KR20120094238A - 대기전력 소비절감 기능을 갖는 풍력발전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기전력 소비절감 기능을 갖는 풍력발전기에 관한 것으로 특히, 풍력발전기와 부하 계통 사이에 주 변압기와 주 차단기가 직렬 연결됨과 동시에 보조 변압기와 보조 차단기가 직렬 연결되고, 상기 주 차단기 및 보조 차단기는 풍력발전기의 발전상태를 검출하여 풍력발전에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 제어부에 의해 온/오프 제어되는 구성을 갖는 풍력발전 시스템에 있어서, 상기 제어부에 풍속 감지부를 부가 설치하고, 상기 제어부로 하여금 풍속 감지부를 통해 검출되는 풍속이 정해진 풍속 이하로 판단될 경우 주 차단기를 개방시키도록 한 것을 특징으로 한다.
따라서, 풍속이 풍력발전이 불가능한 소정 풍속 이하이어서 풍력 발전 대기 또는 정지상태인 경우 제어기에서 주 차단기를 개방시켜 풍력발전기가 보조 변압기 및 보조 차단기를 통해 부하 계통에 연계된 상태를 유지시킬 수 있게 되어 발전 대기 및 정지시 주 변압기에서 불필요하게 소모하는 무부하 전력손실(즉, 대기전력 손실)을 대폭 절감할 수 있는 것이다.

Description

대기전력 소비절감 기능을 갖는 풍력발전기{Decreasing the standby power for wind turbine generator system}

본 발명은 대기전력 소비절감 기능을 갖는 풍력발전기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 풍력발전기로 발전 가능한 풍속 이하의 대기 상태에서는 제어기를 통해 주 차단기를 개방하여 풍력발전기가 보조 변압기 및 보조 차단기를 통해 부하 계통에 연계된 상태를 유지하도록 하여 주 변압기에서 손실되는 대기전력을 절감할 수 있도록 발명한 것이다.

일반적으로 풍력발전기는 바람이 지니고 있는 에너지를 우리가 유용하게 사용할 수 있는 전기에너지로 바꿔주는 장치로써 불어오는 바람은 풍력발전기의 날개를 회전시키게 된다. 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산하여 우리가 사용하게 되는 것으로, 구체적으로 풍력발전기는 날개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성되어 있다.

이때, 날개는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이고, 변속장치는 날개에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되어 발전기에서 요구되는 회전수로 높여서 발전기를 회전시키며, 발전기는 날개에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.

이와 같은 풍력발전기는 날개의 회전축의 방향에 따라 회전축이 지면에 대해 수직으로 설치되어 있는 수직축 풍차와 회전축이 지면에 대해 수평으로 설치되어 있는 수평축 풍차로 구분되는데, 이때 상기 수평축 풍차는 간단한 구조로 이루어져 있어 설치하기 편리하나 바람의 방향에 영향을 받으며, 상기 수직축 풍차는 바람의 방향에 관계가 없어 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용할 수 있지만 그 소재가 비싸고 수평축 풍차에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있다.

또, 상기 풍력발전기는 풍속이 세고, 풍차가 클수록 더 많은 풍력 에너지를 생산할 수 있기 때문에 풍력 발전기의 발전량은 바람의 세기와 풍차의 크기에 의존하고 있고, 또한 높이가 높아질수록 바람이 세게 불기 때문에 높은 곳의 발전기가 낮은 곳의 발전기보다 크고 발전량도 많다. 풍력으로 발전하려면 평균 초속 4m/s 이상으로 부는 바람이 필요하게 되는데, 여기서 말하는 바람의 속도는 우리가 서 있는 땅위가 아니라 풍력 발전기의 날개가 있는 높이에서의 속도를 말한다.

이와 같은 풍력발전기의 효과로는 첫째 바람의 운동에너지를 이용한 발전방식으로 화석연료 대체효과가 매우 크고, 둘째 낙도 등의 낙후 지역에 경제성 있는 전력 보급이 가능하며, 셋째 풍향이 우수한 해안 및 산간지역에 설치함으로써 국내 토지이용을 합리화할 수 있고, 넷째 제주지역과 같은 일부 특정지역의 경우 대규모 풍력발전단지 조성으로 관광자원으로 활용이 가능하다.

