KR20130055742A - 풍력발전기의 비상 전력송전장치 - Google Patents

풍력발전기의 비상 전력송전장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전기의 전력송전장치에 관한 것으로서, 특히 풍력발전기에서 생산된 전기에너지의 송전에 문제가 발생하였을 때에 우회 송전하여 원활한 송전이 가능하며 또한 송전케이블의 꼬임을 방지할 수 있게 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 너셀을 지지하는 타워의 내부로 연장된 송전케이블에 설치되어 송전케이블의 꼬임을 방지하며 전력을 우회하여 송전할 수 있는 풍력발전기의 비상 전력송전장치로서, 송전케이블에 장착되며 우회 송전케이블이 연결되어 전력을 송전케이블 또는 우회 송전케이블로 선택하여 송전하는 스위치와, 송전케이블을 따라 스위치의 후방에 장착된 제1회전조인트와, 송전케이블을 따라 제1회전조인트의 후방에 장착된 제2회전조인트와, 제1회전조인트의 전방에 장착되어 전력을 측정하는 제1측정계와, 제1회전스위치의 후방에 장착되어 전력을 측정하는 제2측정계를 포함하며, 우회 송전케이블은 스위치와 제2회전조인트 전방의 송전케이블을 연결하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

풍력발전기의 비상 전력송전장치{Wind generator emergency power transmission apparatus}
본 발명은 풍력발전기의 전력송전장치에 관한 것으로서, 특히 풍력발전기에서 송전의 문제가 발생하였을 때에 우회 송전하여 원활한 송전이 가능하며 또한 송전케이블의 꼬임을 방지할 수 있게 구성한 것이다.
풍력발전기는 지반에 수직하게 고정된 타워와, 타워의 상단에서 회전하는 너셀을 포함하며, 너셀의 내부에는 발전기가 내장된다. 따라서 너셀의 전방에 장착된 블레이드가 풍력에 의해 회전하면서 발전기에서 전력을 발생한다.
한편, 너셀은 타워의 상단에 회전 가능하게 장착되어 풍향에 의해 회전한다. 이와 같이 구성된 풍력발전기는 타워의 상단에서 너셀이 회전하기 때문에 너셀에서 타워 내부로 연장된 송전케이블이 꼬이게 된다.
도면에서 도 1은 아래 선행기술문헌에 공지된 풍력발전기의 내부 구조를 나타낸 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 너셀(1)에는 풍력을 전기에너지로 전환하는 발전기(10)와, 발전기(10)에서 생산된 전기를 공급 전류 형태로 변환하는 전력변환기(11)가 내장되며, 타워(3)의 내부 상단에는 회전형 변압기(20)가 설치된다.
회전형 변압기(20)는 회전자(21)와 고정자(22)를 구비하며, 회전자(21)에 전력변환기(11)에서 연장된 송전케이블(23a)이 접속되고, 고정자(22)에서 연장된 송전케이블(23b)은 타워(3)의 하단을 통해 외부로 연장된다.
이와 같이 구성된 종래 풍력발전기에 있어서, 변압기(20)가 타워(3)의 상단에 위치함에 따라 타워(3)의 하중이 증가하게 되고, 변압기(20)의 자체 진동 및 열이 너셀(1) 내부 설비 즉 샤프트, 기어박스, 발전기, 전력변환기 등에 열적 스트레스를 가하게 되어 오동작이 발생하게 된다.
또한, 변압기(20)의 크기 및 설치 위치에 따른 유지보수가 어렵고, 회전자(21) 및 고정자(22)의 고장, 오동작이 발생할 경우 전원 공급이 차단되는 문제점이 있다.
