KR20130028923A - 풍력 터빈용 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기계적 로터 파워(T)를 적어도 부분적으로 전력(P)으로 변환시키는 전기 시스템(19), 및 바람(7)에 의해 구동되는 복수의 로터 블레이드(9, 10, 11)를 포함하며 상기 전기 시스템(19)에 상기 기계적 로터 파워(T)를 전달하는 로터(5)를 구비하는 풍력 터빈용 제어 장치에 관한 것이다. 상기 로터 블레이드 중 하나 이상과 연결되며, 상기 로터(5)의 위치에서 상기 바람(7)을 나타내는 풍력장의 하나 이상의 특성 변수에 따라 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 물성(physical property)을 측정하고, 상기 하나 이상의 물성을 특성화하는 하나 이상의 블레이드 센서 신호(23)를 제공하는 블레이드 센서 수단(41)을 구비하며, 상기 하나 이상의 블레이드 센서 신호(23)를 이용하여 전력에 대한 추정값(PE)을 생성시키는 추정 유닛(21)을 포함한다.
Description
본 발명은 기계적 로터 파워를 적어도 부분적으로 전력으로 변환시키는 전기 시스템, 및 바람에 의해 구동되는 복수의 로터 블레이드를 포함하며 상기 전기 시스템에 상기 기계적 로터 파워를 전달하는 로터를 구비하는 풍력 터빈용 제어 장치에 관한 것이며, 이러한 제어 장치는 상기 로터 블레이드 중 하나 이상과 연결되며, 상기 로터의 위치에서 상기 바람을 나타내는 풍력장의 하나 이상의 특성 변수에 따라 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 물성(physical property)을 측정하고, 상기 하나 이상의 물성을 특성화하는 하나 이상의 블레이드 센서 신호를 제공하는 블레이드 센서 수단을 구비한다. 본 발명은 추가로 풍력 터빈의 작동을 제어하는 방법에 관한 것이다.
유럽특허출원 제 09013565.8 호는 풍속장(wind speed field)을 측정하기 위해 2개 또는 그 이상의 블레이드를 갖는 로터를 포함하는 풍력 터빈 내에 사용하기 위해 제공되는 시스템을 개시하며, 풍속장의 하나 이상의 특성 변수의 특성인 물성을 로터 블레이드 중 적어도 하나에서 측정함으로써 하나 이상의 센서 신호가 획득된다. 풍속장의 하나 이상의 특성 변수에 대한 값에 관련하여 하나 이상의 센서 신호를 위치시키는 테이블이 복수의 바람 상태에 대해 존재한다. 풍속장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값은 현재 바람 상태에 대해 주어지며 하나 이상의 센서 신호를 특성화하는 값들에 근거하여 조사 유닛에 의해 테이블로부터 생성된다.
풍력 터빈에 의해 생성되는 전력은 풍력 터빈 제조자와 풍력 터빈 운영자 모두에게 상당한 관심사이며 경제적으로 중요하다. 풍력 터빈에 의해 순간적으로 생성되는 전력은 한편으로는 로터 블레이드, 드라이브 트레인, 전기 부품 및 이들 장비 부품의 제어를 포함한 기계 장비 부품의 상태에 좌우되며, 다른 한편으로는 로터에 의해 점유되는 면적의 영역에서의 바람 세기, 로터 배향에 관한 풍향 및 수평 및 수직 윈드 시어(wind shear)와 같은 바람의 특성 변수에 좌우된다. 이들 특성 변수들은 풍력 터빈의 위치에 특정되며 그 지리적인 위치와 대기 상태 모두에 좌우된다. 더욱이, 복수의 풍력 터빈이 풍력 발전 단지 내에 함께 근접하여 위치된다면, 풍력 터빈은 그 바람 그림자(wind shadow)로 인해 다른 풍력 터빈의 전력 발생에 추가로 영향을 줄 수도 있다.
일반적으로 제조업체와 운영자 사이의 계약 의무 중 일부를 형성하는 예측된 전력은 예컨대 일정한 바람으로 레벨 그라운드 상에서의 풍력 터빈의 운영과 같은 제조업체에 의해 착수되는 일반적인 조건들에 의해 대체로 정의된다. 생산된 전력이 실제로 예측된 전력에 상응하지 않는다면 당사자들 사이에 분쟁이 발생할 수 있다. 결과적으로, 풍력 터빈의 실제 전력이 제조업체의 사양에 상응하는지를 검토할 수 있도록 풍력 터빈의 작동 상태의 정밀하고 신뢰할만한 추정을 가능하게 하는 방법에 대한 필요성이 제조업체와 운영자 모두에 대해 존재한다.
운영기간 동안에 걸쳐 풍력 터빈에 의해 현재 생성되는 전력의 정밀한 추정은, 전력에 대한 추정값과 측정값이 미리정해진 양 이상 만큼 서로 편차를 보인다면 전력에 대한 측정값과 전력에 대한 추정값을 비교함으로써 풍력 터빈의 기계 장비 부품에서의 문제를 확인하는 운영자에게 추가의 장점을 제공할 것이다(전력에 대한 추정값은 예측 전력이라고도 함).
현재로서는, 로터에 의해 점유되는 면적에서의 바람의 특성 변수가 알려져 있지 않기 때문에 충분한 정확도 수준으로 일정 기간에 걸쳐 또는 일시적으로 특정 위치에서의 전력에 대한 추정값을 생성시키는 것이 불가능하다. 풍속계 및 윈드 베인과 같이 곤돌라의 상단부에 배치되는 측정 장치들은 이들이 단일 공간 지점에만 바람을 측정하고 로터에 의해 점유되는 면적에서는 측정하지 않기 때문에 상당히 부정확하다. 곤돌라와 각 블레이드에 의해 발생되는 난류(turbulence)로 인해 풍력장에서의 왜곡(distortions)이 추가로 발생하며, 이로써 정밀한 측정이 어렵다.
기상 마스트에 의해 보다 양질의 바람 데이터가 제공될 수 있다. 그러나, 마스트와 풍력 터빈 사이의 간격으로 인해 로터의 위치에서 알려지지 않은 편차의 풍속이 발생하며, 이로써 전력에 대해 정확히 추정된 값의 계산이 어렵다. 이것은 수 백개 까지 풍력 터빈을 포함할 수 있고 대면적에 걸쳐 분포되도록 배치되는 대규모 풍력 발전 단지에 대해 단일 마스트 또는 적은 수의 마스트가 사용된다면 더욱 문제가 된다. 대량의 마스트의 사용에 의해 마스트와 풍력 터빈 사이의 간격이 감소되어 문제를 줄일 수는 있겠지만, 이를 위해 필요한 비용이 지나치게 많고 상당히 심한 비용이 소모된다. 다른 단점으로는 수직 방향으로만 각 마스트가 윈드 시어를 측정할 수 있어서 수평 윈드 시어를 여전히 알 수 없다는 점이다.
예컨대 LIDAR 시스템(LIDAR = light detection and ranging)과 같은 곤돌라 상에 장착된 광학 시스템은 로터 평면을 통해 유입 풍력장 안으로 측정할 수는 있지만, 레이저 비임을 따라서만 측정이 실행되어 측정 위치로부터의 검출가능한 범위가 로터에 의해 점유되는 면적과의 인터페이스가 단지 그 일부분인 원뿔로 제한된다. 결과적으로, 바람의 특성 변수들은 로터에 의해 점유되는 면적에 걸쳐 부정확한 방식으로만 측정될 수 있다.
따라서, 풍력 터빈의 전력에 대한 정밀한 추정값을 생성시키는 임의의 시간에 바람직하게 이용가능한 가능성을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 풍력 터빈의 전력에 대해 가능한 정밀한 추정값을 형성하는 것이다. 바람직하게, 이러한 추정값을 풍력 터빈의 실제 전력과 비교하는 것도 가능하다.
상술한 목적은 청구범위 청구항 1에 따른 제어 장치 및 청구항 22에 따른 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 개선사항은 종속항에 기술된다.
본 발명에 따른 제어 장치는, 기계적 로터 파워를 적어도 부분적으로 전력으로 변환시키는 전기 시스템, 및 바람에 의해 구동되는 복수의 로터 블레이드를 포함하며 상기 전기 시스템에 상기 기계적 로터 파워를 전달하는 로터를 구비하는 풍력 터빈용 제어 장치로서,
- 상기 로터 블레이드 중 하나 이상과 연결되며, 상기 로터의 위치에서 상기 바람을 나타내는 풍력장의 하나 이상의 특성 변수에 따라 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 물성(physical property)을 측정하고, 상기 하나 이상의 물성을 특성화하는 하나 이상의 블레이드 센서 신호를 제공하는 블레이드 센서 수단을 구비하며,
- 상기 하나 이상의 블레이드 센서 신호를 이용하여 전력에 대한 추정값을 생성시키는 추정 유닛을 포함한다.
로터 블레이드의 하나 이상의 물성은 풍력장의 하나 이상의 특성 변수에 좌우되기 때문에, 전기적 로터 파워에 대한 추정값은 로터에 의해 점유되는 면적으로부터 바로 기인하는 정보에 기초해서 생성된다. 결과적으로, 점유되는 면적과 측정 위치 사이의 이격으로 인한 부정확도가 더 이상 발생할 수 없다. 또한, 로터 블레이드는 로터에 의해 점유되는 면적 주위로 운동하여, 점유되는 면적의 위치에서의 풍력장에 관한 복수의 피스의 정보가 이용가능하다. 이 결과, 전력에 대한 추정값이 비교적 정확하다.
풍력 터빈의 하나 이상의 물성은 전력에 대한 추정값을 생성시키기 위해 또한 고려되는 것이 바람직하다. 그러나, 이들 물성은 공지되어 있기 때문에, 이러한 고려는 어렵지 않다. 이러한 물성은 예컨대 로터 및/또는 하나 이상의 로터 블레이드의 공기역학 및/또는 기계적 물성, 센서 수단의 위치, 드라이브 트레인의 기계적 및/또는 동역학 물성 및/또는 전기 시스템의 전기적 물성을 포함할 수 있다.
풍력장은 특히 로터에 의해 점유되는 면적 내 또는 면적의 영역에서 로터의 위치에서의 바람의 물성들을 나타낸다. 바람의 물성은 특히 풍속, 풍향, 수평 윈드 시어(wind shear) 및 수직 윈드 시어를 포함한다. 풍력장의 하나 이상의 특성 변수는 특히 로터에 의해 점유되는 면적 내 또는 면적의 영역 내의 여러 위치들에서의 바람의 하나 이상의 물성에 대한 값들에 기초해서 형성되는 공간적 평균값의 형태로 바람의 물성들 중 하나 이상을 특성화(characterizing)한다. 풍력장의 하나 이상의 특성 변수는 바람직하게 풍속 및/또는 풍향 및/또는 수평 윈드 시어 및/또는 수직 윈드 시어를 특성화한다. 풍력장(wind field)은 예컨대 풍속장(wind speed field)이거나 또는 풍속장을 포함한다.
본 발명의 개선예에 의하면, 상기 추정 유닛은, 상기 하나 이상의 블레이드 센서 신호를 이용하여 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값을 생성시키는 풍력장 추정기, 및 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값에 근거하여 상기 전력에 대한 추정값을 생성시키는 파워 추정기를 포함한다. 바람직하게 상기 풍력장 추정기는 상기 하나 이상의 블레이드 센서 신호 및 상기 하나 이상의 값에 근거하여 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값을 이용하여 상기 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값을 생성시킨다. 본 발명의 일 구성에 의하면, 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값은 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 추정값이다.
