KR20130062829A - Method for blade pitch control in wind turbines - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 풍력발전장의 피치 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각 블레이드의 하중을 측정하는 하중센서 중의 일부가 고정난 경우에도 블레이드의 피치제어를 지속하여 발전을 계속할 수 있도록 하는 풍력발전장치의 피치 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a pitch control method of a wind power plant, and more particularly, to a wind turbine generator that can continue to generate power by continuing the pitch control of the blade even if some of the load sensors for measuring the load of each blade is fixed. The pitch control method.
최근 세계적으로 에너지 고갈 및 환경오염을 대비하기 위해 친환경 신 재생 에너지 설치가 증가하면서 대표적인 신 재생 에너지인 풍력발전기의 수요가 증가하고 있는 추세이다.Recently, as the installation of eco-friendly renewable energy has increased in order to prepare for energy depletion and environmental pollution, the demand for wind power generators, a representative renewable energy, is increasing.
풍력발전기의 궁극적인 목표는 바람에너지를 전기에너지로 변환하여 전기를 생산하는 것으로, 불규칙한 바람을 이용하여 일정한 최대 전력을 생산하는 기술이 중요하다. 따라서, 불규칙한 바람의 영향을 제어하기 위해 내부에 다양한 제어기법 및 시스템을 탑재한 가변풍속 풍력발전기가 개발되었다.The ultimate goal of wind power generators is to convert wind energy into electrical energy to produce electricity. It is important to use a technique that produces constant maximum power using irregular wind. Therefore, in order to control the effects of the irregular wind, a variable wind speed generator having various control methods and systems therein has been developed.
가변풍속 풍력발전기의 가장 중요한 제어방법이 블레이드의 피치 각도를 제어하여 정격속도 이상의 바람이 불 때 일정한 최대 출력을 발생하도록 하는 것이다. 이를 위해 기존의 풍력발전기들은 풍속과 운전중인 발전기 각속도 값을 입력으로 하고 최대 출력을 발생시키는 발전기 각속도 값을 더하는 구조로 구성된 PI 제어기와 리미터를 이용한 블레이드 피치 제어 기법을 널리 사용하고 있다. 또한, 신경회로망, 퍼지제어기법 등의 인공지능기법이 연구되고 있다. 이는 일정한 최대 출력을 목표로 하는 기법으로 풍력발전기의 모든 블레이드의 피치 각을 동일한 값으로 제어하는 즉, 통합 블레이드 피치 제어 방식을 사용하고 있다.The most important control method of the variable wind speed generator is to control the pitch angle of the blade so as to generate a constant maximum output when wind is blown over the rated speed. To this end, existing wind power generators are widely using the blade pitch control technique using the PI controller and limiter, which are configured to input the wind speed and the generator angular velocity value during operation and add the generator angular velocity value to generate the maximum output. In addition, artificial intelligence techniques such as neural networks and fuzzy control techniques have been studied. This technique aims at a constant maximum power and uses an integrated blade pitch control method that controls the pitch angles of all blades of a wind turbine to the same value.
또한, 최근 풍력발전기의 대형화로 인하여 블레이드의 기계적 부하가 증가하게 되면서 풍력발전기의 일정한 최대 출력뿐만 아니라 풍력발전기 수명 증가를 위한 기계적하중(예컨대, 벤딩모멘트 등)의 감소가 주된 관심사가 되고 있다. 이를 위해 각각의 블레이드에 기계적하중을 측정할 수 있는 하중센서가 설치되고, 하중센서에서 나오는 실시간 출력하중값을 이용하여 각각의 개별 블레이드 피치각을 제어하는 개별피치제어(individual pitch control)가 적용되고 있다. 그리고, 개별피치제어가 요구되지 않을 경우에는 동시피치제어가 적용될 수 있다. In addition, as the mechanical load of the blade increases due to the recent increase in the size of the wind turbine, the reduction of the mechanical load (for example, the bending moment, etc.) for increasing the wind turbine life as well as the constant maximum output of the wind turbine has become a major concern. For this purpose, a load sensor for measuring the mechanical load is installed on each blade, and individual pitch control is applied to control each individual blade pitch angle using the real-time output load value from the load sensor. have. And, if individual pitch control is not required, simultaneous pitch control can be applied.
