KR20120135005A - 블레이드 피치 제어 장치, 풍력 발전 장치, 및 블레이드 피치 제어 방법 - Google Patents

블레이드 피치 제어 장치, 풍력 발전 장치, 및 블레이드 피치 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120135005A
KR20120135005A KR1020117013628A KR20117013628A KR20120135005A KR 20120135005 A KR20120135005 A KR 20120135005A KR 1020117013628 A KR1020117013628 A KR 1020117013628A KR 20117013628 A KR20117013628 A KR 20117013628A KR 20120135005 A KR20120135005 A KR 20120135005A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pitch angle
load
value
blade
pitch
Prior art date
Application number
KR1020117013628A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101253014B1 (ko
Inventor
모모에 나가사키
Original Assignee
미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 filed Critical 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Publication of KR20120135005A publication Critical patent/KR20120135005A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101253014B1 publication Critical patent/KR101253014B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/0224—Adjusting blade pitch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022—Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • F03D7/024—Adjusting aerodynamic properties of the blades of individual blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/109—Purpose of the control system to prolong engine life
    • F05B2270/1095—Purpose of the control system to prolong engine life by limiting mechanical stresses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/60—Control system actuates through
    • F05B2270/606—Control system actuates through mechanical actuators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

풍력 발전 장치 (10) 는, 복수의 블레이드 (20) 가 회전 운동 가능하게 연결되어 있는 로터의 회전에 의해 발전하고, 블레이드 (20) 의 피치각의 변화량을 나타내는 피치각 지령값을 출력하는 피치각 제어부 (62) 와, 피치각 제어부 (62) 로부터 출력된 피치각 지령값에 기초하여, 블레이드 (20) 의 피치각을 변화시키는 유압 실린더 (48) 와, 블레이드 루트 하중을 계측하는 하중 계측부 (66) 를 구비한다. 그리고, 피치각 제어부 (62) 는, 풍력 발전 장치 (10) 가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값이 미리 설정되어 있어, 산출된 피치각 지령값이 설정값을 초과하는 경우에만, 피치 지령 제한값을 초과하여 피치각 지령값을 출력한다. 따라서, 풍력 발전 장치 (10) 는, 블레이드 (20) 의 피치각의 구동 장치에 통상적인 풍속이나 그에 따라 발생하는 풍속 분포에 있어서는 필요 이상의 부하를 가하지 않고, 또한 강한 바람을 받은 경우에 발생하는 풍속 분포에 대해서도 블레이드 루트 하중을 충분히 저감시킬 수 있다.

