KR20110063531A - 풍력발전기용 블레이드 피치 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기류에 대하여 상대적인 피치 값을 변화시키기 위해 블레이드 축(yb-yb) 상에서의 제어된 회전이 가능하도록 허브(22)에 장착된 최소 하나의 블레이드(21)를 가진 풍력 발전기(20)의 개선방안을 제시한다. 허브는 허브 축(xh-xh) 상에서 회전할 수 있도록 나셀(23)에 장착된다. 풍력 발전기는 블레이드의 피치 값을 선택적으로 제어할 수 있는 주 피치 제어 시스템, 그리고/또는 결함 감지 상황이나 과속 상황에서 주 블레이드 피치 제어 시스템을 중단시키고 블레이드를 페더 위치로 움직이게 하는 안전 모드 피치 제어 시스템을 포함한다. 개선된 내용은 나셀에 장착되고 블레이드와 연계된 에너지 저장 장치(26), 나셀에 장착되고 블레이드 및 에너지 저장 장치와 연계된 피치 축 제어기(25), 허브에 장착되고 블레이드와 연계된 전자-기계적 액추에이터(28), 그리고 피치 축 제어기와 전자-기계적 액추에이터 간에 동력 및/또는 데이터 신호를 전달하도록 구성된 최소 하나의 슬립링(29)을 포함하며, 이러한 개선을 통해 회전하는 허브의 중량을 줄일 수 있다.

Description

풍력발전기용 블레이드 피치 제어 시스템 {WIND TURBINE BLADE PITCH CONTROL SYSTEM}
본 발명은 독립적으로 제어되는 회전이 가능하도록 허브 상에 장착된 다수의 블레이드를 갖는 풍력 발전기에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, 기존에 회전하는 허브에 장착되던 일부 구성요소들을 나셀에 위치하도록 한, 풍력 발전기용의 향상된 블레이드 피치 제어 시스템에 관한 것이다.
현대적인 풍력 발전기들은 몇 가지 이유로 회전자의 블레이드 피치를 조절하고 있다. 하나의 이유는 풍속의 변화에 대하여 효율을 최적화하도록 블레이드의 공기역학을 조절함으로써 블레이드 효율을 향상시키는 것이다. 또 다른 이유는 풍속이 최대 안전 속도를 초과하거나 결함이 발견된 상태에서 블레이드를 무부하 상태, 즉 페더 상태에 놓기 위한 것이다.
현대적인 풍력 발전기들은 두 개의 분리되고 독립적인 블레이드 피치 제어 시스템들, 즉 (1) 정상 작동 조건 중에 성능을 최적화하는 데 사용되는 주 블레이드 피치 제어 시스템 및 (2) 결함이 감지된 상황이나 풍속이 일정 최대 속도를 초과하는 상황에서 주 블레이드 피치 제어 시스템을 중단시키고 각각의 블레이드를 무부하 상태, 즉 페더 상태로 움직이게 하는 안전 모드 블레이드 피치 제어 시스템을 가질 수 있다.
주 블레이드 피치 제어 시스템은 통상적으로 폐쇄 루프 제어 방식의 피치 축 제어기에 의해 제어된다. 상기 제어기는 발전기를 사전에 정의된 작동 커브 또는 작동 특성에 맞추기 위하여 발전기의 작동 상태를 자동으로 조절한다. 상기 제어기는 블레이드 피치(또는 경사각)를 블레이드 피치 액추에이터를 통해 변화시킨다. 블레이드 피치 액추에이터는 전기식 또는 유압식으로 작동할 수 있다.
안전 모드 피치 제어 시스템은 주 블레이드 피치 제어 시스템과 구별되고 분리될 수 있다. 안전 모드 피치 제어 시스템의 기능은 문제가 발생하였을 경우에 발전기를 안전 모드로 전환시키는 것이다. 안전 모드 시스템은 일반적으로 적응형 전자기술을 사용하지 않는다. 안전 모드 시스템에서 액추에이터는 일반적으로 계전기 접점들을 통해 배터리에 연결되는데, 해당 계전기 접점들은 정상상태에서는 열려 있다가, 결함 감지 상황이나 과속 상황에서는 선택적으로 폐쇄된다.
