KR20130055149A - 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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KR20130055149A
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소철호
김영기
변재희
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엘에스전선 주식회사
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Abstract

풍력발전기용 타워 모니터링 시스템은 복수 개의 블레이드를 포함하는 회전 구조물에 설치되어 바람데이터를 측정하는 바람 센서부, 회전 구조물을 지지하도록 형성된 타워의 상부에 설치되어 상부 변위데이터를 측정하는 제1 설비 센서부, 타워의 하부에 설치되어 하부 변위데이터를 측정하는 제2 설비 센서, 그리고 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는 상부 변위데이터를 현재 바람데이터에 따른 상부 허용범위 및 하부 변위데이터와 비교하여 타워의 이상상태를 판별한다. 타워 모니터링 시 제어 장치는 하부 변위데이터를 현재 바람데이터에 따른 하부 허용범위와 비교하여 타워의 이상상태를 판별하는 동작을 추가로 수행할 수 있다.
이에 따르면, 타워를 이루는 섹션들의 연결부위뿐만이 아니라 타워 면을 포함한 타워 전체의 상태를 모니터링할 수 있고, 타워 이상 및 고장의 조기 발견을 통해 고장 파급을 최소화하고, 재 가동을 위한 사전 검사에 소요되는 시간을 단축하여 시스템 운용상의 가용율을 향상시킬 수 있다.

Description

풍력발전기용 타워 모니터링 시스템 및 그 방법{Tower monitoring system for wind turbine and method thereof}
본 발명은 풍력발전에 관한 것으로, 특히 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
풍력발전은 공기 역학에 의해 날개처럼 생긴 블레이드(Blade)가 돌아가면서 발생하는 기계적 운동 에너지를 발전기를 통해 전기 에너지로 변화시켜 전기를 얻는 기술이다.
풍력발전 시스템은 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되며, 이를 구성하는 요소로는 바람으로부터 회전력을 생산하는 블레이드(Blade), 허브(Hub), 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속기(Gearbox), 전기를 생산하는 발전기(Generator), 각 구성요소의 동작 온도를 적정하게 조절하여 주는 냉각 및 난방 시스템(Cooling/Heating System), 전력 제어 시스템(Power Converter System) 등이 있다. 일반적으로 증속기, 발전기 등의 전기적 구성요소들은 대부분 나셀(nacelle)의 내부에 포함되며, 나셀의 일측에는 복수 개의 블레이드가 연결되고, 나셀 하부에는 블레이드를 지지하기 위한 수직 방향의 타워가 위치한다.
도 1은 종래 기술에 따른 풍력발전기용 타워의 모니터링 구조를 설명하기 위한 도면이다.
타워의 몸체 하우징은 복수 개(예컨대 3개)의 섹션들로 구성되며, 인접한 섹션들이 맞닿게 되는 타워의 구간별 연결부위에는 연결부의 이격을 검출하여 타워의 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 장치가 설치된다.
연결부위에 설치된 플랜지(10, 20)에는 플랜지(10, 20)의 끝부분을 감싸는 지지부재가 나사를 이용하여 부착된다. 연결부위에서 이격이 발생하는 경우 지지부재의 상부/하부 간 중간지점에 설치된 스트레인 게이지(Strain gage)와 같은 검출 수단이 해당 지점이 구부러지거나 분리되는 것을 감지하는 방식으로 연결부위에서의 이격 발생(이상)을 검출한다.
그런데 이러한 방식의 경우 타워를 이루는 섹션들의 연결부위만을 모니터링하므로 타워 전체에 대한 상태 감시가 불가능하다는 문제점이 있다. 타워에서 스트레스가 발생할 수 있는 범위는 섹션들 간의 연결부위뿐만이 아니라 타워 면(Face)을 포함하는 타워 전체이다.
또한 플랜지(10, 20)를 상호 체결하는 볼트의 조임이 완벽한 경우를 가정할 때, 연결부위의 ‘ㄴ’으로 꺾인 안쪽부위(R1, R2)에 스트레스에 의한 크랙 발생으로 휘어짐이 있는 경우 이를 검출하는 것이 불가능하다.
또한 타워의 상태를 실시간으로 모니터링하여 예측/예방하는 관점이 아니라 문제 발생 시 이상을 검출한 후 대응하는 방식으로서, 위험요소의 사전 인지가 어렵고, 즉각적인 대처가 이루어지지 않아 시스템 운용상의 가용율이 떨어진다는 문제점이 있다.
