KR20100055291A - Wind power generation system - Google Patents

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KR20100055291A
KR20100055291A KR1020080114291A KR20080114291A KR20100055291A KR 20100055291 A KR20100055291 A KR 20100055291A KR 1020080114291 A KR1020080114291 A KR 1020080114291A KR 20080114291 A KR20080114291 A KR 20080114291A KR 20100055291 A KR20100055291 A KR 20100055291A
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최준혁
박종포
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두산중공업 주식회사
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Abstract

PURPOSE: A wind power generation system is provided to individually control the pitch angle of each blade using a data table about the rotation angle of the blade and the wind velocity according to altitude. CONSTITUTION: A wind power generation system comprises a plurality of blades, a spindle, a nacelle, an anemometer and a control device. The spindle is connected to a plurality of blades through a hub and revolves along with the rotation of the blades. The nacelle generates electricity using the torque of the spindle. The anemometer is installed in the nacelle. The control device controls the pitch angle of each blade using the rotation angle of each blade and the velocity of wind, and comprises a wind velocity measurement part for measuring the wind velocity using the information transmitted from the anemometer, a storage part, a rotation angle sensor, a controller and a pitch driving part. The storage part stores a data table about the rotation angle of the pitch according to the rotation angle of the blade the wind velocity. The rotation angle sensor measures the rotation angle of each blade. The controller decides the pitch angle of each blade using information about the wind velocity, the rotation angle of each blade and the data table. The pitch driving part changes the pitch angle of each blade according to the control of the controller.

Description

풍력 발전 시스템{WIND POWER GENERATION SYSTEM}Wind Power Generation System {WIND POWER GENERATION SYSTEM}

본 발명은 풍력 발전 시스템에 관한 것으로서, 특히, 블레이드의 피치를 제어하는 풍력 발전 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a wind power generation system, and more particularly, to a wind power generation system for controlling the pitch of a blade.

풍력 발전 시스템의 블레이드는 적절한 익형선정과 분포를 가지도록 설계되어 운전영역에서 바람의 운전에너지를 최대로 흡수할 수 있도록 설계되어 있다.The blades of the wind power generation system are designed to have proper airfoil selection and distribution so as to absorb the maximum driving energy of the wind in the operating area.

도 1은 일반적인 풍력 발전 시스템의 구성을 나타낸 예시도이며, 도 2는 일반적인 풍력 발전 시스템에 미치는 지면 높이와 바람의 속도 관계를 나타낸 그래프이다. 또한, 도 3은 일반적인 풍력 발전 시스템에서의 풍속과 출력 관계를 나타낸 그래프이다.1 is an exemplary view showing the configuration of a general wind power generation system, Figure 2 is a graph showing the relationship between the ground height and the wind speed on a typical wind power generation system. 3 is a graph showing the relationship between the wind speed and output power in a general wind power generation system.

풍력 발전 시스템은 허브(4)를 통해 연결되어 있는 블레이드(1)를 통해 바람으로부터 에너지를 받아들인다. 일반적인 풍력 발전 시스템의 경우 3개의 블레이드(1)를 통해 바람의 운동에너지를 흡수하도록 되어 있다. 각각의 블레이드(1)는 에너지를 최대한으로 흡수할 수 있도록 설계되어 있으나 규정속도 이상에서는 블레 이드 및 풍력 발전 시스템에 걸리는 부하를 줄이기 위해 피치를 조정하여 블레이드(1)가 흡수하는 에너지 비율을 줄이게 된다. The wind power system receives energy from the wind through a blade 1 which is connected via a hub 4. In the case of a general wind power generation system is to absorb the kinetic energy of the wind through the three blades (1). Each blade 1 is designed to absorb energy to the maximum, but above the specified speed, the pitch is adjusted to reduce the load on the blades and the wind power generation system, thereby reducing the ratio of energy absorbed by the blade 1. .