여기에서 변압기를 타워 하단에 설치할 경우, 전력 변환기에서 변압기까지 연장된 송전케이블의 길이가 길어 송전케이블이 꼬임에 따른 응력이 축적되는 단점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0052905(2011.05.19)
본 발명은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 너셀이 풍향에 의해 회전하여 송전케이블이 꼬여 송전이 어려워지는 비상 사태가 발생하더라도 우회경로를 통해 안정적으로 송전 가능하게 구성한 풍력발전기의 비상 전력송전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 변압기에서 발생하는 열에 의해 주변 기기의 열적 오작동을 방지할 수 있으며 타워의 하중을 감량시킬 수 있게 구성한 풍력발전기의 비상 전력송전장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 너셀을 지지하는 타워의 내부로 연장된 송전케이블에 설치되어 송전케이블의 꼬임을 방지하며 전력을 우회하여 송전할 수 있는 풍력발전기의 비상 전력송전장치로서, 너셀에서 타워 내부로 연장된 송전케이블에 장착되며 우회 송전케이블이 연결되어 전력을 송전케이블 또는 우회 송전케이블로 선택하여 송전하는 것을 제어하기 위한 스위치와, 송전케이블을 따라 스위치의 후방에 장착된 제1회전조인트와, 송전케이블을 따라 제1회전조인트의 후방에 장착된 제2회전조인트와, 제1회전조인트의 전방에 장착되어 전력을 측정하는 제1측정계와, 제1회전조인트와 제2회전조인트 사이에 장착되어 전력을 측정하는 제2측정계를 포함하며, 상기 우회 송전케이블은 스위치와 제2회전조인트 전방의 송전케이블을 연결하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 너셀을 지지하는 타워의 내부로 연장된 송전케이블에 설치되어 송전케이블의 꼬임을 방지하며 전력을 우회하여 송전한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 송전케이블에는 제1측정계, 스위치, 제1회전조인트, 제2측정계, 제2회전조인트의 순으로 장착되며, 우회 송전케이블의 일단은 스위치에 연결되고 우회 송전케이블의 타단은 제2측정계와 제2회전조인트 사이의 송전케이블에 연결된다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 타워의 하단에는 변압기가 장착되며, 전력은 제2회전조인트를 통해 변압기로 송전된다.
또한, 본 발명은 너셀을 지지하는 타워의 내부로 연장된 송전케이블에 설치되어 송전케이블의 꼬임을 방지하며 전력을 우회하여 송전할 수 있는 풍력발전기의 비상 전력송전장치로서, 너셀에서 타워 내부로 연장된 송전케이블, 상기 송전케이블에 장착되어 전력의 전송 선로를 제어할 수 있는 스위치, 상기 송전케이블을 따라 스위치의 후방에 장착된 제1회전조인트, 상기 송전케이블을 따라 제1회전조인트의 후방에 장착된 제2회전조인트, 제1회전조인트와 제2회전조인트 사이에 스위치로부터 연결되는 우회 송전케이블을 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 스위치 전방에 장착되는 제1측정계, 제1회전조인트와 제2회전조인트 사이에 장착되는 제2측정계를 포함한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 풍력타워 하단에 위치하여 상기 제2회전조인트와 연결되는 변압기를 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력발전기의 비상 전력송전장치는 정상적인 상태에서는 제1회전조인트를 통해 출력된 전원을 변압기로 송전하고, 제1회전조인트에 이상이 발생하여 원활한 송전이 어려울 때에는 제2회전조인트를 통해 변압기로 송전할 수 있도록 구성된다. 따라서 본 발명에 따른 풍력발전기의 비상 전력송전장치는 다운타임(downtime) 없이 원활한 송전이 가능하며, 원활한 송전이 진행되는 상태에서 오류가 발생한 제1회전조인트를 정비할 수 있어 정비 및 보수 시간을 충분히 확보할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 풍력발전기의 비상 전력송전장치는 변압기를 타워의 하단에 위치함으로써, 타워에 가해지는 하중을 줄일 수 있고, 또한 변압기와 주변 기기들이 상당한 거리만큼 떨어져 변압기의 열이 주변 기기에서 전달되지 않는다.
또한, 변압기가 타워의 하단에 위치함에 따라 전력 변환기에서 변압기까지를 연결하는 송전케이블의 길이가 길어지는데, 이로 인해 송전케이블의 꼬임에 따른 응력이 축적될 수 있으나, 송전케이블의 중간에 제1회전조인트 및 제2회전조인트가 장착되어 꼬임이 발생하지 않는다는 장점이 있다.