상술한 방법은 특히 복수의 단계로 전력에 대한 추정값의 생성을 분할한다. 이들 단계 중 제1 단계에서, 기계적 로터 파워에 대한 추정값이 바람직하게 생성되며, 제2 단계에서 추정값에 근거하여 전력에 대한 추정값이 바람직하게 생성된다. 이것은 전력에 대한 추정값의 생성의 복합성으로 인해 유리함이 밝혀졌다. 제1 단계에서 특히 기계적 로터 파워로의 풍력의 변환과 제2 단계에서 특히 전력으로의 기계적 로터 파워의 변환이 고려되므로, 적합한 모델 형성이 이들 단계에 대해 각각 사용될 수 있다. 제1 단계에서, 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값은 바람직하게 하나 이상의 블레이드 센서 신호 및/또는 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 측정된 물성을 이용하여 생성된다. 이것은 하나 이상의 값이 로터의 위치에서의 바람을 나타내고, 기계적 로터 파워가 로터의 위치에서의 바람에 종속되기 때문에 유리하다. 결과적으로, 제1 단계는 바람직하게 복수의 부분 단계로 분할된다. 제1의 부분단계에서, 로터의 위치에서의 바람이 바람직하게 나타내어지고, 제2 부분단계에서, 기계적 로터 파워가 바람직하게 로터의 이치에서의 바람에 따라 생성된다.
제1 부분 단계에서, 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값은 바람직하게 하나 이상의 블레이드 센서 신호 및/또는 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 측정된 물성을 이용하여 형성되고, 제2 단계에서, 기계적 로터 파워가 바람직하게 생성된다. 결과적으로, 상기한 부분단계들에 대해 적합한 모델 형성법이 사용될 수 있다. 여기 기술한 방법은 그러나 한정으로 이해되어서는 안되며 전력에 대한 추정값의 생성이 다른 방법으로 또한 대체될 수 있다.
풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값은 바람직하게 특히 로터에 의해 점유되는 면적의 위치에서 풍속 및/또는 풍향 및/또는 수평 윈드 시어 및/또는 수직 윈드 시어를 특성화한다. 바람직하게, 풍력장의 하나 이상의 특성 변수에 대한 추정값 또는 하나 이상의 값은 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값으로부터 도출될 수 있다. 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값은 바람직하게 풍력장의 하나 이상의 특성 변수에 대한 추정값 또는 하나 이상의 값을 형성한다.
풍력장 추정기는 예컨대 시스템 확인을 위한 하나 또는 하나 이상의 방법을 이용하여 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값 및/또는 기계적 로터 파워에 대한 추정값을 계산한다. 본 발명의 일 구성에 의하면, 풍력장 추정기는 하나 또는 하나 이상의 MBC 변환(Multi-Blade-Coordinate Transformation)을 이용하여 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값 및/또는 기계적 로터 파워에 대한 추정값을 생성시킨다. 예컨대, 하나 이상의 MBC 변환은 1p MBC 변환 또는 1p MBC 변환 및 2p MBC 변환을 포함할 수도 있다.
추정 유닛은 바람직하게 하나 또는 적어도 하나의 풍력장 테이블을 포함하며, 여기서 풍력장의 하나 이상의 특성 변수 및 기계적 로터 파워에 대한 추정값을 특성화하는 값이 여러 바람 상태에 대해 저장되며, 특히 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 값과 관련된다. 풍력장 추정기는 바람직하게 풍력장 테이블을 이용하여 기계적 로터 파워에 대한 추정값을 생성시킨다. 특히, 풍력장 추정기는 (적어도) 하나 이상의 블레이드 센서 신호 또는 거기서 도출되는 값 또는 세트의 값들에 따라 기계적 로터 파워를 추정하기 위해 풍력장 테이블 내에 저장되는 값을 생성시킨다. 기계적 로터 파워를 추정하기 위한 풍력장 테이블로부터 생성된 값에 근거하여, 풍력장 추정기는 기계적 로터 파워에 대한 추정값을 형성한다. 풍력장 테이블로부터 생성된 값은 바람직하게 기계적 로터 파워에 대한 추정값에 이미 대응한다. 풍력장 테이블로부터 기계적 로터 파워를 추정하기 위한 값의 생성은 바람직하게 예컨대 풍력장 추정기에 의해 포함되는 조사 유닛에 의해 실행된다. 풍력장 테이블은 특히 풍력장 추정기 내에 저장된다. 풍력장 테이블 내에 저장된 값들은 예컨대 모델 형성법에 의해 계산되거나 및/또는 테스트에 의해 형성될 수 있다. 특히, 풍력장 테이블은 미리 생성되며 결과적으로 미리정해져서 풍력장 추정기에 의해 사용될 수 있다.
블레이드 센서 수단은 특히 수 회 계속해서 바람직하게 연속으로 하나 이상의 물성을 측정한다. 풍력장 추정기는 바람직하게 기계적 로터 파워를 추정하기 위한 복수의 값을 연속해서 생성시키고, 시간 평균(time averaging)으로 또는 이들 값의 시간 평균에 의해 추정된 기계적 로터 파워에 대한 평균 시간 값을 결국 나타내는 기계적 로터 파워에 대한 추정값을 형성한다. 평균화(averaging)는 미리선택된 시간 기간에 걸쳐 바람직하게 실행된다. 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 바람직하게 연속적인 평균 값을 형성한다.
파워 추정기는 예컨대 시스템 확인(system identification)을 위한 하나 또는 하나 이상의 방법을 사용하여 전력에 대한 추정값을 계산한다. 추정 유닛은 바람직하게 파워 테이블을 포함하며, 여기서 기계적 로터 파워에 종속되는 작동 값 및 파워 값은 전력을 추정하기 위해 풍력 터빈의 여러 작동 상태에 대해 저장되며, 전력을 추정하기 위한 파워 값은 바람직하게 기계적 로터 파워에 종속하는 작동 값에 관련된다. 파워 추정기는 바람직하게 파워 테이블을 이용하여 전력에 대한 추정값을 형성한다. 특히, 파워 추정기는 (적어도) 기계적 로터 파워에 대한 추정값에 따라 전력을 추정하기 위해 파워 테이블에 저장된 값을 형성한다. 전력을 추정하기 위한 파워 테이블로부터 생성되는 값에 근거해서, 파워 추정기는 전력에 대한 추정값을 형성한다. 파워 테이블로부터 생성된 값은 바람직하게 이미 전력에 대한 추정값에 대응한다. 파워 테이블은 특히 파워 추정기에 저장된다. 파워 테이블에 저장된 값들은 예컨대 모델 형성법에 계산되거나 및/또는 테스트에 의해 생성된다. 특히, 파워 테이블은 미리 형성되어 결국 사전결정되므로 파워 추정기에 의해 사용될 수 있다.
기계적 로터 파워에 종속하는 작동값은 바람직하게 적어도 기계적 로터 파워에 대한 값을 포함한다. 그러나, 이들 작동값은 또한 추가로 로터 속도에 대한 값 및/또는 로터 가속도에 대한 값 및/또는 대기 온도에 대한 값 및/또는 전력에 대한 요구값 및/또는 다른 값들을 포함한다. 바람직하게, 파워 테이블 내에 저장된 값은 풍력 터빈의 고정 작동 상태를 특성화하며, 여기서 로터 속도가 각각 일정하거나 실질적으로 일정하다. 그러나, 로터 속도는 여러 고정 작동 상태에서 서로 상이할 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 이것은 풍력 터빈의 하나 이상의 가속 상태 및/또는 하나 이상의 감속 상태를 특성화하도록 파워 테이블 내에 저장된 값들 또는 값들 중 일부에 대해 가능하며, 로터 속도는 가속 상태에서 증가하며 감속 상태에서 감소한다.
본 발명의 개선예에 의하면, 파워 추정기는 풍력장의 하나 이상의 특성 변수에 근거하여 전력에 대한 추정값을 추가로 생성한다. 이것은 예컨대 전기 시스템이 바람 상태들에 따라 바람직하게 제어 또는 조절되므로 유리할 수 있다. 결과적으로, 바람 상태는 기계적 로터 파워를 전력으로 변환하는 것에 영향을 줄 수 있다.
전력은 바람직하게 특히 제어 유닛에 의해 하나 이상의 전력에 대한 요구값에 따라 제어된다. 하나 이상의 전력에 대한 요구값을 요청할 수 있고 이를 추정 유닛 및/또는 파워 추정기에 제공할 수 있는 통지 유닛(notification unit)이 바람직하게 제공된다. 이 통지 유닛은 바람직하게 제어 유닛으로부터 하나 이상의 요구값을 요청한다. 특히, 하나 이상의 요구값은 유효 전력에 대한 요구값 및/또는 무효 전력에 대한 요구값을 포함한다. 추정 유닛 및/또는 파워 추정기는 바람직하게 하나 이상의 전력에 대한 요구값에 기초하여 전력에 대한 추정값을 추가로 생성한다. 이것은 예컨대 기계적 로터 파워를 전력으로 변환하는 것이 바람직하게 하나 이상의 요구값에 의해 영향을 받기 때문에 유리하다. 특히 하나 이상의 요구값이 저장되는 제어 유닛은 바람직하게 풍력 터빈의 주 제어 시스템(전반적인 시스템 제어)에 의해 또는 제어 시스템의 일부분에 의해 형성된다.
본 발명의 일 구성에 의하면, 풍력 터빈의 위치에서 공기의 하나 이상의 물성을 측정하며, 공기의 하나 이상의 물성을 특성화하는 하나 이상의 공기 센서 신호를 제공하는 공기 센서 수단이 제공된다. 공기의 물성은 바람직하게 로터의 위치에서 측정된다. 특히, 풍력장 추정기는 값의 정확도를 개선할 수 있도록 하나 이상의 공기 센서 신호를 이용하여 추가로 기계적 로터 파워에 대한 추정값 및/또는 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값을 생성시킨다. 공기 센서 수단은 바람직하게 공기의 하나 이상의 물성이 공기 밀도 및/또는 공기 온도를 포함하도록 공기 밀도를 측정하는 공기 밀도 센서 및/또는 공기 온도를 측정하는 온도 센서를 구비한다.
본 발명의 일 구성에 의하면, 로터 센서 수단이 제공되는데, 이러한 로터 센서 수단에 의해 로터의 하나 이상의 물성이 측정되며, 로터의 하나 이상의 물성을 특성화하는 하나 이상의 로터 센서가 제공된다. 로터의 하나 이상의 물성은 바람직하게 로터 각 및/또는 로터의 회전 속도(로터 속도) 및/또는 하나 이상 로터 블레이드의 블레이드 각 및/또는 로터 가속도를 포함한다.
풍력 터빈의 작동 상태는 바람직하게 공기의 하나 이상의 물성 및/또는 로터의 하나 이상의 물성을 포함하는 하나 이상의 작동 상태 변수에 의해 특성화된다. 하나 이상의 작동 상태 변수는 바람직하게 공기 센서 수단 및/또는 로터 센서 수단을 통해 측정된다. 바람직하게 하나 이상의 작동 상태 변수는 특히 하나 이상의 공기 센서 신호 및/또는 하나 이상의 로터 센서 신호를 포함하는 하나 이상의 작동 상태 변수 신호에 의해 특성화된다.
본 발명의 개선예에 의하면, 하나 이상의 작동 상태 변수에 대한 값들은 풍력 터빈의 여러 작동 상태에 대해 풍력장 테이블 내에 추가로 저장되며, 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 바람직하게 하나 이상의 작동 상태 변수에 대한 값과 관련된다. 특히, 풍력장 추정기는 하나 이상의 블레이드 센서 신호 및 하나 이상의 작동 상태 변수 신호를 이용하여 기계적 로터 파워를 추정하기 위해 풍력장 테이블 내에 저장된 값을 생성시킨다. 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 바람직하게 조사 유닛에 의해 형성된다.
블레이드 센서 수단은 바람직하게 로터 상에 배치된다. 특히, 블레이드 센서 수단은 하나 이상의 로터 블레이드 및/또는 로터의 로터 허브 상에 배치되며, 여기에 로터 블레이드가 연결된다.
하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 물성은 바람직하게 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 기계적 물성이거나 이를 포함한다. 특히, 상기 하나 이상의 물성은 변형이 바람직하게 하나 또는 하나 이상의 탄성 변형인 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 변형이거나 이 변형을 포함한다.