즉, 블레이드(1)가 바람으로부터 받는 하중은 풍력 발전 시스템의 주축에 토크로 작용하는 회전력과 바람방향으로 받는 저항력으로 나눌 수 있는데, 풍력 발전 시스템의 운전영역에서 블레이드(1)는 일정한 피치각에 주축의 토크와 회전수를 조절하여 최고의 에너지 흡수 효율을 가지게 된다. 그러나, 규정출력이 발생되기 시작하는 규정속도 이후에는 블레이드의 피치각을 증가시키는데 이렇게 하면 회전력이 유지되어 주축에 걸리는 토크가 유지되는 한편 아울러 속도의 삼배승으로 증가하는 저항력도 감소하게 된다. 블레이드(1)의 피치각 조절을 시작하는 규정속도값은 각 풍력 발전 시스템마다 조금씩 차이가 나지만 보통 10 ~ 15m/s 정도이다. That is, the load that the blade 1 receives from the wind can be divided into the rotational force acting as a torque on the main shaft of the wind power generation system and the resistance force received in the wind direction. It has the best energy absorption efficiency by adjusting torque and rotation speed of main shaft. However, after the regulated speed at which the regulated output starts to occur, the pitch angle of the blade is increased, which maintains the rotational force to maintain the torque applied to the main shaft, while also reducing the resistance which increases by three times the speed. The specified speed value at which pitch angle adjustment of the blade 1 starts is slightly different for each wind power generation system, but is usually about 10 to 15 m / s.

그러나, 실제로 풍력 발전 시스템이 받는 바람의 속도는 도 2에 도시된 바와 같이 균일하지 않고 지표면과의 마찰에 의해 보통 높이에 대한 지수구배를 따른다. 일반적으로 지수는 지면의 상황에 따라 차이가 나지만 육상에서는 0.2, 해상에서는 0.14를 사용한다. 아래의 [수학식 1]에서, Vz는 일정 높이(z)에서의 바람속도(m/s)를 나타내고, zhub는 풍력 발전 시스템의 허브 높이(m)를 나타내고, Vhub는 허브에서의 바람속도(m/s)를 나타내며, a는 멱지수를 나타낸다. In practice, however, the wind speed received by the wind power generation system is not uniform, as shown in FIG. In general, the index varies depending on ground conditions, but 0.2 is used on land and 0.14 at sea. In Equation 1 below, Vz denotes a wind speed (m / s) at a constant height (z), z hub denotes a hub height (m) of a wind power generation system, and V hub denotes wind at a hub. It represents the speed (m / s), and a represents the exponent.

Figure 112008079263807-PAT00001
Figure 112008079263807-PAT00001

따라서, 각 블레이드가 높이에 따라 받는 회전력과 저항력은 블레이드가 위치한 높이에 따라 각각 다르게 받는다. 즉, 블레이드는 지속적으로 회전하므로 회전각에 따라 저항력의 변동이 생기는데 이 변동은 풍력 발전 시스템의 주축 및 증속기, 발전기 등 주요 부분에 그대로 전달되어 큰 피로하중을 야기시킨다는 문제점이 있다. Therefore, the rotational and resistive forces that each blade receives according to the height are differently received depending on the height where the blade is located. In other words, since the blade is continuously rotated, a change in the resistance force occurs according to the rotation angle, and this change is transmitted to the main part of the main shaft, the gearbox, the generator, and the like of the wind power generation system, causing a large fatigue load.

부연하여 설명하면, 종래의 풍력 발전 시스템은 블레이드의 높이에 따른 바람의 속도를 고려하지 않고, 피치각을 3개의 블레이드 모두에 동일하게 적용시키고 있다는 문제점이 있다. 즉, 실제 풍력 발전 시스템에 부는 바람은 도 2에 도시된 바와 같이, 고도에 따라 속도가 틀려 각 블레이드에 걸리는 하중은 시간에 따른 변동을 겪게 되나, 종래의 풍력 발전 시스템은 모든 블레이드의 피치각을 동일하게 변경시키고 있다는 문제점이 있다. In detail, the conventional wind power generation system has a problem in that the pitch angle is equally applied to all three blades without considering the wind speed depending on the height of the blades. In other words, the wind blowing in the actual wind power generation system, as shown in Figure 2, the speed varies depending on the altitude, the load on each blade undergoes fluctuations over time, but the conventional wind power generation system is the pitch angle of all blades There is a problem that the same change.

