 제동부(161~162)를 온상태로 유지하며 경보를 발생하고, 상기 테스트 결과 에러가 발생되지 않으면 발전준비 과정을 수행한다.
상기 발전준비과정(Stand still state)(S104)은 상기 풍향풍속계(101)로부터 상기 제어부(100)에 수신된 현재 풍속(U)이 설정된 'Umin'보다 작은 저풍속일 경우 또는 과풍속(Ucut-out이상)에서 수행한다.(S102)
상기 발전대기과정(Waiting state)(S106)은 발전을 시작하기 위한 대기단계로 현재 풍속이 발전 구동준비를 위한 최저 풍속(Umin)보다 크고, 발전시작을 위한 최저풍속(Ucut-in)보다 작을 경우에 수행한다.
상기 운전과정(Running up)(S108)은 상기 제어부(100)에 수신된 현재 풍속(U)이 발전시작을 위한 최저풍속(Ucut-in)보다 크고, 발전을 정지해야 하는 최고풍속(Ucut-out)보다 작을 경우에 수행하며, 정격전력을 출력하기 위한 정격풍속(Urated)에 이를 때까지 전력을 상승시키는 가변출력 운전과정을 수행하며, 정격출력에 이르면 정격풍속을 유지시키도록 정격유지과정을 수행한다.
현재 풍속(U)이 발전을 정지해야 하는 최고의 풍속(Ucut-out)을 초과할 경우에는 과풍속으로 판단하여 정지모드로 진행하게 된다.
상기 각 과정을 첨부된 도 5 내지 14를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 도 4에서 발전준비과정의 상세 흐름도로서, 발전준비과정(S104)은 현재 풍속(U)이 설정된 'Umin'보다 작은 저풍속일 경우 또는 'Ucut-out'이상의 과풍속일 경우 수행하며, 상기 주, 보조제동부(161)(162)는 온시켜 제동하고, 상기 발전기(152)는 계통 또는 부하와 분리시킨 상태에서 수행한다.
상기 제어부(100)에 수신된 현재 풍속(U)이 설정된 'Umin'보다 크고, 발전최소풍속(Ucut-in)보다 작을 경우 초당 풍속변화율(du/dt)의 상승정도를 산출하여, 상기 초당 풍속변화율이 설정된 발전가능 풍속으로 예측될 경우 상기 발전대기과정(S106)으로 진행하고, 상기 현재 풍속이 발전기 정지 최고 풍속(Umax)보다 크지만, 산출된 초당 풍속변화율(du/dt)의 하강정도가 설정된 발전가능 풍속으로 예측될 경우 발전대기과정(S106)으로 진행한다.
도 6은 도 4에서 발전대기과정의 상세 흐름도로서, 발전대기과정(S106)은 발전을 시작하기 위한 대기단계로, 제 1, 제 2 제동부(161)(162)는 제동을 해제시키고, 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)는 상기 제어부(100)에서 설정된 일정시간 간격으로 상기 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부(141)(142)를 구동시켜 상기 임펠러(110)에 가장 많은 풍량을 유입하도록 주 풍향에 맞추어 이동한다.
상기 발전대기과정(S106) 수행 중 풍속이 발전시작을 위한 최저풍속(Ucut-in)이 될 때 발전을 시작한다.
도 7은 도 4에서 운전과정의 흐름도로서, 운전과정(S108)은 발전기(152)가 구동하는 과정으로 먼저 발전기를 계통(grid)에 연결하여 상기 발전기(152)가 발전할 수 있도록 여자시키고 풍속에 따라 가변출력 운전과정(Partial load operation) 또는 정격운전과정(Full load operation)을 수행한다.
상기 발전기(152)가 정격전력을 발생하는 정격풍속(Urated)을 기준으로 현재 풍속이 정격풍속보다 작을 경우에는 가변출력 운전과정을 수행하고, 클 경우에는 정격운전과정을 수행한다.
도 8은 도 7에서 가변출력 운전과정의 흐름도로서, 가변출력 운전과정은 풍속에 따라 출력전력을 가변하는 운전과정으로, 현재 풍속(U)에 의해 발생된 현재 전력(P)이 정격전력(Prated)보다 작을 경우 주풍향(Udirection)에 맞추어 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)를 이동시켜 최대 풍량을 상기 임펠러(110) 내부로 유입시킨다.
