KR20090083371A - 풍력 발전 장치, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법 - Google Patents

풍력 발전 장치, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전 성능을 향상시키는 동시에, 풍차의 피로 하중을 저감시킬 수 있는 풍력 발전 장치, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위하여, 데이터 축적부(25)에 의해, 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력(P), 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속(Ws), 및 풍향계에 의해 측정된 풍향(θw)과 너셀의 방위의 차인 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하고, 상기 축적 데이터의 통계 해석을 분석부(26)에 의해 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 풍향계의 보정값(θd)으로 하여 유입 풍속마다의 풍향계의 보정값을 풍향 보정 테이블(27)에 기억하고, 운전 제어부(30)에 의해 풍향계에 의한 풍향(Vw)을 유입 풍속(Ws)마다의 풍향계의 보정값(θd)으로 보정하고 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행한다.
데이터 축적부, 분석부, 풍향 보정 테이블, 보정값, 피치각 제어부

Description

풍력 발전 장치, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법{WIND POWER GENERATOR, WIND POWER GENERATION SYSTEM, AND GENERATION CONTROL METHOD OF WIND POWER GENERATOR}
본 발명은, 풍력 발전 장치, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법에 관한 것으로, 특히 장치 비용의 증대를 초래하는 일 없이, 보다 적정한 풍향을 얻어 풍력 발전 장치의 발전 제어에 제공함으로써, 발전 성능을 향상시키는 동시에, 풍차의 피로 하중을 저감시킬 수 있는 풍력 발전 장치, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력 발전 장치에서는 너셀 상에 설치된 풍속계 및 풍향계를 사용하여 풍속 및 풍향의 계측을 행하여, 운전 제어에 있어서의 제어 파라미터로서 사용하고 있다. 그러나, 이들 풍속 및 풍향은 로터 하류측에서 계측되고 있기 때문에, 풍속은 감속된 것, 또한 풍향은 편류된 것이 유입됨으로써 계측 정밀도에 문제가 있다.
따라서, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 평11-159436호 공보에 개시된 「풍력 발전 시스템」등에서는 전파를 이용한 도플러 레이더를 사용하여 풍력 발전 장치의 로터 전방의 바람 벡터를 측정하여 그 바람 벡터로부터 풍력 발전 장치의 출 력값을 예측하여 상기 예측 출력값에 기초하여 전력 계통측 발전기의 출력 제어를 행하는 수법이 제안되어 있다.
특허 문헌1 : 일본 특허 출원 공개 평11-159436호 공보
상술한 특허 문헌1에 개시된 기술에 있어서는 계측 정밀도를 개선하기 위해, 도플러 레이더를 사용하여 풍력 발전 장치 전방의 바람 벡터를 측정하고 있으나, 이러한 도플러 레이더나 초음파 방식 풍속계 등은 고가이어서 비용적으로 문제가 있다.
또한, 풍속에 대해서는 로터 하류에 설치된 저비용의 풍속계를 사용할 경우에도, 별도로 행하는 캘리브레이션 결과를 사용하여 보정하는 수법이 제안되고 있으나, 풍향에 관해서는 지금까지 보정이 행해져 오지 않았다. 그 때문에, 특히 너셀 방위를 조정하여 블레이드 회전면을 풍향에 추종시키는 요각(yaw angle) 제어를 행할 경우에는, 편류 후의 풍향 데이터에 근거하고 있기 때문에, 블레이드 회전면이 풍향의 정면을 향하고 있지 않아, 충분한 출력이 얻을 수 없을 가능성이 있다. 또한, 편류된 상태에서 운전을 계속하는 것은, 풍차 변동 하중의 증대를 초래하기 때문에 건전성 확보의 관점에서 바람직하지 못하다고 하는 사정이 있었다.
본 발명은, 상기 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 장치 비용의 증대를 초래하는 일 없이, 보다 적정한 풍향을 얻어 풍력 발전 장치의 발전 제어에 제공함으로써 발전 성능을 향상시키는 동시에, 풍차의 피로 하중을 저감시킬 수 있는 풍력 발전 장치, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.
본 발명의 제1 형태는, 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 풍력 발전 장치이며, 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향계에 의해 측정된 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적부와, 상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석부와, 상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어부를 구비하는 풍력 발전 장치이다.
본 실시 형태에 따르면, 운전 시에 수시로 축적되는 축적 데이터를 기초로 하여 풍향의 보정을 행하므로, 장치 비용의 증대를 초래하는 일 없이, 보다 적정한 풍향을 얻을 수 있다. 또한, 보정된 풍향을 사용하여 발전 제어를 행하게 했으므로, 발전 성능을 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 제2 형태는, 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 풍력 발전 장치이며, 상기 요각 제어 기구에 의해, 소정 시간마다, 타깃으로 하는 풍향에 대하여 소정량씩 상기 너셀의 방위를 단계적으로 변화시켜 상기 타깃 풍향과 상기 너셀 방위의 차인 풍향 편차를 변화시키는 학습 모드로 당해 풍력 발전 장치를 운전시키는 학습 모드 제어부와, 상기 학습 모드의 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적부와, 상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석부와, 통상 운전 시에 상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어부를 구비하는 풍력 발전 장치이다.
본 실시 형태에 따르면, 운전 시에 수시로 축적되는 축적 데이터를 기초로 하여 풍향의 보정을 행하므로, 장치 비용의 증대를 초래하는 일 없이 보다 적정한 풍향을 얻을 수 있다. 또한, 보정된 풍향을 사용하여 발전 제어를 행하게 했으므로 발전 성능을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 별도로 학습 모드에 의한 운전 제어를 설치하여 강제적으로 풍향 편차를 변화시켜 데이터 수집을 행하므로, 보다 단기간에 풍향계의 보정값을 얻을 수 있다.