한편, 일반적인 풍력 발전 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이, 규정속도 이상에서 출력이 규정출력으로 고정되어 있다. 즉, 피치각을 제어하는 종래의 풍력 발전 시스템은, 규정속도 이상에서는 일률적으로 피치각을 제어하고 있는바, 규정속도(정격속도) 이상에서 이탈속도 사이의 다양한 풍속에 대하여 다양하게 피치각을 제어하지 못하고 있다는 문제점이 있다. On the other hand, in the general wind power generation system, as shown in Figure 3, the output is fixed to the specified output above the specified speed. That is, the conventional wind power generation system that controls the pitch angle, the pitch angle is controlled uniformly above the specified speed, the pitch angle is controlled in various ways for the various wind speeds between the departure speed above the specified speed (rated speed) There is a problem that you can not.

또한, 피치각을 제어하는 종래의 풍력 발전 시스템은, 스트레인 게이지 등의 센서를 통해 각 블레이드에 걸리는 하중을 측정하여 피치 제어에 이용하고 있다. 이처럼, 센서를 이용한 종래의 풍력 발전 시스템은 정확한 하중측정을 통해 하중 변동폭을 최소화할 수 있으나 센서의 오작동에 대한 우려가 크고 제어가 늦다는 문 제점이 있다.Moreover, the conventional wind power generation system which controls a pitch angle measures the load on each blade through sensors, such as a strain gauge, and uses it for pitch control. As such, the conventional wind power generation system using the sensor can minimize the load fluctuation through accurate load measurement, but there is a problem that there is a great concern about the malfunction of the sensor and the control is slow.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 각 고도별 풍속과 블레이드의 회전각에 대한 데이터 테이블을 이용하여 각 블레이드의 피치각을 독립적으로 제어할 수 있는, 풍력 발전 시스템을 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a wind power generation system that can independently control the pitch angle of each blade by using a data table for the wind speed and the angle of rotation of the blade for each altitude. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 풍력 발전 시스템에 있어서, 다수의 블레이드; 허브를 통해 상기 다수의 블레이드와 연결되어 있으며 상기 블레이드의 회전에 따라 회전되는 주축; 상기 주축에 의해 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 나셀; 상기 나셀에 장착되어 풍속을 측정하기 위한 풍속계; 및 풍속과 각 블레이드의 회전각을 이용하여 각 블레이드의 피치각을 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, 상기 제어장치는, 상기 풍속계로부터 전송된 정보를 이용하여 풍속을 계측하는 풍속측정부; 풍속과 블레이드의 회전각에 따른 피치의 회전각에 대한 데이터 테이블을 저장하고 있는 저장부; 각 블레이드의 회전각을 측정하는 회전각 감지부; 상기 풍속측정부로부터 전송받은 풍속 정보, 상기 회전각 감지부로부터 전송받은 각 블레이드의 회전각 정보와 상기 데이터 테이블를 이용하여 각 블레이드의 피치각을 결정하는 제어부; 및 상기 제어부의 제어에 따라 상기 각 블레이드 피치각을 변경시키는 피치 구동부를 포함한다.The present invention for achieving the above object, in the wind power generation system, a plurality of blades; A main shaft connected to the plurality of blades through a hub and rotated according to the rotation of the blades; A nacelle for generating electricity by the rotational force by the main shaft; An anemometer mounted on the nacelle for measuring wind speed; And a control device for controlling the pitch angle of each blade by using the wind speed and the rotation angle of each blade, wherein the control device comprises: a wind speed measuring unit configured to measure the wind speed by using the information transmitted from the wind speed meter; A storage unit for storing a data table for a rotation angle of the pitch according to the wind speed and the rotation angle of the blade; Rotation angle detection unit for measuring the rotation angle of each blade; A controller for determining a pitch angle of each blade by using wind speed information received from the wind speed measurement unit, rotation angle information of each blade received from the rotation angle detection unit, and the data table; And a pitch driving unit for changing the respective blade pitch angles under the control of the controller.