즉, 정격전력이 발생될 때까지 현재 풍속(U)이 변하게 되어 현재 풍속에서 최대 전력이 발생되도록 회전속도(Nrpm*)를 유지하며, 만약 현재 풍속이 상승하여 정격전력에 이를 때, 정격운전과정으로 이행하게 하게 된다.
상기 가변출력 운전과정 중 과전류, 과풍속, 응급상태, 구조물 이상, 기타 기기 오동작 등 이상(Fault)이 발생될 경우 해당 정지모드로 이행한다.
도 9는 도 7에서 정격운전과정의 상세 흐름도로서, 상기 정격운전과정은 가변출력 운전과정에서 이행되며, 현재 풍속과 무관하게 출력전력은 정격으로 유지하는 과정이다.
현재 풍속이 정격풍속(Urated) 보다 큰 구간이므로 초과된 풍속에 의해 초과된 전력을 감소시키기 위한 유도날개의 위치 이동값을 산출한 후 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)의 위치를 이동시켜 상기 임펠러(110)로 유입되는 풍량을 감소시킨다.
이와 같이 상기 각 유도날개(131)(132)를 이용하여 풍압을 막음으로 발전기 회전속도(Nrpm)를 정격 회전속도(Nrated)로 유지하게 된다.
한편, 현재 풍속(U)이 정격풍속(Urated)보다 작고, 정격 허용영역 풍속(Uratedㅁα) 보다 작으나, 풍속변화율(du/dt)이 설정된 허용치 이상일 경우 정격속도를 초과할 것으로 판단하여 상기 풍량을 감소시키기 위한 상기 각 유도날개(131)(132)의 위치이동 단계로 진행한다.
한편, 현재 풍속이 정격 허용영역 풍속(Uratedㅁα) 보다 작거나, 풍속변화율이 설정된 허용치 이내일 경우에는 정격속도를 초과하지 않을 것으로 판단하여 상기 가변출력 운전과정으로 이행한다.
상기 정격운전과정 중 과전류, 과풍속, 응급상태, 구조물 이상, 기타 기기 오동작 등 이상(Fault)이 발생될 경우 해당 정지모드로 이행한다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 수직축 풍력발전시스템 운전 대기 또는 운전중 발생된 과전류, 저풍속, 과풍속, 응급상태, 구조물이상, 기타 기기 오동작 등의 이상이 발생될 경우에 대한 정지모드의 각 흐름도이다.
먼저 정지모드는 자가테스트과정(S102), 가변출력 운전과정, 정격운전과정 중 정지모드로 진행하게 되며, 정지모드는 크게 오류(Fault)정지모드 또는 응급(Emergency)정지모드로 선택 진행된다.
상기 오류정지모드는 상기 제어부(100)에 수신된 현재 풍속(U)이 발전을 위한 최저풍속(Ucut-in)보다 작은 저풍속일 경우의 저풍속 정지모드와, 상기 구조물의 변위를 측정하는 구조물 센서(121~123)로부터 수신된 구조물 변위량이 기 설정된 범위 이내 일 경우에는 유도날개 정지모드와, 상기 주,보조제동부(161)(162)로부터 오류 신호가 수신될 경우에는 제동부 정지모드로 진행된다.
상기 응급정지모드는 상기 제어부(100)에 수신된 현재풍속이 발전정지 최고풍속(Ucut-out)이상의 과풍속일 경우에는 과풍속 정지모드로 진행하며, 상기 발전기(152)의 오류신호가 수신될 경우에는 발전기 정지모드로 진행하며, 상기 구조물센서로부터 수신된 구조물의 변위량이 기 설정된 범위를 크게 벗어날 경우에는 발전기 정지모드와 동일한 정지모드로 진행하며, 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)의 오류신호가 수신될 경우에는 상기 유도날개 정지모드로 진행하게 된다.
상기 각 정지모드에 대한 상세한 동작을 첨부된 도 10 내지 도 14을 참조하여 각각 설명하면 다음과 같다.
