KR20130026440A - 재생 에너지형 발전 장치 및 그 운전 방법 - Google Patents

재생 에너지형 발전 장치 및 그 운전 방법 Download PDF

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가즈히사 츠츠미
마사유키 시미즈
니올 칼드웰
다니일 덤노브
윌리엄 람펜
스테판 라이어드
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은 재생 에너지의 변동에 상관없이 소망의 유압 모터의 출력 및 안정된 발전을 얻을 수 있는 재생 에너지형 발전 장치 및 그러한 장치의 운전 방법을 제공하는 것이다. 재생 에너지원으로부터 전력을 생성하는 재생 에너지형 발전 장치는, 재생 에너지에 의해 구동되는 회전 샤프트(8)와, 회전 샤프트(8)에 의해 구동되는 가변 용량형의 유압 펌프(12)와, 유압 펌프(12)로부터 공급되는 가압유에 의해 구동되는 유압 모터(14)와, 유압 모터(14)에 연결된 발전기(20)와, 유압 펌프(12)의 토출측을 유압 모터(14)의 흡입측에 연통시키는 고압유 라인(16)과, 유압 펌프(12)의 흡입측을 유압 모터의 토출측에 연통시키는 저압유 라인(18)과, 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)을 결정하는 모터 목표 출력 결정 유닛(45)과, 발전기(20)의 회전 속도가 일정하게 되도록 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)에 근거하여 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)을 결정하는 모터 요구값 결정 유닛(46)과, 유압 모터의 변위용적을 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절하는 모터 제어 장치(48)를 구비한다.

Description

재생 에너지형 발전 장치 및 그 운전 방법{POWER GENERATING APPARATUS OF RENEWABLE ENERGY TYPE AND METHOD OF OPERATING THE SAME}
본 발명은 재생 에너지원으로부터 얻어지는 로터의 회전 에너지를 유압 펌프 및 유압 모터를 조합한 유압 트랜스미션을 거쳐서 발전기에 전달하는 재생 에너지형 발전 장치 및 그러한 재생 에너지형 발전 장치의 운전 방법에 관한 것이다.
최근, 지구 환경의 보전의 관점으로부터, 풍력을 이용한 풍력 발전 장치나, 조류를 이용한 조력 발전 장치 등의 재생 에너지형 발전 장치의 보급이 진행되고 있다.
이와 같은 재생 에너지 장치에는 종래부터 기어박스 형태의 트랜스미션이 이용되어 왔는데, 이 트랜스미션은 재생 에너지원의 운동 에너지가 입력되는 풍력 발전 장치나 조력 발전 장치의 로터와 같은 에너지 추출 기구의 저속 입력 속도를, 발전기를 구동하기 위한 고속 출력 속도로 변환한다. 예컨대, 일반적인 풍력 발전 장치에서는, 로터의 회전 속도는 수 rpm 내지 수십 rpm 정도인데 반하여, 발전기의 정격 속도는 통상 1500rpm 또는 1800rpm이다. 따라서, 로터와 발전기 사이에 기계식 기어박스가 제공된다. 구체적으로, 로터의 회전 속도는 기어박스에 의해 발전기의 정격 속도까지 증속된 후, 발전기에 입력된다.
그러한 기어박스 형태의 트랜스미션은 고장 나기 쉽고 유지 보수 및 교환 또는 수리의 비용이 커지는 경향이 있기 때문에, 이것을 해소하는 설계 및 건설이 과제로 되어 있었다.
재생 에너지형 발전 장치를 설계함에 있어서의 추가 과제는 모든 조건 하에서 에너지 추출 기구에 의해 최적의 양의 에너지를 추출하는 것이다.
이와 같은 설계를 실현하는 가장 효과적인 장치로서 피치각이 고정된 상태에서 블레이드를 보지하고, "선단 속도비(tip speed ratio)"가 거의 일정하게 유지되도록 동작 범위의 대부분에 걸쳐서 풍속 또는 유속에 비례하여 블레이드의 회전 속도를 변화시키는 것이 있다. 비용 효율이 높은 재생 에너지형 발전 장치에 요구되는 규모에서의 기어박스는 이 비가 항상 고정되어 있으며, 그 때문에 교류 전력망에 전기를 공급하기 위해, 복잡하고 고장 나기 쉬운 전력 변환 장치가 필요하다.
그래서, 최근, 기계식 기어박스에 대안으로서, 가변 용량형의 유압 펌프 및 유압 모터를 조합한 유압 트랜스미션을 구비한 재생 에너지형 발전 장치가 주목받고 있다. 이와 같은 발전 장치에서는 대규모의 기구에서도 정유압 트랜스미션(hydrostatic transmission)의 가변 비를 실현할 수 있다. 유압 트랜스미션은 기어박스보다 경량이고 또한 로버스트(robust)하며, 또한 다이렉트 드라이브식 발전기 구동 유닛보다 경량이다. 따라서, 발전에 따른 전체 비용을 삭감할 수 있다.
비특허문헌 1에는 풍력 발전 장치에 적용되는 유압 트랜스미션의 구성이 개시되어 있다. 이 유압 트랜스미션은 로터에 연결되는 유압 펌프와, 발전기에 연결되는 유압 모터와, 유압 펌프 및 유압 모터 사이에 각각 마련된 고압 매니폴드 및 저압 매니폴드를 포함한다. 유압 펌프 및 유압 모터는 각각 복수의 실린더 및 피스톤을 포함하고, 실린더와 피스톤 사이에 형성된 작동실(워킹 챔버)을 연속적으로 작동 및 비작동시킴으로써 변위용적(displacement)을 변화시킨다.
특허문헌 1에는 풍력 발전 장치의 로터의 회전을 조절하기 위한 장치가 개시되어 있다. 이 장치는 로터에 의해 구동되는 회전 샤프트와, 회전 샤프트에 의해 가동되는 다단 펌프를 구비한다. 각 단에는 공통의 유체 흡입 라인과 단을 연결하는 흡입 수단 및 공통의 유체 배출 라인과 단을 연결하는 배출 수단이 마련되어 있다. 단으로부터의 공통 배출 라인에는 제 1 제한 수단이 배치되어 있어서 각 단의 펌프 작동 상태를 변경한다. 회전 샤프트의 회전 속도를, 회전 에너지가 효과적으로 풍력 에너지로 변환되는 범위 내에 유지하도록, 아이들(idling) 상태의 실린더의 비율을 변화시켜 회전 샤프트의 토크를 조절한다.
또한, 특허문헌 2에는 풍력 발전기와 같은 발전 장치를 위한 안정 제어 시스템이 개시되어 있다. 이 안정 제어 시스템은 유압 트랜스미션의 유압 모터의 변위용적을 제어하여 발전기의 회전 속도의 안정화를 도모한다.
미국 특허 공보 제 4,496,847 B 호 국제 공개 공보 제 WO 2010/0033035 A 호
특허문헌 1 및 2에 개시된 바와 같은 재생 에너지형 발전 장치에서는, 재생 에너지원으로부터 효율적으로 에너지를 추출하여 높은 발전 효율을 유지하는 것이 요구된다. 그러나, 이와 같은 발전 장치에서 이용되는 재생 에너지원은 통상 풍력이나 조류 등의 자연 에너지이며, 발전에 이용 가능한 에너지의 변동이 심하다. 따라서, 가장 효율적인 에너지 추출을 실행하는 것이 곤란했다. 특히, 재생 에너지는 단기간에서의 시간적 불안정성이 높아서, 효율적인 에너지 추출을 실행하기 위해서는 에너지 변동에 대응하여 제어를 실행하는 것이 필요하다.
이러한 관점으로부터, 기계식(기어식) 기어박스를 이용한 종래의 풍력 발전 장치에서는 발전기와 전력계통 사이에 인버터가 마련되며, 이 인버터를 제어함으로써 로터의 회전 속도가 변경된다. 이러한 가변속 운전 방법이 일반적으로 사용된다.
그런데, 비특허문헌 1 및 특허문헌 1, 2에 개시된 유압 트랜스미션을 이용한 풍력 발전 장치에는 발전 효율을 향상시키기 위해 토크를 조절하는 방법이 구체적으로 기재되어 있지 않다. 또한, 발전 효율을 향상시키기 위한 운전 제어 기술이 아직도 확립되어 있지 않다.
상술한 바와 같은 문제의 관점에서, 본 발명은, 재생 에너지의 변동에 상관없이, 소망의 유압 모터의 출력을 얻어서 안정된 발전을 실현할 수 있는 재생 에너지형 발전 장치 및 그러한 장치의 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 재생 에너지원으로부터 전력을 생성하는 재생 에너지형 발전 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 발전 장치는, 재생 에너지에 의해 구동되는 회전 샤프트와; 회전 샤프트에 의해 구동되는 유압 펌프와; 유압 펌프로부터 공급되는 가압유(pressurized oil)에 의해 구동되는 유압 모터와; 유압 모터에 연결된 발전기와; 유압 펌프의 토출측을 유압 모터의 흡입측에 유체 연통시키는 고압유 라인과; 유압 펌프의 흡입측을 유압 모터의 토출측에 유체 연통시키는 저압유 라인과; 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 결정하는 모터 목표 출력 결정 유닛과; 발전기의 회전 속도가 일정하게 되도록 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 결정하는 모터 요구값 결정 유닛과; 유압 모터의 변위용적을 결정된 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절하는 모터 제어 장치를 포함할 수도 있는데, 이에 제한되는 것은 아니다.
이 재생 에너지형 발전 장치에서는, 모터 목표 출력 결정 유닛이 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 결정하고, 이것에 의해 모터 제어가 실행된다. 그러므로, 소망의 유압 모터의 출력을 구하는 것이 가능해진다.
모터 요구값 결정 유닛은 발전기의 회전 속도가 일정하게 되도록 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 기초로 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 결정하고, 모터 제어 장치는 유압 모터의 변위용적을 결정된 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절한다. 그러므로, 유압 펌프의 목표 출력이 변경된 경우에도, 발전기의 회전 속도를 일정하게 유지할 수 있다. 그 결과, 발전기에 의해 주파수가 일정한 전력을 생성할 수 있다.
상술한 바와 같은 재생 에너지형 발전 장치는, 파워 계수가 최대가 되는 회전 샤프트의 이상 토크(ideal torque)에 근거하여 유압 펌프의 목표 토크(Tp)를 결정하는 목표 토크 결정 유닛과; 목표 토크 결정 유닛에 의해 결정된 유압 펌프의 목표 토크(Tp)에 근거하여, 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 결정하는 펌프 목표 출력 결정 유닛을 추가로 포함할 수도 있다.
이와 같이, 목표 토크 결정 유닛은, 파워 계수가 최대가 되는 회전 샤프트의 이상 토크에 근거하여 유압 펌프의 목표 토크(Tp)를 결정하고, 펌프 목표 출력 결정 유닛은 상기 목표 토크에 근거하여 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 결정한다. 따라서, 재생 에너지형 발전 장치의 발전 효율을 높게 유지할 수 있다.
상술한 바와 같은 재생 에너지형 발전 장치는 회전 샤프트의 회전 속도를 계측하는 회전 속도계와, 회전 샤프트의 계측된 회전 속도에 따라 회전 샤프트의 이상 토크를 결정하는 이상 토크 결정 유닛을 추가로 구비할 수도 있다.
이 재생 에너지형 발전 장치에서는, 회전 속도계에 의해 계측된 회전 샤프트의 회전 속도에 근거하여 이상 토크가 구해지며, 그에 따라 재생 에너지형 발전 장치의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 회전 속도계가 회전 샤프트의 회전 속도를 고정밀도로 계측할 수 있으므로, 회전 샤프트의 계측된 회전 속도에 근거하여 이상 토크를 결정함으로써, 유압 모터의 제어를 적절히 실행할 수 있다.