본 발명은 각 고도별 풍속과 블레이드의 회전각에 대한 데이터 테이블을 이용하여 각 블레이드의 피치각을 독립적으로 제어함으로써, 블레이드, 주축, 증속기 및 발전기에 걸리는 하중 변동폭을 감소시킴으로써 풍력 발전 시스템의 피로수명을 연장시킬 수 있다는 우수한 효과가 있다. The present invention independently controls the pitch angle of each blade by using the data table for the wind speed and the angle of rotation of each blade, thereby reducing the fluctuation of the load on the blades, spindle, gearbox and generator, the fatigue of the wind power generation system. There is an excellent effect of extending the life.

또한, 본 발명은 풍력 발전 시스템에 걸리는 하중의 최대값을 감소시킴으로써 극한하중에서 더욱 안전하다는 우수한 효과가 있다.In addition, the present invention has an excellent effect of being safer under extreme loads by reducing the maximum value of the load on the wind power generation system.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 상세히 설명된다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 일실시예 외부 구성도이다.Figure 4 is an external configuration of an embodiment of a wind power generation system according to the present invention.

본 발명에 따른 풍력 발전 시스템은 각 블레이드의 피치를 개별적으로 제어하기 위한 것으로서, 그 구성은 도 4에 도시된 바와 같이, 다수의 블레이드(10), 허브(40)를 통해 다수의 블레이드와 연결되어 있으며 블레이드의 회전에 따라 회전되는 주축(50), 주축에 의해 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 나셀(60), 나셀을 지지하기 위한 타워(80), 풍속을 측정하기 위한 풍속계(70) 및 풍속과 블레이드의 회전각을 이용하여 블레이드의 피치각을 제어하기 위한 제어장치(90)를 포함하여 구성되어 있다. 여기서, 나셀(60)은 증속기(20) 및 발전기(30)를 구비하고 있다.Wind power generation system according to the present invention is to control the pitch of each blade individually, the configuration is connected to a plurality of blades through a plurality of blades 10, the hub 40, as shown in FIG. The main shaft 50 rotates according to the rotation of the blade, the nacelle 60 generating electricity by using the rotational force by the main shaft, the tower 80 for supporting the nacelle, the anemometer 70 for measuring the wind speed and wind speed And a controller 90 for controlling the pitch angle of the blade by using the rotation angle of the blade. Here, the nacelle 60 is provided with the speed reducer 20 and the generator 30.

상기한 바와 같은 구성을 포함하는 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템은, 주 축(50)에 부착된 복수 개의 블레이드(10)가 풍력 에너지를 받아 회점됨에 따라 주축(50)이 함께 회전되고, 증속기(20)에 의해 증속된 후, 발전기(30)를 구동시켜 발전함으로써 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 기능을 수행한다. 여기서, 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템은 증속기(20)를 구비한 것으로 설명되었지만, 증속기를 사용하지 않는 다이렉트 드라이브 방식으로 구성될 수도 있다.In the wind power generation system including the configuration as described above, as the plurality of blades 10 attached to the main shaft 50 receives the wind energy and is focused, the main shaft 50 is rotated together, the speed increaser After being increased by 20, the generator 30 is driven to generate power to convert wind energy into electrical energy. Here, although the wind power generation system according to the present invention has been described as having a speed increaser 20, the wind power generation system may be configured by a direct drive method without using the speed increaser.

도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 제어장치의 구성을 나타낸 예시도로서, 도 4에 도시된 제어장치(90)의 구성을 상세히 나타낸 것이다. 5 is an exemplary view showing the configuration of a control device of the wind power generation system according to the present invention, and shows the configuration of the control device 90 shown in FIG. 4 in detail.