도 10는 본 발명의 실시예에 따른 저풍속일 때의 정지모드의 동작 흐름도로서, 저풍속 정지모드는 발전시작을 위한 최저풍속(Ucut-in)보다 작을 경우 발전준비과정(S104)으로 이행하는 정지과정이다.
즉, 현재 풍속(U)이 발전시작 최저풍속(Ucut-in)보다 작을 경우 상기 제어부(100)는 상기 발전기(152) 회전을 정지하도록 지령을 내리면(Nrpm* = 0), 상기 발전기(152)는 발전량 증가에 따라 전기적으로 제동되고, 상기 발전기(152)가 서서히 정지하게 되면, 상기 주,보조제동기(161)(162)로 제동시키고, 계통 분리 후 상기 발전준비과정(S104)으로 이행하게 된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 제동부 정지모드의 진행과정을 보인 흐름도로서, 제동부 정지모드는 주제동부(161) 및 보조제동부(162)의 라이닝(Lining, 도면에 미도시) 수명에 대한 오류, 유압펌프모터(도면에 미도시)가 초과시간동안 구동하는 등의 오동작이 발생할 경우에 진행한다.
이를 위해 먼저, 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)를 일정 각도씩 이동시켜 상기 임펠러(110)로 유입되는 바람을 최소화시키는 한편, 상기 발전기(152)는 상기 제어부(100)의 정지명령(Nrpm* = 0)에 따라 전기적으로 제동시키고, 상기 발전기(152)가 정지하게 되면, 상기 발전기(152)와 계통을 분리한 후 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)를 제동시킨다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 과풍속 정지모드의 동작 흐름도로서, 과풍속 정지모드는 응급정지모드로, 기계적인 큰 스트레스가 예상되므로 최대한 빠른 정지가 필요하다.
따라서, 과풍속 정지모드는 상기 제어부(100)에 수신된 현재 풍속이 기 설정된 발전정지 최고풍속(Ucut-out)을 초과한 과풍속으로 판단됨에 따라 제어부(100)는 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(312)를 일정 각도씩 이동시켜 상기 임펠러(110)로 유입되는 바람을 최소화시킨 후 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)를 제동시키고, 상기 발전기(152)의 계통을 분리한 후 발전준비과정(S104)으로 이행하게 된다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 발전기의 과전류 등의 오동작과, 구조물 센서의 변위량이 클 경우의 발전기 정지모드 동작 흐름도로서, 이에 도시된 바와 같이 상기 운전모드(가변출력운전, 정격운전) 중 발전기(152)의 과전류 등의 전기적인 오류가 발생될 경우 또는 상기 구조물센서1~3(121~123)로부터 수신된 구조물 변위값이 설정치 이상으로 수신될 경우 위험상태로 판단하여, 상기 제어부(100)는 상기 주, 보조제동부(161)(162)를 구동시켜 상기 발전기(152) 및 임펠러를 제동시킨 후 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)를 제동시킨 후 상기 발전기(152)의 계통을 분리한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 유도날개 정지모드의 동작 흐름도로서, 상기 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부(141)(142)에 과전류 또는 전원이 차단되는 등의 오류가 발생될 경우 발전기(152)에는 영향을 미치지 않으므로 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)는 긴급정지 시키지만 상기 발전기(152)는 천천히 정지시키게 된다.
즉, 제 1, 제 2 유도날개 구동/제동부(141)(142)에 이상이 발생했을 경우 상기 제 1, 제 2 유도날개(131)(132)의 구동을 제동시킨 후 상기 발전기(152)는 정지 명령(Nrpm* = 0)을 내려 상기 전기적으로 제동될 때까지 기다린 후, 상기 발전기(152)가 정지되면, 상기 주,보조제동부(161)(162)를 구동하여 상기 임펠러(110) 및 발전기(152)를 제동한 후 발전기 계통을 분리한다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 유도날개의 제어방법, 각부의 정지모드 등에 있어서 다앙하게 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변 형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 수직축 풍력발전시스템의 제어방법 및 장치는 풍향, 풍속에 따라 유도날개를 회전 제어하여 임펠러로 유입되는 바람의 방향을 적절히 조절하므로 최대의 전력이 발생되는 회전속도를 유지할 수 있어 적은 풍속에서도 효과적으로 발전이 가능하다.