도 1은 선행기술문헌에 공개된 종래 기술에 따른 풍력발전기의 꼬임방지장치를 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기의 비상 전력송전장치를 나타낸 개념도이고,
도 3은 도 2에 도시된 비상 전력송전장치를 설명한 상세도이며,
도 4는 본 발명에 따른 풍력발전기의 비상 전력송전장치의 송전관계를 나타낸 개념도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 풍력발전기의 비상 전력송전장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도면에서, 도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기의 비상 전력송전장치를 나타낸 개념도이고, 도 3은 도 2에 도시된 비상 전력송전장치를 설명한 상세도이며, 도 4는 본 발명에 따른 풍력발전기의 비상 전력송전장치의 송전관계를 나타낸 개념도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 풍력발전기(100)는 지반에 세워진 타워(120)와, 타워(120)의 상단에 회전 가능하게 장착된 너셀(110)을 포함하며, 너셀(110)에는 허브(111) 및 블레이드(112)가 장착된다.
또한 너셀(110) 내부에는 허브(111)와 연결된 기어박스(113)와 기어박스(113)에 연결된 발전기(114)가 내장되며, 발전기(114)에서 연장된 송전케이블(130a)은 타워(120)로 연장되어 타워 내부에 장착된 비상 전력송전부(140)에 접속된다. 그리고 비상 전력송전부(140)에서 연장된 송전케이블(130d)은 타워(120)의 하단에 장착된 변압기(160)에 접속되고, 변압기(160)에서 승압된 전원은 풍력발전기(100) 외부로 전송된다.
아래에서는 이와 같이 구성된 풍력발전기에서 비상 전력송전부에 대해 구체적으로 설명한다.
발전기(114)에서 연장된 송전케이블(130a)은 스위치(143)에 접속된다. 그리고 스위치(143)에서 연장된 송전케이블(130b)은 제1회전조인트(145)가 접속되며, 제1회전조인트(145)에서 연장된 송전케이블(130c)은 제2회전조인트(149)에 접속된다. 그리고 제2회전조인트(149)에서 연장된 송전케이블(130d)은 타워(120)의 내측면에 고정된 브래킷(121)에 지지된 상태로 타워(120)의 내측면을 따라 타워(120) 하단에 장착된 변압기(160)에 접속된다.
그리고 스위치(143)의 전방에는 전압 또는 전류를 측정하는 제1측정계(141)가 장착되고, 제2회전조인트(149)의 전방에는 제2측정계(147)가 장착된다.
또한 스위치(143)에는 우회 송전케이블(151)이 연장되며 우회 송전케이블(151)은 제2측정계(147)와 제2회전조인트(149) 사이의 송전케이블(130c)에 합류된다.
이와 같이 구성된 풍력발전기(100)에서 회전조인트(145, 149)는 로터리 조인트 또는 슬립 링 등과 같이 일측이 타측에 대해 상대 회전하는 부재들로서, 일측에 접속된 송전케이블과 타측에 접속된 송전케이블을 통전시킨 상태로 회전 운동이 가능하다.
또한 스위치(143)는 제1측정계(141)와 제2측정계(147)에서 전원 측정치를 전송받고, 그 값에 따라 제1회전조인트(145)에 접속된 송전케이블(130b) 또는 우회 송전케이블(151)로 선택하여 송전한다.
한편, 제1측정계(141)와 제2측정계(147)는 송전케이블(130a, 130c)을 통해 송전되는 전원을 각각 측정하고, 측정된 값을 스위치(143)에 무선 또는 유선으로 송신한다. 여기에서, 제1측정계(141)와 제2측정계(147)의 측정치의 차가 오차 범위 이상을 벗어나면 제1측정계(141)와 제2측정계(147)의 사이에 있는 제1회전조인트(145)에 전기적인 오류가 발생한 것으로서, 스위치(143)에서는 제1측정계(141)에서 측정된 측정치와 제2측정계(147)에서 측정된 측정치를 비교하여 송전선로를 선택한다.
이와 같이 구성된 비상 전력송전부의 송전관계에 대해 설명한다.