지금까지는 피치 축 제어기, 배터리, 그리고 각 블레이드의 피치를 변화시키기 위한 전자-기계적 액추에이터가 허브(hub; 회전동체) 내부에 위치하였다. 이들은 안전 모드 피치 제어 시스템의 구성요소들이다. 이러한 방식은 회전하는 허브의 중량을 증가시키고, 고급 품질의 구성요소들을 필요로 하며, 허브 내부의 공간상의 제약을 가져왔다.
따라서 배터리 및 제어 전자장치들을 나셀(nacelle)로 이동시키거나 재구성하는 것은 특별한 장점이 있다.
본 발명의 일반적인 목적은 풍력 발전기를 위한 향상된 피치 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적으로서 회전 허브의 중량을 감소시킨 향상된 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 배터리 및 피치 축 제어기들의 일부 또는 전부를 허브에서 나셀로 옮기는 것을 가능하게 하여, 배터리 및 제어기들 위치의 재구성에 따른 격납부의 통합 및 접근과 유지보수의 용이함을 도모하고, 전체 시스템을 단순화하는 향상된 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적들 및 기타 목적들은 다음에 설명하는 본 명세서의 내용과 도면 및 청구범위를 통해 상세히 설명한다.
개시된 실시예의 한정이 아닌 단순한 설명의 목적으로 해당 부품, 부분, 또는 표면들을 표시하도록 괄호 안에 참조된 도면부호들을 이용하여, 본 명세서에서는 블레이드의 피치 값을 기류에 대해 상대적으로 변화시키기 위하여 블레이드 축(yb-yb) 상의 제어된 회전이 가능하도록 구성되고, 허브 축(xh-xh) 위에서 회전하도록 나셀(23)에 장착된 허브(22)에 설치된, 최소 하나의 블레이드(21)를 갖는 풍력 발전기의 개선방안(40)을 포괄적으로 제공하는데, 이 때 풍력 발전기는 블레이드 피치를 선택적으로 제어하기 위한 주 피치 제어 시스템 및/또는 결함 감지 상태 또는 과속 상태에서 주 블레이드 피치 제어 시스템을 중단시키고 블레이드를 페더 위치로 이동시키기 위한 별도의 안전 모드 피치 제어 시스템을 포함한다.
본 발명의 개선 내용은 다음의 구성요소들, 즉 나셀에 장착되고 블레이드와 연계된 에너지 저장 장치(26); 나셀에 장착되고 블레이드 및 에너지 저장 장치와 연계된 피치 축 제어기(25); 허브에 장착되고 블레이드와 연계된 전자-기계적 액추에이터(28); 그리고 피치 축 제어기와 전자-기계적 액추에이터 사이에 동력 및/또는 데이터 신호를 전달하기 위하도록 구성된 최소 하나의 슬립링(29)을 포함하고, 이에 의해 허브의 중량이 감소될 수 있다.
결함 감지 또는 과속 상태가 발생하는 경우, 슬립링은 에너지 저장 장치에서 액추에이터로 동력을 전달할 수 있다.
데이터 신호는 광학적 신호일 수도 있고, 다중처리방식일 수도 있다. 대안으로서, 각각의 동력 및/또는 데이터 채널을 위하여 별개의 슬립링을 사용할 수도 있다.
풍력 발전기는 다수의 블레이드들을 가질 수 있고, 각 블레이드와 연계된 전자-기계적 액추에이터와 피치 제어기 사이에 동력 및 데이터 신호를 전달하기 위하여 슬립링을 사용할 수 있다. 통상적인 경우처럼 다수의 블레이드들이 존재하는 경우, 에너지 저장 장치(예, 배터리), 피치 축 제어기, 그리고 전자-기계적 액추에이터는 각각의 블레이드와 연계될 수 있다. 일부의 경우에, 에너지 저장 장치는 다른 블레이드 간에 공유될 수 있다.
에너지 저장 장치와 피치 축 제어기는 안전 모드 피치 제어 시스템의 일부일 수 있다.
주 피치 제어 시스템과 안전 모드 피치 제어 시스템은 부분적으로 중복되거나, 공통 요소를 가질 수 있다.
결함 감지 센서는 결함의 발생 또는 과속 상태를 감지하고, 감지한 결함이나 과속 상태를 반영하는 신호를 피치 축 제어기에 전달하도록 구성될 수 있다.