본 발명에 따른 풍력 발전 시스템에 적용되는 제어장치(90)는 도 5에 도시된 바와 같이, 풍속계(70)로부터 전송된 정보를 이용하여 풍속을 계측하는 풍속측정부(91), 풍속과 블레이드의 회전각에 따른 피치각에 대한 데이터 테이블을 저장하고 있는 저장부(92), 각 블레이드의 회전각을 측정하는 회전각 감지부(93), 풍속측정부로부터 전송받은 풍속 정보와 회전각 감지부로부터 전송받은 각 블레이드의 회전각 정보를 이용하여 각 블레이드의 피치각을 결정하는 제어부(94), 제어부의 제어에 따라 각 블레이드 피치각을 변경시키는 피치 구동부(95) 및 제어부의 제어에 따라 각종 정보를 출력하는 출력부(96)를 포함하여 구성되어 있다.As shown in FIG. 5, the control device 90 applied to the wind power generation system according to the present invention includes a wind speed measuring unit 91 for measuring wind speed using information transmitted from an anemometer 70, and a wind speed and a blade. From the storage unit 92 that stores a data table for the pitch angle according to the rotation angle, the rotation angle detection unit 93 for measuring the rotation angle of each blade, from the wind speed information and rotation angle detection unit received from the wind speed measurement unit The controller 94 determines the pitch angle of each blade by using the rotation angle information of each of the received blades, the pitch driver 95 which changes the pitch angles of the blades under the control of the controller, and various kinds of information under the control of the controller. It comprises the output part 96 which outputs.

풍속측정부(91)는 풍속계(70)로부터 전송된 정보를 이용하여 풍속을 계측하는 기능을 수행하는 것으로서, 현재 일반적으로 쓰이고 있는 풍속계를 이용하여 풍속을 측정하고 있다는 특징을 가지고 있다. 즉, 본 발명에 적용되는 풍속계는 발전기의 출력값으로부터 풍속을 역으로 추정하거나 도플러 유속계를 이용하여 풍속을 측정하는 것이 아니라, 일반적인 풍속계(70)를 이용하여 풍속을 측정하고 있다는 특징을 가지고 있다. 한편, 본 발명에 적용되는 풍속계는 나셀(60)의 상부에 위치되어 나셀 높이에서의 풍속을 실측하는 것으로서, 제어범위(규정속도~이탈속도)는 대략 12m/s ~ 25m/s이다. 부연하여 설명하면, 일반적인 풍력 발전 시스템은 규정속도 이상에서 출력이 도 3에 도시된 바와 같이 규정출력으로 고정되는바, 본 발명은 일반적인 풍속계를 이용하여, 규정속도 이상에서도 풍속을 측정할 수 있도록 함으로써, 풍속의 제안 없이 이탈 속도 내에서 풍속을 측정하여 피치각을 제어할 수 있다는 특징을 가지고 있다.The wind speed measuring unit 91 performs a function of measuring wind speed by using information transmitted from the wind speed meter 70, and has a characteristic of measuring wind speed using a wind speed meter which is generally used. That is, the anemometer applied to the present invention has a characteristic of measuring wind speed using a general anemometer 70 rather than estimating the wind speed inversely from an output value of a generator or measuring the wind speed using a Doppler flowmeter. On the other hand, the anemometer applied to the present invention is located on the upper part of the nacelle 60 to measure the wind speed at the nacelle height, and the control range (regulated speed to release speed) is approximately 12 m / s to 25 m / s. In detail, the general wind power generation system is fixed to the specified output as shown in Figure 3 above the specified speed, the present invention by using a general anemometer, so that the wind speed can be measured even above the specified speed In addition, the pitch angle can be controlled by measuring the wind speed within the breakaway speed without suggesting the wind speed.

저장부(92)는 풍속과 블레이드의 회전각에 따른 피치각에 대한 데이터 테이블을 저장하는 기능을 수행하는 것으로서, 제어부는 상기 저장부에 저장되어 있는 데이터 테이블을 이용하여 각 블레이드의 피치각을 제어하게 된다.The storage unit 92 performs a function of storing a data table of pitch angles according to the wind speed and the rotation angle of the blade, and the controller controls the pitch angle of each blade using the data table stored in the storage unit. Done.

