KR20120068329A - 센서 자동 캘리브레이션이 가능한 풍력 터빈 및 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

센서의 자동 캘리브레이션 및 캘리브레이션된 센서의 계측값에 근거하여 제어 가능한 풍력 터빈이 제공된다. 풍력 터빈은 하나 이상의 센서, 자동 캘리브레이션 동작시 상기 센서에서 계측되는 자동 캘리브레이션 신호에 근거하여 센서의 기준값을 재설정하여 전송하고, 상기 풍력 터빈의 동작시 센서에서 계측되는 계측 신호를 전달받아 전송하는 모니터링부, 및 자동 캘리브레이션 동작을 제어하고, 모니터링부를 통해 전달되는 재설정된 센서의 기준값과 상기 계측 신호에 근거하여 풍력 터빈의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

센서 자동 캘리브레이션이 가능한 풍력 터빈 및 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법{WIND TURBINE BEING ABLE TO SENSOR AUTO-CALIBRATION AND WIND TURBINE AUTO-CALIBRATION AND CONTROL METHOD}
풍력 터빈 및 이의 제어 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 센서 자동 캘리브레이션이 가능한 풍력 터빈 및 이의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법에 관한 것이다.
풍력 터빈은 풍력에 의한 동력 에너지를 기계적인 에너지로 전환시키는 기계이다. 기계적인 에너지가 물을 펌핑(pumping)하거나 밀(mill)을 가는 것과 같은 기계에 의해 직접 사용된다면, 풍력 터빈은 풍차라고 할 수 있다. 유사하게, 기계적인 에너지가 전기로 전환된다면, 기계는 풍력 발전기 또는 풍력 발전 플랜트라고 할 수 있다. 풍력 터빈은 어느 곳에나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있다. 게다가 풍력 발전은 발전 단가도 기존의 발전 방식과 경쟁 가능한 수준으로 신에너지 생성 수단으로서 대두되고 있다.
풍력 터빈을 사용할 경우 풍력 터빈의 효율적인 제어와 안전한 동작이 가장 중요한 문제로 제기된다. 풍력 터빈의 동작을 안정적으로 유지하고 이를 효율적으로 제어하기 위해서 500개 이상의 신호들이 주기적으로 계측되고 모니터링되며 이 신호들에 근거하여 풍력 터빈이 제어되고 있다. 따라서, 풍력 터빈에는 다양한 종류의 센서들이 설치된다. 그런데, 센서의 설치 이후에는 센서의 캘리브레이션(calibration) 과정이 필요할 뿐만 아니라 경시적 또는 환경적 요인으로 인해 센서의 감도가 변화될 수 있으므로 사용 중에도 이를 주기적으로 캘리브레이션할 필요가 있다.
본 발명의 실시예들은 센서 자동 캘리브레이션이 가능한 풍력 터빈을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시예들은 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 터빈에 설치된 하나 이상의 센서, 자동 캘리브레이션 동작시 상기 센서에서 계측되는 자동 캘리브레이션 신호에 근거하여 상기 센서의 기준값을 재설정하여 전송하고, 상기 풍력 터빈의 동작시 상기 센서에서 계측되는 계측 신호를 전달받아 전송하는 모니터링부, 및 상기 자동 캘리브레이션 동작을 제어하고, 상기 모니터링부를 통해 전달되는 재설정된 센서의 기준값과 상기 계측 신호에 근거하여 상기 풍력 터빈의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 자동 캘리브레이션이 가능한 풍력 터빈이 제공될 수 있다.
상기 자동 캘리브레이션 동작은 풍속을 기준으로 개시될 수 있다.
상기 자동 캘리브레이션 동작은 로터를 1rpm 이하로 회전시키는 것일 수 있다.
상기 풍력 터빈은 상기 센서의 자동 캘리브레이션 신호와 상기 계측 신호를 수집하고 이를 디지털 데이터로 전환하고 압축 통계 분석하는 센싱부를 더 포함할 수 있다.