하지만, 하중센서들 중에서 일부의 하중센서가 고장난 경우에는 블레이드 피치제어를 수행할 수 없어 풍력발전장치의 가동을 중지하고, 이에 풍력발전을 계속할 수 없어 그 발전효율이 저하되는 단점이 있엇다. However, when some of the load sensors are broken, the blade pitch control cannot be performed, and thus the wind turbine generator is stopped. Accordingly, the wind power generator cannot be continued.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 각 블레이드의 기계적 하중을 측정하는 복수의 하중센서들 중에서 일부의 하중센서가 고장난 경우에도 블레이드의 보수 전까지 피치제어를 지속함으로써 발전효율을 높일 수 있는 풍력발전장치의 블레이드 피치 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been made in view of the above, even if some of the load sensors of the plurality of load sensors for measuring the mechanical load of each blade failure to increase the power generation efficiency by continuing the pitch control before the blade repair. It is an object of the present invention to provide a blade pitch control method of a wind turbine.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전 장치의 블레이드 피치를 제어하는 블레이드 피치 제어방법에 있어서, 복수의 하중센서가 정상 상태일 때 각 블레이드의 기준 하중값을 측정하는 기준 하중값 측정단계(S1);상기 기준 하중값 및 상기 기준 하중값에 대응한 제어조작 정보를 연산한 샘플링데이터를 룩업테이블에 저장하는 룩업테이블 저장단계(S2);상기 룩업테이블의 기준 하중값과 각 블레이드의 실측 하중값을 비교하여 하중센서의 고장여부를 판단하는 하중센서 고장판단단계(S3); 및 상기 하중센서 고장판단단계(S3)에서 일부의 하중센서에 대해 고장이 판단되면 상기 룩업테이블의 제어조작 정보에 의해 블레이드에 대한 제어조작을 수행하는 피치제어단계(S4);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치의 블레이드 피치 제어방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, in the blade pitch control method for controlling the blade pitch of the wind turbine, measuring the reference load value of each blade when a plurality of load sensors in a steady state A reference load value measuring step (S1); a lookup table storing step (S2) of storing sampling data obtained by calculating the reference load value and control operation information corresponding to the reference load value (S2); the reference load value of the lookup table A load sensor failure determination step (S3) of comparing the measured load values of the blades with each other to determine whether the load sensor is broken; And a pitch control step (S4) of performing a control operation on the blade by the control operation information of the lookup table when a failure is determined for a part of the load sensors in the load sensor failure determination step (S3). It provides a blade pitch control method of a wind turbine.
상기 룩업테이블 저장단계(S2)는, 상기 기준하중값과 이에 따른 각 블레이드의 피치각 및 바람세기를 통계적으로 연산하여 제어조작 정보를 생성하고, 상기 샘플링데이터를 룩업테이블(look-up table)에 저장하는 것;을 특징으로 한다.The look-up table storing step (S2) may generate control operation information by statistically calculating the reference load value and the pitch angle and the wind strength of each blade according to the result, and the sampling data may be stored in a look-up table. To store;
상기 제어조작 정보는 개별피치제어 정보 및 동시피치제어 정보 중에서 어느 하나인 것;을 특징으로 한다.The control operation information is any one of individual pitch control information and simultaneous pitch control information.
상기 피치제어단계(S4)는, 상기 룩업테이블의 제어조작 정보에 따라 개별피지제어 및 동시피치제어 중에서 어느 하나를 수행하는 것;을 특징으로 한다.The pitch control step (S4), characterized in that to perform any one of individual pitch control and simultaneous pitch control according to the control operation information of the look-up table.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전 장치의 블레이드 피치를 제어하는 블레이드 피치 제어방법에 있어서, 정상 상태일 때 각 블레이드의 기준 하중값을 측정한 후에, 상기 기준 하중값과 이에 따른 피치제어조작 정보를 샘플링하고, 상기 샘플링된 정보의 기준 하중값과 각 블레이드의 실측 하중값을 비교하여 하중센서들의 고장여부를 판단하며, 일부 하중센서의 고장이 판단되면 상기 샘플링된 제어조작 정보에 따라 개별피치제어 및 동시피치제어 중에서 어느 하나의 피치제어조작을 수행하는 것;을 특징으로 하는 풍력발전장치의 블레이드 피치 제어방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, in the blade pitch control method for controlling the blade pitch of the wind turbine, after the reference load value of each blade in the steady state, the reference load value and the pitch control operation information accordingly Sampling and comparing the reference load value of the sampled information with the actual load value of each blade to determine whether the load sensor failure, if the failure of some load sensor is determined, the individual pitch control according to the sampled control operation information And to perform any one pitch control operation of the simultaneous pitch control; provides a blade pitch control method of a wind turbine.