본 발명의 개선예에 의하면, 블레이드 센서 수단은 하나 이상의 로터 블레이드의 팽창을 측정하는 하나 이상의 팽창 센서 및/또는 하나 이상의 로터 블레이드의 토션을 측정하는 하나 이상의 토션 센서 및/또는 하나 이상의 로터 블레이드의 구부러짐을 측정하는 하나 이상의 구부러짐 센서를 포함한다. 특히, 팽창 센서 및/또는 토션 센서 및/또는 구부러짐 센서는 각각 하나 이상의 로터 블레이드 또는 로터 허브의 하나 이상의 미리정해진 위치에 배치된다. 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 물성은 결국 특히 하나 또는 하나 이상의 미리정해진 위치(들)에 있는 하나 이상의 로터 블레이드의 팽창 및/또는 토션 및/또는 구부러짐을 포함한다.
본 발명의 일 구성에 의하면, 전력에 대한 측정 수단이 제공되며, 이 측정 수단을 통해 전력의 현재 값이 측정된다. 결과적으로, 전력에 대한 추정값과 전력의 현재 값이 평가를 위해 제공된다. 특히, 전력에 대한 요구값 및 전력의 현재 값을 수신하는 데이터 획득 시스템이 제공된다. 이들 값은 바람직하게 데이터 획득 시스템에 의해 수집되거나 및/또는 임시적으로 그 내에 저장된다. 데이터 획득 시스템은 바람직하게 전력의 현재 값과 전력에 대한 추정값 사이의 차이 및/또는 몫을 계산한다. 그러나, 차이 및/또는 몫의 계산은 다른 위치 또는 외부적으로 실행될 수 있다. 데이터 획득 시스템은 예컨대 데이터 획득 유닛이라고도 불린다.
본 발명의 개선예에 의하면, 기계적 파워에 대한 측정 수단이 제공되며, 이 측정 수단을 통해 기계적 로터 파워에 대한 현재 값이 측정된다. 결과적으로, 기계적 로터 파워에 대한 추정값 및 기계적 로터 파워에 대한 현재값 모두가 평가를 위해 제공될 수 있다. 특히, 기계적 로터 파워에 대한 현재값 및 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 데이터 획득 시스템에 의해 접수된다. 이들 값은 바람직하게 데이터 획득 시스템에 의해 수집되며 및/또는 적어도 일시적으로 내부에 저장된다. 데이터 획득 시스템은 바람직하게 기계적 로터 파워에 대한 추정값과 기계적 로터 파워에 대한 현재값 사이의 차 및/또는 몫을 계산한다. 그러나, 이러한 차이 및/또는 몫은 상이한 위치 또는 외부적으로 실행될 수 있다. 기계적 파워에 대한 측정 수단 및/또는 전력에 대한 측정 수단은 하나의 측정 수단으로 결합될 수도 있다.
데이터 획득 시스템은 바람직하게 풍력 터빈의 주 제어 시스템에 연결된다. 특히, 데이터 획득 시스템은 주 제어 시스템 또는 그 일부분에 의해 형성된다. 본 발명의 개선예에 의하면, 스카다(SCADA = Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템이 제공되며, 이 스카다 시스템에 의해 특히 풍력 터빈의 작동 상태를 특성화하는 정보가 풍력 터빈에 대해 바람직하게 외부로 제공되는 하나 이상의 데이터 획득 시스템에 전송될 수 있다. 데이터 처리 시스템은 바람직하게 풍력 터빈에 연결되며, 특히 스카다 시스템 및/또는 주 제어 시스템에 연결된다. 스카다 시스템은 바람직하게 주 제어 시스템 또는 그 일부분에 의해 형성된다. 데이터 획득 시스템은 바람직하게 스카다 시스템에 연결되거나 그에 포함된다. 결과적으로, 데이터 획득 시스템은 스카다 유닛이라고도 불릴 수 있다. 본 발명의 개선예에 의하면, 스카다 시스템은 풍력 터빈의 인터페이스(interface)에 연결되는 중앙 처리 장치, 기상 측정 시스템 및/또는 예컨대 지역 네트워크를 통한 네트워크 전달 장치를 포함한다. 제어 장치 및/또는 추정 장치 및/또는 풍력장 추정기 및/또는 파워 추정기는 결과적으로 풍력 터빈의 전체 상태 모니터링으로 일체화될 수 있다. 스카드 시스템은 예컨대 독일 특허번호 102007026176A1 에 공지된다.
본 발명은 추가로,
- 기계적 로터 파워를 적어도 부분적으로 전력으로 변환시키는 전기 시스템, 및 바람에 의해 구동되는 복수의 로터 블레이드를 포함하며 상기 전기 시스템에 상기 기계적 로터 파워를 전달하는 로터, 및
- 본 발명에 따른 제어 장치를 구비하는 풍력 터빈에 관한 것이다. 이 풍력 터빈은 본 발명에 따른 제어 장치에 관해 설명한 모든 구성에 따라 개선될 수 있다. 특히, 풍력 터빈은 주 제어 시스템을 포함하며, 이 주 제어 시스템에 의해 풍력 터빈의 작동이 제어될 수 있다. 제어 장치는 바람직하게 주 제어 시스템에 완전하게 또는 부분적으로 일체화된다.
이 로터는 로터 축을 중심으로 바람에 의해 회전된다. 특히, 로터는 풍력 터빈의 머신 캐리어(machine carrier) 상의 로터 축을 중심으로 한 회전을 위해 지지된다. 머신 캐리어는 바람직하게 곤돌라에 고정되어 연결되며 및/또는 곤돌라 또는 그 일부분을 형성한다. 특히, 머신 캐리어는 타워의 상단부에 배치된다.
본 발명의 개선예에 의하면, 로터 및/또는 머신 캐리어는 로터 축에 관해 횡방향으로 또는 실질적으로 바람직하게 연장하는 요잉 축(yaw axis)을 중심으로 회전가능하다. 바람직하게, 요잉 축은 수직방향으로, 수직 방향으로, 실질적으로 수직 방향으로 연장된다. 요잉 축을 중심으로 한 로터 캐리어 및/또는 로터의 회전은 요 각으로 나타내어지며, 이러한 요 각으로 특히 풍향에 관한 로터 축의 배향이 종속된다. 머신 캐리어는 바람직하게 요잉 축을 중심으로 한 회전을 위해 타워 상에 지지된다.
이 로터는 바람직하게 블레이드 축을 따라 각각 연장하는 2개 또는 그 이상, 특히 3개 또는 적어도 3개의 로터 블레이드를 포함한다. 이 블레이드 축은 바람직하게 로터 축에 관한 횡방향으로 또는 실질적으로 횡방향으로 연장한다. 또한, 로터는 바람직하게 로터 블레이드가 고정되는 로터 허브를 포함한다. 특히, 로터 블레이드는 블레이드 축을 중심으로 각각 회전가능하도록 블레이드 베어링에 의해 로터 허브 상에 각각 지지된다. 각각의 로터 블레이드에 대해 블레이드 각 조절 드라이브가 제공되며, 이 블레이드 각 조절 드라이브에 의해 로터 블레이드가 그 블레이드 축을 중심으로 회전가능하다. 이들 블레이드 축을 중심으로 한 로터 블레이드의 회전은 블레이드 각으로 나타내어 지며, 이 각에 특히 바람에 관한 로터 블레이드의 입사각(angle of incidence)이 각각 종속된다.
전기 시스템은 바람직하게 로터에 기계적으로 연결되고 로터에 의해 구동되는 하나 이상의 발전기를 포함한다. 이 로터는 회전가능한 고정식으로 특히 로터 허브에 의해 로터 샤프트에 연결되며, 이 로터 샤프트에 의해 로터가 전기 시스템 특히 하나 이상의 발전기에 기계적으로 연결된다. 이러한 연결은 하나 이상의 기어가 개재되어 실행될 수 있다. 전기 시스템은 바람직하게 외부 네트워크인 전기 네트워크에 바람직하게 연결된다. 특히, 전기 시스템은 전력을 네트워크로 출력할 수 있다.
본 발명은 또한 전기 시스템, 복수의 로터 블레이드를 포함하며 바람에 의해 구동되고 적어도 부분적으로 전력으로 변환시키는 상기 전기 시스템으로 기계적 로터 파워를 출력하는 로터를 구비하는 풍력 터빈의 작동을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 상기 로터의 위치에서 상기 바람을 나타내는 풍력장의 하나 이상의 특성 변수에 종속되는 하나 이상의 물성이 상기 로터 블레이드 중 하나 이상에 의해 측정되며, 전력에 대한 추정값은 측정된 상기 하나 이상의 물성을 이용하여 생성된다. 본 발명에 따른 방법은 바람직하게 본 발명에 따른 제어 장치 및/또는 본 발명에 따른 풍력 터빈에 의해 실행될 수 있으며, 이와 관련하여 설명한 모든 구성에 따라 개선될 수 있다.
본 발명의 개선예에 의하면, 기계적 로터 파워에 대한 추정값이 측정된 하나 이상의 물성을 이용하여 생성된다. 또한, 특히 전력에 대한 추정값은 기계적 로터 파워에 대한 추정값에 근거하여 생성된다. 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값 및 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 바람직하게 하나 이상의 측정된 물성을 이용하여 생성되며, 추정값은 바람직하게 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값에 기초하여 생성된다. 본 발명의 일 구성에 의하면, 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값은 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 추정값이다.
풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값 및/또는 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 예컨대 시스템 확인을 위한 하나 또는 하나 이상의 방법을 사용하여 생성된다. 본 발명의 일 구성에 의하면, 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값 및/또는 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 하나 또는 하나 이상의 MBC 변환(Multi-Blade Coordinate Transformation)을 사용하여 생성된다. 예컨대, 하나 이상의 MBC 변환은 1p MBC 변환 또는 1p MBC 변환 및 2p MBC 변환을 포함할 수도 있다.
풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값 및/또는 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 바람직하게 풍력장 테이블에 여러 풍력 상태에 대해서 저장되며, 특히 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값과 관련된다. 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 바람직하게 풍력장 테이블을 이용하여 생성된다. 풍력장 테이블 내에 저장된 값은 바람직하게 측정된 하나 이상의 물성을 이용하여 기계적 로터 파워를 추정하기 위해 생성된다. 풍력장 테이블 내에 저장된 값은 예컨대 모델 형성법에 의해 및/또는 테스트에 의해 계산될 수 있다.
하나 이상의 물성은 특히 차례로 수 회에 걸쳐 바람직하게 연속해서 측정된다. 기계적 로터 파워를 추정하기 위해 복수의 값들이 바람직하게 연속으로 생성되며, 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 이들 값의 시간 평균에 의해 또는 시간 평균에 의해 형성되며, 결과적으로 추정된 기계적 로터 파워에 대해 평균 시간을 나타낸다. 평균화는 바람직하게 미리선택된 시간 기간에 걸쳐 수행된다. 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 바람직하게 연속적인 평균 시간 값을 형성한다.
전력에 대한 추정값은 시스템 확인을 위한 하나 또는 하나 이상의 방법을 사용하여 생성된다. 기계적 로터 파워에 종속하는 작동 값 및 전력을 추정하기 이한 파워 값은 바람직하게 파워 테이블에서 풍력 터빈의 여러 작동 상태에 대해 저장되며, 전력을 추정하기 위한 파워 값들은 바람직하게 기계적 로터 파워에 종속하는 작동 값과 관련된다. 전력에 대한 추정값은 바람직하게 파워 테이블을 사용하여 생성된다. 파워 테이블에 저장되는 값은 예컨대 모델 형성법에 의해 계산되거나 및/또는 테스트에 의해 생성될 수 있다.
본 발명의 개선예에 의하면, 전력에 대한 추정값은 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값에 근거하여 추가로 생성된다.
전력은 바람직하게 하나 이상의 전력에 대한 요구값에 따라 제어된다. 하나 이상의 전력에 대한 요구값은 바람직하게 요청되며 특히 유효 전력에 대한 요구값 및/또는 무효 전력에 대한 요구값을 포함한다. 전력에 대한 추정값은 바람직하게 하나 이상의 전력에 대한 요구값에 근거하여 추가로 생성된다.