이 재생 에너지형 발전 장치에는 복수의 회전 속도계가 제공될 수도 있으며, 회전 속도계들에 의해 계측된 회전 샤프트의 회전 속도의 평균값에 따라, 이상 토크 결정 유닛이 회전 샤프트의 이상 토크를 결정할 수도 있다.
이와 같이, 복수의 회전 속도계가 제공되고, 회전 샤프트의 계측된 회전 속도의 평균값에 근거하여 이상 토크가 구해지므로, 이상 토크 결정의 정확성을 향상시키는 동시에, 회전 속도계 자체 또는 외적 요인 등에 의한 노이즈를 제거할 수 있다.
선택적으로, 재생 에너지형 발전 장치는 회전 샤프트의 회전 속도를 계측하는 회전 속도계와, 회전 샤프트의 계측된 회전 속도로부터 추정되는 재생 에너지원의 에너지 흐름의 추정 속도에 따라 회전 샤프트의 이상 토크를 결정하는 이상 토크 결정 유닛을 추가로 포함할 수도 있다.
이와 같이, 회전 샤프트의 계측된 회전 속도로부터 추정된 재생 에너지원의 에너지 흐름의 추정 속도에 따라 이상 토크가 구해지므로, 재생 에너지형 발전 장치의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 재생 에너지원의 에너지 흐름의 속도는 회전 속도계에 의해 계측된 회전 샤프트의 회전 속도로부터 추정되므로, 고정밀도로 에너지 흐름의 속도를 추정할 수 있어서, 유압 모터의 제어를 적절히 실행할 수 있다. 또한, 발전 장치는 에너지 흐름의 속도를 계측하는 속도계를 설치하지 않는 구성으로 할 수 있어서 비용 삭감을 도모할 수 있다.
이 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 복수의 회전 속도계가 제공될 수도 있으며, 에너지 흐름의 추정 속도는 회전 속도계들에 의해 계측된 회전 샤프트의 회전 속도의 평균값으로부터 추정될 수도 있다.
이와 같이, 복수의 회전 속도계가 제공되고, 회전 속도계들에 의해 계측된 회전 샤프트의 회전 속도의 평균값으로부터 에너지 흐름의 유속이 추정되며, 이 에너지 흐름의 유속으로부터 이상 토크가 구해진다. 그 결과, 이상 토크가 고정밀도로 결정될 수 있으며, 회전 속도계 자체 또는 외적 요인 등에 의한 노이즈가 제거될 수 있다.
선택적으로, 이 재생 에너지형 발전 장치는 재생 에너지원의 에너지 흐름의 속도를 계측하는 속도계와, 에너지 흐름의 계측된 속도에 따라 회전 샤프트의 이상 토크를 결정하는 이상 토크 결정 유닛을 추가로 포함할 수도 있다.
이와 같이, 속도계에 의해 계측된 재생 에너지원의 에너지 흐름의 속도에 근거하여 이상 토크가 결정되므로, 재생 에너지형 발전 장치의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 에너지 흐름의 속도는 속도계로 직접 계측함으로써 용이하게 구할 수 있다.
이 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 복수의 속도계가 제공될 수도 있으며, 이상 토크 결정 유닛은 속도계들에 의해 계측된 에너지 흐름의 속도의 평균값에 따라 회전 샤프트의 이상 토크를 결정할 수도 있다.
이와 같이, 복수의 속도계가 제공되고, 속도계들에 의해 계측된 에너지 흐름의 속도의 평균값에 근거하여 이상 토크가 결정되므로, 이상 토크 결정의 정확성을 향상시키는 동시에, 유속계 자체 또는 외적 요인 등에 의한 노이즈를 제거할 수 있다.
재생 에너지형 발전 장치는, 재생 에너지형 발전 장치가 속하는 발전 팜(power generation farm)의 팜 제어 장치로부터의 전력 요구 지령에 근거하여 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 보정하는 펌프 목표 출력 보정 유닛을 추가로 포함할 수도 있다.
일반적으로, 재생 에너지형 발전 장치가 속하는 발전 팜에는 복수의 재생 에너지형 발전 장치가 설치되어 있다. 예컨대, 발전 팜에 있어서의 각각의 발전 장치의 가동 상황 또는 발전 팜 전체에 요구되는 전력 등의 조건에 따라서, 각각의 발전 장치에 요구되는 발전 출력이 다르다. 따라서, 펌프 목표 출력 보정 유닛이 발전 팜의 팜 제어 장치로부터의 전력 요구 지령에 근거하여 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 보정한다. 그 결과, 재생 에너지형 발전 장치에 요구되는 전력에 따라 적절히 발전을 실행할 수 있다.
재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 모터 목표 출력 결정 유닛은, 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)를 평활 처리하여 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 구하는 로우 패스 필터를 포함할 수도 있다.
이와 같이, 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 평활 처리함으로써 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)이 구해진다. 그 결과, 유압 펌프의 출력이 급격하게 변화하는 경우라도, 유압 모터의 목표 출력을 완만하게 변화시킬 수 있어서, 발전기의 안정 운전이 가능해진다.
재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 모터 요구값 결정 유닛은, 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 유압 모터의 회전 속도(Wm) 및 고압유 라인 내의 유압(Ps)으로 나눔으로써 구해지는 명목 모터 요구값(Dn)에 근거하여 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 결정할 수도 있다.
이와 같이, 모터 요구값 결정 유닛은 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 고압유 라인 내의 유압(Ps)으로 나눔으로써 유압 모터의 명목 요구값(Dn)을 결정하므로, 발전기의 회전 속도를 일정하게 유지하는 명목 모터 요구값(Dn)을 취득할 수 있다.
또한, 이 재생 에너지형 발전 장치에 있어서, 모터 요구값 결정 유닛은, 고압유 라인 내의 유압(Ps)을 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)에 근거하여 결정된 목표 유압(Pd)에 맞게 조절하기 위한 요구 보정값(Db)을 구할 수도 있으며, 모터 요구값 결정 유닛은 명목 모터 요구값(Dn)과 요구 보정값(Db)의 합으로부터 유압 모터의 변위용적 보정값(Dm)을 결정할 수도 있다.
이와 같이, 모터 요구값 결정 유닛은 고압유 라인 내의 유압(Ps)을 조절하기 위한 유압 모터의 요구 보정값(Db)을 구하고, 구해진 요구 보정값(Db)을 명목 요구값(Dn)에 가산하여 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 결정한다. 그 결과, 고압유 라인 내의 유압(Ps)이 목표 유압(Pd)에 확실히 근접하도록 조절된다.
그러한 경우에, 모터 요구값 결정 유닛은 유압(Ps)과 목표 유압(Pd)과의 편차에 유압(Ps)에 따라 변화하는 가변 게인(Kp)을 곱함으로써 요구 보정값(Db)을 구할 수도 있다.
이와 같이, 유압 모터의 요구 보정값(Db)을 구할 때에, 고압유 라인 내의 유압(Ps)에 따라 변화하는 가변 게인(Kp)을 적절히 설정함으로써, 고압유 라인 내의 유압(Ps)이 목표 유압(Pd)에 근접할 수 있다. 반면에, 가변 게인(Kp)은 유압(Ps)에 따라 변화하기 때문에, 압력(Ps)에 따른 추종 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 가변 게인(Kp)은, 유압(Ps)이 고압유 라인 내의 유압(이른바, "고유압")의 허용 범위의 최소값(Pmin) 이하이거나 또는 해당 허용 범위의 최대값(Pmax) 이상인 경우에는 가변 게인(Kp)이 최대값(Kmax)이 되도록, 그리고, 유압(Ps)이 고유압의 허용 범위의 최소값(Pmin)과 최대값(Pmax) 사이에 있는 경우에는, 유압(Ps)이 최소값(Pmin) 또는 최대값(Pmax)에 근접할수록 가변 게인(Kp)이 더욱 증가하도록 설정될 수도 있다.
이와 같이, 고압유 라인 내의 유압(Ps)이 허용 범위 내로 유지될 수 있고, 유압 모터의 요구 보정값(b)은 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)이 보정될 필요가 있는지 여부에 따라서 적절히 결정될 수 있다.
구체적으로, 고압유 라인의 압력(Ps)이 고유압의 허용 범위의 최소값(Pmin) 이하이거나 혹은 해당 허용 범위의 최대값(Pmax) 이상인 경우에는, 가변 게인(Kp)이 최대값(Kmax)이 된다. 그러므로, 고유압을 목표 유압에 근접시키는 속도를 최대한 빠르게 할 수 있다. 한편, 유압(Ps)이 고유압의 허용 범위의 최소값(Pmin)과 최대값(Pmax) 사이에 있는 경우에는, 가변 게인(Kp)은, 유압(Ps)이 최소값(Pmin) 또는 최대값(Pmax)에 근접할수록 더욱 증가하게 된다. 그러므로, 고압유 라인 내의 유압(Ps)이 적절한 경우에는 가변 게인(Kp)의 영향도를 감소시키고, 필요에 따라서 서서히 가변 게인(Kp)의 영향도를 크게 할 수 있다.
허용 범위의 최소값(Pmin)은 유압 펌프에 대해 설정 가능한 변위용적의 최대값(Dmax) 및 회전 샤프트의 회전 속도에 근거하여 결정될 수도 있다.
이와 같이, 허용 범위의 최소값(Pmin)이 회전 샤프트의 회전 속도 및 유압 펌프에 대해 설정 가능한 변위용적의 최대값(Dmax)에 근거하여 결정되므로, 모터 제어에 있어서 중요한 인자인 허용 범위의 최소값(Pmin)을 적절히 설정할 수 있다.
재생 에너지형 발전 장치는 이 발전 장치의 주위 온도를 계측하는 주위 온도 센서를 추가로 포함할 수도 있다. 회전 샤프트의 이상 토크는 계측된 주위 온도에 근거하여 보정되는 것이 바람직하다.
일반적으로, 재생 에너지원의 밀도는 재생 에너지형 발전 장치 내의 온도에 따라 변동한다. 따라서, 주위 온도 센서가 발전 장치의 주위 온도를 계측하고, 계측된 주위 온도에 근거하여 이상 토크를 보정함으로써, 주위 온도에 따른 최적의 이상 토크를 구할 수 있다.
재생 에너지형 발전 장치는 고압유 라인 내의 오일 온도를 계측하는 오일 온도 센서와, 고압유 라인 내의 계측된 오일 온도에 근거하여 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 보정하는 모터 요구값 보정 유닛을 추가로 포함할 수도 있다.
이와 같이, 모터 요구값 보정 유닛은 오일 온도 센서에 의해 계측된 고압유 라인 내의 오일 온도에 근거하여 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 보정한다. 그 결과, 오일의 열팽창을 고려하여, 적절히 유압 모터를 제어하는 것이 가능하다.
재생 에너지형 발전 장치는 재생 에너지로서의 바람으로부터 전력을 생성하는 풍력 발전 장치인 것이 바람직하다. 풍력 발전 장치에서는 풍력 에너지의 변동이 심하다. 그러나, 상기 재생 에너지형 발전 장치를 채용함으로써, 풍력 에너지의 변동에 따른 모터 제어가 가능해지기 때문에, 소망의 유압 모터의 출력 및 안정된 발전을 달성할 수 있다.