Description

블레이드 피치 제어 장치, 풍력 발전 장치, 및 블레이드 피치 제어 방법{DEVICE FOR CONTROLLING PITCH OF BLADE, WIND POWER GENERATOR AND METHOD FOR CONTROLLING PITCH OF BLADE}
본 발명은, 블레이드 피치 제어 장치, 풍력 발전 장치, 및 블레이드 피치 제어 방법에 관한 것이다.
풍력 발전 장치는, 풍속 분포 (윈드시아) 나 풍향을 고려한 블레이드의 피치 동작에 의해, 기기 보호를 위해서, 블레이드 루트에서 발생하는 하중 (예를 들어, 블레이드 루트 하중이나 모멘트) 을 저감시키거나, 그 하중의 변동을 저감시키기 위해서, 복수개 있는 블레이드의 피치각을 독립적으로 제어하는 독립 피치 제어가 가능하게 되어 있는 기종이 있다.
여기서, 블레이드의 피치각을 제어하기 위한 피치각 지령값에는, 제한이 있어, 특허문헌 1 에는, 풍력 발전 장치에, 발전기의 정격 출력과 로터의 정격 회전수에 대한 출력 설정값과 회전수 설정값의 대소 관계에 기초하여, 피치각 지령값의 설정 범위로 제한하는 리미터를 형성하는 것이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2002-339855호
이 때문에, 독립 피치 제어를 실시하는 경우에도, 피치각 지령값에 형성되어 있는 제한값의 범위 내가 아니면 피치각을 변화시킬 수가 없다. 그 때문에, 예를 들어, 풍력 발전 장치의 수평 방향이나 수직 방향에 극단적인 윈드시아 (예를 들어, 50 년에 한 번 부는 것으로 상정되는 극단적인 윈드시아) 를 곱하는 계산에 있어서, 상기 제한값의 범위 내의 피치각의 변화에서는, 하중을 저감시킬 수 없다는 결과가 되는 경우가 있었다.
또한, 피치 지령 제한값의 폭을 넓게 하면, 블레이드의 피치가, 넓어진 변동폭에서 상시 구동하게 되어, 피치각의 구동 장치에 필요 이상의 부하가 가해질 가능성이 있어 바람직하지 않다. 특히, 작동 오일의 압력에 의해 피치각을 제어하는 경우에는, 작동 오일의 온도에 허용값을 초과하는 과잉의 상승을 일으키게 하는 경우가 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 블레이드의 피치각의 구동 장치에 통상적인 풍속이나 그에 따라 발생하는 풍속 분포에 있어서는 필요 이상의 부하를 가하지 않고, 또한 강한 바람을 받은 경우에 발생하는 풍속 분포에 대해서도 블레이드에 발생하는 하중을 충분히 저감시킬 수 있는, 블레이드 피치 제어 장치, 풍력 발전 장치, 및 블레이드 피치 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 블레이드 피치 제어 장치, 풍력 발전 장치, 및 블레이드 피치 제어 방법은 이하의 수단을 채용한다.
즉, 본 발명에 관련된 블레이드 피치 제어 장치는, 각각 독립적으로 피치각이 제어 가능하게 되어 있는 복수의 블레이드가 연결되어 있는 로터의 회전에 의해 발전하는 풍력 발전 장치의 블레이드 피치 제어 장치로서, 상기 피치각의 변화량을 나타내는 지령값을 출력하는 피치각 제어 수단과, 상기 피치각 제어 수단으로부터 출력된 상기 지령값에 기초하여, 상기 피치각을 변화시키는 액추에이터와, 상기 블레이드에 발생하는 하중을 계측하는 계측 수단을 구비하고, 상기 피치각 제어 수단은, 상기 풍력 발전 장치가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값이 미리 설정되어 있어, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값 내인 경우, 소정 제한값 내에서 그 하중에 따른 상기 지령값을 출력하고, 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 그 제한값을 초과하여 그 하중에 따른 상기 지령값을 출력한다.
본 발명에 의하면, 풍력 발전 장치는, 각각 독립적으로 피치각이 제어 가능하게 되어 있는 복수의 블레이드가 연결되어 있는 로터의 회전에 의해 발전한다. 그리고, 풍력 발전 장치는, 블레이드의 피치각의 변화량을 나타내는 지령값을 출력하는 피치각 제어 수단과, 피치각 제어 수단으로부터 출력된 그 지령값에 기초하여, 블레이드의 피치각을 변화시키는 액추에이터와, 블레이드에 발생하는 하중을 계측하는 계측 수단을 구비한다.
계측 수단이 측정하는 블레이드에 발생하는 하중은, 예를 들어, 블레이드의 루트에 발생하는 블레이드 루트 하중이나 모멘트이다. 또한, 블레이드는, 바람을 받음으로써 블레이드의 루트에 하중이 발생하게 되므로, 기기 보호를 위해서 그 하중을 저감시킬 필요가 있다. 또한, 보호해야 할 기기란, 예를 들어, 나셀 받침판, 전부 (前部) 프레임, 및 블레이드 등이다.
또, 피치각의 변화량을 나타내는 지령값에는, 피치각의 구동 장치에 필요 이상의 부하가 가해지는 것을 방지하기 위해서, 제한값이 형성되어 있다.
그래서, 피치각 제어 수단은, 풍력 발전 장치가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값이 미리 설정되어 있어, 계측 수단에 의해 계측된 하중 또는 하중에 기초한 값이 설정값 내인 경우, 소정 제한값 내에서 그 하중에 따른 상기 지령값을 출력하여, 하중 또는 하중에 기초한 값이 설정값을 초과하는 경우에만, 그 제한값을 초과하여 그 하중에 따른 지령값을 출력한다.
또한, 하중에 기초한 값이란, 예를 들어, 풍력 발전 장치가 블레이드를 3 개 구비하고 있는 경우에 하중을 3 축에서 2 축으로 좌표 변화한 값, 및 하중에 기초하여 피치각 제어 수단이 산출한 지령값, 상이한 블레이드에 있어서의 하중의 차등이다. 이 때문에, 설정값은, 하중, 하중을 좌표 변화한 값, 하중에 기초하여 피치각 제어 수단이 산출한 지령값, 및 상이한 블레이드에 있어서의 하중의 차등 에 따라 상이한 값이 된다.
이로써, 본 발명은 피치각의 변화량에 제한값을 형성한 상태에서, 블레이드의 피치각의 구동 장치에 통상적인 풍속 (예를 들어, 정격 풍속) 이하나 그에 따라 발생하는 풍속 분포에 있어서는 필요 이상의 부하를 가하지 않고, 또한 강한 바람 (예를 들어, 정격 풍속보다 강한 바람) 을 받은 경우에 발생하는 풍속 분포에 대해서도 블레이드에 발생하는 하중을 충분히 저감시킬 수 있다.
상기 구성은, 상기 피치각 제어 수단이, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 상기 제한값을 완화시킴으로써, 상기 제한값을 초과한 상기 지령값을 출력하는 것이 바람직하다.
이로써, 블레이드의 피치각의 구동 장치에 필요 이상의 부하를 가하지 않고, 또한 강한 바람을 받은 경우에 발생하는 풍속 분포에 대해서도 블레이드에 발생하는 하중을 충분히, 용이하게 저감시킬 수 있다.
상기 구성은, 상기 피치각 제어 수단이, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 그 하중 또는 그 하중에 기초한 값에 따른 게인을 상기 지령값에 적산함으로써, 상기 제한값을 초과한 상기 지령값을 출력하는 것이 바람직하다.
상기 구성은, 상기 피치각 제어 수단이, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 그 하중 또는 그 하중에 기초한 값과 그 설정값의 차에 따른 상기 피치각의 변화량의 증분을 상기 지령값에 가산함으로써, 상기 제한값을 초과한 상기 지령값을 출력하는 것이 바람직하다.
상기 구성은, 상기 액추에이터를, 유압에 의해 상기 피치각을 변화시키는 액추에이터로 한다.
이 경우, 액추에이터가 유압에 의해 작동하는 경우에도, 블레이드에 발생하는 하중이 설정값을 초과하는 경우에만, 제한값을 초과하여 피치각의 변화량을 나타내는 지령값을 출력시키므로, 작동 오일의 온도 상승을 초래하지 않고, 또한 강한 바람을 받은 경우에 발생하는 풍속 분포에 대해서도 블레이드에 발생하는 하중을 충분히 저감시킬 수 있다.
또, 본 발명에 관련된 풍력 발전 장치는, 각각 독립적으로 피치각이 제어 가능하게 되어 있는 복수의 블레이드와, 상기 기재된 블레이드 피치 제어 장치를 구비한다.
또, 본 발명에 관련된 블레이드 피치 제어 방법은, 각각 독립적으로 복수의 블레이드가 연결되어 있는 로터의 회전에 의해 발전하여, 상기 피치각의 변화량을 나타내는 지령값을 출력하는 피치각 제어 수단과, 상기 피치각 제어 수단으로부터 출력된 상기 지령값에 기초하여, 상기 피치각을 변화시키는 액추에이터와, 상기 블레이드에 발생하는 하중을 계측하는 계측 수단을 구비한 풍력 발전 장치의 블레이드 피치 제어 방법으로서, 상기 풍력 발전 장치가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값이 미리 설정되어 있어, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값 내인 경우, 소정 제한값 내에서 그 하중에 따른 상기 지령값을 출력하고, 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 그 제한값을 초과하여 그 하중에 따른 상기 지령값을 출력한다.
본 발명에 의하면, 블레이드의 피치각의 구동 장치에 통상적인 풍속이나 그에 따라 발생하는 풍속 분포에 있어서는 필요 이상의 부하를 가하지 않고, 또한 강한 바람을 받은 경우에 발생하는 풍속 분포에 대해서도 블레이드에 발생하는 하중을 충분히 저감시킬 수 있다는 우수한 효과를 갖는다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치의 외관도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 블레이드의 피치각의 제어에 관련된 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치에 대한 정지 좌표계의 d 축 및 q 축의 정의를 나타내는 모식도이다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치가 받는 바람의 여러 가지 상태를 나타낸 모식도로서, 도 4(A) 는 플러스의 d 축 하중이 발생하는 경우의 풍력 발전 장치에 대한 바람의 분포를 나타내고, 도 4(B) 는 마이너스의 d 축 하중이 발생하는 경우의 풍력 발전 장치에 대한 바람의 분포를 나타내고, 도 4(C) 는 플러스의 q 축 하중이 발생하는 경우의 풍력 발전 장치에 대한 바람의 분포를 나타낸다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 피치각 제어부의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6(A) 는 종래의 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 3 축의 블레이드 루트 하중의 시간 변화를 나타내고, 도 6(B) 는 제 1 실시형태에 관련된 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 3 축의 블레이드 루트 하중의 시간 변화를 나타낸다.