본 발명의 일 구성에 의하면, 공기의 하나 이상의 물성이 풍력 터빈의 위치에서 측정된다. 이러한 측정은 바람직하게 로터의 위치에서 실시된다. 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값 및/또는 기계적 로터 파워에 대한 추정값이 측정된 공기의 하나 이상의 물성을 이용하여 바람직하게 추가로 생성된다. 공기의 하나 이상의 물성의 측정은 특히 공기 밀도 및/또는 공기 온도의 측정을 포함하여 공기의 하나 이상의 물성이 바람직하게 공기 밀도 및/또는 공기 온도를 포함한다.
본 발명의 일 구성에 의하면, 로터의 하나 이상의 물성이 측정된다. 로터의 하나 이상의 물성은 바람직하게 로터 각 및/또는 로터의 회전 속도 및/또는 하나 이상의 로터 블레이드의 블레이드 각 및/또는 로터 가속도를 포함한다.
풍력 터빈의 작동 상태는 바람직하게 공기의 하나 이상의 물성 및/또는 로터의 하나 이상의 물성을 포함하는 하나 이상의 작동 상태로 특성화된다. 하나 이상의 작동 상태 변수가 바람직하게 측정된다. 측정된 하나 이상의 작동 상태 변수는 특히 측정된 공기의 하나 이상의 물성 및/또는 측정된 로터의 하나 이상의 물성을 포함한다.
본 발명의 개선예에 의하면, 하나 이상의 작동 상태 변수의 값들이 풍력 터빈의 여러 작동 상태에 대해 풍력장 테이블 내에 추가로 저장되며, 기계적 로터 파워에 대한 추정값은 하나 이상의 작동 상태 변수에 대한 값과 추가로 연관된다. 기계적 로터 파워를 추정하기 위한 풍력장 테이블 내에 저장된 값은 바람직하게 측정된 하나 이상의 물성 및 측정된 하나 이상의 작동 상태 변수를 이용하여 생성된다.
본 발명의 개선예에 의하면, 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 물성을 측정하는 것은 특히 적어도 하나의 미리정해진 위치에서 하나 이상의 로터 블레이드의 팽창 및/또는 토션 및/또는 구부러짐을 측정하는 것을 수반한다. 결과적으로, 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 물성은 특히 하나 또는 하나 이상의 미리정해진 위치(들)에서 하나 이상의 로터 블레이드의 팽창 및/또는 토션 및/또는 구부러짐을 포함한다.
전력의 현재 값이 바람직하게 측정된다. 이 경우, 특히 전력에 대한 추정값과 전력에 대한 현재값 사이의 차이 및/또는 몫이 계산된다.
본 발명의 개선예에 의하면, 기계적 로터 파워에 대한 현재값이 측정된다. 이 경우, 특히 기계적 로터 파워에 대한 추정값과 기계적 로터 파워에 대한 현재값 사이의 차이 및/또는 몫이 계산된다.
아래에, 바람직한 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 터빈의 추정 유닛의 개략적인 블록도이다.
도 2는 풍력 터빈의 부분 사시도이다.
도 3은 풍력 터빈의 다른 부분 사시도이다.
도 4는 단순한 구성에 따른 도 1에서 볼 수 있는 풍력장 추정 배열체의 제1 부분의 개략적인 블록도이다.
도 5는 바람직한 구성에 따른 풍력장 추정 배열체의 제1 부분의 개략적인 블록도이다.
도 6은 다른 구성에 다른 풍력장 추정 배열체의 제1 부분의 개략적인 블록도이다.
도 7은 도 1에서 볼 수 있는 풍력장 추정 배열체의 제2 부분의 개략적인 블록도이다.
도 8은 교정 부재를 갖는 풍력장 추정 배열체의 제2 부분의 개략적인 블록도이다.
도 9는 조사 유닛을 갖는 풍력장 추정 배열체의 제2 부분의 개략적인 블록도이다.
도 2는 풍력 터빈의 부분 사시도이다.
도 3은 풍력 터빈의 다른 부분 사시도이다.
도 4는 단순한 구성에 따른 도 1에서 볼 수 있는 풍력장 추정 배열체의 제1 부분의 개략적인 블록도이다.
도 5는 바람직한 구성에 따른 풍력장 추정 배열체의 제1 부분의 개략적인 블록도이다.
도 6은 다른 구성에 다른 풍력장 추정 배열체의 제1 부분의 개략적인 블록도이다.
도 7은 도 1에서 볼 수 있는 풍력장 추정 배열체의 제2 부분의 개략적인 블록도이다.
도 8은 교정 부재를 갖는 풍력장 추정 배열체의 제2 부분의 개략적인 블록도이다.
도 9는 조사 유닛을 갖는 풍력장 추정 배열체의 제2 부분의 개략적인 블록도이다.
도 2 및 도 3은 타워(2)를 포함하는 본 발명에 따른 풍력 터빈(1)의 여러 도면이며, 타워(2)의 상단부 상에 곤돌라(3)(머신 캐리어)가 요잉 축(yaw axis; 4)을 중심으로 회전가능하도록 지지되며, 곤돌라(3)의 회전은 요 각(Γ)으로 특정된다. 곤돌라(3) 상에는 로터축(6)을 중심으로 회전가능하고 바람(7)에 의해 로터축(6)을 중심으로 회전되도록 로터(5)가 지지되며, 로터(5)의 회전 위치는 로터 각(θ)으로 특정된다. 이 로터(5)는 로터 허브(8)를 포함하며, 로터 허브(8)에는 3개의 로터 블레이드(9, 10, 11)가 고정되며 로터 허브(8)로부터 블레이드 축(12, 13, 14)을 따라 각각 연장한다. 블레이드 축(12, 13, 14) 각각은 로터축(6)에 대해 횡방향으로 연장하며 서로에 대해 120°의 각도를 형성한다. 로터 블레이드는 블레이드 축을 중심으로 회전가능하도록 블레이드 베어링(15)에 의해 로터 허브(8) 상에 지지되며, 블레이드 축을 중심으로 한 로터 블레이드의 회전은 블레이드 각(β)으로 특정된다. 지수 i 는 로터 블레이드를 나타내며, i=1 은 로터 블레이드(9)를 나타내고, i=2 는 로터 블레이드(10)를 나타내며, 그리고 i=3 은 로터 블레이드(11)를 나타낸다. 블레이드 축을 중심으로 로터 블레이드를 회전시키기 위해, 바람직하게 블레이드 베어링(15)의 영역에 배치되는 블레이드 각 조절 드라이브(16)가 제공된다. 로터 각(θ)은 로터 블레이드 중 특정 로터 블레이드의 위치, 즉 이러한 거리에서 기준 위치(44)에 대한 로터 블레이드(9)의 위치로 표시된다. 도 2에서 볼 수 있는 로터 블레이드(9)의 순간 입사(momentary incidence)에 의하면, 로터 각은 결국 θ=0 이다.
풍력 터빈(1)의 전기 시스템(19)의 구성요소이며 기어(35)가 사이에 개재되는 로터(5)에 의해 구동되는 발전기(17)가 곤돌라(3) 내에 배치된다. 로터(5)는 출력측에서 제너레이터 샤프트(36)에 연결되는 기어(35)에 로터 샤프트(18)를 통해 연결된다. 로터 샤프트(18), 기어(35) 및 제너레이터 샤프트(36)는 결국 풍력 터빈(1)의 드라이브 트레인(drive train)을 형성한다. 풍력 터빈(1)은 제어 유닛(20)에 의해 제어되는데, 이 제어 유닛(20)은 주 제어 시스템이라고도 불리며 전기 시스템(19)에 의해 생산되는 전력(P)을 추정하는 추정 유닛(estimation unit; 21)을 포함한다. 전력(P)은 바람직하게 유효 전력(effective power) 및 무효 전력(reactive power) 모두에 대해 제어 유닛(20)에 의해 제어된다. 전력(P)을 제어하기 위해, 제어 유닛(20)은 전기 시스템(19) 및 블레이드 각 조절 드라이브(16)를 제어한다. 주 제어 시스템(20)은 스카다 시스템(SCADA system; 51)을 더 포함하며, 이 스카다 시스템(51)에 의해 풍력 터빈(1)에 연결되며 특히 풍력 터빈(1)에 대해 외부로 제공되는 하나 이상의 데이터 처리 시스템(52)으로 정보가 전송될 수 있다.
도 1에 보다 상세히 도해되는 추정 유닛(21)은 풍력장 추정기(32) 및 복수의 측정 수단(41, 42, 43)을 구비하는 풍력장 추정 배열체(22)를 포함하는데, 복수의 측정 수단은 측정된 물리적 변수들에 근거하여 센서 신호(23), 로터 센서 신호(24) 및 대기 신호(공기 센서 신호)(25)를 제공하며 이들 신호를 풍력장 추정기(32)에 전송한다. 블레이드 센서 신호(23)는 로터 블레이드 중 하나 이상의 물성치를 특성화하고, 로터 센서 신호(24)는 로터(5)의 물성치를 특성화하며, 공기 센서 신호(25)는 공기의 대기의 물성치를 특성화한다. 측정 수단(41)은 블레이드 센서 수단이라고도 불리며, 측정 수단(42)은 로터 센서 수단이라고도 불리고, 측정 수단(43)은 공기 센서 수단이라고도 불린다.
추정 유닛(21)은 풍력장의 특성 변수에 대한 추정값, 및 로터 샤프트(18)를 통해 로터(5)에 의해 출력되는 기계적 로터 파워(T)에 대한 추정값(TE) 모두를 생성시키기 위해 블레이드 센서 신호(23), 로터 센서 신호(24) 및 공기 센서 신호(25)를 사용한다. 풍력장은 로터(5)에 의해 점유되는 면적(F)의 영역 내의 바람(7)을 나타낸다. 이러한 추정값은 추정 유닛(21)의 파워 추정기(26)로 출력된다.
추정 유닛(21)의 통지 유닛(notification unit; 27)은, 특히 제어 유닛(20)으로부터, 전력에 대한 요구값(PS)을 요청하여, 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE) 및 전력에 대한 요구값(PS)에 근거하여 전력에 대한 추정값(PE)을 생성시키고 데이터 획득 시스템(28)으로 이를 전송시키는 파워 추정기(26)로 상기 전력에 대한 요구값(PS)을 전송한다. 또한, 측정 수단(29)은 특히 전기 시스템(19)에서 전력(P)의 현재 값을 측정하여, 이러한 현재 값을 데이터 획득 시스템(28)에 전송한다. 바람직하게, 측정 수단(29)은 또한 특히 드라이브 트레인 내의 기계적 로터 파워(T)의 현재 값을 측정하여, 이를 데이터 획득 시스템(28)으로 전송한다. 데이터 획득 시스템(28)은 전력에 대한 추정값(PE)과 전력(P)의 현재 값을 수집 및/또는 저장하고, 이들 값 사이의 차를 계산한다. 결국, 측정 수단(29)은 전력에 대한 측정 수단과 기계적 파워에 대한 측정 수단을 구비하며, 이러한 전력에 대한 측정 수단에 의해 전력(P)의 현재 값이 측정될 수 있으며, 기계적 파워에 대한 측정 수단에 의해 기계적 로터 파워(T)의 현재 값이 측정될 수 있다. 추정 유닛(21)은 바람직하게 측정 수단(29)을 포함한다. 추정 유닛(21)은 데이터 획득 시스템(28)을 또한 더 포함할 수 있다.
풍력장의 특성 변수는 특히 풍속 및/또는 풍향 및/또는 윈드 시어(wind shear)를 포함한다. 풍향은 바람직하게 수평면 풍향 및/또는 수직면 풍향을 포함한다. 윈드 시어는 바람직하게 수평 윈드 시어 및/또는 수직 윈드 시어를 포함한다. 결국, 풍력장의 특성 변수는 로터(5)에 의해 점유되는 면적(F)에 또는 그 영역에서 바람(7)의 물성치를 나타낸다.