재생 에너지형 발전 장치의 운전 방법으로서, 재생 에너지에 의해 구동되는 회전 샤프트와; 회전 샤프트에 의해 구동되는 유압 펌프와; 유압 펌프로부터 공급되는 가압유에 의해 구동되는 유압 모터와; 유압 모터에 연결된 발전기와; 유압 펌프의 토출측을 유압 모터의 흡입측에 유체 연통시키는 고압유 라인과; 유압 펌프의 흡입측을 유압 모터의 토출측에 유체 연통시키는 저압유 라인을 포함하는 재생 에너지형 발전 장치의 운전 방법은, 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 결정하는 단계와; 발전기의 회전 속도가 일정하게 되도록 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 결정하는 단계와; 유압 모터의 변위용적을 결정된 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절하는 단계를 포함할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
재생 에너지형 발전 장치의 운전 방법에서는, 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)이 결정되고, 이것을 기초로 모터 제어가 실행된다. 그러므로, 소망의 유압 펌프의 출력을 얻는 것이 가능해진다.
유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)은 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)에 근거하여 발전기의 회전 속도가 일정하게 되도록 결정되며, 모터 제어 장치는 유압 모터의 변위용적을 결정된 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절한다. 그러므로, 유압 펌프의 목표 출력이 변경되어도, 발전기의 회전 속도를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 발전기에 의해 주파수가 일정한 전력을 생성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 모터 목표 출력 결정 유닛은 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 결정하고, 이것을 기초로 모터 제어가 실행된다. 그 결과, 소망의 유압 펌프의 출력을 얻는 것이 가능해진다.
또한, 모터 요구값 결정 유닛은 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)에 근거하여 발전기의 회전 속도가 일정하게 되도록 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 결정하고, 모터 제어 장치는 유압 모터의 변위용적을 결정된 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절한다. 그러므로, 유압 펌프의 목표 출력이 변경되어도, 발전기의 회전 속도를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 발전기에 의해 주파수가 일정한 전력을 생성할 수 있다.
도 1은 풍력 발전 장치의 구성예의 개략도,
도 2는 풍력 발전 장치의 유압 트랜스미션, 발전기 및 제어 유닛의 구성의 개략도,
도 3은 유압 펌프의 구체적인 구성을 도시하는 도면,
도 4는 유압 모터의 구체적인 구성을 도시하는 도면,
도 5는 제어 유닛에 의한 유압 모터의 제어 처리를 나타내는 흐름도,
도 6은 제어 유닛의 신호 흐름의 개략도,
도 7은 토크와 회전 속도의 상관 관계를 나타내는 그래프,
도 8은 게인 함수의 예를 나타내는 그래프,
도 9는 고압유 라인 내의 오일의 목표 압력 함수를 나타내는 그래프,
도 10은 기억 유닛에 저장된 Cp 최대 곡선을 나타내는 그래프,
도 11은 기억 유닛에 기억된 Cp 최대 곡선을 나타내는 그래프.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 본 실시형태에 기재되어 있는 구성요소의 치수, 재질, 형상, 그 상대적 배치 등은 특정적인 기재가 없는 한 단순히 설명을 위한 것으로 해석되어야만 하며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
도 1은 풍력 발전 장치의 구성예를 도시하는 도면이다. 도 2는 풍력 발전 장치의 유압 트랜스미션, 발전기 및 제어 유닛의 구성의 개략도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 풍력 발전 장치(1)는 바람에 의해 회전하는 로터(2)와, 로터(2)의 회전 속도를 증가시키는 유압 트랜스미션(10)과, 전력을 발생시키는 발전기(20)와, 나셀(22)과, 나셀(22)을 지지하는 타워(24)와, 풍력 발전 장치(1)의 유압 트랜스미션(10)을 제어하는 제어 유닛(40)(도 2 참조)과, 압력계(31) 및 회전 속도계(32, 36)를 포함하는 각종 센서를 포함한다.
로터(2)는, 블레이드(4)가 장착된 허브(6)에 회전 샤프트(8)가 연결되도록 구성되어 있다. 구체적으로, 3개의 블레이드(4)가 허브(6)로부터 방사상으로 연장되어 있으며, 각각의 블레이드(4)는 회전 샤프트(8)와 연결된 허브(6)에 장착되어 있다. 이에 의해, 블레이드(4)에 작용하는 바람의 힘이 로터(2) 전체를 회전시키게 되고, 로터(2)의 회전이 회전 샤프트(8)를 거쳐서 유압 트랜스미션(10)에 입력된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 유압 트랜스미션(10)은, 회전 샤프트(8)에 의해 회전하는 가변 용량형의 유압 펌프(12)와, 발전기(20)에 접속된 가변 용량형의 유압 모터(14)와, 유압 펌프(12)와 유압 모터(14) 사이에 마련된 고압유 라인(16) 및 저압유 라인(18)을 포함한다.
유압 펌프(12)의 토출측은 고압유 라인(16)에 의해 유압 모터(14)의 흡입측에 접속되어 있다. 유압 펌프(12)의 흡입측은 저압유 라인(18)에 의해 유압 모터(14)의 토출측에 접속되어 있다. 유압 펌프로부터 토출된 작동유(고압유)는 고압유 라인을 거쳐서 유압 모터(14)에 유입한다. 유압 모터(14)에서 작동을 실행한 작동유는 저압유 라인(18)을 거쳐서 유압 펌프(12)에 유입하고, 유압 펌프(12)에 의해 승압된 후, 다시, 유압 모터(14)에 유입하여 유압 모터(14)를 구동한다.
도 2는 유압 모터(14)를 1개만 포함하는 유압 트랜스미션(10)을 도시한다. 그러나, 복수의 유압 모터(14)를 제공하고, 각각의 유압 모터(14)를 유압 펌프(12)에 접속할 수도 있다.
여기서, 일례로서, 유압 펌프와 유압 모터의 구체적인 구성예를 설명한다. 도 3은 유압 펌프의 구체적인 구성을 도시하는 도면이고, 도 4는 유압 모터의 구체적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 유압 펌프(12)는 각각 실린더(80) 및 피스톤(82)에 의해 형성되는 복수의 유압실(83)과, 피스톤(82)과 맞물리는 캠 곡면을 갖는 캠(84)과, 각 유압실(83)에 대하여 제공되는 고압 밸브(86) 및 저압 밸브(88)를 포함한다.
고압 밸브(86)는 각 유압실(83)과 고압유 라인(16) 사이의 고압 연통로(87)에 마련되고, 저압 밸브(88)는 각 유압실(83)과 저압유 라인(18) 사이의 저압 연통로(89)에 마련되어 있다.
유압 펌프(12)에서는, 회전 샤프트(8)와 함께 캠(84)이 회전하고, 캠 곡선에 따라 피스톤(82)이 주기적으로 상하 운동하여, 피스톤(82)이 하사점으로부터 상사점을 향하는 펌프 공정과, 피스톤(82)이 상사점으로부터 하사점을 향하는 흡입 공정이 반복된다.
도 4에 도시하는 바와 같이, 유압 모터(14)는 실린더(90) 및 피스톤(92) 사이에 의해 형성되는 복수의 유압실(93)과, 피스톤(92)과 맞물리는 캠 곡면을 갖는 캠(94)과, 각 유압실(93)에 대하여 제공된 고압 밸브(96) 및 저압 밸브(98)를 포함한다.
고압 밸브(96)는 각 유압실(93)과 고압유 라인(16) 사이의 고압 연통로(97)에 마련되는 반면에, 저압 밸브(98)는 각 유압실(93)과 저압유 라인(18) 사이의 저압 연통로(99)에 마련되어 있다. 저압 밸브(98)는 상시 폐쇄형(normally closed type)일 수도 있다.
피스톤 사이클 곡선(130)과 함께 도시된 유압 모터(14)에서는, 피스톤(92)이 주기적으로 상하 운동하여, 피스톤(92)이 상사점으로부터 하사점을 향하는 모터 공정과, 피스톤(92)이 하사점으로부터 상사점을 향하는 배출 공정이 반복된다.
유압 펌프 및 유압 모터는 상술한 바와 같은 피스톤형이다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 베인형과 같은 가변 용량형의 유압 기구 중 임의의 형식일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각종 센서로서, 회전 샤프트(8)의 회전 속도를 계측하는 회전 속도계(32)와, 고압유 라인(16) 내의 압력을 계측하는 압력계(31)와, 유압 모터(14)의 회전 속도를 계측하는 회전 속도계(36)가 제공되어 있다. 또한, 각종 센서로서, 나셀(22)의 외부에 장착되어 풍속을 계측하는 풍속계(33), 풍력 발전 장치(1)의 주위 온도를 계측하는 온도 센서(34), 및 고압유 라인(16) 내의 오일 온도를 계측하는 오일 온도 센서(35)를 제공하는 것도 가능하다. 이들 센서의 계측 결과는 제어 유닛(40)에 전송되어 유압 펌프(12)의 제어에 이용된다. 도면에는 각 센서가 1개 세트로 제공된 예가 도시되어 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 각 센서를 복수의 세트로 제공하는 것도 가능하다.
또한, 고압유 라인(16) 및 저압유 라인(18)에는 맥동 방지용 누산기(64)가 제공되어 있다. 이것에 의해, 고압유 라인(16) 및 저압유 라인(18)의 압력 변동(맥동)이 억제된다. 또한, 저압유 라인(18)에는 작동유 중의 불순물을 제거하는 오일 필터(66)와, 작동유를 냉각하는 오일 쿨러(68)가 마련되어 있다.
고압유 라인(16)과 저압유 라인(18) 사이에는 유압 모터(14)를 바이패스하는 바이패스 유로(60)가 마련되어 있으며, 바이패스 유로(60)에는 고압유 라인(16)의 유압을 설정 압력 이하로 유지하도록 릴리프 밸브(62)가 마련되어 있다. 이것에 의해, 고압유 라인(16) 내의 압력이 릴리프 밸브(62)의 설정 압력에 도달하면, 릴리프 밸브(62)가 자동적으로 개방되어, 고압유가 바이패스 유로(60)를 거쳐서 저압유 라인(18)으로 우회하게 한다.
또한, 유압 트랜스미션(10)은 오일 탱크(70), 보충 라인(72), 부스트 펌프(74), 오일 필터(76), 반송 라인(78) 및 저압 릴리프 밸브(79)를 구비한다.
몇몇 실시예에서, 유압 모터(14)로부터의 반송 흐름의 전부 또는 일부가 이들 유닛 중 하나 이상을 통과한다.
오일 탱크(70)는 보충용의 작동유가 저류되어 있다. 보충 라인(72)은 오일 탱크(70)를 저압유 라인(18)에 접속한다. 부스트 펌프(74)는 보충 라인(72)에 마련되어, 오일 탱크(70)로부터 저압유 라인(18)에 보충용의 작동유를 보급한다. 이러한 경우에, 저압유 라인(18)에 공급될 작동유는 보충 라인(72)에 마련된 오일 필터(76)에 의해 불순물이 제거된다.
유압 트랜스미션(10) 내에서 작동유가 누설되는 경우라도, 부스트 펌프(74)에 의해 오일 탱크(70)로부터 저압유 라인(18)에 작동유가 보충되므로, 유압 트랜스미션(10)을 순환하는 작동유의 양을 유지할 수 있다.
반송 라인(78)은 오일 탱크(70)와 저압유 라인(18) 사이에 설치되어 있다. 저압 릴리프 밸브(79)가 반송 라인(78)에 마련되어 있어서, 저압유 라인(18) 내의 압력이 설정 압력에 근접하게 유지된다.
이것에 의해, 부스트 펌프(74)에 의해 작동유가 저압유 라인(18)에 공급되어도, 저압유 라인(18) 내의 압력이 저압 릴리프 밸브(79)의 설정 압력에 도달하면, 저압 릴리프 밸브(79)가 자동적으로 개방되어, 반송 라인(78)을 거쳐서 오일 탱크(70)에 작동유를 배출할 수 있다. 따라서, 유압 트랜스미션(10) 내를 순환하는 작동유의 양을 적절히 유지할 수 있다.