도 7(A) 는 종래의 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 d 축 및 q 축의 피치각 지령값을 나타내고, 도 7(B) 는 제 1 실시형태에 관련된 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 d 축 및 q 축의 피치각 지령값을 나타낸다.
도 8(A) 는 종래의 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 3 축의 피치각 지령값을 나타내고, 도 8(B) 는 제 1 실시형태에 관련된 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 3 축의 피치각 지령값을 나타낸다.
도 9 는 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 피치각 제어부의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.
도 10 은 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 피치각 지령값에 따른 게인을 나타내는 그래프이다.
도 11 은 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 피치각 제어부의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.
〔제 1 실시형태〕
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해 설명한다.
도 1 은, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 의 외관도이다.
도 1 에 나타내는 풍력 발전 장치 (10) 는, 기초 (12) 상에 수직 형성되는 지주 (14 : 支柱) 와, 지주 (14) 의 상단에 설치되는 나셀 (16) 과, 대략 수평인 축선 둘레로 회전 가능하게 하여 나셀 (16) 에 형성되는 로터 (18) 를 가지고 있다.
로터 (18) 에는, 그 회전 축선 둘레에 방사 형상으로 하여 복수 장 (본 제 1 실시형태에서는 3 장) 의 블레이드 (20) 가 로터 (18) 에 장착되어 있다. 이로써, 로터 (18) 의 회전 축선 방향으로부터 블레이드 (20) 에 닿은 바람의 힘이, 로터 (18) 를 회전 축선 둘레로 회전시키는 동력으로 변환되고, 그 동력이 발전기 (도시 생략) 에 의해 전력으로 변환된다. 또한, 블레이드 (20) 는, 풍향에 대해 회전 운동 가능하게 로터 (18) 에 연결되어 있어, 블레이드 (20) 의 피치각이 각각 독립적으로 제어 가능하게 되어 있다.
도 2 는, 본 제 1 실시형태에 관련된 블레이드 (20) 의 피치각의 제어에 관련된 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 블레이드 (20) 의 피치각을 개별적으로 제어하기 위해서 일례로서 유압이 사용된다.
나셀 (16) 은, 오일 탱크 (42) 및 유압 펌프 (44) 를 구비하고 있다. 로터 (18) 는, 각 블레이드 (20) 의 피치각을 독립적으로 제어 가능하도록, 각 블레이드 (20) 에 대응한 전자 비례 방향 유량 제어 밸브 (46) 및 유압 실린더 (48) 를 구비하고 있다. 그리고, 오일 탱크 (42), 유압 펌프 (44), 전자 비례 방향 유량 제어 밸브 (46), 및 유압 실린더 (48) 는, 유압 배관 (50) 에 의해 접속되어 있다.
오일 탱크 (42) 에는, 작동 오일이 저장되어 있다. 작동 오일은, 유압 펌프 (44) 에 의해, 흡인 및 승압되어, 유압 배관 (50) 을 통해 회전 조인트 (52) 및 분배 블록 (54) 을 통해, 각 블레이드 (20) 마다 형성된 전자 비례 방향 유량 제어 밸브 (46) 및 유압 실린더 (48) 에 공급된다.
회전 조인트 (52) 는, 나셀 (16) (고정부) 측의 유압 배관 (50) 과 로터 (18) (회전부) 측의 유압 배관 (50) 을 연결하고, 분배 블록 (54) 은, 각 전자 비례 방향 유량 제어 밸브 (46) 로 작동 오일을 분배한다.
또, 풍력 발전 장치 (10) 는, 풍력 발전 장치 (10) 의 전체의 제어를 맡는 주제어부 (60) 를 구비한다. 주제어부 (60) 는, 블레이드 (20) 마다의 피치각을 제어하기 위해서 피치각 지령값을 생성하는 피치각 제어부 (62), 및 발전기의 출력을 제어하기 위한 출력 지령값을 생성하는 발전기 출력 제어부 (64) 를 구비한다. 또한, 예를 들어, 피치각 제어부 (62) 는 로터 (18) 내에 형성되고, 발전기 출력 제어부 (64) 는 나셀 (16) 내에 형성된다.
전자 비례 방향 유량 제어 밸브 (46) 에는, 대응하는 블레이드 (20) 에 따른 피치각 지령값이 피치각 제어부 (62) 로부터 송신된다. 그리고, 전자 비례 방향 유량 제어 밸브 (46) 는, 수신한 피치각 지령값에 따라 블레이드 (20) 의 피치각을 변화시키기 위해서, 유압 실린더 (48) 에 공급하는 작동 오일의 유량을 제어한다.
유압 실린더 (48) 는, 블레이드 (20) 에 연결되어 구동됨으로써 블레이드 (20) 의 피치각을 변화시킨다. 유압 실린더 (48) 에 공급된 작동 오일은, 전자 비례 방향 유량 제어 밸브 (46) 가 설정한 유압 유로 및 유량에 따라 피스톤을 좌우 어느 일방으로 가압한다. 이 결과, 유압 실린더 (48) 의 피스톤 로드 (49) 에 연결된 블레이드 (20) 는, 피스톤의 이동 방향에 따라 회전 운동하여, 피치각 지령값에 따른 피치각으로 제어된다.
또, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 각 블레이드 (20) 에 발생하는 하중 (일례로서, 블레이드 (20) 의 루트에 발생하는 하중, 이하, 「블레이드 루트 하중」이라 함) 의 크기를 계측하는 하중 계측부 (66) (예를 들어, 광 섬유 센서를 사용한 변형 계측에 의한 하중 계측을 실시하는 수단) 가 구비되어 있다. 하중 계측부 (66) 에서 계측된 각 블레이드 (20) 마다의 블레이드 루트 하중은, 피치각 제어부 (62) 로 송신된다. 피치각 제어부 (62) 는, 후술하는 바와 같이, 수신한 각 블레이드 (20) 마다의 블레이드 루트 하중을 이용하여, 피치각 지령값을 생성한다.
또한, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 독립 피치 제어가 가능하게 되어 있다. 독립 피치 제어란, 풍력 발전 장치 (10) 에 대한 로터면 전체의 풍속 분포 (윈드시아) 나 풍향을 고려한 블레이드 (20) 의 피치 동작에 의해, 블레이드 루트 하중이나 블레이드 루트 하중의 변동을 저감시키는 제어이다.
여기서, 풍속 분포는, 로그 법칙에 따라 나타나고, 일반적으로 지상보다 상공의 풍속이 빠르다. 그 때문에, 회전하고 있는 블레이드 (20) 에 발생하는 블레이드 루트 하중은, 로터 (18) 가 1 회전하는 동안의 회전 위치에 따라 주기적으로 변화하여, 블레이드 (20) 에는, 풍력 발전 장치 (10) 의 정점을 통과할 때에 가장 큰 블레이드 루트 하중이 발생한다.
또, 로터면 전체는 균일한 풍속을 받지 않고, 풍향에 따라서도 각 블레이드 (20) 에 발생하는 블레이드 루트 하중은 변화한다. 그래서, 하중 계측부 (66) 에서 계측된 3 개의 각 블레이드 (20) 의 블레이드 루트 하중을 회전 좌표계로부터 정지 좌표계, 나아가서는 3 축에서 2 축으로 변환함으로써, 도 3 에 나타내는 바와 같이 풍력 발전 장치 (10) 의 로터면 전체가 받는 바람의 에너지가, 정지 좌표계의 2 축 (d 축 및 q 축) 으로 나타난다. 또한, d 축 및 q 축은, 블레이드 (20) 의 회전축에 수직인 평면을 나타내는 축으로, 예를 들어, 지주 (14) 와 대략 평행한 축을 q 축으로 하고, q 축에 대해 수직인 축을 d 축으로 한다.
그리고, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 에서는, 독립 피치 제어에 의해 블레이드 루트 하중을 저감시키는 각 블레이드 (20) 각각의 피치각 지령값을 생성한다.
또한, 독립 피치 제어에 의해 생성되는 피치각 지령값에는 상한값 및 하한값 (이하, 「피치 지령 제한값」이라 함) 이 설정되어 있다. 이 피치 지령 제한값은, 발전기의 출력이나 코렉티브 피치각 (로터 (18) 의 회전을 정격 회전으로 유지하기 위해서, 각 블레이드 (20) 의 피치각을 동시에 동량 바꾸기 위한 피치각) 에 따라 변화한다.
도 4 는, 풍력 발전 장치 (10) 가 받는 로그 법칙에 준거한 바람의 여러 가지 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 4 에 있어서, 화살표로 나타나는 풍속은, 화살표의 길이가 길수록 풍속이 빠른 것을 나타내고 있다.
도 4(A) 는, 플러스의 d 축 하중 (d 축을 중심축으로 한 화살표의 방향, 즉 수평 방향으로 시계 방향, 구체적으로는 풍력 발전 장치 (10) 를 뒷측 방향으로 넘어뜨리고자 하는 방향) 이 발생하는 경우의 풍력 발전 장치 (10) 에 대한 바람의 분포를 나타내고 있다. 또, 도 4(B) 는, 마이너스의 d 축 하중 (d 축을 중심축으로 한 화살표와는 반대 방향, 구체적으로는 풍력 발전 장치 (10) 를 앞측으로 넘어뜨리고자 하는 방향) 이 발생하는 경우의 풍력 발전 장치 (10) 에 대한 바람의 분포를 나타내고 있다.
또한 도 4(C) 는, 플러스의 q 축 하중 (q 축을 중심축으로 한 화살표의 방향, 즉 수직 방향에 대해 시계 방향) 이 발생하는 경우의 풍력 발전 장치 (10) 에 대한 바람의 분포를 나타내고 있다.
또한, d 축 하중은, 풍속의 로그 법칙에 따라 플러스측에 발생하는 경향이 있고, q 축 하중은, 로터 (18) 의 장착 위치 등에 따라 마이너스측에 발생하는 경향이 있다.
그리고, 피치 지령 제한값은, d 축 하중 및 q 축 하중의 상기 경향을 가미하여 설정되고, 예를 들어, d 축 하중의 플러스 방향, d 축 하중의 마이너스 방향, q 축 하중의 플러스 방향, 및 q 축 하중의 마이너스 방향으로 모두 상이해도 되고, 각 축의 마이너스 방향 및 플러스 방향으로 동일하지만, d 축과 q 축은 상이해도 된다.