슬립링은 주 피치 제어 시스템 및 안전 모드 피치 제어 시스템의 일부분일 수 있다.
슬립링은 비접촉방식일 수 있다.
도 1은 기존 방식의 설계에서, 풍력 발전기에 대하여 제어기, 배터리, 전자-기계적 액추에이터 및 슬립링의 구체적인 확대도들과 그들의 위치를 보여주는, 풍력 발전기 일부의 사시도이다.
도 2는 도 1에 보인 통상적인 기존 방식의 설계에서, 각각의 블레이드를 위한 배터리, 피치 축 제어기 및 전자-기계적 액추에이터들이 허브에 장착되어 있는 것을 개략적으로 표현한 블록선도이다.
도 3은 배터리와 피치 축 제어기들이 나셀에 위치하면서, 허브에 위치한 다양한 전자-기계적 액추에이터들과 최소 하나의 슬립링을 통해 연결되는, 개선된 블레이드 피치 제어 시스템의 개략적인 블록선도이다.
먼저, 본 명세서에서 사용된 동일한 참조 번호들은 여러 도면들에 걸쳐 동일한 구조적 요소, 부분, 또는 표면을 일관되게 지칭하도록 사용되었으며, 그러한 요소, 부분 또는 표면들은 하기 구체적 내용과 이를 통합된 일부분으로 하는 전체 명세서를 통해서도 추가로 더 묘사되고 설명되고 있음을 주지할 필요가 있다. 달리 명시하지 않는 한, 도면들은 명세서의 내용들과 함께 읽혀져야 하며(예, 단면표시, 부품의 배열, 비율, 각도 등), 이 도면들은 본 발명의 전체 문서의 일부로서 고려되어야 한다. 후술하는 설명에서 사용되듯이, "수평", "수직", "좌", "우", "상향", "하향"과 같은 형용사들과 형용사형 파생어들(예, "수평적", "우향의", "상향의" 등)은 해당 도면이 독자를 마주하는 상태를 기준으로 한, 묘사되는 구조물의 방향을 지칭할 뿐이다. 마찬가지로, '안쪽'그리고 '바깥쪽'과 같은 용어는, 필요에 따라 연장축 또는 회전축에 대한 표면의 방향을 일반적으로 지칭한다.
종래 기술의 시스템 (도 1 및 도 2)
도 1은 대표적인 종래 방식의 시스템을 보이는 것으로, 이는 일반적으로 도면 부호 20으로 나타내고 있다. 이러한 방식의 시스템은 허브(22)에 장착된 다수의 블레이드(21)를 갖는다. 각각의 블레이드는, 그 블레이드가 위치하게 될 기류에 대하여 상대적인 블레이드 경사각, 즉 피치를 조절하기 위하여, 블레이드의 길이방향 축 상에서 허브에 상대적으로 선택적으로 회전하도록 조절된다.
허브(22)는 허브 축(xh-xh) 상의 회전이 가능하도록 나셀(23)에 장착된다. 나셀은 통상적으로 지지 타워 또는 지지 기둥(도면부호 24)의 상단에 회전 가능하도록 설치된다. 상기한 바와 같이, 각각의 블레이드는 기류에 대하여 상대적인 블레이드 피치 값을 변화시키기 위하여 각자 자신의 길이방향 축(yb-yb) 상에서 선택적으로 회전할 수 있도록 구성된다.
도 1에서 보는 바와 같은 기존 방식의 시스템에서는, 제어기, 배터리 및 액추에이터가 통상적으로 각각의 블레이드 하단의 허브 내부에 위치한다. 이러한 구성요소들은 안전 모드 피치 제어 시스템의 일부분이다. 많은 경우에 액추에이터는 주 블레이드 피치 제어 시스템과 공유될 수 있다. 각각의 블레이드는 나셀에 대한 상대적 각도 위치의 함수로써, 통상적으로 서로 독립적인 제어가 가능하다. 각각의 블레이드에 대하여 독립적인 주 피치 제어 시스템 및 안전 모드 피치 제어 시스템을 가지는 방식의 장점은, 풍력 발전기가 결함 감지 상황 또는 과다한 풍속 부하의 상황에서 전부하 상태로부터 안전 모드 또는 페더 상태로 전환할 수 있도록, 풍력 발전기가 최소 두 개의 독립적인 제동 시스템을 갖추어야 한다는 안전상 요구사항을 만족하는 데에 있다. 개개의 피치 액추에이터가 독립적으로 오작동 방지 기준을 만족하도록 제작된다고 가정할 때, 이러한 안전상 요구사항은 어느 한 블레이드 시스템이 오작동 하더라도, 다른 블레이드들은 결함 및 과부하 조건에서 페더 상태로 전환하는 방식을 일반적으로 필요로 한다.