또한, 풍향 및 풍속에 따라 발전기의 출력전력을 체크하고, 정격으로 유지시키며, 설정치를 벗어난 저풍속 또는 과풍속, 구조물의 이상, 브레이크 오류, 안내익의 오류 등이 감지될 경우 발전기를 정지시키므로 풍력발전시스템을 보호할 수 있는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 풍향 및 풍속을 측정하는 풍향풍속계, 다수개의 날개를 갖는 수직축 임펠러와, 입사되는 바람을 유도하여 상기 임펠러 내부로 유입시키는 유도날개와, 유입된 바람에 의해 상기 임펠러가 회전함에 따라 전력을 발전시키는 발전기로 구성되어 상기 풍향풍속계로부터 수신된 데이터를 참조하여 상기 임펠러로 입사되는 풍량을 조절하는 수직축 풍력발전시스템의 제어장치에 있어서,
    상기 풍력발전시스템의 각부를 지지하는 구조물의 변위를 감지하는 구조물센서;
    상기 유도날개를 제어신호에 따라 회전 구동 또는 제동시켜 상기 임펠러로 유입되는 풍량을 조절하는 유도날개 구동/제동부;
    상기 풍향풍속계로부터 풍향 및 풍속 데이터를 수신하여 발전기가 기 설정된 최대 전력을 발생시키도록 상기 유도날개 제어신호를 상기 유도날개 구동/제동부로 출력하고, 상기 풍향풍속계, 구조물센서 또는 발전기로부터 수신된 각각의 데이터가 기 설정값에서 벗어남에 따라 상기 유도날개, 발전기 또는 임펠러 제동신호를 발생하거나, 발전기 계통 연결 또는 차단 제어신호를 발생하는 제어부; 및
    상기 제어부로부터 수신된 발전기, 임펠러, 유도날개 정지신호가 출력됨에 따라 각각을 정지시키는 적어도 하나 이상의 제동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조물센서는 수직방향 중심축 상,하단에 위치하여 중심축의 기울기를 측정하는 제 1, 제 2 중심축센서와, 상기 날개의 끝단에 위치하여 날개의 처짐 정도를 측정하는 날개변위센서를 포함하며, 상기 각 센서로부터 측정된 중심축 기울기 데이터 및 날개 변위데이터를 상기 제어부로 출력하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도날개는 입구안내익과 측후면안내익으로 구성되며,
    상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 입구안내익과 측후면안내익을 회전시켜 그 위치를 이동 및 제동시키는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부의 제동신호는 상기 풍향풍속계로부터 수신된 풍속데이터가 설정된 풍속영역에서 벗어난 저풍속 또는 과풍속일 경우;
    상기 구조물센서로부터 수신된 구조물 변위 데이터가 설정값 이상일 경우; 및
    상기 발전기로부터 수신된 데이터가 설정전류 이상의 과전류 또는 발전기의 오동작으로 판단될 경우;에 상기 유도날개, 발전기 또는 임펠러를 선택하여 제동함 과 아울러 발전기의 계통을 차단하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부에 의한 발전기 및 임펠러 제동은 상기 풍향풍속계로부터 수신된 풍속이 설정된 저풍속 또는 과풍속일 경우와, 발전기의 오동작 및 구조물의 과변위가 감지될 경우에 제동하고,
    상기 유도날개 제동은 상기 풍향풍속계로부터 수신된 풍속이 설정된 과풍속일 경우와, 상기 제동부에 오동작이 발생할 경우와, 상기 발전기 오동작 및 구조물의 과변위가 감지될 경우와, 유도날개 구동/제동부의 오동작이 발생할 경우에 제동하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에 의한 제동은 상기 임펠러의 회전을 제어하는 주제동부;
    상기 발전기의 구동을 제어하는 보조제동부;
    상기 유도날개를 제동하는 유도날개 구동/제동부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부에 수신된 각부의 상태 데이터와 상기 제어부에 의하여 제어되는 제어 명령 데이터를 상기 제어부로부터 원격으로 수신받아 저장 및 모니터링하고, 상기 제어부를 통해 원격제어를 수행하는 서버;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어장치.