상기 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 풍향계에 의한 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차에 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 더한 보정 풍향 편차에 근거하는 요각 지령을 상기 요각 제어 기구로 출력하는 요각 제어부를 구비하는 것으로 해도 된다.
이와 같이, 보정된 풍향을 사용하여 요각 제어를 행하게 했으므로 발전 성능을 향상시킬 수 있는 동시에, 풍차의 피로 하중을 저감시킬 수 있다.
상기 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 데이터 축적부는 운전 시에 있어서의 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요각 제어 기구에 있어서의 요 모터의 소비 전력, 혹은 발전 출력에 FFT 처리를 실시했을 때의 파워 스펙트럼에 있어서의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나와, 상기 유입 풍속과, 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하고, 상기 분석부는 상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 상기 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요 모터의 소비 전력, 혹은 상기 발전 출력의 파워 스펙트럼의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크 또는 언더 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 것으로 해도 된다.
본 발명의 제3 형태는, 각각이 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 복수대의 풍력 발전 장치와, 상기 복수대의 풍력 발전 장치의 운전을 집중 관리하는 중앙 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 시스템이며, 상기 중앙 제어 장치는, 특정한 풍력 발전 장치 또는 특정한 복수대의 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향계에 의해 측정된 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적부와, 상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석부를 구비하고, 각 상기 풍력 발전 장치는, 상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어부를 각각 구비하는 풍력 발전 시스템이다.
본 발명의 제4 형태는, 각각이 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 복수대의 풍력 발전 장치와, 상기 복수대의 풍력 발전 장치의 운전을 집중 관리하는 중앙 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 시스템이며, 상기 중앙 제어 장치는 특정한 풍력 발전 장치 또는 특정한 복수대의 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 요각 제어 기구에 의해, 소정 시간마다 타깃으로 하는 풍향에 대하여 소정량씩 상기 너셀의 방위를 단계적으로 변화시켜, 상기 타깃 풍향과 상기 너셀 방위의 차인 풍향 편차를 변화시키는 학습 모드로 상기 특정한 풍력 발전 장치 또는 특정한 복수대의 풍력 발전 장치를 운전시키는 학습 모드 제어부와, 상기 학습 모드의 특정한 풍력 발전 장치 또는 특정한 복수대의 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적부와, 상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석부를 구비하고, 각 상기 풍력 발전 장치는 통상 운전 시에 상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어부를 각각 구비하는 풍력 발전 시스템이다.
이러한 풍력 발전 시스템에 따르면, 운전 시에 수시로 축적되는 축적 데이터를 기초로 하여 풍향의 보정을 행하므로, 장치 비용의 증대를 초래하는 일 없이 보다 적정한 풍향을 얻을 수 있고, 또한 보정된 풍향을 사용하여 발전 제어를 행하게 했으므로 발전 성능을 향상시키는 것이 가능해진다.
상기 풍력 발전 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 풍향계에 의한 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차에 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 더한 보정 풍향 편차에 근거하는 요각 지령을 상기 요각 제어 기구로 출력하는 요각 제어부를 구비하는 것으로 해도 된다.
보정된 풍향을 사용하여 요각 제어를 행하게 했으므로 발전 성능을 향상시킬 수 있는 동시에, 풍차의 피로 하중을 저감시킬 수 있다.
상기 풍력 발전 시스템에 있어서, 상기 데이터 축적부는, 운전 시에 있어서의 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요각 제어 기구에 있어서의 요 모터의 소비 전력, 혹은 발전 출력에 FFT 처리를 실시했을 때의 파워 스펙트럼에 있어서의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나와, 상기 유입 풍속과, 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하고, 상기 분석부는 상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 상기 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요 모터의 소비 전력, 혹은 상기 발전 출력의 파워 스펙트럼의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크 또는 언더 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 것으로 해도 된다.
본 발명의 제5 형태는 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법이며, 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향계에 의해 측정된 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적 공정과, 상기 데이터 축적 공정에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석 공정과, 상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어 공정을 갖는 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법이다.
본 실시 형태에 따르면, 운전 시에 수시로 축적되는 축적 데이터를 기초로 하여 풍향의 보정을 행하므로, 장치 비용의 증대를 초래하는 일 없이 보다 적정한 풍향을 얻을 수 있고, 또한 보정된 풍향을 사용하여 발전 제어를 행하게 했으므로 발전 성능을 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 제6 형태는, 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법이며, 상기 요각 제어 기구에 의해, 소정 시간마다 타깃으로 하는 풍향에 대하여 소정량씩 상기 너셀의 방위를 단계적으로 변화시켜 상기 타깃 풍향과 상기 너셀 방위의 차인 풍향 편차를 변화시키는 학습 모드로 당해 풍력 발전 장치를 운전시키는 학습 모드 제어 공정과, 상기 학습 모드의 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적 공정과, 상기 데이터 축적 스텝에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석 공정과, 통상 운전 시에 상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어 공정을 갖는 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법이다.
본 실시 형태에 따르면 운전 시에 수시로 축적되는 축적 데이터를 기초로 하여 풍향의 보정을 행하므로, 장치 비용의 증대를 초래하는 일 없이 보다 적정한 풍향을 얻을 수 있고, 또한 보정된 풍향을 사용하여 발전 제어를 행하게 했으므로 발전 성능을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 별도로 학습 모드에 의한 운전 제어를 설치하여 강제적으로 풍향 편차를 변화시켜 데이터 수집을 행하므로, 보다 단기간에 풍향계의 보정값을 얻을 수 있다.