도 1은 각각의 블레이드와 연계된 피치 축 제어기(25), 배터리(26) 및 전자-기계적 액추에이터(28)를 묘사하고 있다. 동력과 제어 신호들은 슬립링(29)을 통하여 여러 개의 회전하는 제어기들에게 (그리고/또는 제어기들로부터) 전달된다. 기존 방식 슬립링의 일반적인 신뢰성 문제가 제어기와 배터리를 허브에 장착하여야 하는 주된 이유로 흔히 지적되어 왔다. 피치 축 제어기를 슬립링의 회전하는 부분에 둠으로써, 고 대역폭을 가진 액추에이터 제어 신호들이 슬립링을 통과하지 않아도 되도록 한 것이다. 또 완전한 동력 공급 실패 또는 슬립링 오류의 경우에도 블레이드를 페더 상태로 구동하기 위하여 허브 내 배터리가 전원을 공급할 수 있도록, 허브 내부에 배터리를 위치시켰다. 이러한 구성은 풍력 발전기 분야에서 표준으로 받아들여져 왔다.
이러한 기존 시스템의 문제점은 다수의 전자장치 및/또는 배터리들의 다수의 조합들이 회전하는 허브 내부에 포함됨으로써, 원심력과 좁은 공간상의 제약을 받게 된다는 점이다. 게다가, 허브는 정기적인 유지보수를 수행하기에 어렵다는 단점이 있다.
도 2는 도 1에서 보인, 세 개의 블레이드가 허브에 장착된 경우의 기존 방식의 배치를 묘사하고 있다. 기존 방식에 따라, 각각의 블레이드는 배터리(26), 피치 축 제어기(25) 및 전자-기계적 액추에이터(28)를 포함하고 있다. 발전기의 중앙 제어기(30)는 여러 피치 축 제어기들과 슬립링(29)을 통해서 신호를 주고받는다. 발전기 중앙 제어기(30)는 통상적으로 나셀에 장착되고, 슬립링은 나셀과 허브 간의 인터페이스를 제공하며, 배터리들(26)과 피치 축 제어기들(25) 및 전자-기계적 블레이드 피치 제어 시스템들(28)은 모두 회전하는 허브에 장착된다. 도 1에 보인 것처럼, 이렇게 다양한 구성요소들을 허브 내부에 배치함으로써, 허브의 물리적인 크기, 공간 및 포용상의 제약들이 발생한다. 게다가, 상기 구성요소들은 허브의 중량을 증가시키고, 나셀 내부에 위치하는 구성요소에 비하여 접근성이 떨어진다.
개선된 시스템 (도 3)
본 발명에 따른 개선된 피치 제어 시스템은 도 3의 도면 부호 40로 일반적으로 묘사되어있는 바와 같다. 개선된 피치 제어 시스템은 상기 묘사된 시스템과 유사한 구성요소들을 다수 포함한다. 따라서 도 2에서 묘사된 해당 구성요소들을 참조하기 위하여 동일한 도면 부호들이 사용된다. 개선된 시스템(40)은 마찬가지로 세 개의 배터리들(26) 및 세 개의 피치 축 제어기들(25)을 포함한다. 두드러진 차이점은 상기 배터리들과 피치 축 제어기들이, 기존 방식의 배치와 달리, 허브가 아닌 나셀에 위치한다는 것이다. 발전기 중앙 제어기(30)도 역시 나셀에 위치한다. 다수의 전자-기계적 액추에이터들(28)은 회전하는 허브에 위치한다. 상기 액추에이터들은 슬립링(29)을 통해서 다수의 피치 축 제어기들과 신호를 주고받는다. 따라서 본 발명은 중복적인 슬립링 시스템을 가지고, 불필요한 다른 구성요소들의 중복을 제거하며, 피치 축 제어기들과 에너지 저장 장치들을 나셀에 위치시킨다. 본 발명은 또한 더 낮은 등급의 저렴한 구성요소를 사용하는 것을 가능하게 하고, 나셀 내부에 위치한 구성요소들에 대한 접근성을 높여준다.