  8. 풍향풍속계에서 측정된 현재 풍향 및 풍속 데이터를 제어부에서 수신 및 연산하여 유도날개의 위치이동을 제어함에 따라 입사되는 바람을 수직축 임펠러로 유도하며, 유입된 바람에 의해 회전하는 임펠러의 회전력으로 발전기를 구동하여 전력을 발생하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 풍향풍속계로부터 상기 제어부에 수신된 현재 풍속이 발전기 구동준비를 위한 최소풍속(Umin) 이하이거나, 발전을 정지해야하는 최고풍속(Ucut-out) 이상일 경우 상기 제어부에 의하여 상기 유도날개, 임펠러, 발전기를 제동시키고, 상기 발전기를 계통과 분리하는 발전준비과정;
    상기 제어부에 수신된 현재 풍속이 발전 시작을 위한 최소풍속(Ucut-in)과 발전 정지준비를 위한 최고풍속(Umax) 이내를 유지할 경우 상기 각부의 제동을 해제하고, 상기 유도날개를 주풍향에 맞추어 가장 효율이 좋은 바람이 임펠러로 유입되도록 위치를 산출하여 이동시키는 발전대기과정;
    상기 발전대기과정에서 상기 발전기를 계통에 연결한 후 현재 풍속이 설정된 정격전력(Prated)이 되는 풍속(Urated)보다 작을 경우 현재 풍속에서 최대 전력을 발전하도록 상기 유도날개를 주풍향에 따라 이동시키는 가변출력 운전과정;
    상기 발전기의 발생 전력이 정격 이상일 경우 유도날개를 이동시켜 상기 임펠러로 유입되는 바람을 제한 조절하여 상기 정격전력(Prated)을 유지시키는 정격운전과정; 및
    상기 각 과정에서 제어부에 수신된 각 부의 오류 또는 현재 풍속이 구동준비 최저풍속과 발전 정지 최고풍속에서 벗어남(U<Umin, Ucut-out<U)에 따라 설정된 해당 각부를 정지시키는 정지모드로 진행하는 정지과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부에 의하여 발전기, 임펠러 및 유도날개의 제동 동작상태를 테스트하는 단계;
    상기 각 제동부의 동작상태를 테스트하는 단계;
    상기 유도날개의 원점복귀 제어신호를 발생하여 유도날개 구동을 테스트 단계;
    상기 발전기의 동작 및 발전상태를 테스트하는 단계; 및
    상기 각 테스트 단계에서 에러가 발생할 경우 정지모드로 진행하며 경보를 발생하는 단계;로 이루어진 자가테스트과정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 발전준비과정은 상기 현재 풍속이 발전시작을 위한 최저풍속(Ucut-in) 보다 작으나, 초당풍속변화율(du/dt)을 산출하고, 산출값을 판단결과 상승정도가 설정된 발전가능 풍속으로 예측될 경우 상기 발전대기과정으로 진행하고,
    상기 현재 풍속이 발전기 정지준비를 위한 최고의 풍속(Umax)보다 크지만, 산출된 초당풍속변화율(du/dt)의 하강정도가 설정된 발전가능 풍속으로 예측될 경우 발전대기과정으로 진행하는 것을 특징으로 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 가변출력 운전과정은 상기 유도날개의 위치를 주풍향에 따라 일정 각도씩 이동시키는 단계;
    상기 현재 풍속이 증가함에 따라 증가된 발전기 속도가 증가하는 단계;
    상기 단계를 통해 상승된 전력(P)이 정격전력(Prated)이 될 때까지 상기 단계를 반복수행하며, 정격전력(Prated)에 이르면 상기 정격운전과정으로 진행하는 단계;
    상기 가변출력 운전과정 중 오류발생이 검출되면 해당 정지모드로 진행하는 정지단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 정격운전과정은 상기 제어부에 수신된 현재 풍속(U)이 정격속도(Urated) 이상일 경우에는 초과된 풍속에 의해 초과된 전력을 감소시키기 위한 유도날개의 위치 이동값을 산출 및 제어함에 따라 임펠러로 유입되는 풍량을 감소시켜 발전기의 회전속도(Nrpm*)를 정격속도(Nrated)로 유지시키는 제 1 단계;
    현재 풍속(U)이 정격풍속(Urated)보다 작고, 정격허용영역의 풍속(Uratedㅁα)보다 작으나, 풍속변화율 산출값(du/dt)이 정격풍속으로의 증가가 예측될 경우 상기 제 1 단계를 수행하는 제 2 단계;