상기 센서는 하중 센서이고, 상기 센싱부는 로터에 설치되고, 상기 모니터링부는 나셀에 설치될 수 있다.
상기 모니터링부는 상기 계측 신호가 문턱 전압 레벨을 초과하는 경우에는 알람 신호를 발생할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 터빈에 설치된 하나 이상의 센서, 모니터링부 및 제어부를 포함하는 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법에 있어서, 상기 제어부에서 상기 센서의 자동 캘리브레이션 동작 조건인지를 판단하고, 자동 캘리브레이션 동작 조건이 충족되면 상기 센서 자동 캘리브레이션 동작을 개시하고, 상기 모니터링부에서 상기 센서로부터 생성되는 자동 캘리브레이션 신호에 근거하여 상기 하나 이상의 센서의 기준값을 재설정하고, 상기 제어부에서 상기 풍력 터빈의 동작시 상기 센서의 계측 신호와 상기 재설정된 센서의 기준값에 근거하여 상기 풍력 터빈의 동작을 제어하는 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법이 제공될 수 있다.
상기 캘리브레이션 동작 조건인지 판단하는 것은 상기 센서의 설치 후 초기 캘리브레이션인지 판단하고, 설치 후 사용 중 캘리브레이션인 경우 캘리브레이션 주기가 도래하였는지 판단하고, 외부 환경이 캘리브레이션 조건을 충족하는지 판단하는 것을 포함할 수 있다.
상기 자동 캘리브레이션 동작 조건인지를 판단하는 것은 풍속을 기준으로 판단할 수 있다.
상기 자동 캘리브레이션 동작을 개시하는 것은 로터를 1rpm 이하로 회전시키는 것일 수 있다.
상기 풍력 터빈은 센싱부를 더 포함하고, 상기 자동 캘리브레이션 동작을 개시한 후, 상기 센싱부에서 상기 센서의 자동 캘리브레이션 신호를 수집하고 이를 디지털 데이터로 전환하고 압축 통계 분석하여 자동 캘리브레이션 요약 데이터를 생성하고, 상기 모니터링부에서 상기 센싱부로부터 전달받은 자동 캘리브레이션 요약 데이터에 근거하여 센서의 기준값을 재설정하는 것일 수 있다.
상기 센서는 하중 센서이고, 상기 센싱부는 로터에 설치되고, 상기 모니터링부는 나셀에 설치될 수 있다.
상기 모니터링부는 상기 계측 신호가 문턱 전압 레벨을 초과하는 경우에는 알람 신호를 발생할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 풍력 터빈은 센서 자동 캘리브레이션이 가능하다. 따라서, 센서의 캘리브레이션을 수동으로 조작할 필요가 없으며 캘리브레이션 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 센서가 시간이 지남에 따라 변화하거나 주변 환경의 오염 등으로 인하여 센서의 상태가 변화하였을 경우에도 이를 주기적으로 자동 캘리브레이션함으로써 센서의 오동작을 방지할 수 있다.
도 1는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈의 개략적인 정면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈의 부분 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈 자동 캘리브레이션 및 제어 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 터빈의 부분 구성도이다.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 터빈 자동 캘리브레이션 및 제어 방법의 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 개략도, 구성도 및/또는 흐름도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈(100)의 측면도와 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 풍력 터빈(100)은 타워(2), 나셀(3) 및 로터(4)로 구성된다. 로터(4)는 로터 허브(미도시)를 덮고 있는 스피너(5)와 로터 허브 상에 장착된 로터 블레이드(6)로 구성된다. 도면에서는 3개의 로터 블레이드(6)를 예시하고 있으나 3개 이상 또는 3개 미만의 로터 블레이드(6)를 포함할 수 있다. 나셀(3)은 발전기(7) 및 기타 관련 구성 요소들을 수납한다. 로터 허브는 발전기(7)에 연결된다. 타워(2)는 나셀(3)과 로터(4)를 일정 높이에서 지지하기 위한 구조물로 육지 또는 해저에 설치되는 고정 장치 또는 부유 장치일 수 있으며, 해저에 설치될 경우에는 그 자체가 해저의 앵커에 연결된 앵커 연결부를 구비하는 부유 장치일 수 있다.