상기 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법에 있어서, 상기 제어 공정은, 상기 풍향계에 의한 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차에 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 더한 보정 풍향 편차에 근거하는 요각 지령을 상기 요각 제어 기구로 출력하는 요각 제어 공정을 갖는 것으로 해도 된다.
보정된 풍향을 사용하여 요각 제어를 행하게 했으므로, 발전 성능을 향상시킬 수 있는 동시에, 풍차의 피로 하중을 저감시킬 수 있다.
상기 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법에 있어서, 상기 데이터 축적 공정은, 운전 시에 있어서의 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요각 제어 기구에 있어서의 요 모터의 소비 전력, 혹은 발전 출력에 FFT 처리를 실시했을 때의 파워 스펙트럼에 있어서의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나와, 상기 유입 풍속과, 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하고, 상기 분석 공정은 상기 데이터 축적 공정에 있어서의 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 상기 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요 모터의 소비 전력, 혹은 상기 발전 출력의 파워 스펙트럼의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크 또는 언더 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 것으로 해도 된다.
운전 시에 수시로 축적되는 축적 데이터를 기초로 하여 풍향의 보정을 행하므로, 장치 비용의 증대를 초래하는 일 없이 보다 적정한 풍향을 얻을 수 있다.
또한, 보정된 풍향을 사용하여 발전 제어를 행하게 했으므로, 발전 성능을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 보정된 풍향을 사용하여 요각 제어를 행하게 했으므로 발전 성능을 향상시킬 수 있는 동시에, 풍차의 피로 하중을 저감시킬 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치의 전체의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 제어 장치의 상세 구성도이다.
도 3은 유입 풍속에 대한 발전 출력, 회전수 및 피치각의 변화를 설명하는 설명도이다.
도 4는 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 예시하는 설명도이다.
도 5는 데이터 축적부 및 분석부에 의한 풍향 보정 테이블의 작성과, 요각 제어부에 의한 요각 제어를 설명하는 설명도이다.
도 6은 데이터 축적부 및 분석부에 의한 풍향 보정 테이블의 작성과, 요각 제어부에 의한 요각 제어를 설명하는 설명도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템의 구성도이다.
<부호의 설명>
2, 2-1 내지 2-M : 타워
3, 3-1 내지 3-M : 너셀
5 : 풍속계
6 : 풍향계
11 : 풍차 로터
12 : 풍차 블레이드
14 : 증속기
15 : 발전기 시스템
17 : 피치각 제어 기구
18 : 요각 제어 기구
20, 130-1 내지 130-M : 제어부
21 : 발전기 출력 제어부
22 : 피치각 제어부
23 : 요각 제어부
24 : 유입 풍속 추정부
25, 125 : 데이터 축적부
26, 126 : 분석부
27, 127 : 풍향 보정 테이블
128 : 학습 모드 제어부
30 : 운전 제어부
1-1 내지 1-M : 풍력 발전 장치
100 : 중앙 제어 장치
101 : 송수신부
이하, 본 발명의 풍력 발전 장치, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
〔제1 실시 형태〕
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치의 구성도이다. 도 1은 전체의 개략 구성도이며, 도 2는 도 1에 도시한 제어 장치의 상세 구성도이다.
도 1에 있어서, 제1 실시 형태의 풍력 발전 장치는, 풍속계(5), 풍향계(6), 풍차 로터(11), 풍차 블레이드(12), 증속기(14), 발전기 시스템(15), 피치각 제어 기구(17), 요각 제어 기구(18) 및 제어 장치(20)를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 도 1에서, 참조 부호 2는 타워, 참조 부호 3은 너셀이다.
풍차 로터(11)에 설치된 복수매의 풍차 블레이드(12)가 풍력 에너지를 받아서 풍차 로터(11)와 함께 회전하고, 증속기(14)에 의해 증속된 후, 발전기 시스템(15) 내의 발전기를 구동하여 발전함으로써 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하고 있다. 또한, 본 실시 형태의 풍력 발전 장치는 가변속 회전 제어 방식의 풍력 발전 장치이며, 발전기로서 권선형 유도 발전기 또는 동기 발전기 등을 이용한다. 또한, 동기 발전기를 이용한 구성에서는 발전기의 출력을 일단 직류로 변환하여 다 시 인버터에 의해 교류로 변환하는 AC-DC-AC 링크 방식을 사용한다.
풍속계(5) 및 풍향계(6)는 너셀(3) 위이며 풍차 로터(12)의 하류측에 설치되어 있다. 또한, 피치각 제어 기구(17)는 제어 장치(20)의 피치각 제어부(22)(도 2 참조)로부터의 피치각 지령(θp)을 기초로 풍차 블레이드(12)의 피치각을 제어하는 것으로, 그 구조 등은 종래의 것과 동등하다. 또한, 요각 제어 기구(18)는 제어 장치(20)의 요각 제어부(23)(도 2 참조)로부터의 요각 지령(θy)을 기초로 너셀(3)의 방위를 제어하는 것으로, 그 구조 등은 종래의 것과 동등하다.
다음에, 상기 제어 장치(20)는 도 2에 도시한 바와 같이 운전 제어부(30)와, 유입 풍속 추정부(24)와, 데이터 축적부(25)와, 분석부(26)와, 풍향 보정 테이블(27)을 주된 구성으로 하여 구비하고 있다. 상기 운전 제어부(30)는 발전기 출력 제어부(21), 피치각 제어부(22) 및 요각 제어부(23)을 주된 구성으로 하여 구비하고 있다.