미국공개특허 US 2010/0126115 A1
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 타워를 이루는 섹션들의 연결부위뿐만이 아니라 타워 면을 포함한 타워 전체의 상태를 모니터링할 수 있는 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 타워 이상 및 고장의 조기 발견을 통해 고장 파급을 최소화하고, 재 가동을 위한 사전 검사에 소요되는 시간을 단축하여 시스템 운용상의 가용율을 향상시킬 수 있는 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템은 복수 개의 블레이드를 포함하는 회전 구조물에 설치되어 바람데이터를 측정하는 바람 센서부; 상기 회전 구조물을 지지하도록 형성된 타워의 상부에 설치되어 상부 변위데이터를 측정하는 제1 설비 센서부; 상기 타워의 하부에 설치되어 하부 변위데이터를 측정하는 제2 설비 센서부; 및 상기 상부 변위데이터를 상기 바람데이터에 기반한 상부 허용범위 및 상기 하부 변위데이터와 비교하여 상기 타워의 이상상태를 판별하는 제어 장치를 포함한다.
상기 바람 센서부는 풍향계, 풍속계, 풍향 풍속계 등일 수 있다.
상기 제1 설비 센서부 및 상기 제2 설비 센서부 각각은, 상기 타워의 내주면을 따라 배열되어 배열된 지점의 위치, 변위, 기울어짐, 휨 등의 값을 측정하는 복수의 센서들을 포함할 수 있다.
상기 제어 장치는 상기 하부 변위데이터를 상기 바람데이터에 기반한 하부 허용범위와 비교하는 동작을 추가로 수행하여 상기 타워의 이상상태를 판별할 수 있다.
상기 제어 장치는 상기 바람 센서부, 상기 제1 설비 센서부 및 상기 제2 설비 센서부를 통해 취득되는 데이터들을 데이터베이스를 통해 일정 기간 동안 누적한 후 상기 데이터베이스에 저장된 데이터들에 기반하여 바람데이터에 따른 정상상태의 허용범위를 설정할 수 있다.
상기 제1 설비 센서부 및 상기 제2 설비 센서부와 평행하게 이격 설치되어 설치된 위치의 변위데이터를 측정하는 하나 이상의 제3 설비 센서부가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전기용 타워 모니터링 방법은 복수 개의 블레이드가 포함된 회전 구조물과, 상기 회전 구조물을 지지하도록 형성된 타워를 포함하는 시스템의 타워 모니터링 방법에 있어서, 상기 시스템이 소정의 시간 간격으로 바람데이터를 측정하여 수집하는 단계; 상기 시스템이 상기 타워에 대하여 상부 변위데이터와 하부 변위데이터를 각각 수집하는 단계; 및 상기 시스템이 상기 상부 변위데이터를 상기 바람데이터에 기반한 상부 허용범위 및 상기 하부 변위데이터와 비교하여 상기 타워의 이상상태를 판별하는 단계를 포함한다.
상기 바람데이터는 풍향, 풍속 중 하나 이상의 값을 포함할 수 있다.
상기 상부 변위데이터는 상기 타워의 상부에서 내주면을 따라 배열된 복수의 센서들을 통해 위치, 변위, 기울어짐, 휨 중 하나의 값을 측정하여 취득한 것일 수 있다.
상기 하부 변위데이터는 상기 타워의 하부에서 내주면을 따라 배열된 복수의 센서들을 통해 위치, 변위, 기울어짐, 휨 중 하나의 값을 측정하여 취득한 것일 수 있다.
상기 타워의 이상상태를 판별하는 단계에서, 상기 시스템은 상기 하부 변위데이터를 상기 바람데이터에 기반한 하부 허용범위와 비교하는 동작을 추가로 수행하여 상기 타워의 이상상태를 판별할 수 있다.
상기 타워의 이상상태를 판별하는 단계에서, 상기 시스템은 상기 바람데이터, 상기 상부 변위데이터 및 상기 하부 변위데이터를 취득하여 데이터베이스를 통해 일정 기간 동안 누적한 후 상기 데이터베이스에 저장된 데이터들에 기반하여 바람데이터에 따른 정상상태의 허용범위를 설정할 수 있다.