이와 같은 구성 및 특성을 갖는 풍력발전기는 일반적으로 풍력에 의해 생산된 전력을 주 변압기에서 승압하여 주 차단기를 거쳐 계통에 전달하게 되는데, 이때 풍력발전기에서 발전된 전력의 일부는 보조 차단기를 거쳐 보조 변압기에서 소정 전압으로 변환된 후 풍력발전기에 공급되어 풍력발전기 자체에서 소비한다.

그런데 종래 풍력발전기에서는 발전 가능한 풍속 이하의 대기 또는 정지상태에서도 전력소모용 부하 계통에 연계되어 있어서 주 변압기에서 무부하 손실이 발생하여 지속적으로 전력이 소비되는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 풍력발전기의 상태를 검출하여 풍력발전에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 제어부에 풍속 감지부를 부가 설치함과 동시에 상기 풍속 감지부를 통해 검출되는 풍속이 풍력발전기로 발전 가능한 풍속 이하인 대기 또는 정지상태인지를 판단하여 정해진 풍속 이하로 판단될 경우 주 차단기를 개방시키는 기능을 부가시켜 풍속이 풍력발전이 불가능한 소정 풍속 이하이어서 풍력 발전 대기 또는 정지상태인 경우 제어기에서 주 차단기를 개방시켜 풍력발전기가 보조 변압기 및 보조 차단기를 통해 부하 계통에 연계된 상태를 유지하도록 하도록 함으로써 주 변압기에서 손실되는 대기전력을 대폭 절감(즉, 주 변압기에서의 발생되는 무부하 손실을 미연에 방지)할 수 있는 대기전력 소비절감 기능을 갖는 풍력발전기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 풍력발전기와 부하 계통 사이에 주 변압기와 주 차단기가 직렬 연결됨과 동시에 보조 변압기와 보조 차단기가 직렬 연결되고, 상기 주 차단기 및 보조 차단기는 풍력발전기의 발전상태를 검출하여 풍력발전에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 제어부에 의해 온/오프 제어되는 구성을 갖는 풍력발전 시스템에 있어서, 상기 제어부에 풍속 감지부를 부가 설치하고, 상기 제어부로 하여금 풍속 감지부를 통해 검출되는 풍속이 정해진 풍속 이하로 판단될 경우 주 차단기를 개방시키도록 한 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제어부에 풍속 감지부를 부가 설치함과 동시에 상기 풍속 감지부를 통해 검출되는 풍속이 풍력발전기로 발전 가능한 풍속 이하인 대기 또는 정지상태인지를 판단될 경우 주 차단기를 개방시키는 기능을 부가시켜 줌으로써 풍속이 풍력발전이 불가능한 소정 풍속 이하이어서 풍력 발전 대기 또는 정지상태인 경우 제어기에서 주 차단기를 개방시켜 풍력발전기가 보조 변압기 및 보조 차단기를 통해 부하 계통에 연계된 상태를 유지시킬 수 있게 되어 발전 대기 및 정지시 주 변압기에서 불필요하게 소모하는 무부하 전력손실(즉, 대기전력 손실)을 대폭 절감할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명이 적용된 풍력발전 시스템도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명이 적용된 풍력발전 시스템도를 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명의 대기전력 소비절감 기능을 갖는 풍력발전기는,

풍력발전기(1)와 부하 계통(3) 사이에 주 변압기(5)와 주 차단기(4)가 직렬 연결됨과 동시에 보조 변압기(7)와 보조 차단기(6)가 직렬 연결되고, 상기 주 차단기(4) 및 보조 차단기(6)는 풍력발전기(1)의 발전상태를 실시간으로 검출하여 풍력발전에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 제어부(2)에 온/오프 제어되는 구성을 갖는 풍력발전 시스템에 있어서,

상기 제어부(2)에 풍속 감지부(8)를 부가 설치하고, 상기 제어부(2)로 하여금 풍속 감지부(8)를 통해 검출되는 풍속이 풍력발전기로 발전 가능한 풍속 이하인 것으로 판단될 경우 주 차단기(4)를 개방시키도록 한 것을 특징으로 한다.