슬립링은 광학적 슬립링 또는 다른 비접촉 방식의 장치일 수 있다. 데이터 신호는 슬립링을 통하는 물리적 채널의 수를 줄이기 위하여 다중처리방식으로 처리될 수 있다. 슬립링의 중복은, 예를 들어 동일한 슬립링 두 개를 나란히, 스위칭 장치 및 에러 감지 시스템과 함께 배치함으로써 얻어질 수 있다. 만약 필요하다면, 별개의 슬립링들이 각각의 데이터 및/또는 동력 채널을 위하여 사용될 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 나셀 위의 안전 모드 블레이드 피치 제어 시스템으로부터 각 블레이드의 회전 액추에이터에 이르는 독립적이고 중복적인 동력 전달 방법을 제공하는 회전 연결방식을 제공한다.
하나의 구현 방법은 허브와 나셀 간에 데이터 및/또는 동력을 전달하기 위한 동력 및 신호 슬립링을 제공하는 것인데, 더욱 자세하게는, 동력 공급 장치와 제어기 간에 각 안전 모드 회로를 위한 세 개의 독립적인 슬립링들을 제공하는 것이다. 상기 슬립링 각각은 자신의 독립적인 구조와 베어링 및 링/브러시 접촉점들을 가지며, 정상 조건에서는 작동하지 않는다. 상기 슬립링들은 기존 방식에서 결함 감지 또는 과속의 경우에 안전 모드 회로를 작동시키는 동일 시스템에 의하여 동력 전달 모드로 선택적으로 작동될 수 있다. 각 액추에이터 당 두 개의 링(즉, 동력 및 응답) 대신에, 세 개의 회로는 하나의 응답 링을 공통으로 공유할 수도 있다.
또 다른 형태의 공유된 구성요소들 및/또는 부분적인 중복이 이용될 수 있다. 예를 들어, 주 슬립링과는 별개로 각기 독립적인 안전 모드 링들이 공통의 회전축과 베어링 지지 시스템 상에 제공되고, 시스템 결함 감지 센서에 의해 작동될 수 있다. 주 슬립링은 독립된 블레이드 피치 제어 시스템의 요구조건을 만족하도록, 중복된 시스템들을 필수적으로 포함하도록 설계될 수 있다.
구현을 위한 또 다른 방법은 각 블레이드의 피치 액추에이터를 위한 독립적인 동력 전달 회로들을 정규 슬립링의 일부로서 제공하는 것이다. 이러한 방식은 중복된 베어링 디자인 또는 중복된 브러시 디자인과 결합하여, 시스템의 안전상 요구조건들을 만족시킬 수 있다.
구현을 위한 또 다른 방법은 동력 전달 장치와 제어기로부터 세 개의 블레이드 피치 액추에이터 간의 데이터 및/또는 동력의 전달을 위한 동력 및 신호 슬립링을 제공하기 위하여, 각각의 안전 모드 회로를 위한 회전형 트랜스포머(rotary transformer)와 같은 비접촉형 동력 전달 장치들(contactless powered devices)을 사용하는 것이다. 상기 안전 모드 동력전달 장치들은 각자 독립적인 구조, 베어링 및 링/브러시 접점들을 가지며, 정상 조건 하에서는 작동하지 않는다. 상기 독립적인 동력 전달 장치는, 기존 방식에서 결함 감지 시 안전 모드 회로를 작동시키는 동일한 시스템에 의해, 동력 전달 상태로 선택적으로 작동하게 된다.
