KR20110045376A - The aerodynamic load reduction apparatus of blade for wind power generation - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A device for reducing the load of a blade for wind power generation using the change of the aerodynamic surface of the blade is provided to enable uniform output of power generation and rapid operation for and evasion of load applied on a blade. CONSTITUTION: A device for reducing the load of a blade for wind power generation using the change of the aerodynamic surface of the blade comprises a rudder(10), an actuator(20), and a controller. The rudder is located at the end of a blade(1). The rudder is rotated to the upper part or lower part of the blade. The rudder changes a part of the aerodynamic surface of the blade. The actuator is located inside the blade. The actuator moves the rudder. The controller controls the operation of the actuator to change the aerodynamic surface of the blade.

Description

블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치{THE AERODYNAMIC LOAD REDUCTION APPARATUS OF BLADE FOR WIND POWER GENERATION}Load reduction device for blades for wind power using local aerodynamic changes of blades {TH A AERODYNAMIC LOAD REDUCTION APPARATUS OF BLADE FOR WIND POWER GENERATION}

본 발명은 풍력발전용 블레이드의 하중을 저감하기 위한 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for reducing the load of a blade for wind power generation.

블레이드를 사용한 풍력발전 시스템에 있어서 일정한 발전출력 및 과도한 하중의 회피 등을 위해 블레이드의 각도를 회전시켜 주는 피치컨트롤이 이루어지고 있다.In wind power generation systems using blades, pitch control that rotates the angle of the blade is made to avoid constant power generation and excessive load.

즉, 풍력이 약한 조건에서는 풍력의 영향을 많이 받아 블레이드결합체의 회전이 원활하게 이루어지고, 레이티드 풍속 이상의 과도한 풍력 조건에서는 풍력의 영향을 적게 받도록 하기 위해 피치컨트롤이 이루어지고 있는 것이다. In other words, under weak wind conditions, the blade assembly is smoothly rotated under the influence of the wind, and the pitch control is made to be less affected by the wind under excessive wind conditions above the rated wind speed.

특히, 피치컨트롤은 블레이드결합체에 위치된 복수 개의 블레이드 중 하부를 향해 위치된 블레이드의 하중을 저감하는 기능을 하는데 이는 피치컨트롤의 목적 중 매우 큰 비중을 차지한다.In particular, the pitch control functions to reduce the load of the blade located toward the lower of the plurality of blades located in the blade assembly, which occupies a very large proportion of the purpose of the pitch control.

이러한 피치컨트롤은 도 1과 같이 블레이드 자체의 각도를 조절해주는 방식이다.This pitch control is a method of adjusting the angle of the blade itself as shown in FIG.

그런데 풍력발전용 블레이드는 대부분 길고 무거워(통상 10톤 정도임) 종래와 같은 피치컨트롤에 많은 에너지가 소요되고 반응 속도가 느리다는 문제점을 가지고 있었다.However, most of the blades for wind power are long and heavy (usually about 10 tons), which requires a lot of energy for a conventional pitch control and has a problem of slow reaction speed.

또, 많은 에너지가 요구되기 때문에 피치컨트롤을 위한 전원에 문제가 발생되는 경우 피치컨트롤이 이루어지지 못하는 문제점이 발생되었다.(배터리를 사용하더라도 많은 에너지가 소모되므로 주전원의 문제가 신속하게 해결되지 못하면 배터리의 방전으로 인해 피치컨트롤이 이루어지지 못하는 것이다.)In addition, if a problem occurs in the power supply for the pitch control because a lot of energy is required, a problem occurs that the pitch control can not be achieved. (Because a lot of energy is consumed even if the battery is used, if the problem of the main power supply is not solved quickly, The pitch control is not possible due to the discharge of the battery.)

뿐만 아니라 피치컨트롤이 신속하게 이루어지지 못하므로 피치컨트롤의 목적 달성 효과가 낮은 문제점도 있었다.In addition, the pitch control is not made quickly because there was a problem that the effect of achieving the purpose of the pitch control is low.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지 소모량이 적으면서도 일정한 출력 및 과도한 하중의 회피 등을 위한 동작이 신속하게 이루어지도록 할 수 있는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치를 제공하려는데 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, and more particularly, provides a load reduction device for a blade for wind power generation that can be made to operate quickly for a constant output and avoiding excessive load, while having a low energy consumption. There is a purpose.

본 발명에서는 풍력발전용 블레이드의 끝부분에 항공기의 에이러런과 같이 공력면의 변화를 가져올 수 있는 장치를 구비하고, 이러한 장치의 구동을 제어기가 제어함으로써 일정한 출력을 얻고 과도한 하중의 회피 등을 위한 동작이 신속하게 이루어지며, 에너지 소모량은 매우 적도록 한다.In the present invention, the end of the blade for the wind power is provided with a device that can bring about a change in the aerodynamic surface, such as an aerolon of the aircraft, and the controller controls the driving of such a device to obtain a constant output and avoid excessive load, etc. The operation is done quickly and the energy consumption is very low.