발전기(20)는 발전한 전력이 전력계통(50)에 공급되도록 전력계통(50)과 동조되어 있다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 발전기(20)는 유압 모터(14)의 출력축(15)에 접속된 로터(20A)와 전력계통(50)에 접속된 다른 로터(20B)로 구성되는 전자석 동기 발전기를 포함한다. 발전기(20)의 로터(20A)에는 여자기(52)가 접속되어 있어서, 발전기(20)의 로터(20A)에 흐르는 계자 전류를 변화시킴으로써, 발전기(20)의 다른 로터(20B) 내에 발생되는 전력의 역률이 조절되도록 한다. 이것에 의해, 소망의 역률로 조정된 양질의 전력이 전력계통(50)에 공급할 수 있다.
도 1에 도시하는 나셀(22)은 로터(2)의 허브(6)를 회전 가능하게 지지하며, 유압 트랜스미션(10)이나 발전기(20) 등의 각종 기기를 수납한다. 또한, 나셀(22)은 타워(24) 상에 회전 가능하게 지지되고, 요 모터(yaw motor)(도시하지 않음)에 의해 풍향에 따라 선회될 수도 있다.
타워(24)는 기초(26)로부터 상방으로 연장되는 기둥 형상으로 형성되어 있다. 예컨대, 타워(24)는 하나의 기둥 형상 부재로 구성될 수 있고, 또는 수직 방향으로 연결되어 기둥 형상으로 형성하는 복수의 유닛으로 구성될 수도 있다. 타워(24)가 복수의 유닛으로 구성되어 있는 경우에는, 최상부의 유닛 상에 나셀(22)이 설치된다.
도 2를 참조하여 제어 유닛(40)의 구성에 대하여 설명한다. 제어 유닛(40)은, 제어 유닛(40) 및 각종 제어 장치(41 내지 49)가 나셀의 내부 또는 외부의 다른 장소에 마련되도록 구성된 분산형 제어 시스템을 구축할 수도 있다. 제어 유닛(40) 및 이것을 구성하는 제어 장치(41 내지 47) 중 적어도 하나의 기능을 하나의 연산 처리 장치에 통합할 수도 있다.
제어 유닛(40)은 이상 토크 결정 유닛(41), 목표 토크 결정 유닛(42), 펌프 목표 출력 결정 유닛(43), 펌프 목표 출력 보정 유닛(44), 모터 목표 출력 결정 유닛(45), 모터 요구값 결정 유닛(46), 모터 요구값 보정 유닛(47), 모터 제어 장치(48), 및 기억 유닛(49)을 포함한다.
이상 토크 결정 유닛(41)은 회전 샤프트(8)의 계측된 회전 속도에 따라 회전 샤프트(8)의 이상 토크를 결정한다. 이상 토크란, 풍력 에너지가 회전 샤프트(8)의 회전 에너지로 효율적으로 변환될 수 있는 토크, 즉, 풍력 에너지로부터의 추출 효율이 높은 토크를 말한다.
이상 토크 결정 유닛(41)의 구성예에 대해서는 이하에서 상세히 기술한다.
이상 토크 결정 유닛(41)은 회전 속도계(32)에 의해 계측된 회전 샤프트(8)의 회전 속도에 근거하여, 파워 계수(Cp)가 최대가 되는 이상 토크를 결정한다. 또한, 회전 속도계(32)들에 의해 계측된 회전 샤프트의 회전 속도의 평균값에 근거하여 회전 샤프트(8)의 이상 토크를 결정하는 것도 가능하다.
이상 토크 결정 유닛(41)은 주위 온도 센서(34)에 의해 계측되는 풍력 발전 장치(1)의 주위 온도에 근거하여 회전 샤프트(8)의 이상 토크를 보정할 수도 있다. 회전 샤프트(8)의 토크에 영향을 미치는 인자의 하나로서, 풍력 발전 장치(1)의 주위 온도가 있다. 엄밀하게는, 풍력 에너지는 바람의 유량(질량 유량)과 풍속으로부터 결정된다. 풍력 발전 장치(1)의 주위 온도가 변화하는 것에 의해 공기 밀도가 변화한다. 이것에 의해 공기 질량이 변화한다. 따라서, 이상 토크는 풍력 발전 장치(1)의 주위 온도에 근거하여 보정된다.
목표 토크 결정 유닛(42)은 이상 토크 결정 유닛(41)에 의해 구해진 이상 토크에 근거하여 유압 펌프의 목표 토크를 결정한다. 한편, 목표 토크 결정 유닛(42)은 회전 샤프트(8)의 이상 토크에 스케일 계수(M)를 곱함으로써 유압 펌프(12)의 목표 토크를 결정할 수도 있다.
펌프 목표 출력 결정 유닛(43)은 유압 펌프(12)의 목표 토크에 근거하여 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 결정한다. 한편, 펌프 목표 출력 결정 유닛(43)은 목표 토크 결정 유닛(42)에 의해 결정된 유압 펌프(12)의 목표 토크에, 회전 샤프트(8)의 계측된 회전 속도를 곱함으로써 유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)을 결정할 수도 있다.
펌프 목표 출력 보정 유닛(44)은 팜 제어 장치(200)로부터의 전력 요구 지령(Sd)에 근거하여, 펌프 목표 출력 결정 유닛(43)에 의해 결정된 유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)을 보정한다. 팜 제어 장치(200)는 풍력 발전 장치가 속하는 발전 팜에 설치되며 복수의 풍력 발전 장치(1)를 통괄적으로 제어하는 장치이다.
모터 목표 출력 결정 유닛(45)은 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)을 결정한다. 예컨대, 모터 목표 출력 결정 유닛(45)은 유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)을 평활 처리함으로써 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 결정하는 1차 로우 패스 필터를 포함한다.
모터 요구값 결정 유닛(46)은 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)에 근거하여, 발전기의 회전 속도가 일정하게 되도록 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)을 결정한다.
구체적으로, 모터 요구값 결정 유닛(46)은 목표 출력(POWERmotor)을 유압 모터(14)의 회전 속도 및 고압유 라인 내의 유압(Ps)으로 나눔으로써 구해지는 명목 요구값(Dn)에 근거하여 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 결정한다.
한편, 모터 요구값 결정 유닛(46)은, 유압(Ps)이 소정 범위 내에 유지되도록 변위용적 요구값(Dm)을 보정할 수도 있다. 그 경우, 모터 요구값 결정 유닛(46)은 목표 출력(POWERmotor)에 근거하여 결정된 고압유 라인 내의 목표 유압(Pd)에 맞게 유압(Ps)을 조절하기 위한 유압 모터(14)의 요구 보정값(Db)과 명목 요구값(Dn)의 합으로부터 유압 모터(14)의 변위용적의 보정값(Dm)을 결정한다.
여기서, 유압 모터(14)의 요구 보정값(Db)은 이하와 같은 방식으로 구할 수도 있다.
요구 보정값(Db)은 유압(Ps)에 따라 변화하는 가변 게인(Kp)을 유압(Ps)과 목표 유압(Pd)의 편차에 곱함으로써 구해진다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 가변 게인(Kp)은, 유압(Ps)이 고유압의 허용 범위의 최소값(Pmin) 이하이거나 또는 해당 허용 범위의 최대값(Pmax) 이상인 경우에는 최대값(Kmax)이 되도록, 그리고, 유압(Ps)이 고유압의 허용 범위의 최소값(Pmin)과 최대값(Pmax) 사이에 있는 경우에는, 유압(Ps)이 최소값(Pmin) 또는 최대값(Pmax)에 근접할수록 가변 게인(Kp)이 더욱 증가하도록 설정되는 것이 바람직하다. 허용 범위는 유압 펌프(12)에 대해 설정 가능한 최대값(Dmax) 및 회전 샤프트(8)의 회전 속도에 근거하여 결정될 수도 있다.
모터 요구값 보정 유닛(47)은 오일 온도 센서(35)에 의해 계측된 고압유 라인(16) 내의 오일 온도에 근거하여 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)을 보정한다. 모터 요구값 보정 유닛(47)은 불필요할 수도 있지만, 이것을 설치하는 것에 의해, 작동 유체의 열팽창율을 고려하여 적절히 유압 모터(14)를 제어할 수 있다.
모터 제어 장치(48)는 유압 모터(14)의 변위용적을 모터 요구값 결정 유닛(46)에 의해 결정된 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절한다.
상술한 제어 장치 이외에, 펌프 제어부(도시하지 않음)가 제공될 수도 있다. 펌프 제어 장치는 목표 토크 결정 유닛(42)에 의해 구해진 목표 토크와 유압(Ps)으로부터 결정되는 유압 펌프(12)의 변위용적 요구값에 맞게 유압 펌프(12)의 변위용적을 조절한다.
기억 유닛(49)은 유압 펌프(12)의 제어에 이용하는 데이터를 저장한다. 구체적으로, 기억 유닛(49)은 풍력 발전 장치(1)의 제어에 이용되는 각종 함수를 저장하는데, 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같은 토크와 회전 속도의 상관 관계의 함수, 도 8에 도시된 바와 같은 가변 게인(Kp)의 함수, 및 도 9에 도시된 바와 같은 고압유 라인 내의 오일의 목표 압력 함수를 저장한다.
제어 유닛(40)의 동작에 관한 알고리즘에 대해서는 도 5의 흐름도를 이용하여 설명한다.
최초로, 회전 속도계(32)가 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr)를 계측한다[단계(S1)]. 이상 토크 결정 유닛(41)은 회전 속도계(38)에 의해 계측된 회전 속도(Wr)에 근거하여, 파워 계수(Cp)가 최대가 되는 이상 토크(Ti)를 결정한다. 구체적으로, 이상 토크 결정 유닛(41)은 도 7의 함수에서 실선으로 나타낸 Cp 최대 곡선(600)을 기억 유닛(49)로부터 판독한다. Cp 최대 곡선(600)은 공기역학적인 이상 토크(T, 598)와 회전 샤프트의 회전 속도(Wr, 599)의 상관 관계를 나타내는 함수이다. Cp 최대 곡선(600)은 회전 속도(Wr)에 대하여 파워 계수(Cp)가 최대가 되는 이상 토크(Ti)를 나타낸다.
목표 토크 결정 유닛(42)은 이상 토크 결정 유닛(41)에 의해 구한 이상 토크(Ti)에 근거하여 유압 펌프(12)의 목표 토크(Td)를 결정한다[단계(S2)]. 한편, 목표 토크 결정 유닛(42)은 이상 토크 결정 유닛(41)에 의해 결정된 이상 토크(Ti)에 스케일 계수(M)를 곱함으로써 조정 이상 토크(MTi)를 결정할 수도 있는데, 이것이 목표 토크(Td)로서 사용될 수 있다. 스케일 계수(M)는 통상적으로 0.9 내지 1.0의 범위 내이며, 그 값은 가동 동안 시간 경과에 따른 블레이드(4)의 공기 역학적 변화 및 바람의 상황에 따라 바뀔 수도 있다. 스케일 계수(M)는 팜 제어 장치(200)로부터 적절히 입력될 수도 있다. 스케일 계수(M)＜1의 경우, 회전 샤프트(8)에 부여되는 토크가 이상 토크보다 약간 작은 값을 갖는 것을 전제 조건으로 한다. 그에 대응하는 양만큼 회전 샤프트(8)의 회전 속도가 이상 토크인 경우에 비해 약간 증가한다. 따라서, 풍속의 급속한 변화에 반응하여 회전 샤프트(8)의 회전 속도를 조절하는 것이 가능하다. 또한, 돌풍은 풍력 발전 장치(1)의 허용 풍속 범위의 상한값 이하인 것을 전제 조건으로 한다. 허용 풍속 범위는, 로터(2)가 과회전하는 일 없이 통상 운전 가능한 풍속의 범위로서, 일반적으로 정격 풍속 범위의 상한값보다 높게 설정되어 있다.