구현을 위한 또 다른 방법은 각 블레이드 피치 액추에이터를 위한 비접촉형 동력 전달 장치들을 주 블레이드 피치 제어 시스템의 일부로서 제공하는 것이다. 이 경우, 독립된 각각의 장치들은 정상 상태의 블레이드 피치 제어는 물론, 안전 모드 피치 제어 모두를 위한 동력 전달 장치로서 기능할 수 있다. 이러한 구성은 중복된 베어링 디자인 및/또는 중복된 브러시 디자인과 결합하여, 안전상 요구사항을 만족시킬 수 있다. 비접촉형 동력 전달 장치는 에너지의 절약을 위해, 중간 전자장치를 거치지 않고 직접 액추에이터를 구동하도록 설계될 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같이, 풍력 발전기의 허브/나셀 인터페이스 상에서 모터 제어가 가능하도록 동 인터페이스 상에 충분한 신호 품질을 제공하는 회전식 연결장치(rotary joint)를 제시하고 있다. 또 다른 실시예는 구리 전송선 상에서 고속으로 신호가 전달되는 것을 가능하게 하는 광대역 슬립링 기술을 사용하는 것이다. 상기 광대역 슬립링 기술은 다중처리기법과 함께 사용되어 필요한 신호 링의 개수를 줄일 수 있다. 또 다른 실시예는 광섬유를 이용한 신호 전송을 위한 광섬유 회전식 연결장치를 이용하는 것이다. 광섬유 데이터 전송은 다중처리기법과 함께 사용되어, 회전식 연결장치를 통과하는 전송 데이터들을 하나의 섬유 위에 결합하는 것을 가능하게 한다. 다중처리기법은 하나의 섬유 위에서 양방향 신호를 사용하거나, 두 개의 섬유 위에 중복된 신호들을 이용하거나, 또는 두 개의 섬유에 일 방향 신호들을 이용하는 등, 필요에 따라 다양한 활용을 가능하게 한다. 또 다른 실시예는, 예를 들어 RF 또는 전위차 등, 다른 비접촉형 신호전송 기법을 다중처리기법과 함께(또는 다중처리기법을 이용함이 없이) 사용하는 것이다.
변형 형태
본 발명에 대하여 많은 변화와 변경이 만들어진 형태들도 생각해볼 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 원리는 일반적으로 다수의 블레이드를 가진 풍력 발전기에 적용된다. 따라서 본 발명은 풍력 발전기가 두 개, 세 개 또는 더 많은 블레이드를 가졌는지 여부에 상관없이 적용될 수 있다. 각각의 블레이드가 독립적으로 제어되는 것이 일반적으로 바람직하지만, 이 또한 필수적인 것은 아니다. 주 피치 제어 시스템 및/또는 안전 모드 피치 제어 시스템을 제공하는 다른 장비들이 이용될 수도 있다. 이러한 시스템들은 독립적으로 작동할 수도 있고, 부분적인 중복이나 공통된 구성요소들을 가질 수도 있다.
그러므로 비록 본 발명의 바람직한 실시예가 도시, 설명되고 여러 가지 변형된 실시예들이 제시되었지만, 당 기술 분야에 통상적인 지식을 가진 자는, 후술하는 청구항들을 통해 정의되고 구별된 본 발명의 원리를 벗어나지 않으면서도 다양한 추가적인 변화와 변형이 이루어질 수 있음을, 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 기류에 대해 상대적인 블레이드 피치 값을 변화시키기 위하여 블레이드 축을 중심으로 제어된 회전을 하는 최소 하나의 블레이드가 허브에 장착되고, 상기 허브는 허브 축을 중심으로 회전하도록 나셀에 장착되는 풍력 발전기에 있어서,
    상기 나셀에 장착되고 상기 블레이드에 연계된 에너지 저장 장치;
    상기 나셀에 장착되고 상기 블레이드와 상기 에너지 저장 장치에 연계된 피치 축 제어기;
    상기 허브에 장착되고 상기 블레이드에 연계되는 전자-기계적 액추에이터; 그리고
    상기 피치 축 제어기와 상기 전자-기계적 액추에이터 간에 동력 및/또는 데이터 신호를 전달하도록 구성된 최소 하나의 슬립링을 포함하고,
    이에 의해 상기 허브의 중량이 감소될 수 있게 된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    결함 감지 시에 상기 슬립링이 상기 에너지 저장 장치로부터 상기 액추에이터로 동력을 전달하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 신호들이 광학적 신호를 이용하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 데이터 신호들이 다중처리(multiplex) 되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 발전기는 다수의 블레이드를 가지고 있고, 상기 슬립링이 피치 제어기와 각 블레이드에 연계된 전자-기계적 액추에이터 간에 동력과 데이터 신호들을 전달하도록 구성된 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    풍력 발전기가 상기 블레이드의 피치 값을 선택적으로 제어하기 위한 주 피치 제어 시스템과, 결함 감지 상태 또는 과속 상태에서 상기 주 피치 제어 시스템을 중단하고 상기 블레이드를 페더 위치로 움직이기 위한 안전 모드 피치 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치와 상기 피치 제어기가 안전 모드 피치 제어 시스템의 일부분인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 주 피치 제어 시스템과 상기 안전 모드 피치 제어 시스템이 부분적으로 중복되어 있는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 슬립링이 상기 주 피치 제어 시스템과 상기 안전 모드 피치 제어 시스템의 일부분인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    오작동 상황을 감지하고 그러한 오작동 상황을 반영하는 신호를 상기 피치 축 제어기에 전달하는 결함 감지 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 슬립링이 비접촉형인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기용 블레이드 피치 제어 시스템.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101250206B1 (ko) * 2011-09-23 2013-04-03 한국전력공사 풍력발전단지 블레이드 감시 시스템 및 방법