바람이 로터 블레이드(6)에 부딪힐 때, 로터(4)가 회전축(12)을 중심으로 회전하여 바람의 운동 에너지를 기계적 에너지로 전환하여 나셀(3) 내의 발전기(7)로 전달하고 발전기(7)는 이를 전기적 에너지로 변환한다. 그런데, 바람 방향(13)은 쉽게 변하기 때문에 로터 블레이드(6)가 실질적으로 바람과 대면할 수 있도록 제어할 필요가 있다. 다시 말하면, 바람의 방향과 속도를 측정하여, 측정값에 따라 나셀(3)을 회전시킴으로써 바람 방향(13)이 로터(4)의 회전축(12)에 평행하게 하거나, 로터 블레이드(6)들을 동등한 방법으로 또는 개별적으로 그들의 길이 방향 축(14), 즉 로터(4) 회전축(12)과 수직하고 타워(2)의 종방향 축과 실질적으로 동축인 회전축(14)을 중심으로 피치(pitched)시켜 로터 블레이드(6)에 부딪히는 바람의 양을 최대화시킬 수 있으며, 바람의 토크에 따라 로터(4)와 발전기(7)의 속도를 증가 또는 감소킬 수 있다. 이와 같은 제어를 위해서 다양한 종류의 센서들이 설치될 수 있다. 센서들로부터 얻어진 다양한 계측 신호들은 풍력 터빈(100)의 동작과 조건 모니터링 및 제어(performance and condition monitoring and control) 등에 사용될 수 있다. 그런데, 센서들은 설치 후, 사용 전에 먼저 캘리브레이션되어야 할 뿐만 아니라 일정 시간 동작 후에도 경시적인 요소 또는 주변 환경적인 요소로 인해 변동된 감도를 교정하기 위한 캘리브레이션이 필요하다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈(100)에서는 이와 같은 캘리브레이션이 자동으로 수행될 수 있다. 이하 도 3 및 도 4을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈 센서의 자동 캘리브레이션 방법과 이를 이용한 풍력 터빈의 제어 방법에 대해 설명하도록 한다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈(100)의 부분 구성도와 풍력 터빈 자동 캘리브레이션과 제어 방법의 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 터빈(100)은 센서들(10), 제어부(110) 및 모니터링부(130)를 포함한다.
센서들(10)은 로터 블레이드(6)에 설치되어 로터 블레이드(6)에 가해지는 하중을 측정하기 위한 하중 센서(10a), 로터 블레이드(6)의 피치를 측정하기 위한 피치 센서(10b), 로터(4)와 발전기(7)의 속도를 측정하기 위해 설치되는 속도 센서들(10c, 10f), 나셀의 요잉(yawing) 방향을 측정하기 위한 나셀 요(yaw) 센서(10d), 타워(2)의 하중을 측정하기 위한 센서(10e), 및 바람의 방향과 속도를 측정하기 위한 센서, 진동, 온도 또는 압력 센서 등과 같은 기타 센서(10g) 등이 설치될 수 있다.
제어부(110)는 자동 캘리브레이션 동작 제어와 풍력 터빈의 실 동작 제어 두 가지 기능을 수행할 수 있다. 먼저 제어부(110)는 캘리브레이션 동작 조건인지를 판단한다(S11). 캘리브레이션 동작 조건 판단(S10)은 먼저 센서(10)의 설치 후 초기 캘리브레이션인지 판단하는 단계(S101)와 설치 후 사용 중 캘리브레이션인 경우 캘리브레이션 주기가 도래하였는지 판단하는 단계(S102)를 차례대로 수행한 후 외부 환경이 캘리브레이션 조건을 충족하는지 판단하는 단계(S103)를 실시한다. 캘리브레이션 주기는 운영자에 의해 센서(10)의 특성 및 풍력 터빈(100)의 설치 사이트의 조건 등을 고려하여 미리 입력될 수 있다.