풍력장 추정기(32)는 바람직하게 다음의 데이타를 수신 및/또는 수집한다:
- 하나 이상의 또는 각각의 로터 블레이드의 블레이드 센서 신호(23)의 데이터 (로터 블레이드 데이터),
- 로터 각(θ) 및/또는 로터(5)의 회전 속도(Ω) 및/또는 하나 이상의 또는 각각의 로터 블레이드의 블레이드 각(βi) 및/또는 바람직하게 또한 로터 가속도(dΩ/dt)를 포함하는 로터 센서 신호(24)의 데이터(로터 데이터),
- 공기 밀도(ρ) 및/또는 풍력 터빈(1)의 위치 특히 로터(5)의 영역에서의 공기 온도(Θa)를 포함하는 공기 센서 신호(25)의 데이터(공기 데이터).
측정 수단(42)은 바람직하게 로터 센서 시스템(45)을 포함하며, 이 로터 센서 시스템(45)에 의해 로터 각(θ) 및/또는 회전 속도(Ω) 및/또는 하나 또는 적어도 하나의 블레이드 각(βi) 및/또는 바람직하게 또한 로터 가속도(dΩ/dt)가 검출될 수 있다. 측정 수단(43)은 바람직하게 공기 밀도 센서(46) 및 공기 온도 센서(47)를 더 포함하며, 이 공기 밀도 센서(46)에 의해 공기 밀도(ρ)가 검출될 수 있고 공기 온도 센서(47)에 의해 공기 온도(Θa)가 검출될 수 있다.
풍력장의 특성 변수에 대한 추정값들은 블레이드 센서 신호(23), 로터 센서 신호(24) 및 공기 센서 신호(25) 또는 이들의 데이터로부터 생성된다. 이들 추정값들은 풍속 및/또는 풍향 및/또는 수평 윈드 시어 및/또는 수직 윈드 시어에 대한 추정값들을 포함한다. 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)은 로터(5)가 풍력 터빈(1)의 드라이브 트레인으로 출력하는 기계적 로터 파워에 대해 추가로 생성된다. 이들 추정값들은 바람직하게 정보 라인(30)을 통해 풍력 터빈(1)의 제어 유닛(20)으로 전송되며 제어 목적으로 사용될 수 있다. 이들 추정값들은 또한 바람직하게 데이터 획득 시스템(28)으로 전송되어 거기서 사용될 수 있다.
기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)은 이러한 정보를 전력에 대한 추정값(PE)을 계산하는데 사용하는 파워 추정기(26)로 전송된다. 이러한 추정값(PE)은 만약 기계적 로터 파워가 추정값(TE)에 상응한다면 전기 시스템(19)에 의해 발생되어야 하는 전력을 특정한다.
일 구성에 의하면, 파워 추정기(26)는 적어도 하나의 시스템 확인 방법에 의해 얻어지는 정보를 이용한 (적어도) 기계적 로터 파워에 대한 주어진 추정값(TE)에 근거하여 전력에 대한 추정값(PE)을 계산한다. 다른 구성에 의하면, 파워 추정기(26)는 전력에 대한 추정값(PE)에 도달하기 위해 전기 시스템(19)의 모델을 사용한다.
바람직한 구성에 의하면, 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE), 로터(5)의 회전 속도(Ω) 및 대기 온도(공기 온도)(Θa)가 (예컨대 연속적인 평균 시간값의 형태로) 미리선택된 시간 주기에 걸쳐 시간 평균화된 후 파워 추정기(26)로 전송된다. 그에 의해 전력에 대한 요구값(PS)이 요청되는 통지 유닛(27)은 전력에 대한 요구값(PS)에 관한 한 조각의 정보를 추가로 전송하며, 이 정보는 현재 제어 유닛(20)에 의해 전력에 대해 파워 추정기(26)에 배정되고, 이 요구값은 바람직하게 유효 전력 및 무효 전력을 포함한다. 이러한 정보는 또한 미리선택된 시간 주기에 상응하거나 또는 실질적으로 상응하는 시간 주기에 걸쳐 시간 평균화되며, 이 미리선택된 시간 주기에 걸쳐 기계적 데이터가 평균화되거나 평균화되었다. 파워 추정기(26)는 전력에 대한 추정값(PE)을 계산하기 위해 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE) 및 전력에 대한 요구값(PS) 모두를 사용한다.
일 구성에 의하면, 파워 추정기(26)는 풍력 터빈(1)이 여러 상태 하에서 작동하는 경우 전력에 대한 추정값을 저정하기 위해 관계들을 생생하도록 테이블(53) (전력 테이블) 또는 균등한 기능 툴(tool)을 사용한다. 단순화를 위해, 저장된 관계들은 고정 상태에서 풍력 터빈(1)의 작동 동안 각각 성립된다. 그러나, 저장된 관계들 또는 저장된 관계들의 일부는 또한 이로써 야기된 추가의 비용이 수용가능하다면 감속 상태에서 및/또는 가속 상태에서 풍력 터빈(1)의 작동 동안 형성될 수도 있다. 전력에 대해 전력 테이블(53) 내에 저장된 추정값들(즉, 전력에 대한 예측값들)은 고정식 기계적 로터 파워, 로터 속도, 대기 온도(바람직하게 공기 온도) 및 유효 전력 및 무효 전력에 대한 조절(바람직하게 요구값)에 따라 함수적으로 좌우된다. 다른 구성에 의하면, 테이블(53)은 다음의 변수들: 고정의 기계적 로터 파워, 로터 속도, 대기 온도, 유효 전력 및 무효 전력에 대한 조절, 및 상기한 변수들의 변화율에 따라 함수적으로 좌우된다.
다른 구성에 의하면, 파워 추정기(26)는 전기 시스템(19)의 하나 이상의 부성분에 대한 모델에 근거하여 또는 정확한 또는 적절한 제어 방정식에 근거하여 전력에 대한 추정값(PE)을 계산하기 위해 전기 시스템(19)의 모델을 사용한다. 테이블과 모델들에 근거한 혼합 계산을 갖도록 하는 것도 또한 가능하다.
전기 시스템(19)이 예컨대 제너레이터 권선(generator windings)의 온도 및/또는 전자 파워 시스템의 온도와 같은 추가의 측정가능한 매개변수에 민감하다면, 파워 추정기(26)는 바람직하게 이들 추가의 측정가능한 매개변수에 따라 추가로 함수적으로 좌우되는 방식으로 구성된다. 풍력 터빈(1)의 작동 동안, 이들 추가의 측정가능한 매개변수들이 측정되고 파워 추정기(26)에 의해 사용되어 전력에 대한 추정값(PE)을 계산한다.
전력에 대한 추정값(PE)이 파워 추정기(26)에 의해 생성된다면, 파워 추정기(26)는 정보를 저장하고 처리하는 데이터 획득 시스템(28)으로 추정값에 관한 하나의 정보를 전송하고, 풍력 터빈 운전자와 같은 엔드 유저에게 선택적으로 이 정보를 전송한다. 이 하나의 정보는 다른 데이터 처리 시스템(52)에 추가로 전송될 수 있다. 이를 위해, 데이터 획득 시스템(28)이 스카다 시스템(51)에 연결되어 결국 스카다 유닛으로도 불릴 수도 있다. 데이터 획득 시스템(28)은 풍력장 추정기(32)로부터 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)을 추가로 수신한다. 바람직한 구성에 의하면, 기계적 로터 파워의 현재 값과 전력의 현재 값이 측정 수단(29)에 의해 측정되며, 이들 값에 관한 정보가 데이터 획득 시스템(28)에 전송된다. 이 정보는 스카다 정보라고도 불린다. 예컨대, 기어(35)와 발전기(17) 사이로 전송되는 토크가 측정된다는 점에서 현재 기계적 로터 파워가 측정될 수 있다. 그러나, 대안으로, 현재의 기계적 로터 파워는 드라이브 트레인의 로터 샤프트에서 또는 다른 위치에서 측정될 수도 있다. 특히, 예컨대 로터 샤프트 또는 제너레이터 샤프트와 같은 드라이브 트레인 내의 샤프트 상에 바람직하게 배치되는 토크 센서는 토크를 측정하는데 사용된다. 예컨대, 토크 센서는 팽창 측정 스트립을 포함하며, 이러한 팽창 측정 스트립에 의해 샤프트와 그 위에 배치된 측정 바디의 변형이 검출될 수 있다.
전력에 대한 추정값과 전력에 대한 현재 값 사이의 비교와 기계적 로터 파워에 대한 추정값과 기계적 로터 파워에 대한 현재 값 사이의 비교는 데이터 획득 시스템(28)에 의해 실행된다. 이들 비교는 바람직하게 풍력 터빈에 대해 외부에 제공되며 스카다 정보를 수신할 수 있는 유닛들에 의해 또한 실행될 수 있다.
전력에 대한 추정값과 전력의 현재 값 사이의 차가 시간 평균으로 미리정해진 제1 임계값을 초과한다면, 바람직하게 엔드 유저에게 제1 신호가 전송되고 풍력 터빈의 전기적 부품 및/또는 드라이브 트레인의 상태가 손상되었음을 나타낸다. 전력에 대한 추정값과 전력에 대한 현재 값 사이의 차가 시간 평균으로 미리정해진 제2 임계값을 초과한다면, 바람직하게 엔드 유저에게 제2 신호가 전송되고 풍력 터빈의 전기적 부품 및/또는 드라이브 트레인의 상태 또는 시스템의 오류가 상당히 손상되었음을 나타낸다. 특히, 제2 신호는 풍력 터빈(1)의 제어 유닛(20)에도 전송된다.
풍력장의 특성 변수들은 바람직하게 로터에 의해 점유되는 면적에 걸쳐 공간적으로 평균적인 바람의 풍속값을 포함한다. 평균값이 공간적으로 형성되므로, 데이터의 시간 변화들은 바람직하게 그 평균화에 의해 영향을 받지 않는다.
도 2를 참조하면, 로터와 함께 회전하지 않으며 곤돌라에 고정되는 직교 좌표계가 좌표 ξ, η, ζ를 갖는 것으로 도입되었다. ζ 좌표는 로터축(6)을 따라 지향되며 단위 벡터(e)(굵은 표시 벡터의 문자)로 지시된다. η 좌표는 수직 상방을 지향하며, ξ 좌표는 수평 방향으로 지향된다. 풍력장의 제1 특성 변수는 평균 풍속 Vm 이다:
F는 로터에 의해 점유되는 면적을 지시하고, t는 시간을 지시하며, V(t)는 시간 t에서 로터에 의해 점유되는 면적(F)에서의 풍속을 지시한다. 도해를 단순화하기 위해, 변수들의 시간 종속성을 나타내는 명확한 표기 "(t)"가 누락된다.
평균 속도(Vm)는 성분 V1, V2 및 V3를 포함하며, V1은 ξ 방향으로 지향되며, V2는 η 방향으로 지향되고, V3는 ζ 방향으로 지향된다. 수평면과 수직면으로의 풍향은 다음 성분들로부터 직접 계산될 수 있다.
각도(XH 및 XV)는 로터축(6)으로부터 풍향의 편차를 가리킨다. 수평 각((XH)은 "요 에러(yaw error)"라는 문자로도 부를 수 있으며 그 값을 최소화시키기 위해 제어 목적으로 대체로 사용된다. 수직 각((XV)은 특히 기하학적으로 고정된 값을 형성하는 곤돌라(3)의 경사각을 또한 포함한다. 예컨대, 풍력 터빈의 위치에서의 지형의 지역적 형상은 경사각에 의해 고려될 수도 있다. 일반적으로, 경사각은 풍력 터빈의 작동 동안 조절될 수 있다. 이 경사각은 요 각(Γ)에 대응하여 적용될 수 있다.
풍력장의 제2 특성 변수는 풍력장의 제1 수평 모멘트(ψ1)이다:
여기서, D는 로터 직경을 가리키며, ξ는 로터축(6)으로부터 측정된다. 변수 ψ1는 수평면으로 선형 윈드 시어에 비례하며 결국 수평 윈드 시어라고도 지칭될 수 있다.