US9205903B2 (en) 2010-04-06 2015-12-08 Wobben Properties Gmbh Ship with at least one sail rotor and adjustable panel at the bow
US9316204B2 (en) 2010-11-04 2016-04-19 Wobben Properties Gmbh Components of a wind power plant

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006009127A1 (de) * 2006-02-24 2007-09-06 Repower Systems Ag Energieversorgung für Blattverstelleinrichtung einer Windenergieanlage
WO2008031434A2 (en) * 2006-09-14 2008-03-20 Vestas Wind Systems A/S Method for controlling a wind turbine connected to the utility grid, wind turbine and wind park
ES2602738T3 (es) * 2010-03-10 2017-02-22 Ssb Wind Systems Gmbh & Co. Kg Sistema de regulación de paso de pala redundante
WO2012030326A1 (en) 2010-08-31 2012-03-08 Moog Inc. Gear assembly for turbine control actuators
NZ588159A (en) 2010-09-23 2014-01-31 Powerbyproxi Ltd A contactless power transfer system
US9528494B2 (en) 2010-11-10 2016-12-27 General Electric Company Method and system for operating a wind turbine during a fault
US8744634B2 (en) * 2010-11-19 2014-06-03 General Electric Company Safety instrumented system (SIS) for a turbine system
DE102011015970B4 (de) * 2011-04-04 2014-05-22 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Windkraftanlage mit einem Datenübertragungssystem
DE102011079939A1 (de) * 2011-07-27 2013-01-31 Karl E. Brinkmann GmbH Steuervorrichtung zum Steuern der Winkeleinstellung eines Rotorblatts einer Windkraftanlage und Windkraftanlage
CN102287331B (zh) * 2011-07-27 2013-05-29 国电联合动力技术有限公司 一种变桨距风电机组紧急顺桨触发系统及方法
US9926908B2 (en) * 2011-11-30 2018-03-27 Vestas Wind Systems A/S Hydraulic pitch system for a wind turbine
TWI470151B (zh) * 2011-12-28 2015-01-21 Ind Tech Res Inst 風力發電系統
WO2013110272A1 (en) * 2012-01-27 2013-08-01 Kk-Electronic A/S Modular control system for a wind turbine or a wind power park and wind turbine or wind power park with such control system
EP2713046B1 (de) * 2012-09-26 2018-08-01 Siemens Aktiengesellschaft Windkraftanlage
CN104968931B (zh) * 2013-02-07 2018-01-19 Kk风能解决方案公司 用于控制风力涡轮机的方法、系统和控制器
WO2015088527A1 (en) 2013-12-12 2015-06-18 Halliburton Energy Services, Inc. Redundant, adaptable slip ring
US9546069B2 (en) 2015-04-09 2017-01-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Drive for electromechanical control of lines
US10029781B2 (en) * 2015-08-03 2018-07-24 The Boeing Company Shape memory alloy-actuated propeller blades and shape memory alloy-actuated propeller assemblies
DE102016124840A1 (de) * 2016-12-19 2018-06-21 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Steuern eines Netzwiederaufbaus
DE102017111400A1 (de) * 2017-05-24 2018-11-29 HARTING Customised Solutions GmbH & Co. KG System zur Datenübertragung
DE102017114915A1 (de) * 2017-07-04 2019-01-10 Wobben Properties Gmbh Mobile Steuereinheit für eine Windenergieanlage
EP4138408A1 (en) 2017-10-16 2023-02-22 Sonion Nederland B.V. A sound channel element with a valve and a transducer with the sound channel element
DK3471437T3 (en) 2017-10-16 2021-02-15 Sonion Nederland Bv A valve, a transducer comprising a valve, a hearing device and a method
EP4203497A3 (en) 2017-10-16 2023-11-15 Sonion Nederland B.V. A personal hearing device