본 발명의 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템 및 그 방법에 따르면, 타워를 이루는 섹션들의 연결부위뿐만이 아니라 타워 면을 포함한 타워 전체의 상태를 모니터링할 수 있다.
또한 본 발명의 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템 및 그 방법에 따르면, 타워 이상 및 고장(기울어짐, 볼트 체결부의 느슨함, 과도한 휘어짐 발생 등)의 조기 발견을 통해 고장 파급을 최소화하고, 재 가동을 위한 사전 검사에 소요되는 시간을 단축하여 시스템 운용상의 가용율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 풍력발전기용 타워의 모니터링 구조를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템의 개략적 구성도,
도 3은 도 2의 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템이 이상 휨 여부를 모니터링하는 방식을 예시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 타워 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템 및 그 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템의 개략적 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템은 크게 풍력발전 시스템(100)과, 풍력발전 시스템(100)에 포함된 타워(110)의 상태를 모니터링하기 위한 제어 장치(200)로 구분된다.
풍력발전 시스템(100)은 바람 에너지를 전기 에너지로 바꾸어 주는 장치들의 집합체로서, 회전 구조물(120)과 타워(110)를 포함한다. 회전 구조물(120)에는 허브, 회전축, 증속기, 발전기 등 블레이드(121)에서 얻어진 회전력을 전기로 변환하기 위한 장치들을 내장하고 있는 나셀(122)이 포함되며, 나셀(122)에는 복수 개의 블레이드(121)가 연결된다. 타워(110)는 회전 구조물(120)을 지지하도록 형성되며, 복수 개의 블레이드(121)가 연결된 나셀(122)을 받치고 있는 타워 형태의 구조물이다.
바람 센서부(130)는 나셀(122)의 상부에 설치되어 바람데이터(바람의 방향이나 속도)를 측정하기 위한 것으로, 풍향계, 풍속계, 풍향 풍속계 등이 여기에 해당한다.
제1 설비 센서부(140)는 타워(110)의 상부에 설치되어 상부 변위데이터를 측정한다. 일 실시예에서 제1 설비 센서부(140)는 타워(110)의 상측 내주면을 따라 배열된 복수의 센서(141)들을 포함하며, 센서(141)들은 자신이 배열된 지점의 위치, 변위, 휨, 기울어짐 등의 값을 측정하여 타워(110) 상부의 변위데이터를 제공한다.
제2 설비 센서부(150)는 타워(110)의 하부에 설치되어 하부 변위데이터를 측정한다. 일 실시예에서 제2 설비 센서부(150)에 포함되는 복수의 센서(151)들은 타워(110)의 하측 내주면을 따라 배열되고, 센서(151)들은 자신이 배열된 지점의 위치, 변위, 휨, 기울어짐 등의 값을 측정하여 타워(110) 하부의 변위데이터를 제공한다.
제1 설비 센서부(140)나 제2 설비 센서부(150)에 포함되는 각 센서(141, 151)는 관리대상 설비인 타워(110)에 설치되어 설비의 변위, 위치 등을 측정함으로써 타워(110)의 휨이나 기울어짐을 인식하기 위한 것으로, 변위 센서, 위치 센서 등이 여기에 해당한다.
일 실시예에서 상부의 제1 설비 센서부(140)에 포함된 센서(141)들은 타워(110)의 내부 상측에 설치되고, 수평방향의 동일 평면 상에 일정 간격으로 배열된다. 또한 하부의 제2 설비 센서부(150)에 포함되는 센서(151)들은 타워(110)의 내부 하측에 설치되고, 수평방향의 동일 평면 상에 일정 간격으로 배열된다.
제어 장치(200)는 풍력발전 시스템(100)의 타워상태를 모니터링하기 위한 것으로, 모니터링 동작을 수행하기 위한 프로그램이 설치되어 있는 컴퓨터나 이동전화 등이 여기에 해당할 수 있다.
전술한 제어 장치(200)는 바람 센서부(130)가 측정하는 바람데이터(풍향/풍속), 제1 설비 센서부(140) 및 제2 설비 센서부(150)를 통해 수집되는 상, 하부의 변위데이터(위치, 변위, 휨, 기울어짐 등)에 기반하여 타워(110)의 상태를 모니터링한다.