회전각 감지부(93)는 각 블레이드의 회전각을 측정하는 것으로서, 회전각(15)은 도 1에 도시된 바와 같이, 지면에 대한 수직 방향으로부터 블레이드가 회전되어 있는 각을 말하는 것이다.The rotation angle detector 93 measures the rotation angle of each blade, and the rotation angle 15 refers to an angle at which the blade is rotated from a direction perpendicular to the ground as shown in FIG. 1.

제어부(94)는 상기한 바와 같이, 풍속측정부에 의해 측정된 풍속과 회전각 감지부로부터 전송받은 각 블레이드의 회전각에 해당되는 피치각을 데이터 테이블로부터 추출하는 한편, 피치 구동부를 제어하여 각 블레이드의 피치를 상기 피치각 만큼 회전시키는 기능을 수행한다.As described above, the controller 94 extracts a pitch angle corresponding to the wind speed measured by the wind speed measuring unit and the rotation angle of each blade received from the rotation angle detecting unit from the data table, and controls the pitch driving unit to control the angle. The pitch of the blade is rotated by the pitch angle.

피치구동부(95)는 제어부에 의해 각 블레이드의 피치를 회전시키는 기능을 수행한다.The pitch driver 95 performs a function of rotating the pitch of each blade by the controller.

출력부(96)는 제어부의 제어에 따라 각종 정보, 예를 들어, 현재의 풍속, 각 블레이드의 회전각, 각 블레이드의 피치각 등을 출력하기 위한 것으로서, 풍력 발전 시스템을 관리하는 관리자가 모니터링할 수 있도록 관리 사무실에 배치되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 출력부는 제어부와 유선 또는 무선을 통해 통신을 수행할 수 있다. The output unit 96 is for outputting various types of information, for example, the current wind speed, the rotation angle of each blade, the pitch angle of each blade, and the like, under the control of the controller. It is desirable to be placed in the management office so that. To this end, the output unit may perform communication with the controller via wired or wireless.

상기한 바와 같은 구성을 포함하는 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템은, 바람이 고도에 따라 속도가 틀려 각 블레이드에 걸리는 하중이 시간에 따른 변동을 겪게 되므로, 이 변동의 상한치와 하한치의 차이를 줄일 목적으로 제안된 것이다. Wind power generation system according to the present invention including the configuration as described above, because the load on each blade is subjected to the fluctuation of time due to the wind speed is different according to the altitude, the purpose of reducing the difference between the upper and lower limits of this variation It is proposed.

즉, 풍력 발전 시스템이 받는 바람의 속도는 도 2에 도시된 바와 같이 균일하지 않고 지표면과의 마찰에 의해 보통 높이에 대한 지수구배를 따르는바, 본 발명은 각 블레이드의 회전각에 따른 블레이드의 피치각을 각각 제어하고 있다. That is, the wind speed received by the wind power generation system is not uniform as shown in FIG. 2 and follows the exponential gradient with respect to the normal height by friction with the ground surface. The present invention provides a pitch of the blade according to the rotation angle of each blade. Each angle is controlled.

예를 들어, 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템은 제어장치를 이용하여, 블레이드의 회전각(15)이 0°일 때 피치각을 크게 하고, 180°일 때 피치각을 줄여줌으로써, 블레이드의 회전각에 따른 회전력과 저항력의 변동폭을 감소시키고 있다.For example, in the wind power generation system according to the present invention, by using a control device, the pitch angle is increased when the blade rotation angle 15 is 0 °, and the pitch angle is reduced when the blade rotation angle 15 is 180 °. It is reducing the fluctuation of the rotational force and resistance force.