상기 샘플링된 제어조작 정보는 상기 기준하중값과 이에 따른 각 블레이드의 피치각 및 바람세기를 통계적으로 연산한 것;을 특징으로 한다.The sampled control operation information is calculated by statistically calculating the reference load value and the pitch angle and wind strength of each blade accordingly.
본 발명에 의하면, 각 블레이드의 기계적 하중을 측정하는 복수의 하중센서들 중에서 일부의 하중센서가 고장난 경우에도 블레이드의 보수 전까지 피치제어를 지속함으로써 발전효율을 높일 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, even if some load sensors of the plurality of load sensors for measuring the mechanical load of each blade has an advantage that the power generation efficiency can be increased by continuing the pitch control until repair of the blade.
특히, 본 발명은 일부 하중센서의 고장 또는 측정값 오류에도 불구하고, 각 블레이드에 대한 개별피치제어(IPC)가 이루어질 수 있으므로, 블레이드의 벤딩모멘트가 줄어들고, 이에 블레이드 및 샤프트의 하중을 줄이는 개별피치제어(IPC)효과를 얻을 수 있다. In particular, the present invention, despite the failure or measurement error of some load sensors, individual pitch control (IPC) for each blade can be made, so that the bending moment of the blade is reduced, thereby reducing the load of the blade and shaft individual pitch Control (IPC) effect can be obtained.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치의 블레이드 피치제어방법을 도시한 공정도이다. 1 is a process chart showing the blade pitch control method of the wind power generator according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the following examples can be modified in various forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전장치의 블레이드 피치제어방법을 도시한다. 1 shows a blade pitch control method of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 풍력발전장치의 블레이드 피치제어방법은 기준 하중값 측정단계(S1), 룩업테이블 저장단계(S2), 하중센서 고장판단단계(S3), 피치제어단계(S4)로 이루어진다. As shown, the blade pitch control method of the wind power generator according to the present invention is a reference load value measuring step (S1), look-up table storage step (S2), load sensor failure determination step (S3), pitch control step (S4) Is made of.
기준 하중값 측정단계(S1)에서는 복수의 하중센서가 정상 상태일 때 또는 정상 상태에 대응하는 시뮬레이션을 통해 각 블레이드의 기준 하중값을 측정한다. In the reference load measurement step S1, when the plurality of load sensors are in a normal state or through a simulation corresponding to the normal state, the reference load values of the respective blades are measured.
룩업테이블 저장단계(S2)에서는 기준 하중값 및 기준 하중값에 대응한 제어조작 정보를 통계적으로 연산하고, 이를 샘플링한 샘플링데이터를 룩업테이블(look up table)에 저장한다. 특히, 기준하중값과 이에 따른 각 블레이드의 피치각 및 바람세기를 통계적으로 연산(즉, 샘플링 공정)함으로써 제어조작 정보를 생성하고, 이러한 제어조작 정보를 룩업테이블에 저장한다. In the look-up table storing step S2, the control load information corresponding to the reference load value and the reference load value is statistically calculated, and the sampling data sampled therefrom is stored in a look up table. In particular, the control operation information is generated by statistically calculating (ie, sampling process) the reference load value, the pitch angle, and the wind strength of each blade, and store the control operation information in the lookup table.