이러한 본 발명의 블레이드 하중 저감장치는, 블레이드의 끝부분에 위치되어 블레이드의 공력면 중 한 부분이 되면서 블레이드의 상부나 하부로 회전되어 블레이드의 일부 공력면이 변화되는 형태를 발생시키는 러더를 갖는다. The blade load reduction device of the present invention has a rudder which is positioned at the end of the blade and rotates to the upper or lower portion of the blade while being a part of the aerodynamic surface of the blade to generate a form in which a part of the aerodynamic surface of the blade is changed.

또, 상기 블레이드의 내부에 위치되어 러더를 움직여 주는 액추에이터를 갖는다. It also has an actuator located inside the blade to move the rudder.

또, 러더에 의한 블레이드의 공력면을 변화시키기 위해 액추에이터의 구동을 제어하는 제어기를 갖는다.Moreover, it has a controller which controls the drive of an actuator in order to change the aerodynamic surface of the blade by a rudder.

본 발명의 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치는, 풍력발전용 블레이드의 끝부분에 항공기의 에이러런과 같이 공력면의 변화를 가져올 수 있는 장치(러더와 액추에이터)가 구비되어 있고, 이러한 장치의 구동을 제어하는 제어기가 구비되어 있어 일정한 발전 출력을 얻고 블레이드에 가해지는 과도한 하중의 회피 등을 위한 구동이 신속하게 이루어지면서도 에너지 소모량은 매우 적은 특징이 있다.The load reduction device for a wind turbine blade of the present invention is provided with a device (rudder and actuator) capable of bringing about a change in aerodynamic surface, such as an aerolon of an aircraft, at the end of the blade for a wind turbine. The controller is provided to control the driving to obtain a constant power generation output and to drive the drive for the avoidance of excessive load on the blade, etc., while the energy consumption is very small.

상기와 같은 구성에서 블레이드의 여러 지점에서 발생되는 응력을 감지하는 센서가 구비되어 있고, 제어기는 센서에 의해 감지된 데이터에 근거하여 액추에이터의 움직임을 제어하는 경우 블레이드의 각 부분에 작용하는 응력을 통해 변형률 분포와 굽힘응력이나 비틀림 응력의 정도를 검출하고, 이에 절절히 대응할 수 있는 특징이 있다.In the above configuration, a sensor is provided for detecting stresses generated at various points of the blade, and the controller controls the actuator movement based on the data sensed by the sensor. The strain distribution and the degree of bending stress or torsion stress can be detected and coped with them accordingly.

또, 공력면의 변화를 가져오는 러더가 복수 개 구비된 경우라면 블레이드에 작용하는 응력에 보다 적절히 대응할 수 있는 특징이 있다.Moreover, when the rudder which brings about a change of aerodynamic surface is provided, there exists a characteristic which can respond suitably to the stress acting on a blade | wing.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the technical spirit of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다. It is to be understood, however, that the appended drawings illustrate only typical embodiments of the present invention and are not to be considered as limiting the scope of the invention.

본 발명은 풍력발전용 블레이드(1)의 하중을 저감하기 위한 장치에 관한 것인데 블레이드(1) 전체의 각도를 회전시켜 주던 종래의 피치컨트롤 방식과 달리 신속한 구동이 가능하고, 에너지 소모량이 적은 방식을 제공하려는 목적을 갖는다.The present invention relates to a device for reducing the load of the wind turbine blade (1), unlike the conventional pitch control method that rotates the entire angle of the blade (1) can be driven quickly, a method of low energy consumption Has a purpose to provide.

본 출원의 발명자는 상기와 같은 목적을 위하여, 블레이드(1)의 끝부분에서 일부 공력면을 변화시켜주는 방식을 안출하였다. The inventor of the present application has devised a way to change some aerodynamic surface at the end of the blade (1) for the above purpose.

이러한 방식은 항공기의 에이러런과 같은 것이다.This is the same as the aircraft's aeroren.

다만, 항공기에 구비된 에이러런은 항공기의 자세 제어를 위한 것이지 블레이드의 하중 저감을 위한 것은 아니다.However, the aerun provided in the aircraft is for attitude control of the aircraft, not for reducing the load of the blade.