상술한 구성을 채용함으로써, 소강시에는, 이상 토크가 최적의 토크(M=1)로부터 약간 벗어나게 된다. 그러나, 돌풍시에는 풍력 에너지로부터 변환되는 회전 에너지가 소강시보다 훨씬 크다. 따라서, 풍력 발전 장치 전체적으로서 보다 많은 전력을 얻을 수 있다. 그 때문에, 상술한 구성을 채용하는 것은 매우 유익하다.
목표 토크 결정 유닛(42)은 주위 온도 센서(34)에 의해 계측되는 풍력 발전 장치(1)의 주위 온도에 근거하여 이상 토크(Ti)를 보정할 수도 있다. 그러한 보정은, 예컨대, 기억 유닛(49)에 이상 토크(Ti)의 보정값과 주위 온도의 함수를 기억해 두고, 주위 온도에 따른 이상 토크(Ti)의 보정값을 구한 후, 구해진 보정값을 이상 토크(Ti)에 합함으로써 실행될 수도 있다. 선택적으로, 그러한 보정은, 주위 온도에 대응하는 복수의 Cp 최대 곡선(600)을 준비하고, 주위 온도에 따라 적절한 Cp 최대 곡선(600)을 선택한 후, 선택된 Cp 최대 곡선(600)으로부터 구해지는 이상 토크(Ti)에 근거하여 목표 토크를 결정함으로써 실행될 수도 있다. 풍력 에너지는, 엄밀하게는 바람의 유량(질량 유량)과 풍속으로부터 결정된다. 풍력 발전 장치(1)의 주위 온도가 변화하는 것에 의해 공기 밀도가 변화한다. 이에 의해 공기 질량이 변화한다. 따라서, 풍력 발전 장치(1)의 주위 온도에 근거하여 이상 토크(Ti)를 보정함으로써, 주위 온도에 따라 적절한 이상 토크를 구할 수 있다.
다음으로, 펌프 목표 출력 결정 유닛(43)은 회전 속도계(32)에 의해 계측된 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr)를 이상 토크(Ti) 또는 조정 이상 토크(MTi)와 곱함으로써 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 결정한다[단계(S3)]. 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)은 유압 펌프(12)의 변위용적의 선택된 총량 및 고압유 라인 내의 유압(Ps)과 같은 유압 정보에 근거하여 결정될 수도 있다.
펌프 목표 출력 보정 유닛(44)은 팜 제어 장치(200)로부터의 전력 요구 지령(Sd)으로부터 구해지는 출력 보정값(POWERcorrection)에 근거하여 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 보정할 수도 있다[단계(S4)].
통상, 풍력 발전 팜에는 복수의 풍력 발전 장치(1)가 설치되어 있으며, 이들 풍력 발전 장치(1)를 통괄적으로 제어하는 팜 제어 장치(200)가 제공되어 있다. 팜 제어 장치(200)는 복수의 풍력 발전 장치(1)와 통신 가능하다. 팜 제어 장치(200)는 풍력 발전 장치(1)로부터 각종 계측 신호를 수신하고, 풍력 발전 장치(1)에 각종 제어 신호를 송신한다.
예컨대, 계측 신호는 각종 계측기(31 내지 36)의 계측 신호로서, 고압유 라인 내의 유압(Ps), 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr), 유압 모터(14)의 회전 속도(Wm), 풍력 발전 장치 주변의 풍속 또는 주위 온도, 작동 유체의 온도 등을 들 수 있다.
제어 신호는 전력 요구 지령(Sd)을 포함한다. 전력 요구 지령(Sd)은 풍력 발전 팜의 전체에 대한 전력 요구값으로부터 각각의 풍력 발전 장치에 할당된 전력 요구값에 관한 신호이다.
각 풍력 발전 장치(1)에 대한 전력 요구값은 풍력 발전 팜 전체적으로 일정한 발전 출력이 얻어지도록 또는 풍력 발전 팜 전체적으로 고효율로 발전 가능하도록 설정되거나, 또는 다른 풍력 발전 장치의 발전 출력 또는 고유압 등의 변동을 고려하여 설정될 수도 있다.
모터 목표 출력 결정 유닛(45)은 1차 로우 패스 필터에 의해 유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)을 평활 처리함으로써 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)을 결정한다[단계(S5)].
이어서, 모터 요구값 결정 유닛(46)에 의해, 유압 펌프(12)의 헤드룸 토크(headroom torque; Th)가 산출된다[단계(S6)]. 헤드룸 토크(Th)는, 예기치 않은 돌풍이나 풍속 증가에 대해서도, 회전 샤프트(8)의 회전 속도를 적절히 제어하기 위해 유압 펌프(12)가 회전 샤프트(8)에 신속히 적용할 수 있어야만 하는 토크의 최소값으로 정의된다. 이 헤드룸 토크(Th)는 유압 펌프의 회전 속도의 함수로서, 그 특성에 대해서는 도 7을 이용하여 후술한다.
회전 샤프트(8)의 토크는 유압 펌프(12)의 변위용적의 선택된 총량과 고유압에 의해 정해진다. 따라서, 유압 펌프(12)에 대해 설정 가능한 변위용적의 최대값(Dmax) 및 헤드룸 토크(Th)로부터 유압(Ps)의 최소값(Pmin)이 산출된다[단계(S7)]. 이 최소값(Pmin)은 고압유 라인(16) 내의 유압(Ps)의 허용 범위의 하한값으로 정의된다.
유압(Ps)의 최소값(Pmin) 및 허용 범위의 상한값으로서의 최대값(Pmax)과, 유압 모터(14)의 목표 출력 및 평활화된 목표 출력 중 하나를 이용하여, 후술하는 도 8과 관련하여 기재된 함수에 따라서 가변 게인(Kp)을 산출한다[단계(S8)].
한편, 고압유 라인(16) 내의 목표 유압(Pd)을 산출한다[단계(S9)]. 목표 유압(Pd)은 풍력 발전 장치(1)의 최적 운전을 가능하게 하는 압력으로서, 후술하는 도 9와 관련하여 기재된 함수에 따라서 구할 수 있다.
이어서, 모터 요구값 결정 유닛(46)은, 유압 모터(14)의 변위용적의 명목 요구값(Dn)을 산출한다[단계(S10)]. 명목 요구값(Dn)은 회전 속도계(36)에 의해 계측된 유압 모터(14)의 회전 속도(Wm)와, 압력계(31)에 의해 계측된 고압유 라인의 유압(Ps)과, 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)으로부터 산출된다. 이때, 명목 요구값(Dn)은 목표 출력(POWERmotor)을 회전 속도(Wm) 및 유압(Ps)으로 나눔으로써 산출되어, 발전기의 회전 속도를 일정하게 하는 명목 요구값(Dn)을 취득할 수 있다.
모터 요구값 결정 유닛(46)은 유압 모터(14)의 요구 보정값(Db)을 구한다[단계(S11)]. 요구 보정값(Db)은 유압(Ps)과 목표 유압(Pd) 사이의 편차에, 단계(S9)에서 구한 가변 게인(Kp)을 곱함으로써 산출된다.
그리고, 명목 요구값(Dn)과 요구 보정값(Db)의 합으로부터 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)이 산출된다[단계(S12)].
유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)은 오일 온도 센서(35)에 의해 계측된 고압유 라인(16) 내의 오일 온도에 근거하여 모터 요구값 보정 유닛에 의해 보정될 수도 있다. 따라서, 작동 유체의 열팽창을 고려하여 적절히 유압 모터(14)를 제어할 수 있다.
모터 제어 장치(48)는 유압 모터(14)의 변위용적을 상술한 바와 같이 결정된 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절한다.
이제, 모터 제어 장치(48)에 의해 유압 모터(14)의 변위용적을 조절하는 방법에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
유압 모터(14)에서는, 유압 펌프(12)에 의해 생성된 고압유 유로(16)와 저압유 유로(18) 사이의 차압에 의해 피스톤(92)이 주기적으로 상하 운동하여, 피스톤(92)이 상사점으로부터 하사점을 향하는 모터 공정과, 피스톤(92)이 하사점으로부터 상사점을 향하는 배출 공정이 반복된다.
모터 제어 장치(48)는 소망의 유압 모터(14)의 변위용적(Dm)을 구하도록 비작동실의 수를 변경하며, 비작동실은 유압 모터(14)의 피스톤(92)이 하사점으로부터 상사점을 지나 다시 하사점으로 되돌아오는 사이클 동안, 유압 모터(14)의 고압 밸브(96)가 폐쇄되고 저압 밸브(98)가 개방되는 상태를 유지한다. 구체적으로, 모터 제어 장치(48)는 후술된 바와 같은 식에 따라 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)으로부터 비작동실의 수를 결정한다. 유압 모터는 이 식에 따라 제어된다.
(식)
변위용적(Dm) = Vm×Fdm
식에서, Vm는 전체 실린더(90)의 총 용량이며, Fdm은 전체 유압실(93)에 대한 작동실의 비율이다. Fdm은 일정 기간에 걸쳐서 결정되어도 좋고, Fdm은 전체 유압실에 대한 작동실의 비율의 단시간에서의 평균값이라도 좋다.
여기서, 유압 모터(14)의 "비작동실"은, 피스톤(92)이 상사점으로부터 하사점을 향하는 모터 공정 동안, 고압유 라인(16)으로부터 작동유가 공급되지 않는 유압실(93)인데 반하여, 유압 모터(14)의 "작동실"은, 피스톤(92)이 상사점으로부터 하사점을 향하는 모터 공정 동안, 고압유 라인(16)으로부터 작동유가 공급되는 유압실(93)이다.
각 유압실(93)의 상태(작동실 또는 비작동실)는, 피스톤(92) 한 세트의 상하 운동을 완성하는 사이클마다 전환될 수 있다. 그러므로, 전체 유압실(93)에 대한 비작동실의 비율을 변경함으로써, 유압 모터(14)의 변위용적을 신속히 변화시킬 수 있다.
선택적으로, 모터 제어 장치(48)는 피스톤 사이클 동안 고압 밸브를 개방하는 시간을 변화시킴으로써 유압 모터(14)의 변위용적을 조절할 수도 있다.
도 6을 참조하여, 제어 유닛(40)의 신호 흐름을 설명한다. 도 6은 도 5에 도시된 알고리즘의 흐름도에 대응한다.
최초로, 이상 토크 결정 유닛(41)은 회전 속도계(32)에 의해 계측되는 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr)로부터 이상 토크(Ti)를 결정한다. 이때, 목표 토크[이상 토크(Ti)]와 회전 속도(Wr)의 함수(600)를 이용하여, 파워 계수(Cp)가 최대가 되는 이상 토크(Ti)를 결정한다.