한편, 풍력발전장치의 블레이드는 개별피치제어 및 동시피치제어 중에서 어느 하나의 제어조작이 이루어질 수 있다. 즉, 일정한 바람세기에 따라 발생하는 각 블레이드의 기계적하중 예컨대, 블레이드의 벤딩모멘트 등을 줄이기 위한 개별피치제어(IPC, Individual Pitch Control)가 적용될 수 있고, 또한 별도의 개별피제어가 요구되지 않을 경우에는 동시피치제어(CPC, Collective Pitch Control)가 적용될 수 있다. 이에, 룩업테이블 저장단계(S2)에서의 제어조작 정보는 개별피치제어 정보 및 동시피치제어 정보 중에서 어느 하나일 수 있다. On the other hand, the blade of the wind turbine generator can be any one of the control operation of the individual pitch control and simultaneous pitch control. That is, if the individual pitch control (IPC, Individual Pitch Control) to reduce the mechanical load of each blade generated by a certain wind strength, for example, the bending moment of the blade, etc. can be applied, and also if the separate individual pitch control is not required The simultaneous pitch control (CPC) may be applied to the. Thus, the control operation information in the lookup table storage step S2 may be any one of individual pitch control information and simultaneous pitch control information.
하중센서 고장판단단계(S3)에서는 하중센서를 통해 각 블레이드의 실측 하중값을 측정하고, 하중센서에 의한 실측 하중값과 룩업테이블의 기준 하중값을 비교하여 하중센서의 고장여부를 판단한다. In the load sensor failure determination step (S3), the actual load value of each blade is measured by the load sensor, and the load sensor is judged whether the load sensor is broken by comparing the measured load value by the load sensor with the reference load value of the lookup table.
피치제어단계(S5)에서는 하중센서 고장판단단계(S4)에서 일부의 하중센서에 대해 고장이 판단되면 룩업테이블의 제어조작 정보에 의해 블레이드에 대한 제어조작을 수행한다. 여기서, 피치제어단계는 룩업테이블의 제어조작 정보에 따라 개별피지제어 및 동시피치제어 중에서 어느 하나를 수행한다. 특히, 피치제어단계(S5)에서는 각 블레이드 측에 걸리는 벤딩모멘트 등과 같은 기계적 하중을 줄이도록 개별피치제어(IPC)가 주로 이루어지고, 이러한 개별피치제어가 요구되지 않을 경우에만 동시피치제어(CPC)가 이루어진다. In the pitch control step S5, when a failure is determined for some of the load sensors in the load sensor failure determination step S4, the control operation for the blade is performed by the control operation information of the lookup table. Here, the pitch control step performs either one of individual pitch control and simultaneous pitch control according to the control operation information of the lookup table. In particular, in the pitch control step (S5), individual pitch control (IPC) is mainly made to reduce mechanical loads such as bending moments applied to each blade side, and simultaneous pitch control (CPC) only when such individual pitch control is not required. Is done.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 각 블레이드의 기계적 하중을 측정하는 복수의 하중센서들 중에서 일부의 하중센서가 고장난 경우에도 블레이드의 보수 전까지 피치제어를 지속함으로써 발전효율을 높일 수 있는 장점이 있다. According to the present invention as described above, even if some load sensors of the plurality of load sensors for measuring the mechanical load of each blade has an advantage that the power generation efficiency can be increased by continuing the pitch control until repair of the blade.
특히, 본 발명은 일부 하중센서의 고장 또는 측정값 오류에도 불구하고, 각 블레이드에 대한 개별피치제어(IPC)가 이루어질 수 있으므로, 블레이드의 벤딩모멘트가 줄어들고, 이에 블레이드 및 샤프트의 하중을 줄이는 개별피치제어(IPC)효과를 얻을 수 있다.
In particular, the present invention, despite the failure or measurement error of some load sensors, individual pitch control (IPC) for each blade can be made, so that the bending moment of the blade is reduced, thereby reducing the load of the blade and shaft individual pitch Control (IPC) effect can be obtained.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention will be.