    현재 풍속이 정격 허용영역의 풍속(Uratedㅁα) 보다 작거나, 풍속변화율 산출값(du/dt)이 정격속도로 증가되지 않을 것으로 예측되면 상기 가변출력 운전과정으로 이행하는 제 3 단계; 및
    상기 제 1 단계에서 오류가 발생할 경우 해당 정지모드로 진행하는 제 4 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 정지과정은 상기 제어부의 제어에 의하여 발전기, 유도날개 또는 임펠러 중 적어도 하나 이상을 제동하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  14. 제 8 내지 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정지모드는 설정된 오류정지모드 또는 응급정지모드로 선택 진행되며,
    상기 오류정지모드는 제어부에 수신된 현재 풍속이 발전을 위한 최저풍속(Ucut-in)보다 작은 저풍속일 경우에 진행하는 저풍속 정지모드; 구조물 센서로부터 수신된 구조물 변위량이 기 설정된 범위 이내 일 경우에 진행하는 유도날개 정지모드; 및 임펠러, 발전기를 제동하는 각 주,보조제동부와 유도날개 구동/제동부로부터 제동오류 신호가 수신될 경우에 진행하는 제동부 정지모드;로 진행되며,
    상기 응급정지모드는 상기 제어부에 수신된 현재풍속이 발전정지 최고풍속(Ucut-out)이상의 과풍속일 경우에 진행하는 과풍속 정지모드; 발전기의 오류신호가 수신될 경우 및 구조물의 변위를 측정하는 구조물센서로부터 수신된 구조물의 변위량이 기 설정된 범위를 크게 벗어날 경우에 진행하는 발전기 정지모드; 및 상기 유도날개의 오류신호가 수신될 경우에 진행하는 상기 유도날개 정지모드;로 진행되는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 저풍속 정지모드는 상기 제어부에 수신된 현재풍속이 구동준비 최저풍속(Ucut-in)보다 작은 저풍속 데이터가 수신됨에 따라 발전기 정지신호(Nrpm*=0)를 발생하여 전기적으로 정지시키는 단계;
    상기 발전기가 정지되면 발전기 및 임펠러를 제동시키는 단계; 및
    상기 발전기와 계통을 분리한 후 상기 발전준비과정으로 이행하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 유도날개 정지모드는 제어부의 제어신호에 따라 유도날개를 제동시키고, 상기 제어부에 의하여 발전기가 정지될 때까지 상기 발전기 정지신호(Nrpm*=0)를 출력하는 단계; 및
    상기 발전기가 전기적으로 정지되면 상기 발전기 및 임펠러를 제동시킨 후 상기 발전기의 계통을 분리하는 단계; 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제동부 정지모드는 상기 유도날개를 일정각도씩 이동시켜 임펠러로 유입되는 바람을 막는 단계;
    상기 발전기에 정지신호(Nrpm*=0)를 출력하여 전기적으로 정지시키는 단계; 및
    상기 발전기가 정지되면 발전기와 계통을 분리한 후 상기 유도날개를 제동시키는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 과풍속 정지모드는 상기 제어부에 수신된 현재 풍속이 기 설정된 발전정지 최고풍속(Ucut-out)을 초과한 과풍속으로 판단됨에 따라 유도날개를 일정각도씩 이동시켜 임펠러로 유입되는 바람을 막은 후 상기 유도날개를 제동시키는 단계; 및
    상기 발전기의 계통을 분리한 후 발전준비과정으로 이행하는 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 발전기 정지모드는 발전기 오류신호가 수신 또는 구조물의 변위를 측정하는 구조물센서로부터 수신된 구조물의 변위량이 기 설정된 범위를 크게 벗어날 경우 상기 임펠러, 발전기 및 유도날개를 제동한 후, 상기 발전기와 계통을 분리하는 것을 특징으로 하는 수직축 풍력발전시스템의 제어방법.
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