풍력장의 제3 특성 변수는 풍력장의 제1 수직 모멘트(φ1)이다:
여기서 η는 로터축(6)으로부터 측정된다. 변수 φ1는 수직면으로 선형 윈드 시어에 비례하며 결국 수직 윈드 시어라고도 지칭될 수 있다.
보다 높은 정도의 풍력장의 모멘트는 풍력장의 추가의 특성 변수를 구성한다. 제2 수평 모멘트(ψ2)는
이고, 제2 수직 모멘트(φ2)는
이다. 풍력장 추정 배열체(22)의 블레이드 센서 수단(41)은 바람직하게 로터 허브의 로터 블레이드에, 로터 블레이드 내부에, 로터 블레이드 상에 또는 다른 방식으로 로터 블레이드에 고정되는 센서들을 포함한다. 이들 센서는 풍력장의 특성 변수에 종속하는 블레이드 센서 신호(23)를 발생시킨다.
풍력장 추정 배열체(22)는 특히 시스템 확인 방법을 사용하여 풍력장의 특성 변수들 중 적어도 하나에 종속하는 블레이드 센서 신호(23) 중 적어도 하나를 이용한다.
바람직한 구성에 의하면, 블레이드 센서 신호는 미리정해진 위치에서 로터 블레이드를 따라 측정하는 경우 로터 블레이드 중 적어도 하나의 블레이드 팽창 또는 블레이드 구부림(flexion)에 비례한다. 블레이드 표면의 미리정해진 위치에서의 공기 속도 또는 공기 압력의 측정이 또한 사용될 수 있지만, 오염과 고장에 대한 이들의 민감도로 인해 바람직하지는 않다. 결과적으로, 센서 수단(41)은 바람직하게 적어도 하나의 팽창 센서(48) 및/또는 적어도 하나의 구부러짐 센서(flexion sensor; 49)를 포함한다. 블레이드 팽창은 예컨대 블레이드 면 상에 장착되거나 블레이드 내부에 매립된 광섬유에 의해, 블레이드에 고정된 팽창 측정 스트립에 의해, 또는 블레이드 베어링에 블레이드를 고정시키는 볼트에서의 팽창 측정에 의해 측정될 수 있다. 블레이드의 비틀림 모멘트가 생성될 수 있는데, 예컨대 측정되는 일정한 블레이드 각 위치에 블레이드를 유지시키기 위해 연관된 블레이드 각 조절 장치(16)에 의해 인가되는 토크에 의해 측정된다.
예컨대 블레이드 내부에 제공되는 광학 시스템에 의해 블레이드 변형 측정이 실행될 수 있다. 이러한 광학 시스템은 예컨대, 블레이드 변형에 의해 발생되는 로터 블레이드 내에 배치되는 마킹 필드(marking field)의 위치 편차를 검출하고 평가할 수 있는 로터 내에 설치된 카메라를 포함할 수도 있다. 블레이드 구부러짐 모멘트는 예컨대 블레이드 팽창 측장에 의해 획득되는 값들로부터 그리고 블레이드의 공지된 형상으로부터 도출될 수 있다. 하나의 로터 블레이드에 대한 측정들을 단순히 설명하였지만, 여기서 설명한 측정들은 복수의 로터 블레이드 상에서 또는 로터 블레이드 각각에서 실행될 수도 있다.
도 3과 관련하여, 로터와 함께 회전하며 블레이드에 고정되는 직교 좌표계가 블레이드 센서 신호(23)를 설명하기 위해 좌표 x, y 및 z로서 도입된다. 도 3에 의하면, x 방향은 로터축(6)을 따라 연장되고, z축은 연관된 블레이드 축(14)과 일치하는 블레이드 베어링(15)의 회전 축선과 평행하며, y 방향은 우측 시스템을 형성하는 좌표계를 완성한다. 이 경우 이것은 블레이드에 고정된 좌표계이므로, ㅂ블레이드 축(14)에 대해 블레이드와 함께 회전될 수 있어서 도 3에서 볼 수 있는 좌표축 x 및 y의 위치가 변경될 수 있다.
도 4와 관련하여, 풍력장 추정 배열체(22)의 단순한 구성을 설명하며, S는 센서 수단(41)의 센서로부터 블레이드 센서 신호를 가리키며, 이 센서는 로터 허브 상에 또는 로터 블레이드 중 하나의 위에 배치되며 로터 블레이드의 물성치를 측정하며, 블레이드 센서 신호(S)는 C로 표시된 풍력장의 적어도 하나의 특성 변수에 좌우된다. 로터축(6)과 풍향 사이에 배향이 잘 못되는 경우, 또는 윈드 시어가 발생하는 경우, 각도(θ)로 표시된 로터의 회전이 일정한 값으로 중첩되는 블레이드 센서 신호(S)에서 원통형 변화를 발생시킨다. 이러한 상황에서, A는 원통형 변화의 크기를 나타내며, 
는 최대 또는 진폭이 발생하는 각도(θ)를 나타내고, Κ는 신호의 일정한 값을 가리킨다. A, Κ 및 
의 값이 결합되어 결과적으로 완전하게 블레이드 센서 신호(S)를 특성화한다. 도 4는 진폭(Υ)(및 선택적으로 오프셋), 피크값 및 평균값용 검출 장치(50) 및 필터(39)를 갖춘 진폭 적응 장치(amplification adaption device; 37)를 추가로 도시한다. 결과적인 신호(A, Κ 및 
)의 값은 바람직하게 풍력장의 적어도 하나의 특성 변수(C)를 특정하는 값들을 구성한다.
풍력 터빈(1)이 여러 바람 상태에서 작동하는 경우 삼중항의 값(A, Κ 및 
)을 통해 C의 값이 기록된다는 점에서, 풍력장의 특성 변수에 대한 값(C)과 관련한 블레이드 센서 신호를 특정하는 값(A, Κ 및 
)을 배치시킨 테이블이 생성된다. 이러한 작동은 풍력 터빈에 대한 정밀한 공력탄성 시뮬레이션 프로그램에 의해, 또는 대안으로 풍력장의 특성 변수(C)를 생성시키기 위해 독립적인 측정 장치와 결합하여 풍력장 내에서 풍력 터빈을 작동시킴으로써 실행될 수 있다.
바람직한 구성에 의하면,복수의 블레이드 센서 신호가 사용된다. 대안으로 문자로 콜맨 변환(Coleman Transformation)이라고도 하는 소위 멀티-블레이드 좌표 변환(MBC 변환)에 의해 신호들의 원통형이며 일정한 성분의 확인이 실행된다. 이러한 변환은 종래에 공지되어 있으며, 3 개 또는 그 이상의 로터 블레이드를 로터가 구비한다면 사용될 수도 있다. 본 구성의 설명을 3개의 로터 블레이드에 대해 설명하였지만, 4개 또는 그 이상의 로터 블레이드로의 확장이 당업자에게는 용이할 것이다.
3개 유형의 MBC 변환 사이의 특징은 다음과 같다:
1) 신호와 관련한 다음의 정보를 제공하는 표준 1p-MBC 변환: 일정한 성분 및 cos(θ) 및 sin(θ) 성분의 크기; 2) 신호에 관한 다음의 정보를 제공하는 보다 높은 급의 2p-MBC 변환: cos(2θ) 및 sin(2θ) 성분의 크기. 이 경우, θ는 로터축(6)을 중심으로 한 로터(5)의 각도(상술한 바와 같음)를 나타내며, 이 각도는 특정 또는 표시된 로터 블레이드의 각도 위치로 대체로 얻어진다.
도 5와 관련하여, 1p-MBC 변환 및 2p-MBC 변환에 대한 기본은 3개의 블레이드 센서 신호{
}를 포함하며 각 블레이드에서 동일한 유형의 물성치가 측정되면서 획득되는 한 세트의 신호이다. S의 윗첨자 1, 2 및 3은 블레이드 넘버를 가리킨다. S의 지수 n 은 로터 블레이드의 센서 데이터의 유형 또는 물성의 유형(예컨대, 구부러짐, 팽창, 비틀림 등)을 나타내며, 이에 기초하여 센서 데이터가 생성되거나 생성되었다. 일련의 신호들은 아래와 같이 처리된다:
1. 각각의 블레이드 센서 신호(
)는 진폭
및 오프셋을 갖는 진폭 적응 장치(37)를 통과한다(하나의 진폭 및/또는 제로의 오프셋은 배제된다). 블레이드 센서 신호는 이로써 적응된 블레이드 센서 신호가 생성되도록 임의의 시간에 실질적으로 교정된다.
2. 적응된 블레이드 센서 신호를 포함하는 신호 세트는 일정한 신호, 사인 진폭에 대한 신호 및 코사인 진폭에 대한 신호를 포함하는 고정 신호 세트가 획득되도록 1p-MBC 변환(38)을 통과한다(고정 신호 세트는 바람직하게 단순한 상술한 구성에 따른 일정한 원통형 진폭 및 각도(A, Κ 및 
)를 갖는 신호들과 비교되도록 구성된다).
3. 에일리어싱 오류(aliasing errors)는 고정 신호 세트가 저주파 통과 필터(39)를 통과하여 에일리어싱 오류없는 고정 신호 세트가 획득됨으로써 극복된다. 저주파 통과 필터(39)는 바람직하게 로터의 회전 주파수의 3배 미만인 전이 주파수(transition frequency)를 갖는다.
생성된 신호들은 일정 성분(윗첨자 "O")에 대해, 사인 성분(윗첨자 "S")에 대해, 그리고 코사인 성분(윗첨자 "C")에 대해 
, 
및 
로 지시된다. 생성된 신호의 값(
, 
및 
)은 바람직하게 적어도 하나 또는 그 이상의 풍력장의 특성 변수를 특성화하는 값을 구성한다.
대체로, 각각의 신호 세트가 수학적 의미에서 다른 신호 세트와 "선형으로 독립적"이라고 한다면, 임의의 수의 신호 세트들이 풍력장 추정 배열체(22) 내에 사용될 수 있다. 즉, 각각의 신호 세트는 다른 신호 세트의 선형 조합에 비례하지 않는다.
일 구성에 의하면, 블레이드에 고정되는 x 및 y 방향으로 블레이드 루트 구부러짐 모멘트로부터, 그리고 블레이드에 고정되는 z 좌표로 블레이드 토크로부터 형성되는 3개의 신호 세트가 사용된다. 표준 1p-MBC 변환이 사용되고, 검출 또는 형성을 위해 선택되는 풍력장의 특성 변수는 평균 풍속(Vm), 수평면으로의 풍향(XH) 및 수직면으로의 풍향(XV) 및 ξ 및 η로의 제1 모멘트, 즉 ψ1(수평 윈드 시어) 및 φ1(수직 윈드 시어)를 포함한다. 이 변환에 의해 얻어지는 값들은 바람직하게 풍력장의 특성 변수들(Vm, XH, XV, ψ1 및 φ1)을 특정하는 값들을 구성한다.
다른 구성에 의하면, 블레이드에 고정되는 x 및 y 방향으로 블레이드 루트 구부러짐으로부터, 그리고 블레이드에 고정되는 z 좌표로 블레이드의 비틀림(twist)(예컨대, 디스토션(distortion) 또는 토션(torsion))으로부터 형성되는 3개의 신호 세트가 사용되며, 각각의 로터 블레이드를 따라 미리정해진 위치에서 측정된다. 표준 1p-MBC 변환이 사용되고, 검출 또는 형성을 위해 선택되는 풍력장의 특성 변수는 평균 풍속(Vm), 수평면으로의 풍향(XH) 및 수직면으로의 풍향(XV) 및 ξ 및 η로의 제1 모멘트, 즉 ψ1(수평 윈드 시어) 및 φ1(수직 윈드 시어)를 포함한다. 이 변환에 의해 얻어지는 값들은 바람직하게 풍력장의 특성 변수들(Vm, XH, XV, ψ1 및 φ1)을 특정하는 값들을 구성한다.