유입 풍속 추정부(24)는 별도로 행하는 캘리브레이션 결과를 사용하여, 풍속계(5)에 의해 계측된 풍속(Vw)을 보정하고, 보정 후의 풍속을 유입 풍속(Ws)으로서 출력한다.
또한, 데이터 축적부(25)는 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력(P), 풍속계(5)에 의해 측정된 풍속(Vw)을 기초로 추정되는 유입 풍속(Ws), 및 풍향계(6)에 의해 측정된 풍향(θw)과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적한다.
분석부(26)는 데이터 축적부(25)에 의한 축적 데이터에 대하여 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속(Ws)에 있어서의 발전 출력(P)의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 풍향계(6)(도 1 참조)의 보정값(θd)으로 하여 유입 풍속(Ws)마다의 풍향계(6)의 보정값(θd)을 풍향 보정 테이블(27)에 기억한다. 또한, 축적 데이터로부터 분포 곡선을 구하는 통계 해석 수법은, 특별히 한정되는 일 없이 일반적으로 사용되고 있는 수법을 사용하면 된다.
운전 제어부(제어부)(30)는 풍향계(6)에 의한 풍향을 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행한다.
발전 출력 제어부(21)는 종래 사용되고 있는 수법, 예를 들어 피드백 제어나 피드 포워드 제어 등을 사용하면 되고, 예를 들어 공기 밀도(ρ)를 기초로 최적 게인을 구하여 상기 최적 게인 및 발전기 회전 속도(ω)를 기초로 발전량을 지시하는 발전 출력 지령(Pd)을 발전기 시스템(15)으로 출력한다.
피치각 제어부(22)는 종래 사용되고 있는 수법을 사용하면 되고, 예를 들어 유입 풍속(Ws)에 대하여 최대 출력을 부여하는 피치각을 구하여 공기 밀도(β)로 이것을 보정하고, 보정 후의 피치각을 피치각 지령(θp)으로 하여 피치각 제어 기구(17)로 출력한다.
요각 제어부(23)는 풍향계(6)에 의해 계측된 풍향(θw)과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차에 유입 풍속(Ws)마다의 풍향계의 보정값(θd)을 더한 보정 풍향 편차에 근거하는 요각 지령(θy)을 생성하고, 상기 요각 지령(θy)을 요각 제어 기구(18)로 출력한다.
다음에, 이상의 구성 요소를 구비하는 본 실시 형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 발전 제어 방법에 대해, 도 3으로부터 도 5를 참조하여 설명한다. 여기서, 도 3은 유입 풍속에 대한 발전 출력(P), 회전수(Ω) 및 피치각(θp)의 변화를 설명하는 설명도이며, 도 4는 각 유입 풍속(Ws1 내지 Ws4)에 있어서의 발전 출력(P)의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 예시하는 설명도이며, 도 5는 데이터 축적부(25) 및 분석부(26)에 의한 풍향 보정 테이블(27)의 작성과, 요각 제어부(23)에 의한 요각 제어를 설명하는 설명도이다.
일반적으로, 풍력 발전 장치에서는 풍향의 변동에 대해서는 너셀(3)의 방위를 제어(요각 제어)하고 풍속의 변동에 대해서는 회전 속도를 제어함으로써 안정적이면서 효율적으로 발전할 수 있도록 제어하고 있다. 또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 풍력 발전 장치에서는 발전 능력(정격 출력)이 한정되어 있기 때문에, 일정 속도를 초과하는 바람이 불었을 때에는, 발전 출력(회전 속도)을 제어할 필요가 있어, 풍차 블레이드(12)의 피치각의 제어로 회전 속도 제어를 행하고 있다. 즉, 정격 출력에 미치지 않는 비교적 약풍 시에는 발전 효율이 향상되도록, 또한 정격 출력에 도달할 수 있는 비교적 강풍 시에는 발전 효율이 저하되도록 피치각 제어를 행하여 발전 출력의 제어를 행하고 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 요각 제어에서는 너셀(3)의 방위를 조정하여 풍차 블레이드(12)의 회전면을 풍향에 추종시키나, 풍차 로터(12)의 하류측에 설치된 풍향계(6)에 의한 풍속, 즉 편류 후의 풍향에 기초하고 있기 때문에, 풍차 블레이드(12)의 회전면이 풍향의 정면을 향하고 있지 않다.
즉, 도 4에 도시한 바와 같이 유입 풍속(Ws4)에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선에서, 발전 출력이 피크가 되는 풍향 편차는 제로가 아니고, 예를 들어 마이너스 방향으로 Δθ만큼 어긋난 풍향 편차가 된다. 풍차 블레이드(12)의 회전면이 풍향의 정면을 향하고 있을 때에 발전 출력은 최대가 되기 때문에 이 풍향 편차의 편차량(Δθ)이 편류에 의한 풍향계(6)의 오차이며, 풍향계(6)의 오프셋량으로서 파악할 수 있다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이 유입 풍속(Ws)이 빨라지면 편류에 의한 영향 정도도 커지기 때문에 유입 풍속(Ws)이 빠를수록 풍향 편차의 편차량(Δθ)은 커진다.