따라서 본 발명의 장치는, 블레이드(1)의 끝부분에 위치되어 블레이드(1)의 공력면 중 한 부분이 되면서 블레이드(1)의 상부나 하부로 회전되어 블레이드(1)의 일부 공력면이 변화되는 형태를 발생시키는 러더(10)를 갖는다.Therefore, the device of the present invention is located at the end of the blade (1) is rotated to the top or bottom of the blade (1) while being part of the aerodynamic surface of the blade (1) to change some aerodynamic surface of the blade (1) It has the rudder 10 which produces the shape to become.

또, 블레이드(1)의 내부에 위치되어 러더(10)를 움직여 주는 액추에이터(20)를 갖는다.Moreover, it has an actuator 20 which is located inside the blade 1, and moves the rudder 10. As shown in FIG.

상기와 같은 러더(10)나 액추에이터(20)의 구조는 항공기의 에이러런에 구비된 방식 등으로 구현 가능한 것이므로 구체적인 설명은 생략한다. Since the structure of the rudder 10 or the actuator 20 as described above can be implemented in a manner provided in the aerolon of the aircraft, a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 구성요소인 러더(10)가 블레이드(1)의 끝부분에 위치되어야 하는 이유는 전체 공력면 대비 크지 않은 일부 공력면의 변화만을 통해서도 본 발명의 목적을 달성할 수 있기 때문이다.The reason why the rudder 10, which is a component of the present invention, should be located at the end of the blade 1 is that the object of the present invention can be achieved only by a change of some aerodynamic plane which is not large compared to the entire aeroplane.

변화되는 공력면의 크기가 크면 상대적으로 구동 속도가 느려질 수 있고 액추에이터(20)의 크기 및 무게도 상대적으로 증가하는 결과를 가져온다. If the size of the aerodynamic surface to be changed can be relatively slow driving speed and the size and weight of the actuator 20 is also relatively increased.

그런데 상기와 같은 러더(10)와 액추에이터(20)를 갖는 구성만으로는 본 발명의 목적을 달성할 수 없다. However, only the configuration having the rudder 10 and the actuator 20 as described above cannot achieve the object of the present invention.

회전되는 블레이드(1)의 위치 및 가해지는 응력 등의 상황에 적절히 대응하면서 본 발명의 목적 달성에 맞게 러더(10)의 움직임을 제어할 필요성이 있다. There is a need to control the movement of the rudder 10 in accordance with the object of the present invention while appropriately responding to situations such as the position of the blade 1 to be rotated and the stress applied.

따라서 본 발명에서는 러더(10)에 의한 블레이드(1)의 공력면을 변화시키기 위해 액추에이터(20)의 구동을 제어하는 제어기(30)가 구비된다.Therefore, in the present invention, a controller 30 for controlling the driving of the actuator 20 to change the aerodynamic surface of the blade 1 by the rudder 10 is provided.

이러한 제어기(30)는 컴퓨터의 중앙처리장치(CPU)나 각종 전자기기의 제어부와 같은 형태로 구현될 수 있다. The controller 30 may be implemented in the form of a computer processing unit (CPU) or a controller of various electronic devices.

상기와 같은 본 발명에 있어서, 블레이드(1)의 각 부분에 작용하는 응력을 통해 응력의 변형률분포와 굽힘응력이나 비틀림 응력의 정도를 검출하고, 이에 절절히 대응하는 것이 본 발명의 목적을 달성하는데 효과적이며, 블레이드(1)의 손상을 방지하는 효과를 얻을 수도 있다.In the present invention as described above, it is effective to detect the strain distribution of the stress and the degree of bending stress or torsional stress through the stress acting on the respective parts of the blade 1, and to correspond appropriately to the purpose of achieving the object of the present invention. The effect of preventing damage to the blade 1 can also be obtained.

이를 위하여 블레이드의 여러 지점에서 발생되는 응력을 감지하는 센서(40)를 블레이드에 위치시킬 수 있다. To this end, the sensor 40 for detecting the stress generated at various points of the blade may be located on the blade.

이러한 센서(40)는 이미 공지된 다양한 종류의 센서(40)를 적용할 수 있지만 블레이드(1) 내에 위치되는 광섬유센서인 것이 바람직하다.The sensor 40 may apply various kinds of sensors 40 already known, but it is preferable that the sensor 40 is an optical fiber sensor located in the blade 1.

이는 광섬유센서의 경우 블레이드(1)와 일체화시키는 것이 용이하고 감지 능력이 우수할 뿐만 아니라 고장 발생률 등도 낮기 때문이다.This is because, in the case of the optical fiber sensor, it is easy to integrate with the blade 1, and the detection ability is excellent and the failure rate is low.

상기와 같은 센서(40)를 갖는 경우 제어기(30)는 센서(40)에 의해 감지된 데 이터에 근거하여 액추에이터(20)의 움직임을 제어하도록 구현한다. When having the sensor 40 as described above, the controller 30 is implemented to control the movement of the actuator 20 based on the data sensed by the sensor 40.