본 발명의 다른 구성에 의하면, 블레이드에 고정되는 x, y 및 z 방향으로 블레이드 구부러짐으로부터 형성되는 3개의 신호 세트가 사용되는데, 상기 블레이드 구부러짐은 각각의 블레이드를 따라 미리정해진 위치에서 측정된다. 도 6에 의하면, 표준 1p-MBC 변환(38) 및 보다 높은 급의 2p-MBC 변환(40) 모두가 사용되어, 스칼라 값을 갖는 에일리어싱 오류없이 고정 신호 세트가 획득된다. 1p-MBC 변환은 값(
, 
및 
)을 제공하며, 2p-MBC 변환은 값(
및 
)을 제공한다. 결과적으로, 이러한 접근은 각각의 바람 조건 하에서 총 15개 스칼라 값(블레이드 당 5개)을 제공한다. 검출 또는 형성을 위해 선택되는 풍력장의 특성 변수는 평균 풍속(Vm), 수평면으로의 풍향(XH) 및 수직면으로의 풍향(XV) 및 ξ 및 η로의 제1 및 제2 모멘트, 즉 ψ1, φ1, ψ2, φ2를 포함한다. 이들 변환에 의해 획득되는 값들(
, 
, 
, 
및 
)은 바람직하게 풍력장의 특성 변수(Vm, XH, XV, ψ1, φ1, ψ2, 및 φ2)를 특정하는 값들을 구성한다.
풍력장 추정 배열체(22)는 테이블31(풍력장 테이블)의 기계적 로터 파워 및 풍력장의 특성 변수를 추정하는데 필요한 데이터 또는 상기 값들의 대부분을 저장한다. 교정을 포함한 추가의 시스템 정보는 예컨대 제어 방정식을 풀어서 얻을 수 있다.
∫ 는 풍력장을 확인하기 위해 선택되며, 바람직하게 풍력장의 특성 변수를 특정하는 값들을 포함하거나 또는 구성하는 일련의 변수들을 나타낸다. 예컨대, ∫ 는 풍력장 추정 배열체의 단순 구성에 따른 값들, 또는 바람직한 구성에 따른 값들(
, 
및 
), 또는 추가의 구성에 따른 값들(
, 
, 
, 
및 
)을 포함할 수 있다.
검출 또는 생성을 위해 선택된 풍력장의 상태(특성값) 및 로터 속도(Ω), 블레이드 각(βi), 공기 밀도(ρ) 및 온도(Θa)에 의해 특정되는 풍력 터빈의 작동 상태에 의해 특정되는 각각의 풍력장 상태에 대해, 풍력장 테이블(31)은 기계적 로터 파워(T)에 대한 적어도 하나의 값과 값( ∫ ) 사이의 관계를 만든다. 함수 항목에서, 풍력장 테이블(31)은 함수들을 나타낸다.
함수 종속(functional dependence)은 도 7 및 도 8에 그림으로 도시된다. 선택된 세트의 풍력장 상태 및 풍력 터빈의 작동 상태는 다음의 2가지 요인에 의해 결정된다: 제1 요인은 풍력 터빈의 작동 동안 예측되는 값들의 범위를 포함한다. 제2 요인은 값 범위를 한정하도록 선택되거나 또는 선택되었던 이산 단계(discretization step)를 포함한다. 결과적인 세트의 상태는 풍력장 추정기(26)에 의해 해결될 수 있는 가능한 풍력 상태 및 풍력 터빈을 간단하게 보여준다. 도 8에 의하면, 공기 밀도(ρ) 및 로터 가속도(dΩ/dt)에 기초하여 테이블로부터 생성된 값의 교정을 추가로 실행한다.
기계적 로터 파워의 생성이 예컨대 대기 강수(atmospheric precipitation)와 같은 추가의 측정가능한 변수에 따라 좌우된다면, 이러한 정보는 풍력 터빈의 작동 상태의 세트에 추가된다.
풍력장 테이블(31)은 풍력장 내의 측정에 의해 또는 수치적으로 생성된다. 수치적 접근에서, 완전한 풍력 터빈 모델은 풍력 터빈의 작동 상태 및 선택된 세트의 풍력장 하에서의 풍력 터빈의 거동을 시뮬레이팅(simulating)하는데 사용된다. ∫ 및 기계적 로터 파워 또는 로터 토크(T)의 값들이 계산되어 테이블(31)에 저장된다.
풍력장 내에서 실행되는 측정들에 따른 접근법에 의하면, 풍력 터빈은 풍력 터빈의 작동 상태 및 선택된 세트의 풍력장 상태를 통과하는데 충분히 긴 시간 동안 작동된다. 풍력장에서 풍력 터빈의 작동은 풍력장의 특성 변수들을 생성시키기 위해 독립적인 측정 수단과 결합하여 실시된다. ∫ 및 기계적 로터 파워 또는 로터 토크(T)의 값들이 측정되어 테이블(31)에 저장된다. 선택된 세트의 풍력장 상태에서의 상태들의 일부분에 대한 수치적 시뮬레이션과 다른 부분에 대한 풍력장 내에서의 측정을 실행하는 것도 선택적으로 가능하다. 다른 바람직한 접근법은 테이블 값을 확인하거나 교정하기 위해 풍력장에서의 측정을 사용하는 것을 수반한다.
풍력 터빈의 정상 작동 동안, 에일리어싱 오류 없는 측정된 고정식 블레이드 센서 신호 세트, 측정된 로터 데이터 및 대기 데이터를 포함하는 측정된 값(33)은, 도 9에서 볼 수 있듯이, 테이블(31)로 추가의 접근하는 조사 유닛(34)에 접근가능하다. 조사 유닛(34)의 기능은 테이블(31) 내의 대응하는 엔트리와 관련하여 측정값(33)을 위치시키는 것이다. 일 구조에 의하면, 조사 유닛(34)은 테이블 값들과 측정된 값들 사이의 차이의 제곱으로 정의되는 포지티브 반-한정 오류(positive semi-definite error)를 사용하는 가장 작은 스퀘어(square) 방법을 이용한다. 구배-기반 조사 방법에 의해 최소가 발견된다. 이러한 수학적 방법이 종래 기술로 공지되어 있다. 다른 구성에 의하면, 조사 유닛은 최소 오류를 알아내기 위해 테이블 엔트리의 바이너리 분할(binary division)에 근거한 조사를 이용한다. 함수의 최소값을 알아내기 위해 종래 기술로 공지된 다른 알고리즘을 사용하는 것도 또한 가능하다.
풍력장의 특성 변수에 대해 조사 유닛(33)에 의해 알려지는 최소 오류에 대응하는 값들은 풍력장 추정 배열체(22)에 의해 보고되는 값들을 포함하며, 로터(5)에 의해 제공되는 기계적 로터 파워에 대한 그리고 로터에 의해 점유되는 면적에서 발생하는 풍력장의 특성 변수에 대한 추정된 값들을 나타내며, 테이블(31) 내의 대응하는 엔트리와 관련하여 조사 유닛(34)이 측정값(33)을 위치시켰던 시간에 사용될 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 순간적으로 예측될 수 있는 전력에 대해 상대적으로 정밀한 추정된 값이 생성될 수 있게 한다.
1: 풍력 터빈
2: 타워
3: 곤돌라
4: 요잉 축
5: 로터
6: 로터축
7: 바람
8: 로터 허브
9: 로터 블레이드
10: 로터 블레이드
11: 로터 블레이드
12: 블레이드 축
13: 블레이드 축
14: 블레이드 축
15: 블레이드 베어링
16: 블레이드 각 조절 장치
17: 발전기
18: 로터 샤프트
19: 전기 시스템
20: 제어 유닛
21: 추정 유닛
22: 풍력장 추정 배열체
23: 블레이드 센서 신호
24: 로터 센서 신호
25: 대기 신호/공기 센서 신호
26: 파워 추정기
27: 통지 유닛
28: 데이터 획득 시스템
29: 측정 수단
30: 정보 라인
31: 풍력장 테이블
32: 풍력장 추정기
33: 측정값/측정값 세트
34: 조사 유닛
35: 기어
36: 제너레이터 샤프트
37: 진폭 적응 장치
38: 1p 변환
38: 필터
40: 2p 변환
41: 측정 수단
42: 측정 수단
43: 측정 수단
44: 기준 위치
45: 로터 센서 시스템
46: 공기 밀도 센서
47: 공기 온도 센서
48: 블레이드 센서
48: 블레이드 센서
50: 피크값 및 평균값 검출 장치
51: 스카다 시스템
52: 데이터 처리 시스템
53: 파워 테이블
Γ: 요 각
θ: 로터 각
β: 블레이드 각
P: 전력
PE: 전력에 대한 추정값
PS: 전력에 대한 요구값
T: 기계적 로터 파워
TE: 기계적 로터 파워에 대한 추정값
F: 로터에 의해 점유되는 면적
Ω: 로터의 회전속도
dΩ/dt: 로터 가속도
ρ: 공기 밀도
Θa: 공기 온도
ξ: 비회전 좌표계의 좌표
η: 비회전 좌표계의 좌표
ζ: 비회전 좌표계의 좌표
e: ζ방향으로의 단위 벡터
Vm: 평균 풍속
t: 시간
V(t): 풍속
V1: 평균 풍속의 ξ성분
V2: 평균 풍속의 η성분
V3: 평균 풍속의 ζ성분
XH: 수평면으로의 바람 방향
XV: 수직면으로의 바람 방향
ψ1: 제1 수평 모멘트/수평 윈드 시어
φ1: 제1 수직 모멘트/수직 윈드 시어
ψ2: 제2 수평 모멘트
φ2: 제2 수직 모멘트
D: 로터의 직경
x: 회전 좌표계의 좌표
y: 회전 좌표계의 좌표
z: 회전 좌표계의 좌표
S: 블레이드 센서 신호
C: 풍력장의 특성 변수
A: 블레이드 센서 신호의 원통 성분의 크기
: 크기 A가 발생하는 로터 각
Κ: 블레이드 센서 신호의 일정한 성분
Υ: 증폭
n: 센서 데이터의 유형
: 1p 변환된 신호의 일정한 성분
: 1p 변환된 신호의 사인 성분
: 1p 변환된 신호의 코사인 성분
: 2p 변환된 신호의 사인 성분
: 2p 변환된 신호의 코사인 성분
∫ : 풍력장을 확인하도록 선택된 변수 세트
2: 타워
3: 곤돌라
4: 요잉 축
5: 로터
6: 로터축
7: 바람
8: 로터 허브
9: 로터 블레이드
10: 로터 블레이드
11: 로터 블레이드
12: 블레이드 축
13: 블레이드 축
14: 블레이드 축
15: 블레이드 베어링
16: 블레이드 각 조절 장치
17: 발전기
18: 로터 샤프트
19: 전기 시스템
20: 제어 유닛
21: 추정 유닛
22: 풍력장 추정 배열체
23: 블레이드 센서 신호
24: 로터 센서 신호
25: 대기 신호/공기 센서 신호
26: 파워 추정기
27: 통지 유닛
28: 데이터 획득 시스템
29: 측정 수단
30: 정보 라인
31: 풍력장 테이블
32: 풍력장 추정기
33: 측정값/측정값 세트
34: 조사 유닛
35: 기어
36: 제너레이터 샤프트
37: 진폭 적응 장치
38: 1p 변환
38: 필터
40: 2p 변환
41: 측정 수단
42: 측정 수단
43: 측정 수단
44: 기준 위치
45: 로터 센서 시스템
46: 공기 밀도 센서
47: 공기 온도 센서
48: 블레이드 센서
48: 블레이드 센서
50: 피크값 및 평균값 검출 장치
51: 스카다 시스템
52: 데이터 처리 시스템
53: 파워 테이블
Γ: 요 각
θ: 로터 각
β: 블레이드 각
P: 전력
PE: 전력에 대한 추정값
PS: 전력에 대한 요구값
T: 기계적 로터 파워
TE: 기계적 로터 파워에 대한 추정값
F: 로터에 의해 점유되는 면적
Ω: 로터의 회전속도
dΩ/dt: 로터 가속도
ρ: 공기 밀도
Θa: 공기 온도
ξ: 비회전 좌표계의 좌표
η: 비회전 좌표계의 좌표
ζ: 비회전 좌표계의 좌표
e: ζ방향으로의 단위 벡터
Vm: 평균 풍속
t: 시간
V(t): 풍속
V1: 평균 풍속의 ξ성분
V2: 평균 풍속의 η성분
V3: 평균 풍속의 ζ성분
XH: 수평면으로의 바람 방향
XV: 수직면으로의 바람 방향
ψ1: 제1 수평 모멘트/수평 윈드 시어
φ1: 제1 수직 모멘트/수직 윈드 시어
ψ2: 제2 수평 모멘트
φ2: 제2 수직 모멘트
D: 로터의 직경
x: 회전 좌표계의 좌표
y: 회전 좌표계의 좌표
z: 회전 좌표계의 좌표
S: 블레이드 센서 신호
C: 풍력장의 특성 변수
A: 블레이드 센서 신호의 원통 성분의 크기
Κ: 블레이드 센서 신호의 일정한 성분
Υ: 증폭
n: 센서 데이터의 유형
∫ : 풍력장을 확인하도록 선택된 변수 세트
Claims (34)
- 기계적 로터 파워(T)를 적어도 부분적으로 전력(P)으로 변환시키는 전기 시스템(19), 및 바람(7)에 의해 구동되는 복수의 로터 블레이드(9, 10, 11)를 포함하며 상기 전기 시스템(19)에 상기 기계적 로터 파워(T)를 전달하는 로터(5)를 구비하는 풍력 터빈용 제어 장치로서,
- 상기 로터 블레이드 중 하나 이상과 연결되며, 상기 로터(5)의 위치에서 상기 바람(7)을 나타내는 풍력장의 하나 이상의 특성 변수에 따라 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 하나 이상의 물성(physical property)을 측정하고, 상기 하나 이상의 물성을 특성화하는 하나 이상의 블레이드 센서 신호(23)를 제공하는 블레이드 센서 수단(41)을 구비하는 풍력 터빈용 제어 장치에 있어서,
상기 하나 이상의 블레이드 센서 신호(23)를 이용하여 전력에 대한 추정값(PE)을 생성시키는 추정 유닛(21)을 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 풍력장의 하나 이상의 특성 변수는 풍속(V3), 풍향(XH, XV), 수평 윈드 시어(ψ1) 및/또는 수직 윈드 시어(φ1)를 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 추정 유닛(21)은,
- 상기 하나 이상의 블레이드 센서 신호(23)를 이용하여 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)을 생성시키는 풍력장 추정기(32), 및