다음에, 도 5를 참조하여 더 구체적으로 설명한다. 우선, 데이터 축적부(25)에 의해 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력(P)과, 유입 풍속 추정부(24)에 의해 추정된 유입 풍속(Ws)과, 풍향계(6)에 의해 측정된 풍향(θw)과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차에 의한 데이터 세트를 순차적으로 축적해 간다. 어느 유입 풍속에 대해 축적 데이터를 발전 출력(P) 대향 편차의 평면 상에 플롯하면, 예를 들어 프레임 내의 도면에 도시한 바와 같은 분포가 얻어진다. 이 분포를 따른 분포 곡선을 분석부(26)의 통계 해석에 의해 구하여, 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차[편차량(Δθ)]를 풍향계(6)의 보정값(θd)으로 한다. 이 일련의 처리를 모든 유입 풍속(Ws)에 대하여 행하여 각 유입 풍속(Ws)에 대한 풍향계(6)의 보정값(θd)을 풍향 보정 테이블(27)에 기억한다.
한편, 요각 제어부(23)에서는 유입 풍속 추정부(24)로부터 출력된(현 시점의) 유입 풍속(Ws)을 기초로 풍향 보정 테이블(27)을 참조하여 풍향계(6)의 보정 값(θd)을 얻는다. 또 다른 한편, 풍향계(6)에 의해 계측된 풍향(θw)과, 너셀(3)의 방위의 차를 취하여 풍향 편차를 구하고, 이것을 오프셋 지령으로 한다. 상기 오프셋 지령에 풍향계의 보정값(θd)을 더하여 보정된 풍향 편차를 수정 오프셋 지령[요각 지령(θy)]으로 하여 요각 제어 기구(18)로 출력한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법에서는, 데이터 축적부(25)에 의해 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력(P), 풍속계(5)에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속(Ws), 및 풍향계(6)에 의해 측정된 풍향(θw)과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하여 상기 축적 데이터의 통계 해석을 분석부(26)에 의해 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구한다.
또한, 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 풍향계(6)의 보정값(θd)으로 하여 유입 풍속마다의 풍향계의 보정값을 풍향 보정 테이블(27)에 기억하고, 운전 제어부(30)에 있어서, 풍향계(6)에 의한 풍향(Vw)을 유입 풍속(Ws)마다의 풍향계의 보정값(θd)으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행한다.
특히, 운전 제어부(30)의 요각 제어부(23)에서는, 풍향계(6)에 의한 풍향과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차에 유입 풍속(Ws)마다의 풍향계(6)의 보정값(θd)을 더한 보정 풍향 편차에 근거하는 요각 지령(θy)을 요각 제어 기구(18)로 출력하도록 하고 있다.
이렇게, 운전 시에 수시로 축적되는 축적 데이터를 기초로 하여 풍향의 보정을 행하므로, 장치 비용의 증대를 초래하는 일 없이 보다 적정한 풍향을 얻을 수 있다. 또한, 보정된 풍향을 사용하여 요각 제어를 행하게 했으므로 발전 성능을 향상시킬 수 있는 동시에, 풍차의 피로 하중을 저감시킬 수 있다.
또한, 풍향계(6)의 오차의 원인인 편류의 크기는, 풍력 발전 장치 본체뿐만 아니라, 유입 풍속이나, 사이트 주변의 지형, 또한 설치 상황에 따라서는 주변의 풍력 발전 장치의 영향도 받을 가능성이 있다. 이로 인해, 풍향계(6)의 오프셋량은 순차적으로 변화되게 되어, 최적의 사전 조정은 곤란하다. 따라서, 소정 주기로 정기적으로 분석부(26)를 반복함으로써, 풍향 보정 테이블(27)에는 항상 최적의 보정값을 유지할 수 있어 계속하여 발전 성능을 향상시킬 수 있다.
〔제2 실시 형태〕
다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법에 대하여 설명한다. 제2 실시 형태의 풍력 발전 장치의 구성은, 상술한 제1 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치 등과 거의 마찬가지의 구성을 구비하나, 제어 장치(20)에 학습 모드 제어부를 구비하는 점에서 상이하다.
제1 실시 형태에서는 운전 중에 풍향 보정 테이블(27)의 작성·갱신을 행하고 있는 것에 대해, 본 실시 형태의 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법에서는, 통상 운전과는 다른 학습 모드에 의한 운전을 행하여 풍향 보정 테이블(27)을 작성하는 것이다.
즉, 학습 모드 제어부에서는, 요각 제어 기구(18)에 의해, 소정 시간마다 타 깃으로 하는 풍향에 대하여 소정량씩 너셀(3)의 방위를 단계적으로 변화시켜, 타깃 풍향과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차를 변화시키는 학습 모드로 당해 풍력 발전 장치를 운전시킨다.
또한, 데이터 축적부(25)는 학습 모드의 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력(P), 풍속계(5)에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속(Ws), 및 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적한다. 분석부(26)에서는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속(Ws)에 있어서의 발전 출력(P)의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 풍향계의 보정값(θd)으로 하여 유입 풍속마다의 풍향계의 보정값을 풍향 보정 테이블(27)에 기억한다.
다음에, 본 실시 형태의 풍력 발전 장치에 있어서의 발전 제어 방법에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다. 여기서, 도 6은 데이터 축적부(25) 및 분석부(26)에 의한 풍향 보정 테이블(27)의 작성과, 요각 제어부(23)에 의한 요각 제어를 설명하는 설명도이다.
우선, 학습 모드 제어부에 의해, 학습 모드로 당해 풍력 발전 장치를 운전하고, 요각 제어 기구(18)에 의해 소정 시간마다 타깃으로 하는 풍향에 대하여 소정량씩 너셀(3)의 방위를 단계적으로 변화시켜, 타깃 풍향과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차를 변화시킨다.
다음에, 데이터 축적부(25)에 의해 당해 풍력 발전 장치의 학습 모드 운전 시에 있어서의 발전 출력(P)과, 유입 풍속 추정부(24)에 의해 추정된 유입 풍 속(Ws)과, 풍향계(6)에 의해 측정된 풍향(θw)과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차에 의한 데이터 세트를 순차적으로 축적해 간다.