본 발명에 있어서, 가변되는 공력면에 해당되는 러더(10)를 복수 개 구비하고, 제어기(30)는 각 러더(10)의 움직임을 각각 제어할 수 있도록 구현하는 것이 바람직하다.In the present invention, a plurality of rudders 10 corresponding to the variable aerodynamic plane are provided, and the controller 30 may be implemented to control the movement of each rudder 10, respectively.

이것은 블레이드(1)에 가해지는 굽힘응력이나 비틀림응력 등과 같이 복잡한 형태의 응력에 적절히 대응하면서 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 공력면을 변화시키는 것이 용이하기 때문이다. This is because it is easy to change the aerodynamic plane so that the object of the present invention can be achieved while appropriately responding to complex stresses such as bending stress and torsion stress applied to the blade 1.

도 1은 블레이드의 하중 저감을 위한 종래의 피치컨트롤 방식을 설명하기 위한 개략도1 is a schematic diagram for explaining a conventional pitch control method for reducing the load of the blade

도 2는 본 발명의 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치를 설명하기 위한 개략도Figure 2 is a schematic diagram for explaining the load reduction device of the blade for wind power generation of the present invention

도 3은 본 발명의 구성요소인 러더가 움직여 공력면이 변화되는 것을 설명하기 위한 개략도Figure 3 is a schematic diagram for explaining that the aerodynamic plane is changed by moving the rudder component of the present invention

A : 러더가 상부로 회전된 상태A: The rudder is rotated upward

B : 통상의 블레이드와 같은 공력면을 갖도록 러더가 회전되지 않은 상태B: the rudder is not rotated to have the same aerodynamic surface as a normal blade

C : 러더가 하부로 회전된 상태C: rudder rotated downward

도 4는 센서에 의해 감지된 데이터에 근거하여 액추에이터와 러더가 움직이는 것을 설명하기 위한 개략도Figure 4 is a schematic diagram for explaining the movement of the actuator and the rudder based on the data sensed by the sensor

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1. 블레이드 10. 러더Blade 10. Rudder

20. 액추에이터 30. 제어기20. Actuator 30. Controller

40. 센서40. Sensor

Claims (4)

풍력발전용 블레이드의 하중을 저감하기 위한 장치에 있어서,In the device for reducing the load of the blade for wind power, 블레이드(1)의 끝부분에 위치되어 블레이드(1)의 공력면 중 한 부분이 되면서 블레이드(1)의 상부나 하부로 회전되어 블레이드(1)의 일부 공력면이 변화되는 형태를 발생시키는 러더(10);Rudder is located at the end of the blade (1) to become a part of the aerodynamic surface of the blade (1) while being rotated to the top or bottom of the blade (1) to generate a form in which some aerodynamic surface of the blade (1) is changed ( 10); 상기 블레이드(1)의 내부에 위치되어 러더(10)를 움직여 주는 액추에이터(20); 및An actuator 20 positioned inside the blade 1 to move the rudder 10; And 상기 러더(10)에 의한 블레이드(1)의 공력면을 변화시키기 위해 액추에이터(20)의 구동을 제어하는 제어기(30);를 포함하여 구성된, 블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치.The controller 30, which controls the driving of the actuator 20 to change the aerodynamic surface of the blade (1) by the rudder 10; configured, including, of the blade for wind power generation using a local aerodynamic change of the blade Load reduction device. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 블레이드(1)에는 블레이드(1)의 여러 지점에서 발생되는 응력을 감지하는 센서(40)가 위치되어 있고,The blade (1) has a sensor 40 for detecting the stress generated at various points of the blade (1), 상기 제어기(30)는 상기 센서(40)에 의해 감지된 데이터에 근거하여 액추에이터(20)의 움직임을 제어하는 것을 특징으로 하는, 블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치.The controller (30) is characterized in that for controlling the movement of the actuator (20) based on the data sensed by the sensor (40), the load reduction device of the blade for wind turbines using a local aerodynamic change of the blade. 제 2항에 있어서,3. The method of claim 2, 상기 센서(40)는 블레이드 내에 위치된 광섬유센서인 것을 특징으로 하는, 블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치.The sensor 40, characterized in that the optical fiber sensor located in the blade, the load reduction device of the blade for wind power using a local aerodynamic change of the blade. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 러더(10)가 복수 개 구비되어 있고, 제어기(30)는 각 러더(10)의 움직임을 각각 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는, 블레이드의 국부 공력면 변화를 이용하는 풍력발전용 블레이드의 하중 저감장치.A plurality of rudder 10 is provided, the controller 30 can control the movement of each rudder 10, respectively, load reduction of the blade for wind power generation using a change in the local aeroplane of the blade Device.
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