CN113572252A (zh) * 2020-04-28 2021-10-29 北京金风科创风电设备有限公司 后备电源系统、风力发电机组及变桨控制方法
CN112761872B (zh) * 2021-01-25 2022-11-01 三一重能股份有限公司 风电变桨超速保护方法、装置和风电变桨系统
US11754040B2 (en) 2021-08-16 2023-09-12 Mansberger Aircraft Inc. Automatic-aerodynamic pitch control for wind turbine blade

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008075521A (ja) * 2006-09-20 2008-04-03 Hitachi Ltd 風力発電システムおよびその運転方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62284969A (ja) * 1986-06-03 1987-12-10 Yamaha Motor Co Ltd プロペラ型風力発電機のピツチ変換装置
US6921985B2 (en) * 2003-01-24 2005-07-26 General Electric Company Low voltage ride through for wind turbine generators
US7086834B2 (en) * 2004-06-10 2006-08-08 General Electric Company Methods and apparatus for rotor blade ice detection
US7118338B2 (en) * 2004-06-30 2006-10-10 General Electric Company Methods and apparatus for twist bend coupled (TCB) wind turbine blades
DE102004060770B3 (de) * 2004-12-17 2006-07-13 Nordex Energy Gmbh Windenergieanlage mit Halteeinrichtung für eine Rotorwelle
US7721434B2 (en) * 2005-07-27 2010-05-25 General Electric Company Methods and apparatus for replacing objects on horizontal shafts in elevated locations
US7360310B2 (en) * 2005-10-05 2008-04-22 General Electric Company Method for changing removable bearing for a wind turbine generator
US7394166B2 (en) * 2006-10-04 2008-07-01 General Electric Company Method, apparatus and computer program product for wind turbine start-up and operation without grid power
TWI316585B (en) * 2006-12-18 2009-11-01 Ind Tech Res Inst Power-generating device with self-contained electric apparatus
US7745948B2 (en) * 2007-11-28 2010-06-29 General Electric Company Emergency pitch drive unit for a wind turbine
US7948100B2 (en) * 2007-12-19 2011-05-24 General Electric Company Braking and positioning system for a wind turbine rotor
US7945350B2 (en) * 2009-07-07 2011-05-17 General Electric Company Wind turbine acoustic emission control system and method
US7763989B2 (en) * 2009-07-07 2010-07-27 General Electric Company Method and apparatus for controlling the tip speed of a blade of a wind turbine
DK2317137T3 (da) * 2009-11-02 2012-09-03 Gen Electric Konfiguration af en vindturbinenacelle
US7944079B1 (en) * 2010-04-21 2011-05-17 General Electric Company Systems and methods for assembling a gearbox handling assembly for use in a wind turbine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008075521A (ja) * 2006-09-20 2008-04-03 Hitachi Ltd 風力発電システムおよびその運転方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9205903B2 (en) 2010-04-06 2015-12-08 Wobben Properties Gmbh Ship with at least one sail rotor and adjustable panel at the bow
US9316204B2 (en) 2010-11-04 2016-04-19 Wobben Properties Gmbh Components of a wind power plant
KR101250206B1 (ko) * 2011-09-23 2013-04-03 한국전력공사 풍력발전단지 블레이드 감시 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JP2012502227A (ja) 2012-01-26
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CA2736519C (en) 2015-03-17
WO2010030338A3 (en) 2011-02-17
CA2736519A1 (en) 2010-03-18
KR101591032B1 (ko) 2016-02-03
US8070446B2 (en) 2011-12-06

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