어느 유입 풍속에 대해, 축적 데이터를 발전 출력(P) 대향 편차의 평면 상에 플롯하면, 예를 들어 프레임 내의 도면에 도시한 바와 같은 분포가 얻어진다. 이 분포를 따른 분포 곡선을 분석부(26)의 통계 해석에 의해 구하여, 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차[편차량(Δθ)]를 풍향계(6)의 보정값(θd)으로 한다. 이 일련의 처리를 모든 유입 풍속(Ws)에 대하여 행하여 각 유입 풍속(Ws)에 대한 풍향계(6)의 보정값(θd)을 풍향 보정 테이블(27)에 기억한다.
한편, 요각 제어부(23)에서는 유입 풍속 추정부(24)로부터 출력된(현 시점의) 유입 풍속(Ws)을 기초로 풍향 보정 테이블(27)을 참조하여 풍향계(6)의 보정값(θd)을 얻는다. 또 다른 한편, 풍향계(6)에 의해 계측된 풍향(θw)과, 너셀(3)의 방위의 차를 취하여 풍향 편차를 구하여 이것을 오프셋 지령으로 한다.
상기 오프셋 지령에 풍향계의 보정값(θd)을 더하여 보정된 풍향 편차를 수정 오프셋 지령[요각 지령(θy)]으로 하여, 요각 제어 기구(18)로 출력한다.
또한, 학습 모드로 풍향 보정 테이블(27)을 작성한 후, 일정 시간, 요각 제어부(23)에 의한 요각 제어를 행하여 수정 오프셋 지령[요각 지령(θy)]이 거의 제로가 되는지의 여부의 확인을 행하는 것이 바람직하다. 거의 제로가 되면 적정한 풍향 보정 테이블(27)이 얻어졌다고 간주하여 학습 모드를 종료해도 되나, 제로가 되지 않으면 적정한 풍향 보정 테이블(27)이 얻어지지 않았으므로, 다시 학습 모드에 의한 풍향 보정 테이블(27)의 작성을 시도한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법에서는, 학습 모드 제어부에 의해 요각 제어 기구(18)를 사용하여, 소정 시간마다 타깃으로 하는 풍향에 대하여 소정량씩 너셀(3)의 방위를 단계적으로 변화시켜, 타깃 풍향과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차를 변화시키는 학습 모드로 당해 풍력 발전 장치를 운전시켜, 데이터 축적부(25)에 의해 학습 모드의 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력(P), 풍속계(5)에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속(Ws), 및 풍향계(6)에 의해 측정된 풍향(θw)과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적한다.
그리고, 상기 축적 데이터의 통계 해석을 분석부(26)에 의해 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 풍향계(6)의 보정값(θd)으로 하여 유입 풍속마다의 풍향계의 보정값을 풍향 보정 테이블(27)에 기억하고, 운전 제어부(30)에 의해 풍향계(6)에 의한 풍향(Vw)을 유입 풍속(Ws)마다의 풍향계의 보정값(θd)으로 보정하여, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행한다.
특히, 운전 제어부(30)의 요각 제어부(23)에서는 풍향계(6)에 의한 풍향과 너셀(3)의 방위의 차인 풍향 편차에 유입 풍속(Ws)마다의 풍향계(6)의 보정값(θd)을 더한 보정 풍향 편차를 기초로 하는 요각 지령(θy)을 요각 제어 기구(18)로 출력하도록 하고 있다.
이와 같이, 학습 모드 시에 수시로 축적되는 축적 데이터를 기초로 하여 풍향의 보정을 행하므로, 장치 비용의 증대를 초래하는 일 없이 보다 적정한 풍향을 얻을 수 있다. 또한, 보정된 풍향을 사용하여 요각 제어를 행하게 했으므로 발전 성능을 향상시킬 수 있는 동시에, 풍차의 피로 하중을 저감시킬 수 있다.
또한, 별도로 학습 모드에 의한 운전 제어를 설치하여 강제적으로 풍향 편차를 변화시켜 데이터 수집을 행하므로, 자연에 맡겨 데이터 수집을 행하는 제1 실시 형태에 비해, 단기간에 필요로 하는 데이터를 축적할 수 있으므로 단기간 내에 풍향 보정 테이블(27)을 작성할 수 있고, 특히 사이트 구동 시의 초기 설정에 유효하다.
〔제3 실시 형태〕
다음에, 도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 풍력 발전 시스템의 구성도이다. 도 7에 있어서, 본 실시 형태의 풍력 발전 시스템은, M대의 풍력 발전 장치(1-1 내지 1-M)를 구비하는 윈드 팜이며, M대의 풍력 발전 장치(1-1 내지 1-M)의 운전을 집중 관리하는 중앙 제어 장치(100)를 구비하고 있다.
각 풍력 발전 장치(1-1 내지 1-M)의 개략 구성은 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 마찬가지로, 도 1에서 도시되는 구성을 가지나, 제어부(130-1 내지 130-M)의 상세 구성은, 도 2에 도시한 발전기 출력 제어부(21), 피치각 제어부(22) 및 요각 제어부(23)를 구비하는 운전 제어부(30)와, 유입 풍속 추정부(24)를 적어도 구비하고 있으면 되고, 그 밖의 구성 요소는 불필요하다.
또한, 중앙 제어 장치(100)는 송수신부(101), 데이터 축적부(125), 분석부(126), 풍향 보정 테이블(127) 및 학습 모드 제어부(128)를 구비하고 있다.