목표 토크 결정 유닛(42)은 이상 토크 결정 유닛(41)에 의해 구한 이상 토크(Ti)에 근거하여 유압 펌프(12)의 목표 토크(Td)를 결정한다. 이때, 목표 토크 결정 유닛(42)은 이상 토크 결정 유닛(41)에 의해 구한 이상 토크(Ti)에 스케일 계수(M)를 곱함으로써 조정 이상 토크(MTi)를 산출한다. 상술한 바와 같이 결정된 조정 이상 토크(MTi)가 목표 토크(Td)로 사용될 수도 있다. 스케일 계수(M)는 0과 1 사이의 임의의 수일 수 있고, 바람직하게는 0.9와 1 사이의 값이다. 이상 토크(Ti)에 스케일 계수(M)를 곱함으로써, 조정 이상 토크(MTi)는 이상 토크(Ti)보다 약간 낮아지며, 그에 따라 회전 속도가 그에 대응하는 만큼 감소된다. 따라서, 돌풍 시에는 회전 샤프트(8)가 보다 급속히 가속됨으로써, 스케일 계수(M)를 사용하지 않는 경우에 비하여 보다 큰 출력을 얻을 수 있다.
한편, 스케일 계수(M)에 의해 회전 샤프트(8)가 보다 완만하게 감속되며, 그에 따라, 소강시에 있어서는 최적의 회전 속도로부터 약간 벗어나 운전하게 된다. 그러나, 돌풍에 대하여 추종시키는 것에 의해 얻어지는 추가 출력은 소강시의 준최적 운전에 의한 출력 손실보다 상당히 크다. 이와 같이 스케일 계수(M)를 이용하여 이상 토크(Ti)를 조정함으로써, 풍력 에너지가 급증했을 경우에 보다 많은 풍력 에너지를 추출하는 것이 가능해져서 전력 생산을 향상시킬 수 있다.
펌프 목표 출력 결정 유닛(43)은 회전 속도계(32)에 의해 계측된 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr)를 조정 이상 토크(MTi)와 곱함으로써 유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)을 결정한다. 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)은 유압 펌프(12)의 변위용적의 선택된 총량 및 고압유 라인 내의 유압(Ps)과 같은 유압 정보로부터 결정될 수도 있다.
펌프 목표 출력 보정 유닛(44)은 팜 제어 장치(200)로부터의 전력 요구 지령(Sd)에 근거하여 어저스터(adjuster)(110)에 의해 출력 보정값(POWERcorrection)을 산출한다. 그리고, 펌프 목표 출력 보정 유닛은 출력 보정값(POWERcorrection)을 유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)에 합함으로써 목표 출력(POWERpump)을 보정한다. 전력 요구 지령(Sd)은, 상술한 바와 같이, 풍력 발전 장치(1)가 속하는 풍력 발전 팜의 팜 제어 장치(200)로부터 펌프 목표 출력 보정 유닛(44)에 입력된다. 이와 같이, 전력 요구 지령(Sd)에 근거하여 목표 토크(Td)를 보정함으로써, 필요에 따른 적절한 발전 출력을 얻을 수 있다.
모터 목표 출력 결정 유닛(45)은, 1차 로우 패스 필터 형태의 평활 모듈(112)에 의해 유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)을 평활 처리함으로써 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)을 산출한다.
이어서, 모터 목표 출력 결정 유닛(45)은 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)을 유압 센서(31)에 의해 계측된 유압(Ps) 및 회전 속도계(36)에 의해 계측된 유압 모터(14)의 회전 속도(Wm)로 나눔으로써 유압 모터(14)의 명목 요구값(Dn)을 산출한다.
한편, 모터 목표 출력 결정 유닛(45)에 의해 산출된 모터 목표 출력(POWERmotor)은 모터 요구값 보정 유닛(47)에 입력된다. 모터 요구값 보정 유닛(47)은, 가변 게인(Kp)을 이용하여 유압 모터(14)의 요구 보정값(Db)을 산출하는 압력 피드백 컨트롤러(120)를 포함한다. 압력 피드백 컨트롤러(120)에는, 도 9의 목표 압력 함수(802, 812, 820)에 따라 목표 출력(POWERmotor)으로부터 구한 고압유 라인 내의 유압(Ps), 가변 게인(Kp) 및 목표 유압(Pd)이 입력되며, 이들에 의해 명목 요구값(Dn)을 보정하기 위한 유압 모터(14)의 요구 보정값(Db)을 구하게 된다.
가변 게인(Kp)은, 도 8에 도시된 가변 게인 함수(700)에 따라서, 현재의 유압(Ps)이 허용 압력 범위 내이거나, 또한 허용 범위 내의 제 1 범위 및 제 2 범위 내에 있는 경우에 근거하여 산출된다. 허용 범위는, 고유압의 최대값(Pmax)과 최소값(Pmin)에 의해 정의된다. 이때, 최소값(Pmin)은 헤드룸 토크(Th)를 유압 펌프(14)에 대해 설정 가능한 변위용적의 최대값(Dmax)으로 나눔으로써 산출된다. 헤드룸 토크(Th)에 대해서는 도 7을 이용하여 후술한다. 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)은 명목 요구값(Dn)과 요구 보정값(Db)의 합이다.
본 실시형태에서는, 압력 피드백 컨트롤러(120)에 비례 컨트롤러를 이용하고 평활 모듈(112)에 1차 로우 패스 필터를 이용한 경우에 대하여 도시되어 있다. 또한, 다른 형태를 이용하는 것도 가능하다. 예컨대, 압력 피드백 컨트롤러(120)는 비례 적분 컨트롤러(PI 컨트롤러)일 수도 있으며, 평활 모듈(112)과 명목 요구값(Dn)을 함께 생략해도 좋다. 그러한 경우, PI 컨트롤러는 출력값의 입력값으로의 추종성을 향상시키도록 몇 가지의 컨트롤러 후보 중에서 선택된다. 적분 게인이 충분히 작으면, 컨트롤러는 풍력 에너지를 평활화하고, 이것에 의해 평활화된 모터 요구 보정값(Db)을 구할 수 있다.
도 7은 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr, 599)의 함수(600)로서 공기역학적 이상 토크(T, 598)를 도시한다. 함수(600)는 이상 토크 결정 유닛에 의해 이상 토크(Ti)를 결정하는데 이용된다. 이상 토크(Ti)는 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr)에 대하여 파워 계수(Cp)가 최대가 되는 토크이다.
풍력 발전 장치(1)가 작동하기 시작하는 커트-인 속도(cut-in speed)까지 풍속이 상승하면, 블레이드의 페더링을 정지하고, 기계적인 브레이크를 해제한다. 회전 속도(Wr)가 최저 속도(601, 도 7에서 섹션 I)를 하회할 때, 이상 토크는 대략 제로이며, 펌프가 토크를 부여하는 일 없이 발전기는 최저 속도까지 가속한다.
섹션 Ⅱ에서는, 미리 설정된 토크 증가 프로파일에 따라서 증가 에너지를 부여하여 발전기 회전 속도를 안정시키도록, 제어 유닛으로부터 유압 펌프에 명령한다. 블레이드의 피치가 고정된 풍력 발전기의 최적 토크는 풍속 또는 로터 회전 속도의 제곱의 함수이다. 일정한 선단 속도비 범위에 대응하는 섹션 Ⅲ에서, 이상 토크 곡선은 블레이드를 최적의 공기역학적 피치로 피치 제어하도록 이 최적의 프로파일을 따른다. 섹션 Ⅳ에서는, 발전기가 최대 작동 속도 근처에 있고, 토크 곡선은 최대 압력에서의 소스의 토크(정격 토크)까지 급경사의 선형 함수이다. 섹션 Ⅳ의 목적은 본질적으로 일정한 속도에 걸쳐서 토크를 최대값(603)까지 증가시키는 것에 의해 발전기의 속도를 제한하는 것이다. 섹션 Ⅴ에서는, 풍력 에너지로부터 입력되는 토크가 최대 토크 출력에 도달하고, 발전기는 최대 속도의 상태에 있다. 이 범위에서는, 피치 제어를 실행하여 적극적으로 발전기의 회전 속도를 제어하고, 펌프는 일정한(최대) 출력 토크를 제공하고 있다.
도 7에는 헤드룸 토크 곡선(610)이 점선으로 도시되어 있다. 헤드룸 토크(Th)는, 섹션 Ⅲ에서, 최적의 터빈 토크로부터의 일정한 오프셋을 갖는 2차 함수로서 도시되어 있지만, 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr) 이외의 변수에 종속될 수도 있는 다른 함수라도 좋다. 헤드룸 토크 곡선(610)은 사용 중에 바람 상태 변화, 예컨대, 돌풍 또는 소강 상태에 대한 예측에 따라서, 과거 또는 현재의 상황에 근거하여 조절될 수도 있다.
도 8은 전형적인 압력 피드백 컨트롤러 게인(Kp)(700)을 압력(P)(702)의 함수로서 나타낸다. 고압유 라인에 있어서의 허용 범위의 최소값(Pmin)은 회전 샤프트(8)의 회전 속도와 함께 상술한 바와 같이 변화한다. 도 8은 저속(704)에서의 특징적인 Kp 함수와, 고속(706)에서의 특징적인 Kp 함수를 나타낸다. 이와 같이, 최소값(Pmin)으로부터 최대값(Pmax)까지의 범위에 의해 규정되는 허용 범위는 회전 샤프트의 현재 회전 속도와 함께 변화한다.
작동유의 압력이 최소값(Pmin)(708, 710)을 하회할 때, 가변 게인(Kp)이 최대값(Kmax)으로 설정된다. 고압 매니폴드 내의 최대값(Pmax)(714)을 초과할 때, 가변 게인(Kp)이 최대값(Kmax)으로 설정된다. 따라서, 압력이 상기 허용 범위 외일 때, 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)의 총량은 압력을 허용 범위 내로 하도록 적극적으로 제어된다.
허용 범위 내 중 최소값(Pmin)과 최대값(Pmax)보다 내측에 존재하는 제 1 범위(716)에서는, 가변 게인(Kp)은 최소값(Kmin)인 상태로 일정하다. 그러한 경우, 가변 게인(Kp)의 최소값(Kmin)은 제로는 아니지만, 압력이 실질적으로 조정되지 않을 정도로 충분히 낮다. 이것은, 고유압이 제 1 범위 내에 있을 때는, 목표 압력에 수렴하려고 하면서도, 누산기에 에너지를 흡수시키거나 누산기로부터 에너지를 추출하도록 압력이 광범위하게 변화될 수 있는 이점을 갖는다. 즉, 유압 모터에 의한 작동 유체의 변위용적은 고유압에 관계없이 선택된다.
가변 게인(Kp)이 변화하는 제 2 범위는 제 1 범위(716)와 최소값(Pmin) 또는 최대값(Pmax)의 사이에 있다. 제 2 범위 내의 최소값측(720)과 최대값측(722)에서는 가변 게인(Kp)이 최소값(Kmin)으로부터 최대값(Kmax)까지 직선적으로 증가한다. 따라서, 고유압이 허용 범위의 최소값(Pmin) 또는 최대값(Pmax)에 가까워짐에 따라, 압력이 조정되는 정도는 서서히 강해진다. 이것은, 유압 모터의 변위용적(Dm)의 총량을 보다 적극적으로 제어하여 고유압을 허용 범위 내에 유지함에 따라, 고유압이 사용시에 최대값 또는 최대값에 도달할 가능성을 저감하는 이점을 갖는다.
도 9에 본 발명에 의해 실시 가능한 목표 압력 함수의 예를 나타낸다. 목표 압력 함수는 압력 피드백 컨트롤러(120)에 대한 목표 압력을 규정하며, 변동하는 에너지 흐름의 함수 또는 로우 패스 필터링된 버전(800)의 함수이다.
이 함수의 형상은 후술하는 바와 같이 각종 변수에 의해 결정된다.