그러나, 풍력 발전 장치 (10) 의 수평 방향이나 수직 방향으로 극단적인 윈드시아가 가해지는 경우에 있어서, 풍력 발전 장치 (10) 가, 독립 피치 제어를 실시했다고 해도 피치 지령 제한값에 의해, 피치각 지령값의 크기가 제한되어 충분한 하중 저감 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.
그래서, 충분한 하중 저감 효과를 얻기 위해서, 피치 지령 제한값의 폭을 넓게 하면, 블레이드 (20) 의 피치가, 넓어진 변동폭으로 상시 구동하게 되어, 피치각의 구동 장치에 필요 이상의 부하가 가해질 가능성이 있어 바람직하지 않다. 특히, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 와 같이, 작동 오일의 압력에 의해 피치각을 제어하는 경우에는, 작동 오일의 온도에 허용값을 초과하는 과잉의 상승이 발생하는 경우가 있다.
그래서, 본 제 1 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 는, 독립 피치 제어를 실시하는 경우로서, 블레이드 루트 하중이 미리 설정된 설정값 내인 경우, 피치 지령 제한값 내에서 블레이드 루트 하중에 따른 피치각 지령값을 출력하여, 블레이드 루트 하중이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 피치 지령 제한값을 초과하여 블레이드 루트 하중에 따른 피치각 지령값을 출력한다.
도 5 는, 제 1 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다.
피치각 제어부 (62) 는, 3 축-2 축 변환부 (70), 피치각 지령값 연산부 (72), 피치각 제한부 (78), 및 2 축-3 축 변환부 (80) 를 구비한다.
3 축-2 축 변환부 (70) 는, 하중 계측부 (66) 에서 계측된 각 블레이드 (20) 마다의 블레이드 루트 하중 (블레이드 루트 하중 A, B, C) 이 입력되고, 그 블레이드 루트 하중 (A, B, C) 을, 상기 서술한 d 축 및 q 축으로 나타내는 정지 좌표계에 있어서의 d 축 하중 및 q 축 하중으로 변환한다.
3 축-2 축 변환부 (70) 에 의한 변환 후의 d 축 하중 및 q 축 하중은, 피치각 지령값 연산부 (72) 로 각각 출력된다.
피치각 지령값 연산부 (72) 는, 입력된 d 축 하중 또는 q 축 하중에 기초하여, 블레이드 루트 하중을 저감시키기 위한 제어 알고리즘 (예를 들어, PI 제어) 에 의해, d 축 하중 또는 q 축 하중마다의 피치각 지령값을 생성한다.
피치각 제한부 (78) 는, 피치각 지령값 연산부 (72) 로부터 입력된 피치각 지령값을 입력된 피치 지령 제한값으로 제한하고, 2 축-3 축 변환부 (80) 로 출력한다.
여기서, 피치 지령 제한값은, 미리 정해진 피치각 변화폭을 기준으로 하여, 발전기의 출력에 기초한 피치 지령 제한값을 산출하는 제한값 산출부 (82A), 및 코렉티브 피치각에 기초한 피치 지령 제한값을 산출하는 제한값 산출부 (82B) 에서 결정된다.
그리고, 제한값 산출부 (82A, 82B) 에서 결정된 피치 지령 제한값은, 피치각 제한부 (78) 로 출력된다.
또한, 상기 서술한 바와 같이 피치 지령 제한값에는, 상한값과 하한값이 정해지게 되는데, 상한값이란, d 축 및 q 축의 플러스 방향으로 피치각을 변화시키는 경우의 최대값을 말한다. 한편, 하한값이란, d 축 및 q 축의 마이너스 방향으로 피치각을 변화시키는 경우의 최대값을 말한다.
2 축-3 축 변환부 (80) 는, 입력된 피치각 지령값을 각 블레이드 (20) 에 대응한 피치각 지령값 (A, B, C) 으로 변환하여, 출력한다.
그리고, 피치각 제어부 (62) 는, d 축 하중 및 q 축 하중에 기초하여 산출된 피치각 지령값 (A, B, C) 을 대응하는 전자 비례 방향 유량 제어 밸브 (46) 로 각각 출력한다.
또한 본 제 1 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 는, 피치 지령 제한값을 초과하여 블레이드 루트 하중에 따른 피치각 지령값을 출력하기 위해서, 최대값 완화부 (84) 및 최소값 완화부 (86) 를 구비한다. 또한, 최대값 완화부 (84) 및 최소값 완화부 (86) 에는, 풍력 발전 장치 (10) 가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값이 미리 설정되어 있다.
최대값 완화부 (84) 및 최소값 완화부 (86) 에는, 피치각 지령값 연산부 (72) 에서 생성된 피치각 지령값이 입력된다. 최대값 완화부 (84) 및 최소값 완화부 (86) 는, 입력된 피치각 지령값이 상기 설정값 내인지 여부를 판정한다.
그리고, 최대값 완화부 (84) 및 최소값 완화부 (86) 는, 피치각 지령값이 설정값을 초과하고 있는 경우에만, 제한값 산출부 (82B) 로부터 입력된 피치 지령 제한값을 완화시킨다. 즉, 최대값 완화부 (84) 는, 피치각 지령값이 플러스의 설정값을 초과하고 있는 경우에만, 피치 지령 제한값의 상한값을 완화시고, 최소값 완화부 (86) 는, 피치각 지령값이 마이너스의 설정값을 초과하고 있는 경우에, 피치 지령 제한값의 하한값을 완화시킨다. 설정값은, d 축의 플러스 방향, d 축의 마이너스 방향, q 축의 플러스 방향, 및 q 축의 마이너스 방향으로 각각 상이해도 되고, 모두 또는 일부가 동일해도 된다.
또한, 피치 지령 제한값의 완화는, 피치 지령 제한값에 상한값 및 하한값을 형성하지 않는, 즉 피치각 지령값에 제한을 두지 않는 것, 또는 피치 지령 제한값의 상한값 및 하한값을 미리 정해진 다른 상한값 및 하한값으로 확대하는 것을 말한다.
다음으로, 종래의 독립 피치 제어에 의해 피치각 지령값을 생성하는 경우, 및 본 제 1 실시형태에 관련된 독립 피치 제어에 의해 피치각 지령값을 생성하는 경우에 대한, 시뮬레이션에 의해 얻어진 결과를 설명한다.
도 6(A) 는 종래의 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 3 축의 블레이드 루트 하중 (A, B, C) 의 시간 변화를 나타내고, 도 6(B) 는 본 제 1 실시형태에 관련된 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 3 축의 블레이드 루트 하중 (A, B, C) 의 시간 변화를 나타낸다. 도 6(A), 도 6(B) 모두, 약 7 ∼ 15 초 사이에서, 블레이드 루트 하중 (A, B, C) 이 커지고 있다.
도 7(A), 도 7(B) 는, 도 6(A), 도 6(B) 에 나타내는 블레이드 루트 하중의 시간 변화에 대응하고 있고, 2 축 (d 축 및 q 축) 으로 변환된 블레이드 루트 하중, 그리고 d 축 및 q 축의 피치각 지령값을 나타낸다.
도 7(A) 에 나타내는 종래의 독립 피치 제어에서는, q 축의 블레이드 루트 하중이 과대가 되는 것에 수반하여, 산출된 q 축의 피치각 지령값이, 피치 지령 제한값을 초과하는 경우가 발생하고 있다. 그리고, 피치 지령 제한값을 초과한 피치각 지령값은, 피치 지령 제한값의 상한값으로 제한되고 있다 (약 7 ∼ 16 초 사이).
한편, 도 7(B) 에 나타내는 본 제 1 실시형태에 관련된 독립 피치 제어에서는, q 축의 블레이드 루트 하중이 과대가 되어, 피치각 지령값이 설정값을 초과한 경우에만 (약 9 ∼ 13 초 사이), 피치 지령 제한값을 초과한 피치각 지령값이 출력되고 있다. 그리고, q 축의 피치각 지령값이 설정값을 초과하지 않게 되면, 다시, 피치각 지령값은 피치 지령 제한값에 의해 제한되고 있다.
도 8(A), 도 8(B) 는, 도 7(A), 도 7(B) 에 나타내는 d 축 및 q 축의 피치각 지령값에 기초하여 산출된 3 축의 피치각 지령값 (A, B, C) 을 나타낸다. 도 8(A) 는 종래의 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 3 축의 피치각 지령값 (A, B, C) 을 나타내고, 도 8(B) 는 본 제 1 실시형태에 관련된 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 3 축의 피치각 지령값 (A, B, C) 을 나타낸다.
그리고, 도 8(B) 에 나타내는 바와 같이, 본 제 1 실시형태에 관련된 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 피치각 지령값 (A, B, C) 이, 도 8(A) 에 나타내는 종래의 독립 피치 제어를 실행한 경우에 있어서의 피치각 지령값 (A, B, C) 에 비해 큰 각도로 되어 있다.
이로써, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 종래의 풍력 발전 장치에서는 저감시킬 수 없었던, 풍속 분포에 대해서도 보상할 수 있게 되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 피치각이 제어 가능하게 되어 있는 복수의 블레이드 (20) 가 연결되어 있는 로터 (18) 의 회전에 의해 발전하고, 블레이드 (20) 의 피치각의 변화량을 나타내는 피치각 지령값을 출력하는 피치각 제어부 (62) 와, 피치각 제어부 (62) 로부터 출력된 피치각 지령값에 기초하여, 블레이드 (20) 의 피치각을 변화시키는 유압 실린더 (48) 와, 블레이드 루트 하중을 계측하는 하중 계측부 (66) 를 구비한다. 그리고, 피치각 제어부 (62) 는, 풍력 발전 장치 (10) 가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값이 미리 설정되어 있어, 산출된 피치각 지령값이 설정값 내인 경우, 피치 지령 제한값 내에서 피치각 지령값을 출력하여, 산출된 피치각 지령값이 설정값을 초과하는 경우에만, 피치 지령 제한값을 초과하여 블레이드 루트 하중에 따른 피치각 지령값을 출력한다.
이로써, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 블레이드 (20) 의 피치각의 구동 장치에 통상적인 풍속이나 그에 따라 발생하는 풍속 분포에 있어서는 필요 이상의 부하를 가하지 않고, 또한 강한 바람을 받은 경우에 발생하는 풍속 분포에 대해서도 블레이드 루트 하중을 충분히 저감시킬 수 있다.
또, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 피치각 지령값이 설정값을 초과하는 경우에만, 피치 지령 제한값을 완화시킨다.