본 실시 형태의 풍력 발전 시스템에서는 중앙 제어 장치(100)의 학습 모드 제어부(128)에 의해, 특정한 풍력 발전 장치 또는 특정한 복수대의 풍력 발전 장치를 선정하고, 상기 풍력 발전 장치에 있어서, 요각 제어 기구(18)에 의해 소정 시간마다, 타깃으로 하는 풍향에 대하여 소정량씩 너셀의 방위를 단계적으로 변화시켜, 타깃 풍향과 너셀 방위의 차인 풍향 편차를 변화시키는 학습 모드로 상기 풍력 발전 장치를 운전시킨다.
그리고, 데이터 축적부(125)에 의해 학습 모드의 운전 시에 있어서의 발전 출력(P), 풍속계(5)에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속(Ws), 및 풍향 편차의 데이터 세트를, 특정한 풍력 발전 장치 또는 특정한 복수대의 풍력 발전 장치로부터 순차적으로 수신하여 축적하고, 분석부(126)에 의해 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속(Ws)에 있어서의 발전 출력(P)의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구한다.
또한 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 풍향계(6)의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 풍향계(6)의 보정값을 풍향 보정 테이블(127)에 기억한다.
또한, 특정한 복수대의 풍력 발전 장치를 선정하여 데이터 수집할 경우에는, 복수대의 풍력 발전 장치로부터 순차적으로 수신되는 데이터 세트를 단순히 중첩하여 1개의 축적 데이터를 만든다. 또한, 각 풍력 발전 장치(1-1 내지 1-M)의 제어부(130-1 내지 130-M)[발전기 출력 제어부(21), 피치각 제어부(22) 및 요각 제어부(23)를 구비하는 운전 제어부(30)]가 행하는 운전 제어는, 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태와 마찬가지이나, 풍향 보정 테이블을 참조할 때는 중앙 제어 장치(100) 내의 풍향 보정 테이블(127)까지 읽으러 가게 된다.
또한, 풍향 보정 테이블의 데이터 용량은 작으므로, 각 풍력 발전 장치(1-1 내지 1-M)의 제어부(130-1 내지 130-M) 내에 풍향 보정 테이블을 구비하고, 중앙 제어 장치(100)에 의해 풍향 보정 테이블(127)을 작성한 후에 각 풍력 발전 장치(1-1 내지 1-M)로 일괄 송신하도록 해도 좋다.
일반적으로, 윈드 팜에서는 주변의 풍력 발전 장치의 영향을 받지 않도록, 일정한 간격으로 풍력 발전 장치가 배치되므로, 1대 또는 수 대의 풍력 발전 장치를 선정하여 보다 효율적으로 풍향 보정 테이블(127)을 작성할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 서술해 왔으나, 구체적인 구성은 이들 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.
예를 들어, 축적 데이터에 있어서, 발전 출력(P) 대신에 타워 축 주위의 모멘트를 사용해도 된다. 또한, 축적 데이터에 있어서, 발전 출력(P) 대신에 요각 제어 기구(18)에 있어서의 요 모터의 소비 전력을 사용해도 된다. 이들을 사용할 경우, 분석부(26)는 데이터 축적부(25)에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 타워 축 주위의 모멘트 또는 요 모터의 소비 전력 중 어느 하나의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 풍향계(6)의 보정값(θd)으로 하여 유입 풍속마다의 풍향계(6)의 보정값을 풍향 보정 테이블(27)에 기억하게 된다.
또한, 축적 데이터에 있어서, 발전 출력(P) 대신에 발전 출력에 FFT 처리를 실시했을 때의 파워 스펙트럼에 있어서의 회전 주파수의 N배 성분을 사용해도 된 다. 여기서, N은 풍차 블레이드(12)의 날개의 수이며, 3개인 경우에는 회전 주파수의 파워 스펙트럼의 3배 성분이다. 이 경우, 분석부(26)는 데이터 축적부(25)에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 파워 스펙트럼의 회전 주파수의 N배 성분의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 언더 피크가 되는 풍향 편차를 풍향계(6)의 보정값(θd)으로 하여 유입 풍속마다의 풍향계(6)의 보정값을 풍향 보정 테이블(27)에 기억하게 된다.
또한, 제1 실시 형태로부터 제3 실시 형태에 있어서는, 피치각 제어 및 발전기 출력 제어를 독립하여 행하는 가변속 회전 제어 방식의 풍력 발전 장치의 구성에 적용한 예를 나타냈으나, 운전(시험 운전을 포함한다) 중에 풍향(θw) 및 풍속(Vw)에 대한 발전량(P), 타워 축 주위의 모멘트(Mz), 혹은 요각 제어 기구에 있어서의 요 모터의 소비 전력 등의 데이터를 축적 가능한 구성의 풍력 발전 장치이면 어떤 방식의 것이어도 좋다.

Claims (12)

  1. 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 풍력 발전 장치이며,
    당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향계에 의해 측정된 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적부와,
    상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석부와,
    상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어부를 구비하는, 풍력 발전 장치.