점선(802)은 제 1 목표 압력 함수를 나타내는데, 이 제 1 목표 압력 함수는, 목표 압력이 제로 출력과 제 1 출력 사이의 제 1 영역(Ⅰ)에서는 일정한 최소 압력 (Pacc,min)(804) 이상이고, 제 4 출력(810)과 최대 정격 출력(POWERmotor , max) 사이의 제 5 영역(Ⅴ)에서는 일정한 최대 압력[Pmax(808)]과 동일하며, 제 1 영역과 제 5 영역 사이에서는 POWERmotor와 함께 직선적으로 증가한다.
최소 프리차지 압력(Pacc , min)이란, 이것을 하회하면 고압유 라인으로의 작동유 유입성이 충분하지 않은 압력에 대한 하한값, 즉 누산기의 프리차지 압력을 하회하는 압력에 대한 하한값이다. 최대 압력(Pmax)은 부품 수명이나 릴리프 밸브의 설정을 고려한 가압 작동유의 최대 허용 작동 압력에 관계된다. 따라서, 목표 압력은 변동 에너지 흐름, 유압 펌프, 유압 모터 및 누산기의 특성에 대응한다.
제 1 목표 압력 함수는 고출력 상태[즉, 제 5 영역(Ⅴ)]로 펌프가 로터[회전 샤프트(8)를 포함함]에 최대 토크를 부여하기에 충분한 압력이 있는 것을 보장하는 이점을 제공한다. 또한, 제 1 목표 압력 함수는, 로터의 운동 에너지가 낮은 제 1 영역(Ⅰ)에서, 펌프의 각 작동실의 작동에 의해 흡수되는 상대 에너지가 블레이드 또는 그 이외의 풍력 발전기의 부위에 토크를 부여할 만큼 충분하지 않을 정도로 낮은 동시에, 상기 최소 허용 압력(Pmin)보다는 여전히 높게 압력이 유지되는 이점을 제공한다.
실선은 제 2 목표 압력 함수(812)를 나타낸다. 제 2 목표 압력 함수는 제 1 영역(Ⅰ) 및 제 5 영역(Ⅴ)에서는 제 1 목표 압력 함수와 유사하지만, 제 2 출력(814)과 제 3 출력(816) 사이의 제 3 영역(Ⅲ)에서는 목표 압력이 최적 압력[Popt(818)]이며, 제 1 출력과 제 2 출력 사이의 제 2 영역(Ⅱ) 및 제 3 출력과 제 4 출력 사이의 제 4 영역(Ⅳ)에서는 인접하는 영역 사이의 원활한 이행을 가능하게 하고 있다. 최적 압력(Popt)은 펌프와 모터(및 그외 모든 유압 구성요소)가 함께 최적 유압 효율로 작동하는 압력이다. 최적 압력(Popt)은 실험, 시뮬레이션, 계산, 혹은 이들 조합에 의해 구해도 좋다. 펌프와 모터 중 적어도 하나는 설계자에 의해 선택될 수도 있는 최적 압력(Popt)에서 최적인 효율이 얻어지도록 설계될 수도 있다. 따라서, 목표 압력은 변동 에너지 흐름, 유압 펌프 및 유압 모터의 특성에 대응한다. 제 2 목표 압력 함수는, 트랜스미션이 가능하면 최적의 압력으로 작동하고, 이에 의해 에너지 효율이 최대화되는 것을 보장할 수 있다.
도 9에서 제 3 목표 압력 함수(820)는 점선으로 도시되어 있다. 제 3 목표 압력 함수는 발전기의 작동 전력 스루풋 레벨의 대부분에서, 최대 압력보다는 최소 시스템 압력에 가까운 목표 압력을 규정한다. 제 3 목표 압력 함수의 장점은 누산기의 축압 상태를 낮게 하여, 돌풍으로부터 에너지를 받아들이는데 활용가능한 축압 영역을 최대화하고, 또한 고압력보다 오히려 유량이 큰 상태로 발전기를 구동한다고 하는 것인데, 고압력이면, 진동 및/또는 노이즈를 억제하거나 풍력 발전기의 수명을 늘릴 수 있다.
이와 같은 특정 목표 압력 함수는, 예컨대, 외부 소스로부터의 스루풋 전력 추정값, 풍력 발전기의 구성 부품의 추정 수명이나 효율, 풍력 발전기의 시동이나 정지 혹은 그 이외의 운전 모드에 대한 필요성 등 다른 변수에 대하여 초단위로 변화할 수도 있다. 예컨대, 풍속이 크게 변동하지 않는 경우, 제어 유닛이 제 2 목표 압력 함수(812)를 선택함으로써 통상 유압 효율에 대하여 압력이 최적화되는 반면에, 돌풍 상태일 때는, 제어 유닛이 제 3 목표 압력 함수(820)를 선택하여, 누산기가 돌풍 에너지를 흡수할 수 있도록 한다. 따라서, 고압유 라인 내의 압력이 임계값[상측의 제 2 범위(720)로 진입함]을 초과하게 할 수도 있는 비율로 변동 에너지원으로부터 에너지가 입력되는 것을 예측하여, 목표 압력을 변경(저감)한다. 다른 예에서는, 제어 유닛은, 미량의 누출을 검지했을 경우, 제 2 목표 압력 함수(812) 위의 제 3 목표 압력 함수(820)를 선택하는데, 이는 제 3 목표 압력 함수는 압력을 낮게 유지하므로, 누출을 최소로 억제하여 중대한 고장으로 이어지는 것을 회피한다. 제어 유닛은 목표 압력 함수들을 자유롭게 조합하는 것에 의해, 무한의 조합을 가능하게 하여, 어떠한 상황이나 장소에도 최적화할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 바람직한 실시형태에서는, 모터 목표 출력 결정 유닛(45)이 유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)을 결정하고, 이것을 기초로 모터 제어를 실행한다. 그러므로, 소망의 유압 펌프(12)의 출력을 얻는 것이 가능해진다.
모터 요구값 결정 유닛(46)은 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)에 근거하여, 발전기(20)의 회전 속도가 일정하게 되도록 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)을 결정하고, 모터 제어 장치(48)는 유압 모터(14)의 변위용적을 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절한다. 따라서, 유압 펌프(12)의 목표 출력이 변경되어도, 발전기(20)의 회전 속도를 동일하게 유지할 수 있다. 그 결과, 발전기(20)에 의해 주파수가 일정한 전력을 생성할 수 있다.
목표 토크 결정 유닛(42)은, 파워 계수가 최대가 되는 회전 샤프트(8)의 이상 토크에 근거하여 유압 펌프(12)의 목표 토크(Tp)를 결정하고, 펌프 목표 출력 결정 유닛(45)은 이 목표 토크에 근거하여 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 결정한다. 따라서, 풍력 발전 장치(1)의 발전 효율을 유지할 수 있다.
이상 토크 결정 유닛(41)에서는, 회전 속도계(32)에 의의 계측된 회전 샤프트(8)의 회전 속도에 근거하여 이상 토크를 구함으로써, 풍력 발전 장치(1)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 회전 샤프트(8)의 회전 속도는 회전 속도계(32)에 의해 고정밀도로 계측 가능하므로, 회전 샤프트(8)의 계측된 회전 속도에 근거하여 이상 토크를 결정함으로써, 유압 모터(14)의 제어를 적절히 실행할 수 있다. 복수의 회전 속도계(32)에 의해 계측된 회전 샤프트(8)의 회전 속도의 평균값을 이용할 수도 있다. 이 경우, 이상 토크 결정의 정확성이 향상되는 동시에, 회전 속도계(32) 자체 또는 외적 요인 등에 의한 노이즈를 제거할 수 있다.
펌프 목표 출력 보정 유닛(44)은 팜 제어 장치(200)로부터의 전력 요구 지령(Sd)에 근거하여 유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)을 보정한다. 그 결과, 풍력 발전 장치(1)에 요구되는 실제 전력에 따라 적절히 발전을 실행하는 것이 가능하다.
유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)을 평활 처리함으로써 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)이 구해진다. 그 결과, 유압 펌프(12)의 출력이 급격하게 바뀌는 경우라도, 유압 모터(14)의 목표 출력을 완만하게 변화시킬 수 있어서, 발전기(20)의 안정 운전이 가능해진다.
모터 요구값 결정 유닛(46)은 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)을 고유압(Ps)으로 나눔으로써 유압 모터(14)의 명목 요구값(Dn)을 결정하며, 그에 따라, 발전기(20)의 회전 속도를 일정하게 유지하는 명목 요구값(Dn)을 구할 수 있다.
이때, 모터 요구값 결정 유닛(46)은 고유압(Ps)을 조절하기 위한 유압 모터(14)의 요구 보정값(Db)을 구하고, 구해진 보정값(Db)을 명목 요구값(Dn)에 가산하여 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)을 결정한다. 그 결과, 고유압(Ps)을 목표 유압(Pd)에 확실히 근접시킬 수 있다.
유압 모터(14)의 요구 보정값(Db)을 구할 때, 고유압(Ps)에 따라 변화하는 가변 게인(Kp)을 적절히 설정함으로써, 고유압(Ps)이 목표 유압(Pd)에 근접하게 될 수 있다.
이때, 도 8에 도시된 바와 같은 가변 게인 함수에 따라 가변 게인(Kp)을 구함으로써, 고유압(Ps)이 허용 범위 내에 유지될 수 있다. 또한, 유압 모터(14)의 요구 보정값(b)은 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)이 보정되어야만 하는지 여부에 따라 적절히 결정될 수 있다.
허용 범위의 최소값(Pmin)은 회전 샤프트(8)의 회전 속도 및 유압 펌프(12)에 대해 설정 가능한 변위용적의 최대값(Dmax)에 근거하여 결정될 수도 있으며, 그에 따라, 모터 제어에 대해 중요한 인자인 최소값(Pmin)을 적절히 설정할 수 있다.
예시적인 실시형태를 참조하여 본 발명을 설명했지만, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 당업자에 의해 각종 개량이나 변형이 실행될 수도 있음은 말할 필요도 없다.
예컨대, 상술한 바람직한 실시형태는 본 발명을 풍력 발전 장치에 적용한 예를 활용한다. 그러나, 본 발명은 조력 발전 장치에 적용될 수 있다. 여기서 말하는 "조력 발전 장치"는 바다, 강 또는 호수 등의 장소에 설치되어, 조류 에너지를 이용하는 발전기를 말한다. 조력 발전 장치는 로터(2)가 바람이 아닌 조류에 의해 회전하는 점을 제외하면 풍력 발전 장치(1)와 동일한 기본 구성을 갖는다. 조력 발전 장치는, 조류에 의해 회전하는 로터(2)와, 로터(2)의 회전 속도를 증가시키는 유압 트랜스미션(10)과, 전력을 발생시키는 발전기(20)와, 조력 발전 장치의 각 유닛을 제어하는 제어 유닛(40)을 포함한다.
여기서, 조력 발전 장치의 제어 유닛(40)은 유압 펌프(12)의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 유압 모터(14)의 목표 출력(POWERmotor)을 산출하고, 이 목표 출력(POWERmotor)에 근거하여 유압 모터(14)의 변위용적 요구값(Dm)을 결정하며, 유압 모터(14)의 변위용적을 이 요구값(Dm)에 맞게 조절한다. 따라서, 소망의 유압 모터의 출력을 얻는 것이 가능하게 되어, 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
바람직한 실시형태에서는, 회전 속도계(32)에 의해 계측된 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr)에 근거하여, 파워 계수가 최대가 되는 이상 토크(Ti)를 구하는 경우의 예에 대하여 설명했다. 그러나, 그에 한정되지 않으며, 선택적인 방법으로서 후술하는 바와 같이 이상 토크(Ti)를 구하는 것도 가능하다.