또한, 본 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 유압에 의해 피치각을 변화시키는데, 블레이드 루트 하중이 설정값을 초과하는 경우에만, 피치 지령 제한값을 초과하여 피치각 지령값을 출력시키므로, 작동 오일의 온도 상승을 초래하지 않고, 또한 강한 바람을 받은 경우에 발생하는 풍속 분포에 대해서도 블레이드 루트 하중을 충분히 저감시킬 수 있다.
또한, 본 제 1 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 는, 작동 오일의 온도를 검지하여, 독립 피치 제어를 실시하고 있는 경우로서, 작동 오일의 온도가 소정값을 초과한 경우에, 피치 지령 제한값을 완화시키는 것을 정지시켜도 된다.
〔제 2 실시형태〕
이하, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다.
또한, 본 제 2 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 의 구성은, 도 1, 2에 나타내는 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 의 구성과 동일하므로 설명을 생략한다.
그리고, 본 제 2 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 피치 각 지령값 연산부 (72) 에서 생성된 피치각 지령값이 설정값을 초과하는 경우에만, 생성된 피치각 지령값에 따른 게인을 피치각 제한부 (78) 에서 제한된 피치각 지령값에 적산함으로써, 피치 지령 제한값을 초과한 피치각 지령값을 출력한다.
도 9 는, 본 제 2 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 9 에 있어서의 도 5 와 동일한 구성 부분에 대해서는 도 5 와 동일한 부호를 교부하여, 그 설명을 생략한다.
본 제 2 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 는, 피치각 지령값 연산부 (72) 에서 생성된 피치각 지령값이 입력되는 게인 출력부 (90) 를 구비한다. 또한, 본 제 2 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 는, 제 1 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 가 구비하고 있던 최대값 완화부 (84) 및 최소값 완화부 (86) 를 구비하지 않는다.
게인 출력부 (90) 는, 풍력 발전 장치 (10) 가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값이 미리 설정되어 있다. 그리고 게인 출력부 (90) 는, 입력된 피치각 지령값이 상기 설정값보다 큰 경우에, 도 10 에 나타내는 바와 같이 피치각 지령값에 따른 게인을 출력한다. 또한, 게인 출력부 (90) 는, 일례로서 설정값을 제 1 임계값으로 하고, 피치각 지령값이 설정값을 초과하면, 피치각 지령값에 따른 1 이상의 값을 게인으로서 출력하는데, 피치각 지령값이 제 2 임계값을 초과하면, 게인을 피치각 지령값에 따라 증가시키지 않고, 일정 (도 10 의 예에서는 2) 하게 한다.
또, 도 10 에 나타내는 바와 같은 피치각 지령값에 따른 게인은, 예를 들어, 룩업테이블의 형식으로 미리 정해져도 되고, 미리 정해진 연산식에 의해 피치각 지령값에 따라 산출되어도 된다.
그리고, 게인 출력부 (90) 는, 피치각 제한부 (78) 에 게인을 출력한다. 피치각 제한부 (78) 는, 게인 출력부 (90) 로부터의 게인이 입력되면, 피치각 지령값을 피치 지령 제한값으로 제한하지 않고, 그 피치각 지령값을 입력된 게인으로 곱하여, 그 결과를 2 축-3 축 변환부 (80) 로 출력한다.
따라서, 본 제 2 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 블레이드 (20) 의 피치각의 구동 장치에 필요 이상의 부하를 가하지 않고, 강한 바람을 받은 경우에도 블레이드 (20) 에 발생하는 블레이드 루트 하중을 용이하게 저감시킬 수 있다.
〔제 3 실시형태〕
이하, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 설명한다.
또한, 본 제 3 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 의 구성은, 도 1, 2에 나타내는 제 1 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 의 구성과 동일하므로 설명을 생략한다.
그리고, 본 제 3 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 피치각 지령값이 설정값을 초과하는 경우에만, 피치각 지령값과 설정값의 차에 따른 피치각의 변화량의 증분을 피치각 지령값에 가산함으로써, 피치 지령 제한값을 초과한 피치각 지령값을 출력한다.
도 11 은, 본 제 3 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 의 전기적 구성을 나타내는 블록도이다. 또한, 도 11 에 있어서의 도 5 와 동일한 구성 부분에 대해서는 도 5 와 동일한 부호를 교부하여, 그 설명을 생략한다.
본 제 3 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 는, 피치각 지령값 연산부 (72) 에서 생성된 피치각 지령값이 입력되는 증분 산출부 (92), 및 피치각 제한부 (78) 와 2 축-3 축 변환부 (80) 사이에 가산기 (94) 를 구비한다. 또한, 본 제 3 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 는, 제 1 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 가 구비하고 있던 최대값 완화부 (84) 및 최소값 완화부 (86) 를 구비하지 않는다.
증분 산출부 (92) 는, 풍력 발전 장치 (10) 가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값이 미리 설정되어 있다. 그리고, 증분 산출부 (92) 는, 입력된 피치각 지령값이 상기 설정값보다 큰 경우에, 그 피치각 지령값과 그 설정값의 차분인 증분값을 산출하여, 그 증분값을 가산기 (94) 로 출력한다.
가산기 (94) 는, 피치각 제한부 (78) 로부터 입력된 피치각 지령값에, 증분 산출부 (92) 로부터 입력된 증분값을 가산한다. 그리고, 가산기 (94) 는, 가산한 피치각 지령값을 2 축-3 축 변환부 (80) 로 출력한다.
즉, 본 제 3 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 는, 피치각 지령값 연산부 (72) 에서 생성된 피치각 지령값을 피치각 제한부 (78) 에서 제한하는데, 피치각 지령값이 설정값을 초과하는 경우에, 증분 산출부 (92) 에서 증분값을 산출하여 피치각 제한부 (78) 에서 제한된 피치각 지령값에 가산한다. 이 때문에, 본 제 3 실시형태에 관련된 피치각 제어부 (62) 는, 피치각 지령값이 설정값을 초과하는 경우에만, 피치 지령 제한값을 초과하여 블레이드 루트 하중에 따른 피치각 지령값을 출력하게 된다.
따라서, 본 제 3 실시형태에 관련된 풍력 발전 장치 (10) 는, 블레이드 (20) 의 피치각의 구동 장치에 필요 이상의 부하를 가하지 않고, 강한 바람을 받은 경우에도 블레이드에 발생하는 블레이드 루트 하중을 용이하게 저감시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 상기 각 실시형태를 이용하여 설명했는데, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시형태에 기재된 범위에는 한정되지 않는다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 각 실시형태에 다양한 변경 또는 개량을 추가할 수 있고, 그 변경 또는 개량을 추가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
예를 들어, 상기 각 실시형태에서는, 블레이드 (20) 의 루트에 발생하는 하중으로서 블레이드 루트 하중을 계측하고, 그 블레이드 루트 하중을 3 축에서 2 축으로 변환하여, 피치각 지령값을 산출하는 형태에 대해 설명했는데, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 블레이드 (20) 의 루트에 발생하는 하중으로서 모멘트를 계측하고, 그 모멘트를 3 축에서 2 축으로 변환하여, 피치각 지령값을 산출하는 형태로 해도 되고, 블레이드 루트에 발생하는 하중 또는 모멘트를 계측에 의해서가 아니고, 로터 (18) 의 회전수, 발전기의 토크, 및 블레이드 (20) 의 피치각으로부터 추정하는 형태로 해도 된다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 피치각 지령값 연산부 (72) 에서 생성된 피치각 지령값이, 풍력 발전 장치 (10) 가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값을 초과하는 경우에, 제한값을 초과한 피치각 지령값을 출력하는 형태에 대해 설명했는데, 본 발명은, 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 측정한 블레이드 루트 하중 자체가, 블레이드 루트 하중에 대응하여 설정된 설정값을 초과하는 경우에, 제한값을 초과한 피치각 지령값을 출력해도 된다. 또, 상이한 블레이드 (20) 에 있어서의 블레이드 루트 하중의 차가, 그 차에 대응하여 설정된 설정값을 초과하는 경우에, 제한값을 초과한 피치각 지령값을 출력해도 된다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 블레이드 루트 하중을 3 축에서 2 축으로 변환하고, 피치각 지령값을 산출하는 형태에 대해 설명했는데, 본 발명은, 이것에 한정되는 것이 아니고, 블레이드 루트 하중을 2 축으로 변환하지 않고, 3 축으로 한 상태에서 피치각 지령값을 산출하는 형태로 해도 된다.
또, 상기 각 실시형태에서는, 블레이드 (20) 의 피치각을 변화시키는 액추에이터로서 유압 실린더를 사용하는 형태에 대해 설명했는데, 본 발명은, 이것에 한정되는 것이 아니고, 블레이드 (20) 의 피치각을 변화시키는 액추에이터로서 전기 모터를 사용하는 형태로 해도 된다.
10 : 풍력 발전 장치
20 : 블레이드
48 : 유압 실린더
62 : 피치각 제어부
66 : 하중 계측부
84 : 최대값 완화부
86 : 최소값 완화부
90 : 게인 출력부
92 : 증분 산출부