- 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)에 근거하여 상기 전력에 대한 추정값(PE)을 생성시키는 파워 추정기(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 풍력장 추정기(32)는 상기 하나 이상의 블레이드 센서 신호(23)를 이용하여 상기 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값을 생성시키고 상기 하나 이상의 값에 근거하여 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)을 형성시키는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 풍력장 추정기(32)는 시스템 확인 방법을 이용하여 상기 풍력장의 특성 변수를 특성화하는 상기 하나 이상의 값을 계산하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 값들( ∫ ) 및 상기 기계적 로터 파워를 추정하는 값들이 여러 바람 상태에 대해 저장되는 하나 이상의 풍력장 테이블(31)을 포함하며, 상기 풍력장 추정기(32)는 상기 풍력장 테이블(31)을 이용하여 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)을 형성하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풍력장 추정기(32)는 상기 기계적 로터 파워를 추정하는 복수의 값들을 연속해서 생성시키고, 상기 값들의 시간 평균에 의해 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)을 형성하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력을 추정하기 위해 상기 풍력 터빈의 여러 작동 상태에 대해 상기 기계적 로터 파워에 따른 작동 값 및 파워 값들이 저장되는 파워 테이블(53)을 포함하며, 상기 파워 추정기(26)는 상기 파워 테이블을 이용하여 상기 전력에 대한 추정값을 생성시키는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 파워 테이블 내에 저장된 값들은 상기 풍력 터빈(1)의 고정적 작동 상태를 특성화하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풍력 터빈(1)의 위치에서 공기의 하나 이상의 물성을 측정하고 상기 공기의 하나 이상의 물성을 특성화하는 하나 이상의 공기 센서 신호(25)를 제공하는 공기 센서 수단(43)을 포함하며, 상기 풍력장 추정기(32)는 추가로 상기 하나 이상의 공기 센서 신호를 이용하여 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)을 생성시키는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 10 항에 있어서,
상기 공기 센서 수단은 공기 밀도를 측정하는 공기 밀도 센서(46) 및/또는 공기 온도를 측정하는 온도 센서(47)를 구비하여, 상기 공기의 하나 이상의 물성이 상기 공기 밀도(ρ) 및/또는 상기 공기 온도(Θa)를 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 1 항 및 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블레이드 센서 수단(41)은 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 팽창을 측정하는 하나 이상의 팽창 센서(48) 및/또는 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 구부러짐을 측정하는 하나 이상의 구부러짐 센서(49)를 포함하며, 상기 팽창 센서(48) 및/또는 상기 구부러짐 센서(49) 각각은 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 적어도 하나의 미리정해진 위치에 배치되어 상기 로터 블레이드의 하나 이상의 물성은 상기 하나 이상의 미리정해진 위치(들) 또는 미리정해진 위치에서의 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 팽창 및/또는 구부러짐을 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 1 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전력(P)은 상기 전력에 대한 하나 이상의 요구값(PS)에 따라 제어 유닛(20)에 의해 조절되며,
상기 전력에 대한 하나 이상의 요구값(PS)은 통지 유닛(27)에 의해 요청되며, 상기 전력에 대한 상기 하나 이상의 요구값(PS)에 근거하여 추가로 상기 전력에 대한 추정값(PE)을 생성시키는 추정 유닛(21)에 공급되는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 전력(P)의 현재 값을 측정하는 측정 수단(29),
- 상기 전력에 대한 추정값(PE) 및 상기 전력(P)의 현재 값을 수신하는 데이터 획득 시스템(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 3 항 및 제 14 항에 있어서,
상기 기계적 로터 파워(T)에 대한 현재 값은 상기 측정 수단(29)에 의해 측정되며, 상기 데이터 획득 시스템(28)은 상기 기계적 로터 파워(T)의 현재 값 및 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)을 더 수신하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 데이터 획득 시스템(28)은 스카다 시스템(51)에 연결되며, 상기 스카다 시스템(51)에 의해 풍력 터빈(1)의 작동 상태를 특성화하는 정보가 하나 또는 그 이상의 외부 데이터 처리 시스템(52)으로 전송될 수 있는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈용 제어 장치.
- 풍력 터빈으로서,
- 전기 시스템(19), 복수의 로터 블레이드(9, 10, 11)를 포함하며 바람(7)에 의해 구동되고 적어도 부분적으로 전력(P)으로 변환시키는 상기 전기 시스템(19)으로 기계적 로터 파워(T)를 출력하는 로터(5), 및
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈.
- 제 17 항에 있어서,
상기 로터(5)는 상기 로터축(6)에 대해 횡방향으로 또는 실질적으로 횡방향으로 연장하는 요잉 축(4)을 중심으로 회전가능한 머신 캐리어(3) 상에서 상기 로터축(6)을 중심으로 회전가능하도록 지지되는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈.
- 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
상기 로터 블레이드(9, 10, 11)는 상기 로터(5)의 로터 허브(8)로부터 상기 로터축(6)에 대해 횡방향으로 또는 실질적으로 횡방향으로 연장하는 블레이드 축(12, 13, 14)을 따라 연장하며, 상기 로터 블레이드 각각은 상기 블레이드 축을 중심으로 회전가능하게 상기 로터 허브(8) 상에 지지되며 블레이드 각 조절 드라이브(16)에 의해 블레이드 축을 중심으로 회전가능할 수 있는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈.
- 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터(5)는 3개의 로터 블레이드(9, 10, 11)를 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈.
- 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풍력 터빈의 작동을 제어하는 주 제어 시스템을 포함하며, 상기 주 제어 시스템 내에서 상기 제어 장치가 완전하게 또는 부분적으로 일체화되는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈.
- 전기 시스템(19), 및 복수의 로터 블레이드(9, 10, 11)를 포함하며 바람(7)에 의해 구동되고 적어도 부분적으로 전력(P)으로 변환시키는 상기 전기 시스템(19)으로 기계적 로터 파워(T)를 출력하는 로터(5)를 구비하는 풍력 터빈(1)의 작동을 제어하는 방법으로서,
상기 로터(5)의 위치에서 상기 바람(7)을 나타내는 풍력장의 하나 이상의 특성 변수에 종속되는 하나 이상의 물성이 상기 로터 블레이드(9, 10, 11) 중 하나 이상에 의해 측정되는 풍력 터빈의 작동 제어 방법에 있어서,
전력에 대한 추정값(PE)이 측정된 상기 하나 이상의 물성을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 22 항에 있어서,
상기 풍력장의 하나 이상의 특성 변수는 풍속(V3), 풍향(XH, XV), 수평 윈드 시어(ψ1) 및/또는 수직 윈드 시어(φ1)를 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
상기 측정된 하나 이상의 물성을 이용하여 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)이 생성되고,
상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)에 근거하여 상기 전력에 대한 추정값(PE)이 생성되는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 24 항에 있어서,
상기 측정된 하나 이상의 물성을 이용하여 상기 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 하나 이상의 값이 생성되고, 상기 하나 이상의 값에 근거하여 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)이 형성되는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 25 항에 있어서,
시스템 확인 방법을 이용하여 상기 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 상기 하나 이상의 값의 형성이 실행되는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 24 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풍력장의 하나 이상의 특성 변수를 특성화하는 값들( ∫ ) 및 상기 기계적 로터 파워를 추정하는 값들이 여러 바람 상태에 대해 풍력장 테이블(31)에 저장되며, 상기 풍력장 테이블(31)을 이용하여 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)이 생성되는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 24 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기계적 로터 파워를 추정하도록 복수의 값들이 연속해서 생성되고, 상기 값들의 시간 평균에 의해 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)이 형성되는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 24 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풍력 터빈(1)의 위치에서 공기의 하나 이상의 물성을 측정하고, 상기 공기의 하나 이상의 측정된 물성을 이용하여 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE)이 추가로 생성하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 29 항에 있어서,
상기 공기의 하나 이상의 물성을 측정하는 단계는 공기 밀도(ρ) 및/또는 공기 온도(Θa)를 측정하는 단계를 포함하여, 상기 공기의 하나 이상의 물성이 상기 공기 밀도(ρ) 및/또는 상기 공기 온도(Θa)를 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 22 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 상기 하나 이상의 물성을 측정하는 단계는 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 적어도 하나의 미리정해진 위치에서의 팽창 및/또는 구부러짐을 측정하는 단계를 포함하여, 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 상기 하나 이상의 물성은 상기 하나 이상의 미리정해진 위치(들) 또는 미리정해진 위치에서의 상기 하나 이상의 로터 블레이드의 팽창 및/또는 구부러짐을 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 22 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 전력(P)은 상기 전력에 대한 하나 이상의 요구값(PS)에 따라 조절되며,
- 상기 전력에 대한 추정값(PE)은 상기 전력에 대한 하나 이상의 요구값(PS)에 근거하여 추가로 생성되는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 22 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 전력(P)의 현재 값을 측정하는 단계,
- 상기 전력에 대한 추정값(PE) 및 상기 전력(P)의 현재 값 사이의 차이를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
- 제 22 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
- 상기 기계적 로터 파워(T)의 현재 값을 측정하는 단계,
- 상기 기계적 로터 파워(T)의 현재 값 및 상기 기계적 로터 파워에 대한 추정값(TE) 사이의 차이를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
풍력 터빈의 작동 제어 방법.
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