외부 환경이 캘리브레이션 조건을 충족하는지 판단하는 단계(S103)은 풍속을 기준으로 하여 판단할 수 있다. 풍속이 작을 경우 자동 캘리브레이션을 실시할 수 있다. 예를 들면 풍속은 5m/s 이하일 경우 캘리브레이션 동작 조건으로 판단할 수 있다.
캘리브레이션 동작 조건으로 판단되면 제어부(110)는 캘리브레이션 동작을 개시한다(S12). 캘리브레이션 동작은 낮은 속도로 로터(4)를 회전시켜주는 것일 수 있다. 예를 들면 로터(4)의 회전 속도는 1rpm 이하일 수 있다. 로터(4)가 회전을 시작하면, 센서(10)는 센싱을 시작하고 이로부터 자동 캘리브레이션 신호가 생성된다.
모니터링부(monitoring unit)(130)는 센서(10)로부터 전달받은 자동 캘리브레이션 신호에 근거하여 상기 센서(10)의 기준값을 재설정하여 전달한다(S13).
모니터링부(130)는 센서(10)로부터 전달받은 아날로그 신호인 캘리브레이션 신호를 디지털 데이터로 변환하고, 디지털화된 캘리브레이션 데이터에 근거하여 센서(10)의 기준값, 예컨대 영점을 재설정한 후 재설정된 기준값을 제어부(110)로 전달한다. 이로써 자동 캘리브레이션은 종료된다.
자동 캘리브레이션 종료 후, 실 동작시 모니터링부(130)는 센서(10)에서 계측되는 실 계측 신호를 전달받아 제어부(110)로 전송하고 제어부(110)는 모니터링부(130)로부터 전달받은 재설정된 센서(10)의 기준값과 센서(10)의 실 계측 신호에 근거하여 풍력 터빈의 실 동작을 제어한다(S14). 이 때, 모니터링부(130)는 센서(10)로부터 전달받은 실 계측 신호가 모니터링부(130)에 저장된 문턱 전압 레벨을 초과하는 경우에는 알람 신호를 발생할 수도 있다. 또한 모니터링부(130)에 표시되는 실 계측 데이터에 따라 예정되지 않은 유지 보수 또는 동작 정지 등이 행해질 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 터빈(200)의 부분 구성도와 풍력 터빈 자동 캘리브레이션 및 제어 방법의 흐름도이다. 본 발명의 제2 실시예는 로터 블레이드(6)의 하중 센서(10a)를 예시로 하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 도 5에 예시되어 있는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 터빈(200)은 센서(10a)로부터 생성되는 신호를 보다 정확하게 측정하고 이를 효율적으로 전달하기 위해 고안된 것이다.
도 5를 참조하면, 풍력 터빈(200)은 하중 센서(10a), 센싱부(220), 모니터링부(230) 및 제어부(210)를 포함한다.
하중 센서(10a)는 각 로터 블레이드(6)마다 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 하중 센서(10a)로는 로드 셀(load cell), 스트레인 게이지(strain gauge), 광섬유(fiber-optic) 센서, 압저항형(piexoresistive) 센서, 용량성(capacitive) 센서 등이 사용될 수 있다.
제어부(210)는 제1 실시예에 따른 풍력 터빈(200)의 제어부(110)와 마찬가지로 자동 캘리브레이션 동작 제어와 풍력 터빈의 실 동작 제어 두 가지 기능을 수행할 수 있다. 제어부(110)는 타워(2)에 설치될 수 있다. 그러나, 그 위치에 제한을 받는 것은 아니다.