제 1 선택적 방법으로서, 회전 속도계(32)에 의해 계측된 회전 샤프트(8)의 회전 속도로부터 추정되는 풍속에 근거하여 이상 토크(Ti)를 구할 수도 있다. 이 경우, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같은 Cp 최대 곡선을 이용한다. 이들 Cp 최대 곡선은 제어 유닛(40)의 기억 유닛(49)에 저장되어 있다. 도 10은 풍속(V)을 횡축으로 하고, 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr)를 종축으로 상태의 Cp 최대 곡선(900)을 도시한다. 도 11은 회전 샤프트(8)의 회전 속도(Wr)를 횡축으로 하고 유압 펌프(12)의 목표 토크를 종축으로 한 상태의 Cp 최대 곡선(902)을 도시한다.
파워 계수(Cp)가 최대인 운전 상태가 유지되어 있는 상황 하에서, 도 10에 도시된 Cp 최대 곡선(900)에 근거하여, 계측된 회전 속도(Wr)에 대응하는 풍속(V)을 구한다. 그리고, 도 11에 도시된 Cp 최대 곡선(902)에 근거하여, 상술한 바와 같이 추정된 풍속(V)에 대응하는 유압 펌프(12)의 이상 토크(Ti)를 구한다. 도 11은 추정된 풍속(V)이 V2인 경우에 유압 펌프(12)의 이상 토크(Ti)를 결정하는 예를 나타냈다.
이와 같이, 회전 속도계(32)에 의해 계측된 회전 샤프트(8)의 회전 속도로부터 추정되는 풍속에 근거하여 이상 토크(Ti)를 구함으로써, 풍력 발전 장치(1)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 풍속은 계측된 회전 속도로부터 추정되므로, 높은 정밀도로 풍속을 추정할 수 있어서, 유압 모터(14)를 적절히 제어할 수 있다. 복수의 회전 속도계(32)에 의해 계측된 회전 샤프트(8)의 회전 속도의 평균값을 이용할 수도 있다. 이 경우, 이상 토크 산출의 정확성이 향상되는 동시에, 회전 속도계 자체 또는 외적 요인 등에 의한 노이즈를 제거할 수 있다.
제 2 선택적 방법으로서, 풍속계(33)에 의해 계측된 풍속에 근거하여 이상 토크(Ti)를 구할 수도 있다.
풍속계(33)가 풍속을 계측하고, 이것을 기초로 이상 토크를 구함으로써, 풍력 발전 장치(1)의 발전 효율을 향상시킬 수 있다. 풍속이 풍속계(33)에 의해 직접 계측되므로, 용이하게 이상 토크를 산출할 수 있다. 복수의 풍속계(33)에 의해 계측된 풍속의 평균값을 이용하는 것도 가능하다. 이 경우, 이상 토크 산출의 정확성이 향상되는 동시에, 풍속계 자체 또는 외적 요인 등에 의한 노이즈를 제거할 수 있다.
1 : 풍력 발전 장치 2 : 로터
4 : 블레이드 6 : 허브
8 : 회전 샤프트 10 : 유압 트랜스미션
12 : 유압 펌프 14 : 유압 모터
16 : 고압유 라인 18 : 저압유 라인
20 : 발전기 22 : 나셀
24 : 타워 26 : 기초
31 : 압력계 32 : 회전 속도계
33 : 풍속계 34 : 주위 온도 센서
35 : 오일 온도 센서 36 : 회전 속도계
40 : 제어 유닛 41 : 이상 토크 결정 유닛
42 : 목표 토크 결정 유닛 43 : 펌프 목표 출력 결정 유닛
44 : 펌프 목표 출력 보정 유닛 45 : 모터 목표 출력 결정 유닛
46 : 모터 요구값 결정 유닛 47 : 모터 요구값 보정 유닛
48 : 기억 유닛 49 : 모터 제어 장치
50 : 전력계통 52 : 여자기
60 : 바이패스 유로 62 : 릴리프 밸브
64 : 맥동 방지용 누산기 66 : 오일 필터
68 : 오일 쿨러 70 : 오일 탱크
72 : 보충 라인 74 : 부스트 펌프
76 : 오일 필터 78 : 반송 라인
79 : 저압 릴리프 밸브 110 : 어저스터
112 : 평활 모듈 120 : 압력 피드백 컨트롤러
600 : Cp 최대 곡선 610 : 헤드룸 토크 곡선
802, 812, 820 : 목표 압력 함수

Claims (19)

  1. 재생 에너지원로부터 전력을 생성하는 재생 에너지형 발전 장치에 있어서,
    상기 재생 에너지원에 의해 구동되는 회전 샤프트와,
    상기 회전 샤프트에 의해 구동되는 유압 펌프와,
    상기 유압 펌프로부터 공급되는 가압유에 의해 구동되는 유압 모터와,
    상기 유압 모터에 연결된 발전기와,
    상기 유압 펌프의 토출측을 상기 유압 모터의 흡입측에 유체 연통시키는 고압유 라인과,
    상기 유압 펌프의 흡입측을 상기 유압 모터의 토출측에 유체 연통시키는 저압유 라인과,
    상기 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 상기 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 결정하는 모터 목표 출력 결정 유닛과,
    상기 발전기의 회전 속도가 일정하게 되도록 상기 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 결정하는 모터 요구값 결정 유닛과,
    상기 유압 모터의 변위용적을 결정된 상기 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절하는 모터 제어 장치를 포함하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    파워 계수가 최대가 되는 상기 회전 샤프트의 이상 토크에 근거하여 상기 유압 펌프의 목표 토크(Tp)를 결정하는 목표 토크 결정 유닛과,
    상기 목표 토크 결정 유닛에 의해 결정된 상기 유압 펌프의 상기 목표 토크(Tp)에 근거하여 상기 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 결정하는 펌프 목표 출력 결정 유닛을 추가로 포함하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전 샤프트의 회전 속도를 계측하는 회전 속도계와,
    상기 회전 샤프트의 계측된 상기 회전 속도에 따라 상기 회전 샤프트의 상기 이상 토크를 결정하는 이상 토크 결정 유닛을 추가로 포함하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    복수의 회전 속도계가 제공되고,
    상기 이상 토크 결정 유닛은 회전 속도계들에 의해 계측된 상기 회전 샤프트의 상기 회전 속도의 평균값에 따라 상기 회전 샤프트의 상기 이상 토크를 결정하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전 샤프트의 회전 속도를 계측하는 회전 속도계와,
    상기 회전 샤프트의 계측된 회전 속도로부터 추정되는 상기 재생 에너지원의 에너지 흐름의 추정 속도에 따라 상기 회전 샤프트의 상기 이상 토크를 결정하는 이상 토크 결정 유닛을 추가로 포함하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    복수의 회전 속도계가 제공되고,
    상기 에너지 흐름의 추정 유속은 회전 속도계들에 의해 계측된 상기 회전 샤프트의 상기 회전 속도의 평균값으로부터 추정되는
    재생 에너지형 발전 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 재생 에너지원의 에너지 흐름의 속도를 계측하는 속도계와,
    상기 에너지 흐름의 계측된 속도에 따라 상기 회전 샤프트의 상기 이상 토크를 결정하는 이상 토크 결정 유닛을 추가로 포함하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    복수의 속도계가 제공되고,
    상기 이상 토크 결정 유닛은 속도계들에 의해 계측된 상기 에너지 흐름의 속도의 평균값에 따라 상기 회전 샤프트의 상기 이상 토크를 결정하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 재생 에너지형 발전 장치가 속하는 발전 팜의 팜 제어 장치로부터의 전력 요구 지령에 근거하여 상기 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 보정하는 펌프 목표 출력 보정 유닛을 추가로 포함하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 목표 출력 결정 유닛은, 상기 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)을 평활 처리하여 상기 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 구하는 로우 패스 필터를 포함하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터 요구값 결정 유닛은, 상기 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 상기 유압 모터의 회전 속도 및 상기 고압유 라인 내의 유압(Ps)으로 나눔으로써 구해지는 명목 모터 요구값(Dn)에 근거하여 상기 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 결정하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 모터 요구값 결정 유닛은 상기 고압유 라인 내의 유압(Ps)을 상기 유압 모터의 상기 목표 출력(POWERmotor)에 근거하여 결정된 목표 유압(Pd)에 맞게 조절하기 위한 요구 보정값(Db)을 구하고,
    상기 모터 요구값 결정 유닛은 상기 명목 모터 요구값(Dn)과 상기 요구 보정값(Db)의 합으로부터 상기 유압 모터의 상기 변위용적 요구값(Dm)을 결정하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 모터 요구값 결정 유닛은 상기 유압(Ps)에 따라 변화하는 가변 게인(Kp)을 상기 유압(Ps)과 상기 목표 유압(Pd) 사이의 편차에 곱함으로써 상기 요구 보정값(Db)을 구하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가변 게인(Kp)은, 상기 유압(Ps)이 상기 고유압 라인 내의 상기 유압의 허용 범위의 최소값(Pmin) 이하이거나 또는 상기 허용 범위의 최대값(Pmax) 이상인 경우에는 상기 가변 게인(Kp)이 최대값(Kmax)이 되도록, 그리고
    상기 유압(Ps)이 상기 고유압 라인 내의 상기 유압의 상기 허용 범위의 상기 최소값(Pmin)과 상기 최대값(Pmax) 사이에 있는 경우에는, 상기 유압(Ps)이 상기 최소값(Pmin) 또는 상기 최대값(Pmax)에 근접할수록, 상기 가변 게인(Kp)이 더욱 증가하도록 설정되는
    재생 에너지형 발전 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 허용 범위의 상기 최소값(Pmin)은 상기 회전 샤프트의 회전 속도 및 상기 유압 펌프에 대해 설정 가능한 변위용적의 최대값(Dmax)에 근거하여 결정되는
    재생 에너지형 발전 장치.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 재생 에너지형 발전 장치의 주위 온도를 계측하는 주위 온도 센서를 추가로 포함하고,
    상기 회전 샤프트의 상기 이상 토크는 계측된 상기 주위 온도에 근거하여 보정되는
    재생 에너지형 발전 장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 고압유 라인 내의 오일 온도를 계측하는 오일 온도 센서와,
    상기 고압유 라인 내의 계측된 상기 오일 온도에 근거하여 상기 유압 모터의 상기 변위용적 요구값(Dm)을 보정하는 모터 요구값 보정 유닛을 추가로 포함하는
    재생 에너지형 발전 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생 에너지형 발전 장치는 상기 재생 에너지원로서의 바람으로부터 전력을 생성하는 풍력 발전 장치인
    재생 에너지형 발전 장치.
  19. 상기 재생 에너지원에 의해 구동되는 회전 샤프트와, 상기 회전 샤프트에 의해 구동되는 유압 펌프와, 상기 유압 펌프로부터 공급되는 가압유에 의해 구동되는 유압 모터와, 상기 유압 모터에 연결된 발전기와, 상기 유압 펌프의 토출측을 상기 유압 모터의 흡입측에 유체 연통시키는 고압유 라인과, 상기 유압 펌프의 흡입측을 상기 유압 모터의 토출측에 유체 연통시키는 저압유 라인을 포함하는 재생 에너지형 발전 장치를 운전하는 방법에 있어서,
    상기 유압 펌프의 목표 출력(POWERpump)에 근거하여 상기 유압 모터의 목표 출력(POWERmotor)을 결정하는 단계와,
    상기 발전기의 회전 속도가 일정하게 되도록 상기 유압 모터의 변위용적 요구값(Dm)을 결정하는 단계와,
    상기 유압 모터의 변위용적을 상기 변위용적 요구값(Dm)에 맞게 조절하는 단계를 포함하는
    재생 에너지형 발전 장치의 운전 방법.
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