한편, 일반적으로 풍력 발전 시스템은 풍속 측정을 위해 나셀(60) 바깥 쪽에 풍속계(70)를 설치하는데 기준 고도 풍속으로 유속계의 고도(zhub)와 측정되는 속도값(Vhub)을 활용하며, 이렇게 얻어진 풍력 발전 시스템의 기준 고도 풍속에 대해 [수학식 1]을 이용하여 각 고도에서의 풍속을 계산하거나 고도별 실측 속도자료를 활용하면 블레이드의 회전각(15)에 따른 풍속을 예상할 수 있는바, 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템은 이를 근거로 하여, 주요 회전각(15)에 대해 고도별 풍속에 대 한 블레이드(10)의 회전력과 저항력을 계산하고 회전각에 따라 주축에 걸리는 하중 변동을 최소화할 수 있는 적정 피치각을 미리 정하여, 저장부에 저장하여 두고 있다.On the other hand, in general, the wind power generation system installs the anemometer 70 outside the nacelle 60 to measure the wind speed, and utilizes the altitude (z hub ) of the tachometer and the measured velocity value (V hub ) as the reference altitude wind speed. The wind speed according to the rotation angle of the blade (15) can be estimated by calculating the wind speed at each altitude by using [Equation 1] for the reference altitude wind speed of the obtained wind power generation system or by using the actual speed data for each altitude. On the basis of this, the wind power generation system according to the present invention calculates the rotational force and the resistance of the blade 10 for the wind speed according to the altitude with respect to the main rotation angle (15) and minimizes the load fluctuations applied to the main shaft according to the rotation angle An appropriate pitch angle that can be set is determined in advance and stored in a storage unit.

또한, 본 발명은 풍력 발전 시스템의 운전범위인 규정속도(rated velocity)(정격속도)와 이탈속도(cut-out velocity) 사이에서 0.5 ~ 2m/s간격으로 각 기준고도 풍속별로 회전각에 따른 피치각을 산정하는 방법을 이용하고 있으며, 이에 맞추어 피치 구동시스템을 제어하여 회전각에 따라 피치각이 변동되도록 함으로써 각 블레이드에 걸리는 하중 변동폭을 감소시킬 수 있다. In addition, the present invention is the pitch according to the rotation angle for each reference altitude wind speed at 0.5 ~ 2m / s interval between the rated velocity (rated speed) and the cut-out velocity which is the operating range of the wind power generation system The method of calculating the angle is used, and accordingly, the pitch fluctuation can be varied according to the rotation angle by controlling the pitch drive system so that the load fluctuation applied to each blade can be reduced.

이때, 블레이드(10)에 걸리는 하중 가운데 저항력이 풍력 발전 시스템의 피로수명에 영향을 더 크게 미치고 또한 하중크기도 회전력에 비해 훨씬 크므로, 본 발명은 저항력의 변동폭을 기준으로 피치각을 제어한다.At this time, since the resistance force among the load applied to the blade 10 has a greater influence on the fatigue life of the wind power generation system and the load size is much larger than the rotation force, the present invention controls the pitch angle based on the variation of the resistance force.

상기한 바와 같은 본 발명에 의해, 대기경계층 블레이드가 회전하면서 윗부분에 위치할 때의 강한 바람과 아랫부분에 위치할 때의 약한 바람에 대해 윗부분에서의 피치각보다 아랫부분의 피치각을 더 크게 하면 블레이드가 회전하면서 바람으로부터 받는 굽힘력과 추력의 변동폭이 감소하게 된다. 한편, 블레이드가 받는 굽힘력과 추력은 그대로 풍력 발전 시스템의 주축과 증속기 및 발전기 같은 구동축에 전달되어 극한하중과 피로하중을 야기하게 되는데 본 발명을 통해 하중의 변동폭이 감소되면 피로하중도 감소할 뿐 아니라 극한하중도 감소하게 되어 풍력 발전 시스템의 안정성 및 수명 향상을 기대할 수 있다.According to the present invention as described above, when the atmospheric boundary layer blade rotates, the pitch angle of the lower part is larger than the pitch angle of the upper part for the strong wind when the upper part is located and the weak wind when the lower part is located. As the blade rotates, the fluctuation of bending force and thrust received from the wind decreases. On the other hand, the bending force and thrust received by the blades are transmitted to the drive shafts, such as the main shaft, the gearbox and the generator of the wind power generation system, causing ultimate loads and fatigue loads. In addition, the ultimate load is reduced, which can be expected to improve the stability and longevity of the wind power system.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하 는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

도 1은 일반적인 풍력 발전 시스템의 구성을 나타낸 예시도.1 is an exemplary view showing the configuration of a general wind power generation system.