먼저 제어부(210)는 자동 캘리브레이션 동작 조건인지를 판단한다(S21). 캘리브레이션 동작 조건 판단(S20)은 하중 센서(10a)의 설치 후 초기 캘리브레이션인지 판단하는 단계(S201)와 설치 후 사용 중 캘리브레이션인 경우 캘리브레이션 주기가 도래하였는지 판단하는 단계(S202)를 차례대로 수행한 후 외부 환경이 캘리브레이션 조건을 충족하는지 판단하는 단계(S203)를 실시한다. 캘리브레이션 주기는 운영자에 의해 하중 센서(10a)의 특성 및 풍력 터빈(200)의 설치 사이트의 조건 등을 고려하여 미리 입력될 수 있다.
외부 환경이 캘리브레이션 조건을 충족하는지 판단하는 단계(S203)은 풍속을 기준으로 하여 판단할 수 있다. 풍속이 작을 경우 자동 캘리브레이션을 실시할 수 있다. 예를 들면 풍속은 5m/s 이하일 경우 캘리브레이션 동작 조건으로 판단할 수 있다.
캘리브레이션 동작 조건으로 판단되면 제어부(210)는 캘리브레이션 동작을 개시한다(S22). 캘리브레이션 동작은 낮은 속도로 로터(4)를 회전시켜주는 것일 수 있다. 예를 들면 로터(4)의 회전 속도는 1rpm 이하일 수 있다. 로터(4)가 회전을 시작하면, 하중 센서(10a)는 센싱을 시작하고 이로부터 자동 캘리브레이션 신호가 생성된다.
센싱부(220)는 제어부(210)의 제어 동작에 따라 동작하는 로터 블레이드(6)에 설치된 하중 센서(10a)로부터 얻어지는 자동 캘리브레이션 신호를 수집한다(S23)
센싱부(220)를 구비함으로써 하중 센서(10a)로부터 수집하는 신호의 양을 증대시킬 수 있다. 예를 들면, 센싱부(220)에서는 매초당 수십 차례에 걸쳐 각 센서의 신호를 수집할 수 있다. 센싱부(220)는 수집된 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환할 수 있다. 이렇게 얻어진 시간 도메인과 주파수 도메인 데이터에 대해서 데이터 압축과 통계 분석을 행한 후 자동 캘리브레이션 요약 데이터를 모니터링부(230)로 전송할 수 있다.
모니터링부(230)에는 하중 센서(10a) 이외의 다른 센서들(10b~10g)의 계측 신호 데이터가 모두 수집되기 때문에 하중 센서(10a)에서 측정되는 모든 신호를 다 처리할 수가 없다. 따라서, 만약 센싱부(220)가 없다면 모니터링부(230)에서는 하중 센서(10a)로부터 수집하는 신호의 양을 줄이기 위해서 저속(low rate) 샘플링을 수행할 수 있다. 그러나, 저속 샘플링을 할 경우에는 신호의 고주파 성분과 하중 피크값을 놓칠 수 있다. 따라서, 센싱부(220)에서는 하중 센서(10a)로부터 매초 단위로 수십 차례에 걸쳐 얻어지는 가공되지 않은 아날로그 신호를 일차 가공하여 요약 데이터를 얻어낸 후 이를 모니터링부(230)로 전달하는 기능을 한다. 모니터링부(230)로 전달하기에 데이터 양이 너무 많은 경우에는 중요한 시간 도메인과 주파수 도메인 통계를 사용하여 데이터를 요약한 후 이를 모니터링부(230)로 전달할 수 있다. 요약 데이터는 굽힘 모멘트(bending moment), 피로, 드라이브 토크(drive torque), 오프셋 로드 벡터(offset load vector) 등의 최대, 최소, 평균 및 RMS 값을 포함할 수 있다. 요약 데이터는 1분 길이의 데이터를 포함할 수 있다. 센싱부(220)는 모니터링부(230)와 근거리 무선 통신할 수 있도록 블루투스(blue tooth), 지그비(Zig bee), IEEE 802.11, UWB(Ultra Wide Band) 통신 방법 등을 채용할 수 있다.