Claims (7)

  1. 각각 독립적으로 피치각이 제어 가능하게 되어 있는 복수의 블레이드가 연결되어 있는 로터의 회전에 의해 발전하는 풍력 발전 장치의 블레이드 피치 제어 장치로서,
    상기 피치각의 변화량을 나타내는 지령값을 출력하는 피치각 제어 수단과,
    상기 피치각 제어 수단으로부터 출력된 상기 지령값에 기초하여, 상기 피치각을 변화시키는 액추에이터와,
    상기 블레이드에서 발생하는 하중을 계측하는 계측 수단을 구비하고,
    상기 피치각 제어 수단은, 상기 풍력 발전 장치가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값이 미리 설정되어 있어, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값 내인 경우, 소정 제한값 내에서 상기 하중에 따른 상기 지령값을 출력하고, 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 상기 제한값을 초과하여 상기 하중에 따른 상기 지령값을 출력하는 블레이드 피치 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피치각 제어 수단은, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 상기 제한값을 완화시킴으로써, 상기 제한값을 초과한 상기 지령값을 출력하는 블레이드 피치 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피치각 제어 수단은, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값에 따른 게인을 상기 지령값에 적산함으로써, 상기 제한값을 초과한 상기 지령값을 출력하는 블레이드 피치 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 피치각 제어 수단은, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값과 상기 설정값의 차에 따른 상기 피치각의 변화량의 증분을 상기 지령값에 가산함으로써, 상기 제한값을 초과한 상기 지령값을 출력하는 블레이드 피치 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는, 유압에 의해 상기 피치각을 변화시키는 블레이드 피치 제어 장치.
  6. 각각 독립적으로 피치각이 제어 가능하게 되어 있는 복수의 블레이드와,
    제 1 항에 기재된 블레이드 피치 제어 장치를 구비한 풍력 발전 장치.
  7. 각각 독립적으로 복수의 블레이드가 연결되어 있는 로터의 회전에 의해 발전하여, 상기 피치각의 변화량을 나타내는 지령값을 출력하는 피치각 제어 수단과, 상기 피치각 제어 수단으로부터 출력된 상기 지령값에 기초하여, 상기 피치각을 변화시키는 액추에이터와, 상기 블레이드에 발생하는 하중을 계측하는 계측 수단을 구비한 풍력 발전 장치의 블레이드 피치 제어 방법으로서,
    상기 풍력 발전 장치가 받는 바람이 치우친 풍속 분포인 것을 나타내는 설정값이 미리 설정되어 있어, 상기 계측 수단에 의해 계측된 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값 내인 경우, 소정 제한값 내에서 상기 하중에 따른 상기 지령값을 출력하고, 상기 하중 또는 상기 하중에 기초한 값이 상기 설정값을 초과하는 경우에만, 상기 제한값을 초과하여 상기 하중에 따른 상기 지령값을 출력하는 블레이드 피치 제어 방법.
KR1020117013628A 2011-03-11 2011-03-11 블레이드 피치 제어 장치, 풍력 발전 장치, 및 블레이드 피치 제어 방법 KR101253014B1 (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2011/055792 WO2012124023A1 (ja) 2011-03-11 2011-03-11 翼ピッチ制御装置、風力発電装置、及び翼ピッチ制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120135005A true KR20120135005A (ko) 2012-12-12
KR101253014B1 KR101253014B1 (ko) 2013-04-15