일 실시예에서, 제어 장치(200)는 신호 변환부(210), 고장 검출부(220), 타워상태 감시부(230) 및 데이터베이스(240)를 포함한다.
제1 설비 센서부(140) 및 제2 설비 센서부(150)의 센서들(141, 151)을 통해 취득된 데이터들은 통신선(170)을 통해 신호 변환부(210)로 전송되며, 신호 변환부(210)는 수신된 데이터들을 가공하기 쉬운 형태로 변환하여 타워상태 감시부(230)로 전달한다.
고장 검출부(220)는 바람 센서부(130), 제1, 제2 설비 센서부(150) 내에 포함된 센서들(141, 151), 신호 변환부(210)와 통신선(170)의 이상 및 고장을 감지하기 위한 것으로, 운영자 명령에 따라 진단 기능을 수행하게 된다.
타워상태 감시부(230)는 신호 변환부(210)를 거쳐 취득한 데이터들을 일련의 규칙에 따라 데이터베이스(240)로 저장하고, 상부의 변위데이터를 현재의 바람데이터(풍향/풍속)에 기반한 상부 허용범위(가변적인 바람데이터를 고려한 상부 변위의 허용 한계선) 및 하부의 변위데이터와 비교하여 타워(110)의 이상상태(예컨대 이상 휨 여부)를 판별한다.
바람 센서부(130)에서 측정한 풍향 및 풍속의 바람데이터와, 제1 설비 센서부(140)의 센서(141)들에서 측정한 상부 변위데이터(기울어짐, 변위, 위치, 휨 등)가 일정량 누적되면, 타워상태 감시부(230)가 미리 탑재된 알고리즘에 의해 데이터 분석을 진행함으로써 가변적인 풍향 및 풍속에 따라 타워(110) 상부의 기울어짐, 변위 등에 대한 허용범위를 결정할 수 있다. 혹은 타워(110) 설계 시의 사양에 따라 제1 설비 센서부(140)가 설치된 지점을 기준으로 타워(110)의 휨, 기울어짐 등에 대한 상부 허용범위를 설정할 수도 있다.
제1 설비 센서부(140)가 설치된 상부의 변위데이터를 상부 허용범위와 비교하여 타워(110)의 이상상태를 판별하는 방식은 타워(110)의 하부(나아가 상, 하부 중간지점의 다른 위치)에도 확장하여 적용할 수 있다. 이러한 경우 타워상태 감시부(230)는 하부의 변위데이터를 바람데이터에 기반한 하부 허용범위와 비교하는 동작을 추가로 수행하여 타워(110)의 이상상태를 판별할 수 있다. 하부의 허용범위는 상부 허용범위의 경우와 같이 데이터베이스(240)에 누적된 일정 기간 동안의 바람데이터, 하부의 변위데이터에 기반하여 설정되거나, 타워(110) 설계 시의 사양에 따라 미리 설정될 수 있다.
일 실시예에서, 타워상태 감시부(230)는 바람 센서부(130), 제1 설비 센서부(140) 및 제2 설비 센서부(150)를 통해 취득되는 데이터들을 데이터베이스(240)를 통해 일정 기간 동안 누적한 후 데이터베이스(240)에 저장된 데이터들에 기반하여 바람데이터에 따른 정상상태의 상, 하부 허용범위를 설정한다.
예컨대 타워(110)의 설치 초기에는 사양에 따른 설계값을 상, 하부의 허용범위로 사용하다가, 일정 기간을 거쳐 데이터가 누적되면 누적된 데이터를 분석하여 현재의 풍향 및 풍속을 고려한 상부 및 하부의 허용범위, 즉 타워(110) 상측 및 하측의 휨이나 흔들림 등에 대한 허용 한계선을 설정할 수 있을 것이다.
이와 같이 일 실시예는 타워(110) 내부의 상측과 하측에 변위, 위치, 휨, 기울어짐 등을 측정하는 센서(141, 151)들을 각각 설치하여 타워(110)의 상측 및 하측의 변위데이터를 분석함으로써 타워(110)의 상태를 실시간으로 모니터링한다.