Claims (6)
복수의 하중센서가 정상 상태일 때 각 블레이드의 기준 하중값을 측정하는 기준 하중값 측정단계(S1);
상기 기준 하중값 및 상기 기준 하중값에 대응한 제어조작 정보를 연산한 샘플링데이터를 룩업테이블에 저장하는 룩업테이블 저장단계(S2);
상기 룩업테이블의 기준 하중값과 각 블레이드의 실측 하중값을 비교하여 하중센서의 고장여부를 판단하는 하중센서 고장판단단계(S3); 및
상기 하중센서 고장판단단계(S3)에서 일부의 하중센서에 대해 고장이 판단되면 상기 룩업테이블의 제어조작 정보에 의해 블레이드에 대한 제어조작을 수행하는 피치제어단계(S4);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 풍력발전장치의 블레이드 피치 제어방법.In the blade pitch control method for controlling the blade pitch of the wind turbine,
A reference load value measuring step (S1) of measuring a reference load value of each blade when a plurality of load sensors are in a normal state;
A lookup table storing step (S2) of storing sampling data obtained by calculating the reference load value and control operation information corresponding to the reference load value in a lookup table;
A load sensor failure determination step (S3) of comparing the reference load value of the look-up table with the actual load value of each blade to determine whether the load sensor is faulty; And
A pitch control step (S4) of performing a control operation on the blade by the control operation information of the lookup table when a failure is determined for a part of the load sensor in the load sensor failure determination step (S3);
Blade pitch control method of a wind turbine, characterized in that consisting of.
상기 룩업테이블 저장단계(S2)는, 상기 기준하중값과 이에 따른 각 블레이드의 피치각 및 바람세기를 통계적으로 연산하여 제어조작 정보를 생성하고, 상기 샘플링데이터를 룩업테이블(look-up table)에 저장하는 것;
을 특징으로 하는 풍력발전장치의 블레이드 피치 제어방법.The method according to claim 1,
The look-up table storing step (S2) may generate control operation information by statistically calculating the reference load value and the pitch angle and the wind strength of each blade according to the result, and the sampling data may be stored in a look-up table. To store;
Blade pitch control method of a wind turbine, characterized in that.
상기 제어조작 정보는 개별피치제어 정보 및 동시피치제어 정보 중에서 어느 하나인 것;
을 특징으로 하는 풍력발전장치의 블레이드 피치 제어방법.The method according to claim 2,
The control operation information is any one of individual pitch control information and simultaneous pitch control information;
Blade pitch control method of a wind turbine, characterized in that.
상기 피치제어단계(S4)는, 상기 룩업테이블의 제어조작 정보에 따라 개별피지제어 및 동시피치제어 중에서 어느 하나를 수행하는 것;
을 특징으로 하는 풍력발전장치의 블레이드 피치 제어방법.The method according to claim 3,
The pitch control step (S4) may include: performing any one of individual pitch control and simultaneous pitch control according to the control operation information of the lookup table;
Blade pitch control method of a wind turbine, characterized in that.
정상 상태일 때 각 블레이드의 기준 하중값을 측정한 후에, 상기 기준 하중값과 이에 따른 피치제어조작 정보를 샘플링하고, 상기 샘플링된 정보의 기준 하중값과 각 블레이드의 실측 하중값을 비교하여 하중센서들의 고장여부를 판단하며, 일부 하중센서의 고장이 판단되면 상기 샘플링된 제어조작 정보에 따라 개별피치제어 및 동시피치제어 중에서 어느 하나의 피치제어조작을 수행하는 것;
을 특징으로 하는 풍력발전장치의 블레이드 피치 제어방법. In the blade pitch control method for controlling the blade pitch of the wind turbine,
After measuring the reference load value of each blade in the steady state, the reference load value and the pitch control operation information are sampled, and the load sensor is compared by comparing the reference load value of the sampled information with the actual load value of each blade. Determining whether a failure of the plurality of load sensors is performed, and performing any one of the individual pitch control and the simultaneous pitch control according to the sampled control operation information;
Blade pitch control method of a wind turbine, characterized in that.
상기 샘플링된 제어조작 정보는 상기 기준하중값과 이에 따른 각 블레이드의 피치각 및 바람세기를 통계적으로 연산한 것;
을 특징으로 하는 풍력발전장치의 블레이드 피치 제어방법. The method according to claim 5,
The sampled control operation information is calculated by statistically calculating the reference load value and the pitch angle and wind strength of each blade accordingly;
Blade pitch control method of a wind turbine, characterized in that.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110129300A KR20130062829A (en) | 2011-12-05 | 2011-12-05 | Method for blade pitch control in wind turbines |
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| KR (1) | KR20130062829A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105508136A (en) * | 2015-12-28 | 2016-04-20 | 北京天诚同创电气有限公司 | Variable pitch control device and method for wind generating set and variable pitch system |
-
2011
- 2011-12-05 KR KR1020110129300A patent/KR20130062829A/en not_active Application Discontinuation
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