모니터링부(230)는 센싱부(220)로부터 전달받은 자동 캘리브레이션 요약 데이터에 근거하여 하중 센서(10a)의 기준값을 재설정하여 전달한다(S24).
모니터링부(230)는 센싱부(220)로부터 전달받은 자동 캘리브레이션 요약 데이터에 근거하여 하중 센서(10a)의 기준값, 예컨대 영점을 재설정한 후 재설정된 기준값을 제어부(210)로 전달한다. 이로써 자동 캘리브레이션은 종료된다.
자동 캘리브레이션 종료 후, 실 동작시 모니터링부(230)는 하중 센서(10a)에서 계측되는 실 계측 신호를 전달받아 제어부(210)로 전송하고 제어부(210)는 모니터링부(230)로부터 전달받은 재설정된 하중 센서(10a)의 기준값과 하중 센서(10a)의 실 계측 신호에 근거하여 풍력 터빈의 실 동작을 제어한다(S24).
예를 들면, 실 동작시 하중 센서(10a)에서 매초 단위로 수십 차례에 걸쳐 계측되는 실 계측 신호가 센싱부(220)로 전달되면 센싱부(220)는 이 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하고, 이렇게 얻어진 디지털 신호에 대해서 데이터 압축과 통계 분석을 행한 후 예를 들면 1분 길이의 데이터 블록을 요약한 요약 데이터를 매분 단위로 모니터링부(230)로 전달할 수 있다 모니터링부(230)에서는 매분 단위로 전송되는 데이터를 더 압축 가공한 후에 제어부(210)로 전달할 수 있다. 예를 들면, 모니터링부(230)는 센싱부(220)로부터 전달된 데이터를 사용하여 하중 히스토그램(histogram)을 생성한 후 이를 제어부(210)로 전달할 수 있다. 모니터링부(230)부로부터 제어부(210)로의 압축 데이터 전달은 하루에 수 차례에 걸쳐 수행될 수 있다. 모니터링부(230)와 제어부(210) 사이에는 이더넷(Ethernet), 홈 PNA(Phone line networking Alliance), 전력선(Power Line Communication), IEEE 1394 통신 등의 유선 통신 방법, 또는 근거리 무선 통신 방법 등이 사용될 수 있다. 모니터링부(230)는 또한 센싱부(220)로부터 전달받은 실 계측 데이터가 모니터링부(230)에 저장된 문턱 전압 레벨을 초과하는 경우에는 알람 신호를 발생할 수도 있다. 또한 모니터링부(230)에 표시되는 실 계측 데이터에 따라 제어부(210) 또는 작업자가 예정되지 않은 유지 보수 또는 동작 정지 등을 행할 수 있다.
제어부(210)는 모니터링부(230)로부터 전달받은 재설정된 하중 센서(10a)의 기준값과 하중 센서(10a)의 실 계측값에 근거하여 풍력 터빈의 실 동작을 제어한다.
도 5 및 도 6에서는 하중 센서(10a)만을 예시하고 있으나 이와 같은 구성은 다른 종류의 센서(10b~10g)에도 적용 가능함은 물론이다.