풍향과 풍속이 존재하는 대부분의 경우 타워(110)는 바람의 반대 방향으로 휘어지게 되며, 일정 시간이 지난 뒤 타워(110)가 갖는 탄성력에 의해 다시 반대 방향으로 치우치는 등 풍향, 풍속 또는 풍질과 밀접히 연관되어 흔들리게 된다. 따라서 일 실시예는 흔들림이나 휨 등이 큰 타워(110)의 상부와 기준이 되는 타워(110)의 하부에 각각 센서(141, 151)들을 부착한다.
이러한 방식에 따르면 센서(141, 151)가 설치된 상부와 하부의 각 위치에서 타워(110)의 휘어짐이나 기울어짐 등이 측정될 수 있다. 또한 상부와 하부에서 측정된 상호 간의 데이터를 비교하여 타워(110)가 정상상태(예컨대 설계사양에 따른 값을 만족하는 상태, 또는 현재의 풍향/풍속을 고려하여 설정한 허용 한계선 이내)인지 여부를 판별할 수 있다.
또한 실시형태에 따라 상부와 하부의 중간 지점이나 타워(110)의 몸체 하우징을 이루는 섹션들 간의 연결부위에도 위치나 변위, 기울어짐 등을 측정하기 위한 센서(161)들이 포함된 제3 설비 센서부(160)를 하나 이상 구성하여 모니터링 방식을 다양화하는 것도 가능하다. 제3 설비 센서부(160)는 도 2에 도시된 것처럼, 타워(110) 상부의 제1 설비 센서부(140) 및 하부의 제2 설비 센서부(150)와 평행하도록 이격 설치된다.
도 3은 도 2의 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템이 이상 휨 여부를 모니터링하는 방식을 예시한 도면이다.
도 3의 일 실시예에서 제1 설비 센서부(140)와 제2 설비 센서부(150)를 상, 하부 경계로 할 때, 타워(110)의 수평방향 단면형상은 원형이고, 하부로 내려갈수록 원의 직경은 더 커진다. 수직방향 단면형상은 사다리꼴 형태이다.
일 실시예에 따르면 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템의 제어 장치(200)는 상부과 하부에 설치된 제1, 제2 설비 센서부(150)로부터 측정되는 타워(110)의 휨(Bending) 정도를 화면의 사용자 인터페이스 상에 원형으로 표시하여 관리한다.
도 3의 (a)는 바람이 없는 상황에서의 허용 휨 상태로 최외곽 원(L110)은 타워(110) 하부의 휨 상태를 의미한다. 최내각 원(L130)은 타워(110) 상부의 휨 상태로서 바람이 있을 경우 그 정도에 따라 하부의 휨을 의미하는 최외곽 원(L110) 내에 존재할 수도 있고, 최외곽 원(L110)에서 벗어날 수도 있다. 중간에 위치한 원(L120)은 상부 변위, 휨에 대한 허용범위를 의미하는 허용 한계선이며, 이 기준은 타워(110) 설계 시의 허용 한계값을 활용하거나 제1, 제2 설비 센서부(150)의 설치 후 데이터베이스(240)를 통해 일정 기간 동안 취득/누적된 데이터를 통하여 선정할 수 있다.
(b)는 바람이 있는 상황에서의 허용 휨 상태를 나타낸다.
최외곽 원(L210)은 타워(110)의 상태 모니터링에서 기준이 되는 하부의 휨을 의미한다. 바람이 있는 상황에서는 타워(110) 고유의 탄성력 때문에 상부의 휨을 의미하는 최내각 원(L230)과 허용 한계선(L220)은 바람의 방향과 수평한 방향으로 흔들리게 된다.
(c)는 타워(110)의 상부 변위를 의미하는 원(L330)이 허용 한계선(L320)을 벗어난 것으로 이상 휨 상태임을 나타낸다. 또한 도시되지는 않았으나 최외각 원(L310)의 둘레 상에 타워(110)의 하부 변위에 대한 허용 한계선이 되는 다른 원을 추가하는 것으로 노후에 따른 타워 지반의 치우침, 기울어짐 등도 모니터링할 수 있다.
이러한 모니터링의 결과로 이상 휨 상태의 발생을 인지한 경우 제어 장치(200)는 사용자 인터페이스를 활용하여 경보 알람을 발생시키는 등의 방법으로 운영자가 타워(110)의 이상상태를 확인 및 대응하도록 지원할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기용 타워 모니터링 방법을 나타낸 흐름도이다.