도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 발전기(114)에서 제1회전조인트(145)에 연결된 송전케이블(130a)은 너셀(110)의 회전에 의해 꼬이지만, 제1회전조인트(145)에 의해 꼬임이 풀리게 되고, 제1회전조인트(145)와 제2회전조인트(149)를 통해 변압기(160)로 원활하게 송전된다.
한편, 송전케이블(130a)의 꼬임 등의 원인으로 제1회전조인트(145)에 문제가 발생하여 제1측정계(141)에서 측정된 측정치와 제2측정계(147)에서 측정된 측정치의 차가 오차 범위를 벗어날 경우, 스위치(143)는 우회 송전케이블(151)로 전원을 송전하도록 전환되고, 스위치(143)에 의해 발전기(114)에서 생산된 전원은 스위치(143), 우회 송전케이블(151), 제2회전조인트(149)를 통해 변압기(160)로 전송된다. 이때 제1회전조인트(145)의 회전이 불량일 경우 송전케이블(130a, 130b, 130c)의 꼬임은 제2회전조인트(149)에 의해 풀리게 된다.
100 : 풍력발전기
110 : 너셀
111 : 허브
112 : 블레이드
113 : 기어박스
114 : 발전기
120 : 타워
121 : 브래킷
130a ~ 130d : 송전케이블
140 : 비상 전력송전부
141, 147 : 측정계
143 : 스위치
145, 149 : 회전조인트
151 : 우회 송전케이블
160 : 변압기

Claims (6)

  1. 너셀을 지지하는 타워의 내부로 연장된 송전케이블에 설치되어 송전케이블의 꼬임을 방지하며 전력을 우회하여 송전할 수 있는 풍력발전기의 비상 전력송전장치로서,
    너셀에서 타워 내부로 연장된 송전케이블에 장착되며 우회 송전케이블이 연결되어 전력을 송전케이블 또는 우회 송전케이블로 선택하여 송전하는 것을 제어하기 위한 스위치와,
    송전케이블을 따라 스위치의 후방에 장착된 제1회전조인트와,
    송전케이블을 따라 제1회전조인트의 후방에 장착된 제2회전조인트와,
    제1회전조인트의 전방에 장착되어 전력을 측정하는 제1측정계와,
    제1회전조인트와 제2회전조인트 사이에 장착되어 전력을 측정하는 제2측정계를 포함하며,
    상기 우회 송전케이블은 스위치와 제2회전조인트 전방의 송전케이블을 연결하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 비상 전력송전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송전케이블에는 제1측정계, 스위치, 제1회전조인트, 제2측정계, 제2회전조인트의 순으로 장착되며, 우회 송전케이블의 일단은 스위치에 연결되고 우회 송전케이블의 타단은 제2측정계와 제2회전조인트 사이의 송전케이블에 연결된 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 비상 전력송전장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    타워의 하단에는 변압기가 장착되며, 전력은 제2회전조인트를 통해 변압기로 송전되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 비상 전력송전장치.
  4. 너셀을 지지하는 타워의 내부로 연장된 송전케이블에 설치되어 송전케이블의 꼬임을 방지하며 전력을 우회하여 송전할 수 있는 풍력발전기의 비상 전력송전장치로서,
    너셀에서 타워 내부로 연장된 송전케이블;
    상기 송전케이블에 장착되어 전력의 전송 선로를 제어할 수 있는 스위치;
    상기 송전케이블을 따라 스위치의 후방에 장착된 제1회전조인트;
    상기 송전케이블을 따라 제1회전조인트의 후방에 장착된 제2회전조인트;
    제1회전조인트와 제2회전조인트 사이에 스위치로부터 연결되는 우회 송전케이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 비상 전력송전장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스위치 전방에 장착되는 제1측정계;
    제1회전조인트와 제2회전조인트 사이에 장착되는 제2측정계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 비상 전력송전장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    풍력타워 하단에 위치하여 상기 제2회전조인트와 연결되는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 비상 전력송전장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220117657A (ko) 2021-02-17 2022-08-24 한국철도기술연구원 풍력발전기용 무선전력 송수신장치

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KR20220117657A (ko) 2021-02-17 2022-08-24 한국철도기술연구원 풍력발전기용 무선전력 송수신장치

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