  2. 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 풍력 발전 장치이며,
    상기 요각 제어 기구에 의해, 소정 시간마다, 타깃으로 하는 풍향에 대하여 소정량씩 상기 너셀의 방위를 단계적으로 변화시켜 상기 타깃 풍향과 상기 너셀 방 위의 차인 풍향 편차를 변화시키는 학습 모드로 당해 풍력 발전 장치를 운전시키는 학습 모드 제어부와,
    상기 학습 모드의 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적부와,
    상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석부와,
    통상 운전 시에 상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어부를 구비하는, 풍력 발전 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 풍향계에 의한 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차에 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 더한 보정 풍향 편차에 근거하는 요각 지령을 상기 요각 제어 기구로 출력하는 요각 제어부를 구비하는, 풍력 발전 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 축적부는, 운전 시에 있어서의 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요각 제어 기구에 있어서의 요 모터의 소비 전력, 혹은 발전 출력에 FFT 처리를 실시했을 때의 파워 스펙트럼에 있어서의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나와, 상기 유입 풍속과, 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하고,
    상기 분석부는, 상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 상기 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요 모터의 소비 전력, 혹은 상기 발전 출력의 파워 스펙트럼의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크 또는 언더 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는, 풍력 발전 장치.
  5. 각각이 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 복수대의 풍력 발전 장치와, 상기 복수대의 풍력 발전 장치의 운전을 집중 관리하는 중앙 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 시스템이며,
    상기 중앙 제어 장치는,
    특정한 풍력 발전 장치 또는 특정한 복수대의 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향계에 의해 측정된 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적부와,
    상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석부를 구비하고,
    각 상기 풍력 발전 장치는,
    상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어부를 각각 구비하는, 풍력 발전 시스템.
  6. 각각이 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 복수대의 풍력 발전 장치와, 상기 복수대의 풍력 발전 장치의 운전을 집중 관리하는 중앙 제어 장치를 구비하는 풍력 발전 시스템이며,
    상기 중앙 제어 장치는,
    특정한 풍력 발전 장치 또는 특정한 복수대의 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 요각 제어 기구에 의해, 소정 시간마다, 타깃으로 하는 풍향에 대하여 소정량씩 상기 너셀의 방위를 단계적으로 변화시켜 상기 타깃 풍향과 상기 너셀 방위의 차인 풍향 편차를 변화시키는 학습 모드로 상기 특정한 풍력 발전 장치 또는 특정한 복수대의 풍력 발전 장치를 운전시키는 학습 모드 제어부와,
    상기 학습 모드의 특정한 풍력 발전 장치 또는 특정한 복수대의 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적부와,
    상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석부를 구비하고,
    각 상기 풍력 발전 장치는,
    통상 운전 시에, 상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어부를 각각 구비하는, 풍력 발전 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 풍향계에 의한 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차에 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 더한 보정 풍향 편차에 근거하는 요각 지령을 상기 요각 제어 기구로 출력하는 요각 제어부를 구비하는, 풍력 발전 시스템.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 축적부는 운전 시에 있어서의 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요각 제어 기구에 있어서의 요 모터의 소비 전력, 혹은 발전 출력에 FFT 처리를 실시했을 때의 파워 스펙트럼에 있어서의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나와, 상기 유입 풍속과, 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하고,
    상기 분석부는, 상기 데이터 축적부에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하 여 각 유입 풍속에 있어서의 상기 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요 모터의 소비 전력, 혹은 상기 발전 출력의 파워 스펙트럼의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크 또는 언더 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는, 풍력 발전 시스템.
  9. 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법이며,
    당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향계에 의해 측정된 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적 공정과,
    상기 데이터 축적 공정에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석 공정과,
    상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어 공정을 갖는, 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법.
  10. 너셀에 설치된 풍속계 및 풍향계와, 상기 너셀의 방위를 제어하는 요각 제어 기구를 구비하는 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법이며,
    상기 요각 제어 기구에 의해, 소정 시간마다, 타깃으로 하는 풍향에 대하여 소정량씩 상기 너셀의 방위를 단계적으로 변화시켜 상기 타깃 풍향과 상기 너셀 방위의 차인 풍향 편차를 변화시키는 학습 모드로 당해 풍력 발전 장치를 운전시키는 학습 모드 제어 공정과,
    상기 학습 모드의 당해 풍력 발전 장치의 운전 시에 있어서의 발전 출력, 상기 풍속계에 의해 측정된 풍속을 기초로 추정되는 유입 풍속, 및 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하는 데이터 축적 공정과,
    상기 데이터 축적 스텝에 의한 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 발전 출력의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는 분석 공정과,
    통상 운전 시에, 상기 풍향계에 의한 풍향을 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값으로 보정하고, 상기 보정 후의 풍향을 제어 파라미터로서 사용하여 발전 제어를 행하는 제어 공정을 갖는, 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 제어 공정은, 상기 풍향계에 의한 풍향과 상기 너셀의 방위의 차인 풍향 편차에 상기 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 더한 보정 풍향 편차에 근거하는 요각 지령을 상기 요각 제어 기구에 출력하는 요각 제어 공정을 갖는, 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터 축적 공정은, 운전 시에 있어서의 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요각 제어 기구에 있어서의 요 모터의 소비 전력, 혹은 발전 출력에 FFT 처리를 실시했을 때의 파워 스펙트럼에 있어서의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나와, 상기 유입 풍속과, 상기 풍향 편차의 데이터 세트를 순차적으로 축적하고,
    상기 분석 공정은, 상기 데이터 축적 공정에 있어서의 축적 데이터의 통계 해석을 행하여 각 유입 풍속에 있어서의 상기 타워 축 주위의 모멘트, 상기 요 모터의 소비 전력, 혹은 상기 발전 출력의 파워 스펙트럼의 회전 주파수의 N배 성분 중 어느 하나의 풍향 편차에 대한 분포 곡선을 구하고 상기 분포 곡선이 피크 또는 언더 피크가 되는 풍향 편차를 상기 풍향계의 보정값으로 하여 유입 풍속마다의 상기 풍향계의 보정값을 기억하는, 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법.
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