도 2는 일반적인 풍력 발전 시스템에 미치는 지면 높이와 바람의 속도 관계를 나타낸 그래프.2 is a graph showing the relationship between the ground height and the wind speed on a typical wind power generation system.

도 3은 일반적인 풍력 발전 시스템에서의 풍속과 출력 관계를 나타낸 그래프.3 is a graph showing the relationship between the wind speed and output power in a typical wind power generation system.

도 4는 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 일실시예 외부 구성도.Figure 4 is an external configuration of an embodiment of a wind power generation system according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템의 제어장치의 구성을 나타낸 예시도.5 is an exemplary view showing a configuration of a control device of a wind power generation system according to the present invention.

<도면의 주요 부호에 대한 설명><Description of Major Symbols in Drawing>

1, 10 : 블레이드 20 : 증속기1, 10: blade 20: gearbox

30 : 발전기 4, 40 : 허브30: generator 4, 40: hub

50 : 주축 6, 60 : 나셀50: spindle 6, 60: nacelle

7, 70 : 풍속계 8, 80 : 타워7, 70: anemometer 8, 80: tower

90 : 제어장치 15 : 회전각90: control device 15: rotation angle

Claims (3)

풍력 발전 시스템에 있어서,In a wind power system, 다수의 블레이드;Multiple blades; 허브를 통해 상기 다수의 블레이드와 연결되어 있으며 상기 블레이드의 회전에 따라 회전되는 주축;A main shaft connected to the plurality of blades through a hub and rotated according to the rotation of the blades; 상기 주축에 의해 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 나셀;A nacelle for generating electricity by the rotational force by the main shaft; 상기 나셀에 장착되어 풍속을 측정하기 위한 풍속계; 및An anemometer mounted on the nacelle for measuring wind speed; And 풍속과 각 블레이드의 회전각을 이용하여 각 블레이드의 피치각을 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, It includes a controller for controlling the pitch angle of each blade using the wind speed and the rotation angle of each blade, 상기 제어장치는,The control device, 상기 풍속계로부터 전송된 정보를 이용하여 풍속을 계측하는 풍속측정부;A wind speed measuring unit measuring wind speed by using the information transmitted from the wind speed meter; 풍속과 블레이드의 회전각에 따른 피치의 회전각에 대한 데이터 테이블을 저장하고 있는 저장부;A storage unit for storing a data table for a rotation angle of the pitch according to the wind speed and the rotation angle of the blade; 각 블레이드의 회전각을 측정하는 회전각 감지부;Rotation angle detection unit for measuring the rotation angle of each blade; 상기 풍속측정부로부터 전송받은 풍속 정보, 상기 회전각 감지부로부터 전송받은 각 블레이드의 회전각 정보와 상기 데이터 테이블를 이용하여 각 블레이드의 피치각을 결정하는 제어부; 및A controller for determining a pitch angle of each blade by using wind speed information received from the wind speed measurement unit, rotation angle information of each blade received from the rotation angle detection unit, and the data table; And 상기 제어부의 제어에 따라 상기 각 블레이드 피치각을 변경시키는 피치 구동부를 포함하는 풍력 발전 시스템.Wind power generation system including a pitch drive for changing the pitch angle of each blade under the control of the controller. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제어부의 제어에 따라 각종 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 풍력 발전 시스템.The wind power generation system further comprises an output unit for outputting a variety of information under the control of the controller. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 풍속측정부는,The wind speed measuring unit, 규정속도와 이탈속도 내에서도 풍속을 측정하여 상기 제어부가 각 블레이드의 피치각을 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.Wind speed measurement system characterized in that the control unit to control the pitch angle of each blade by measuring the wind speed even within the specified speed and the departure speed.
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