제어 장치(200)는 타워(110)에 설치된 상부의 제1 설비 센서부(140) 및 하부의 제2 설비 센서부(150)에 포함된 센서(141, 151)들을 통해 타워(110)의 휨, 기울어짐, 위치나 변위 등의 변위데이터를 수집한다(S110). 아울러 바람 센서부(130)를 통해 일정한 시간 간격으로 풍향, 풍속의 바람데이터가 측정된다(S120).
이후 제어 장치(200)는 타워(110)의 상측에서 측정된 상부 변위데이터를 바람데이터에 기반한 허용범위 및 타워(110) 하부의 변위데이터와 비교하여 타워(110)의 이상상태를 판별한다. 이상상태의 판별을 위한 모니터링 과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
상부의 제1 설비 센서부(140)와 하부의 제2 설비 센서부(150)로부터 취득된 타워(110)의 상, 하부 변위데이터는 통신선(170)을 통해 신호 변환부(210)로 전달되며, 신호 변환부(210) 내에서 아날로그-디지털 신호 변환의 과정을 거친 후 타워상태 감시부(230)를 통해 데이터베이스(240)로 전송된다(S210).
데이터베이스(240)에는 바람 센서부(130)로부터 취득된 풍향, 풍속의 바람데이터와 제1 설비 센서부(140)와 제2 설비 센서부(150)로부터 취득된 타워(110)의 기울어짐, 변위 등의 변위데이터가 저장된다(S220).
일정 기간 동안 일정량의 데이터가 누적되면 제어 장치(200)의 사용자 인터페이스에 탑재된 알고리즘에 의해 데이터 분석이 진행되며(S230), 가변적인 풍향 및 풍속에 따라 타워(110) 상부의 기울어짐, 변위 등에 대한 허용 한계선이 결정된다(S240). 혹은 타워(110) 설계 시의 사양에 따른 한계값을 허용 한계선으로 설정할 수도 있다.
운영자는 제어 장치(200)를 통해 타워(110)에 대한 실시간 모니터링을 수행하여 현재의 타워상태를 감시하고, 이상 발생 가능일을 예측할 수 있다(S245).
이때 제어 장치(200)는 제1 설비 센서부(140)에서 측정한 상부의 변위데이터(변위, 기울어짐 등)를 현재의 바람데이터에 상응하는 상부 허용범위 및 제2 설비 센서부(150)에서 측정한 하부의 변위데이터에 비교하여 타워(110)의 이상상태를 판별한다.
또한 모니터링 시 제어 장치(200)는 하부의 변위데이터를 현재 바람데이터에 상응하는 하부 허용범위와 비교하여 타워(110)의 이상상태를 판별하는 동작을 추가로 수행할 수 있다.
타워상태의 모니터링을 위한 허용범위의 설정 시, 제어 장치(200)는 바람데이터, 상부 변위데이터 및 하부 변위데이터를 취득하여 데이터베이스(240)를 통해 일정 기간 동안 누적한 후 데이터베이스(240)에 저장된 데이터들에 기반하여 바람데이터에 따른 정상상태의 상, 하부 허용범위를 설정할 수 있다.
모니터링 결과 타워(110)의 상부나 하부(또는 관리대상이 되는 설비 상의 다른 위치)가 미리 설정한 허용 한계선을 벗어날 경우(S250), 제어 장치(200)는 경보 알람 등을 통해 운영자가 타워(110)의 이상을 감지하여 즉각적으로 대응할 수 있도록 한다(S260).
타워(110)의 상부 변위데이터가 허용범위를 초과하는지 여부를 모니터링하는 것은 기울어짐, 볼트 체결부의 느슨함, 과도한 휘어짐 발생과 같은 타워 이상 및 고장의 발견에 효과적이며, 하부 변위데이터가 허용범위를 초과하는지 여부를 모니터링하는 것은 시간의 흐름(노후화)에 따라 타워(110)가 설치된 지반이 꺼지거나 치우치는 등의 변화를 인식하는데 효과적이다.
한편 제어 장치(200)의 고장 검출부(220)는 바람 센서부(130), 제1, 제2 설비 센서부(150) 내에 포함된 센서들(141, 151), 신호 변환부(210)와 통신선(170)의 이상 및 고장을 감지(S270)하여 이상이나 고장이 감지되면 경보 알람 등을 발생시킨다(S280).