본 발명의 실시예들에 따른 풍력 터빈은 센서 자동 캘리브레이션이 가능하다. 따라서, 센서의 캘리브레이션을 수동으로 조작할 필요가 없으며 캘리브레이션 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 센서가 시간이 지남에 따라 변화하거나 주변 환경의 오염 등으로 인하여 센서의 상태가 변화하였을 경우에도 이를 주기적으로 자동 캘리브레이션함으로써 센서의 오동작을 방지할 수 있다. 또한, 제2 실시예에 따른 풍력 터빈의 경우에는 센서로부터 생성되는 신호를 보다 정확하게 측정하고 이를 효율적으로 전달하여 이를 근거로 풍력 터빈을 제어할 수 있는 추가적인 장점이 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 센서 2: 타워
3: 나셀 4: 로터
6: 로터 블레이드 100, 200: 풍력 터빈
110, 210: 제어부 220: 센싱부
130, 230: 모니터링부

Claims (13)

  1. 풍력 터빈에 설치된 하나 이상의 센서;
    자동 캘리브레이션 동작시 상기 센서에서 계측되는 자동 캘리브레이션 신호에 근거하여 상기 센서의 기준값을 재설정하여 전송하고, 풍력 터빈의 동작시 상기 센서에서 계측되는 계측 신호를 전달받아 전송하는 모니터링부; 및
    상기 자동 캘리브레이션 동작을 제어하고, 상기 모니터링부를 통해 전달되는 재설정된 센서의 기준값과 상기 계측 신호에 근거하여 상기 풍력 터빈의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 풍력 터빈.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 자동 캘리브레이션 동작은 풍속을 기준으로 개시되는 풍력 터빈.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 자동 캘리브레이션 동작은 로터를 1rpm 이하로 회전시키는 것인 풍력 터빈.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 센서의 자동 캘리브레이션 신호와 상기 계측 신호를 수집하고 이를 디지털 데이터로 전환하고 압축 통계 분석하는 센싱부를 더 포함하는 풍력 터빈.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 센서는 하중 센서이고, 상기 센싱부는 로터에 설치되고, 상기 모니터링부는 나셀에 설치되는 풍력 터빈.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 모니터링부는 상기 계측 신호가 문턱 전압 레벨을 초과하는 경우에는 알람 신호를 발생하는 풍력 터빈.
  7. 풍력 터빈에 설치된 하나 이상의 센서, 모니터링부 및 제어부를 포함하는 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법에 있어서,
    상기 제어부에서 상기 센서의 자동 캘리브레이션 동작 조건인지를 판단하고, 자동 캘리브레이션 동작 조건이 충족되면 상기 센서 자동 캘리브레이션 동작을 개시하고,
    상기 모니터링부에서 상기 센서로부터 생성되는 자동 캘리브레이션 신호에 근거하여 상기 하나 이상의 센서의 기준값을 재설정하고,
    상기 제어부에서 상기 풍력 터빈의 동작시 상기 센서의 계측 신호와 상기 재설정된 센서의 기준값에 근거하여 상기 풍력 터빈의 동작을 제어하는 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 동작 조건인지 판단하는 것은
    상기 센서의 설치 후 초기 캘리브레이션인지 판단하고,
    설치 후 사용 중 캘리브레이션인 경우 캘리브레이션 주기가 도래하였는지 판단하고,
    외부 환경이 캘리브레이션 조건을 충족하는지 판단하는 것을 포함하는 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 자동 캘리브레이션 동작 조건인지를 판단하는 것은 풍속을 기준으로 판단하는 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법.
  10. 제7 항에 있어서, 상기 자동 캘리브레이션 동작을 개시하는 것은 로터를 1rpm 이하로 회전시키는 것인 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법.
  11. 제7 항에 있어서, 상기 풍력 터빈은 센싱부를 더 포함하고,
    상기 자동 캘리브레이션 동작을 개시한 후, 상기 센싱부에서 상기 센서의 자동 캘리브레이션 신호를 수집하고 이를 디지털 데이터로 전환하고 압축 통계 분석하여 자동 캘리브레이션 요약 데이터를 생성하고,
    상기 모니터링부에서 상기 센싱부로부터 전달받은 자동 캘리브레이션 요약 데이터에 근거하여 센서의 기준값을 재설정하는 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 센서는 하중 센서이고, 상기 센싱부는 로터에 설치되고, 상기 모니터링부는 나셀에 설치되는 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법.
  13. 제7 항에 있어서, 상기 모니터링부는 상기 계측 신호가 문턱 전압 레벨을 초과하는 경우에는 알람 신호를 발생하는 풍력 터빈의 자동 캘리브레이션 및 제어 방법.
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