Family

ID=45805917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117013628A KR101253014B1 (ko) 2011-03-11 2011-03-11 블레이드 피치 제어 장치, 풍력 발전 장치, 및 블레이드 피치 제어 방법

Country Status (9)

Country Link
US (1) US8523520B2 (ko)
EP (1) EP2685096B1 (ko)
JP (1) JP5237455B2 (ko)
KR (1) KR101253014B1 (ko)
CN (1) CN102792012B (ko)
AU (1) AU2011202348A1 (ko)
BR (1) BRPI1100050A2 (ko)
CA (1) CA2741597A1 (ko)
WO (1) WO2012124023A1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101643144B1 (ko) 2015-03-27 2016-07-27 남부대학교산학협력단 풍력 발전 능동 제어 시스템의 성능 평가 시스템
KR101643143B1 (ko) 2015-03-27 2016-07-27 남부대학교산학협력단 풍력 발전 능동 제어 시스템
WO2018204452A1 (en) * 2017-05-04 2018-11-08 General Electric Company System and method for reducing wind turbine rotor blade loads
KR101941676B1 (ko) * 2018-04-26 2019-01-23 (주)한진산업 풍력발전기의 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전시스템
KR20190124599A (ko) * 2018-04-26 2019-11-05 주식회사 한진산업 풍력발전기의 개별 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전시스템