이때, 상호 직렬 연결된 형태를 갖는 주 변압기(5)와 주 차단기(4) 대비 보조 변압기(7)와 보조 차단기(6)는 상호 병렬 연결된 형태를 갖는다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 공지된 풍력발전 시스템에 있어서, 제어부(2)의 입력부에 풍속 감지부(8)를 부가 설치함과 동시에 제어부(2) 내에 기 입력된 제어프로그램의 일부를 변경, 즉 상기 제어부(2)로 하여금 풍속 감지부(8)를 통해 검출되는 풍속이 풍력발전기로 발전 가능한 풍속 이하인 발전 대기 또는 정지상태인지를 판단할 수 있도록 하는 제어프로그램을 변경시켜, 풍속 자체가 발전이 불가능한 풍속인 정해진 풍속 이하로 판단될 경우(즉, 발전정지 또는 발전 대기 상태로 돌입한 경우) 주 차단기(4)를 개방시켜 풍력발전기(1)가 부하 계통(3)에 연계된 상태를 유지하면서 무부하 상태의 주 변압기(5)가 대기전력을 소비하는 것을 차단시킬 수 있도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.

이때, 공지된 상기 풍력발전 시스템 자체는 풍력발전기(1)와 부하 계통(3) 사이에 주 변압기(5)와 주 차단기(4)가 직렬 연결된 형태를 가짐과 동시에 보조 변압기(7)와 보조 차단기(6)가 직렬 연결되고, 또 상기 주 차단기(4) 및 보조 차단기(6)는 풍력발전기(1)의 발전상태를 실시간으로 검출하여 풍력발전에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 제어부(2)에 온/오프 제어되는 구성을 갖는다.

이와 같은 구성을 갖는 풍력발전 시스템에 포함된 풍력발전기(1)는 일반적으로 풍력에 의해 생산된 전력을 주 변압기(5)에 전달하여 승압시킨 후 제어부(2)에 의해 온/오프 제어되는 주 차단기(4)를 통해 전력소모원인 부하 계통(3)에 전달한다.

이때, 상기 풍력발전기(1)에서 발전된 전력의 일부는 제어부(2)에 의해 온/오프 제어되는 보조 차단기(6)를 거쳐 보조 변압기(7)에 공급된 후 풍력발전기(1)의 기본적인 구동에 필요한 소정전압으로 변압된 다음 풍력발전기(1)로 재공급되어 풍력발전기 자체에서 소비하게 된다.

그런데 본 발명이 적용된 상기 풍력발전 시스템의 제어부(2)에서는 통상시 입력부에 연결된 풍속 감지부(8)를 통해 풍력발전기(1)의 날개에 전달되고 있는 풍속을 계속 검출하여 자체 내에 기 입력된 소정의 풍속 데이터와 상호 비교하여, 만약 풍력이 소정 풍속 이하인 것(즉, 풍력발전이 불가능한 풍속으로 풍력발전기 자체가 발전 대기 또는 정지상태인 것)으로 판단될 경우 주 차단기(4)를 개방시켜 줌으로써 풍력발전기(1)가 부하 계통(3)에 연계된 상태를 유지하면서 무부하 상태의 주 변압기(5)가 대기전력을 소비하는 것을 미연에 차단할 수 있는 것이다.

다시 말해서 제어부(2)에서 자체적으로 수집한 풍속 정보를 이용해 이값이 시동 풍속보다 낮은 지정풍속 제한치보다 낮을 경우 주 차단기(4)를 개방시켜 주 변압기(5)를 차단시키고, 지정풍속 제한치보다 높을 경우 주 차단기(4)를 폐쇄시켜 주 변압기(5)를 연결시켜 발전을 가능하게 함으로써 시동풍속 이하의 풍속 상태인 무부하 상태에서는 주 변압기(5)의 대기전력 소모를 차단할 수 있어 불필요한 전력소모를 방지할 수 잇는 것이다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

1 : 풍력발전기
2 : 풍력발전기
3 : 부하 계통
4 : 주 차단기
5 : 주 변압기
6 : 보조 차단기
7 : 보조 변압기
8 : 풍속 감지부

Claims (1)

1. 풍력발전기와 부하 계통 사이에 주 변압기와 주 차단기가 직렬 연결됨과 동시에 보조 변압기와 보조 차단기가 직렬 연결되고, 상기 주 차단기 및 보조 차단기는 풍력발전기의 발전상태를 검출하여 풍력발전에 따른 전반적인 제어기능을 수행하는 제어부에 의해 온/오프 제어되는 구성을 갖는 풍력발전 시스템에 있어서,
   상기 제어부에 풍속 감지부를 부가 설치하고, 상기 제어부로 하여금 풍속 감지부를 통해 검출되는 풍속이 정해진 풍속 이하로 판단될 경우 주 차단기를 개방시키도록 한 것을 특징으로 하는 대기전력 소비절감 기능을 갖는 풍력발전기.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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