제어 장치(200)의 화면에는 타워(110)의 모니터링 및 고장 검출 결과에 따른 타워상태(정상상태 또는 이상상태)가 표시된다(S290).
본 발명에 따는 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템 및 그 방법의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
100: 풍력발전 시스템, 110: 타워
120: 회전 구조물, 121: 블레이드
122: 나셀, 130: 바람 센서부
140, 150, 160: 설비 센서부, 141, 151, 161: 센서
170: 통신선, 200: 제어 장치
210: 신호 변환부, 220: 고장 검출부
230: 타워상태 감시부, 240: 데이터베이스

Claims (10)

  1. 복수 개의 블레이드를 포함하는 회전 구조물에 설치되어 바람데이터를 측정하는 바람 센서부;
    상기 회전 구조물을 지지하도록 형성된 타워의 상부에 설치되어 상부 변위데이터를 측정하는 제1 설비 센서부;
    상기 타워의 하부에 설치되어 하부 변위데이터를 측정하는 제2 설비 센서부; 및
    상기 상부 변위데이터를 상기 바람데이터에 기반한 상부 허용범위 및 상기 하부 변위데이터와 비교하여 상기 타워의 이상상태를 판별하는 제어 장치를 포함하는 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 바람 센서부는,
    풍향계, 풍속계, 풍향 풍속계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 설비 센서부 및 상기 제2 설비 센서부 각각은,
    상기 타워의 내주면을 따라 배열되어 배열된 지점의 위치, 변위, 기울어짐, 휨 중 하나의 값을 측정하는 복수의 센서들을 포함하는 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는,
    상기 하부 변위데이터를 상기 바람데이터에 기반한 하부 허용범위와 비교하는 동작을 추가로 수행하여 상기 타워의 이상상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는,
    상기 바람 센서부, 상기 제1 설비 센서부 및 상기 제2 설비 센서부를 통해 취득되는 데이터들을 데이터베이스를 통해 일정 기간 동안 누적한 후 상기 데이터베이스에 저장된 데이터들에 기반하여 바람데이터에 따른 정상상태의 허용범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 설비 센서부 및 상기 제2 설비 센서부와 평행하게 이격 설치되어 설치된 위치의 변위데이터를 측정하는 하나 이상의 제3 설비 센서부를 더 포함하는 풍력발전기용 타워 모니터링 시스템.
  7. 복수 개의 블레이드가 포함된 회전 구조물과, 상기 회전 구조물을 지지하도록 형성된 타워를 포함하는 시스템의 타워 모니터링 방법에 있어서,
    상기 시스템이 소정의 시간 간격으로 바람데이터를 측정하여 수집하는 단계;
    상기 시스템이 상기 타워에 대하여 상부 변위데이터와 하부 변위데이터를 각각 수집하는 단계; 및
    상기 시스템이 상기 상부 변위데이터를 상기 바람데이터에 기반한 상부 허용범위 및 상기 하부 변위데이터와 비교하여 상기 타워의 이상상태를 판별하는 단계를 포함하는 풍력발전기용 타워 모니터링 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 바람데이터는 풍향, 풍속 중 하나 이상의 값을 포함하고,
    상기 상부 변위데이터는 상기 타워의 상부에서 내주면을 따라 배열된 복수의 센서들을 통해 위치, 변위, 기울어짐, 휨 중 하나의 값을 측정하여 취득한 것이며,
    상기 하부 변위데이터는 상기 타워의 하부에서 내주면을 따라 배열된 복수의 센서들을 통해 위치, 변위, 기울어짐, 휨 중 하나의 값을 측정하여 취득한 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 타워 모니터링 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 타워의 이상상태를 판별하는 단계에서,
    상기 시스템은 상기 하부 변위데이터를 상기 바람데이터에 기반한 하부 허용범위와 비교하는 동작을 추가로 수행하여 상기 타워의 이상상태를 판별하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 타워 모니터링 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 타워의 이상상태를 판별하는 단계에서,
    상기 시스템은 상기 바람데이터, 상기 상부 변위데이터 및 상기 하부 변위데이터를 취득하여 데이터베이스를 통해 일정 기간 동안 누적한 후 상기 데이터베이스에 저장된 데이터들에 기반하여 바람데이터에 따른 정상상태의 허용범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기용 타워 모니터링 방법.
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