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9377007B2 (en) * 2010-12-30 2016-06-28 General Electric Company System, device, and method for adjusting wind turbine component workload
EP2594786B1 (en) * 2011-11-17 2017-01-11 ALSTOM Renewable Technologies Method of operating a wind turbine
CN102418663B (zh) * 2011-12-29 2013-12-04 一重集团大连设计研究院有限公司 一种用于海上大功率风电机组的变桨系统及控制方法
US20130243590A1 (en) * 2012-03-15 2013-09-19 General Electric Company Systems and methods for determining thrust on a wind turbine
CN103573552B (zh) * 2012-08-02 2016-02-24 通用电气公司 风力涡轮机及其降低转子不平衡的控制方法
CN103670920B (zh) * 2012-09-06 2016-06-01 台达电子工业股份有限公司 风力变桨系统及风力变桨系统的桨叶零点备份与恢复方法
US20140203560A1 (en) * 2013-01-22 2014-07-24 General Electric Company Wind turbine and method for adjusting rotor blade pitch angle in wind turbine
JP5881631B2 (ja) * 2013-02-26 2016-03-09 三菱重工業株式会社 風力発電装置、風力発電装置の制御装置及び制御方法
US9261077B2 (en) * 2013-03-19 2016-02-16 General Electric Company System and method for real-time load control of a wind turbine
US9341159B2 (en) * 2013-04-05 2016-05-17 General Electric Company Methods for controlling wind turbine loading
KR101466082B1 (ko) 2013-06-07 2014-11-27 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기 제어 방법
KR101475274B1 (ko) * 2013-07-19 2014-12-22 삼성중공업 주식회사 풍력발전기의 피치 제어 시스템 및 그 방법
CN103629047B (zh) * 2013-11-05 2016-02-10 清华大学 一种降低风电机组载荷的非线性桨距角控制方法
ES2687784T3 (es) 2013-11-21 2018-10-29 Vestas Wind Systems A/S Control de palas de rotor para vientos intensos
JP5984791B2 (ja) * 2013-12-20 2016-09-06 三菱重工業株式会社 風力発電装置のモニタリングシステム及びモニタリング方法
US9683552B2 (en) * 2014-03-06 2017-06-20 General Electric Company System and method for robust wind turbine operation
JP6230967B2 (ja) 2014-07-03 2017-11-15 株式会社日立製作所 風力発電装置及びそのブレードピッチ角調整方法
DE102014223640A1 (de) * 2014-11-19 2016-05-19 Wobben Properties Gmbh Auslegung einer Windenergieanlage
WO2016138647A1 (en) * 2015-03-04 2016-09-09 General Electric Company System and method for mitigating loads on a wind turbine
CN105508134A (zh) * 2015-12-10 2016-04-20 内蒙古久和能源装备有限公司 一种提高风力发电机组风能利用效率的方法及装置
JP6405324B2 (ja) * 2016-01-29 2018-10-17 三菱重工業株式会社 風力発電装置及びその運転方法
US10697439B2 (en) 2017-06-14 2020-06-30 General Electric Company Offset toggle method for wind turbine operation
US11530683B2 (en) 2018-06-11 2022-12-20 Vestas Wind Systems A/S Velocity feedfoward control of a hydraulic pitch system
DE102018007997A1 (de) * 2018-10-10 2020-04-16 Senvion Gmbh Verfahren und System zum Betreiben einer Windenergieanlage
EP3839249B1 (de) * 2019-12-20 2023-10-11 Wobben Properties GmbH Verfahren zum einstellen eines pitchwinkels eines rotorblatts, steuerungsvorrichtung zum einstellen eines pitchwinkels sowie dazugehörige windenergieanlage
ES2949649T3 (es) 2020-03-02 2023-10-02 Vestas Wind Sys As Sistema de monitorización de control de paso de pala para una turbina eólica
CN113446156B (zh) * 2020-03-27 2023-07-11 新疆金风科技股份有限公司 变桨系统的状态监测方法、装置、设备及介质
CN111734585B (zh) * 2020-06-18 2023-06-27 上海电气风电集团股份有限公司 风力发电机的极限载荷的确定方法、装置及可读存储介质
CN113565700B (zh) * 2021-08-17 2022-09-16 国能信控互联技术(河北)有限公司 基于变桨系统的风机叶片状态在线监测装置及方法
CN114109742B (zh) * 2021-11-22 2024-02-09 西安热工研究院有限公司 桨距角偏差引起的风力机风轮不平衡根因定位及矫正方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19731918B4 (de) * 1997-07-25 2005-12-22 Wobben, Aloys, Dipl.-Ing. Windenergieanlage
JP2002339855A (ja) 2001-05-16 2002-11-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 可変速風力発電システム、及び、可変速風力発電方法
JP4064900B2 (ja) * 2003-09-10 2008-03-19 三菱重工業株式会社 ブレードピッチ角度制御装置及び風力発電装置
CA2535367C (en) 2003-09-10 2009-07-14 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Blade-pitch-angle control device and wind power generator
JP2005325742A (ja) * 2004-05-13 2005-11-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ブレードピッチ角度制御装置及び風力発電装置
NO20041208L (no) * 2004-03-22 2005-09-23 Sway As Fremgangsmate for reduskjon av aksialkraftvariasjoner for rotor samt retningskontroll for vindkraft med aktiv pitchregulering
DE102004056255B4 (de) 2004-11-22 2007-02-08 Repower Systems Ag Verfahren zur Optimierung von Betriebsparametern bei Windenergieanlagen
US7476985B2 (en) * 2005-07-22 2009-01-13 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Method of operating a wind turbine
US7488155B2 (en) * 2005-11-18 2009-02-10 General Electric Company Method and apparatus for wind turbine braking
ES2723877T3 (es) * 2007-11-15 2019-09-03 Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology SL Método y sistema para el funcionamiento de un aerogenerador
ES2535409T3 (es) 2009-05-18 2015-05-11 Vestas Wind Systems A/S Procedimiento de control de turbina eólica
BRPI1000022A2 (pt) * 2010-02-08 2017-01-17 Mitsubishi Heavy Ind Ltd gerador de turbina eólica e método para controlar o ângulo de inclinação da lâmina do mesmo.
US8215896B2 (en) * 2010-12-20 2012-07-10 General Electric Company Apparatus and method for operation of an off-shore wind turbine

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101643144B1 (ko) 2015-03-27 2016-07-27 남부대학교산학협력단 풍력 발전 능동 제어 시스템의 성능 평가 시스템
KR101643143B1 (ko) 2015-03-27 2016-07-27 남부대학교산학협력단 풍력 발전 능동 제어 시스템
WO2018204452A1 (en) * 2017-05-04 2018-11-08 General Electric Company System and method for reducing wind turbine rotor blade loads
KR101941676B1 (ko) * 2018-04-26 2019-01-23 (주)한진산업 풍력발전기의 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전시스템
WO2019209036A1 (ko) * 2018-04-26 2019-10-31 주식회사 한진산업 풍력발전기의 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전시스템
KR20190124599A (ko) * 2018-04-26 2019-11-05 주식회사 한진산업 풍력발전기의 개별 피치 제어 시스템 및 이를 포함하는 풍력발전시스템

Also Published As

Publication number Publication date
EP2685096B1 (en) 2015-10-14
JPWO2012124023A1 (ja) 2014-07-17
EP2685096A4 (en) 2014-11-12
JP5237455B2 (ja) 2013-07-17
US20120061962A1 (en) 2012-03-15
US8523520B2 (en) 2013-09-03
WO2012124023A1 (ja) 2012-09-20
CA2741597A1 (en) 2012-09-11
KR101253014B1 (ko) 2013-04-15
AU2011202348A1 (en) 2012-09-27
CN102792012A (zh) 2012-11-21
CN102792012B (zh) 2015-05-06
BRPI1100050A2 (pt) 2016-05-03
EP2685096A1 (en) 2014-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101253014B1 (ko) 블레이드 피치 제어 장치, 풍력 발전 장치, 및 블레이드 피치 제어 방법
EP3601789B1 (en) System and method to manage torsional oscillation of a wind turbine tower
US8115331B2 (en) Wind turbine generator, active damping method thereof, and windmill tower
EP3271576B1 (en) Damping oscillations in a wind turbine
CN102454548B (zh) 在空载状态主动控制桨距角的风力涡轮机
EP3500751B1 (en) Dynamic controlled wind turbine shutdown
US9835134B2 (en) Method and computing module for determining pitch angle adjustment signals of a wind turbine based on the maximum rotational speed
EP2770195B1 (en) Wind turbine generator, and control unit and control method of the same
CA2836018A1 (en) Control system and method for mitigating loads during yaw error on a wind turbine
WO2013132635A1 (ja) 風車の出力制御装置及び出力制御方法
US10240585B2 (en) Equivalent variable pitch differential control method and apparatus
CN103742362A (zh) 直驱永磁风力发电机组的独立变桨控制系统及方法
EP3064770B1 (en) Wind turbine power generation facility and method of controlling the same
EP3660303A1 (en) Wind power generation device and methods for controlling and repairing same
JP5550501B2 (ja) 水平軸風車

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee