KR20130074262A

KR20130074262A - 요 구동 제어방법

Info

Publication number: KR20130074262A
Application number: KR1020110142248A
Authority: KR
Inventors: 심필섭
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-07-04

Abstract

본 발명은 요 구동 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 풍력발전기의 요잉(yawing)을 적절히 제어하여 케이블의 꼬임을 방지할 수 있는 요 구동 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 요 구동 제어방법은, 나셀(nacelle), 타워(tower), 로터(rotor)로 구성되는 풍력 발전기의 요 구동 제어방법으로서, 발전을 위해 작동하는 상기 풍력 발전기의 터빈 정지 여부를 판단하는 터빈정지 판단단계(S1); 상기 터빈 정지 판단단계(S1)에서 상기 터빈이 정지하였다고 판단되면 상기 나셀(20)의 회전에 의해 꼬인 케이블을 푸는 요 구동을 개시하는 케이블 언와인딩 단계(S2); 상기 터빈 정지 판단단계(S1)에서 상기 터빈이 작동 중이라고 판단되면 요 에러를 해소하는 요 구동을 개시하는 요 에러 해소단계(S3); 및 상기 케이블 언와인딩 단계(S2) 또는 상기 요 에러 해소단계(S3)를 마치면 상기 요 구동을 정지시키는 요 구동 정지단계(S4);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

요 구동 제어방법{Control Method Of Yaw Drive}

본 발명은 요 구동 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 풍력발전기의 요잉(yawing)을 적절히 제어하여 케이블의 꼬임을 방지할 수 있는 요 구동 제어방법에 관한 것이다.

풍력(바람의 힘)을 이용하여 전기에너지를 발생시키는 풍력발전기는 산업의 발달과 인구 증가에 의한 석유, 석탄, 천연가스 등의 천연자원의 고갈에 따라 대체 에너지원으로 많은 연구가 진행되고 있다.

풍력발전이란 공기 유동이 갖는 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시킨 후 다시 전기에너지를 생산하는 기술로서, 자연에 존재하는 바람을 에너지원으로 이용하므로 비용이 들지 않으면서도 친환경적인 바, 점차 사용 범위가 증가하고 있다.

일반적으로 풍력 발전기(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 나셀(nacelle, 2), 타워(tower, 3) 및 로터(rotor, 4)로 구성된다.

타워(tower, 3)는 지면에 세워지는 고층의 구조물로서, 타워(3) 상단에 증속기, 발전기 등을 포함하는 발전장치 및 제어장치를 포함하는 나셀(2)이 설치되고, 나셀(2)에는 복수의 블레이드(blade, 5) 및 이 블레이드가 결합되는 허브(hub, 6)로 구성되는 로터(rotor, 4)가 장착된다.

로터(4)를 회동 지지하는 나셀(3)은 타워(3) 상단에서 회전 가능하며, 로터(4)의 회전력이 주축을 거쳐 발전기에 이르러 전기 에너지를 발생시킨다.

풍력 발전기(1)는 항상 최대의 전기 에너지를 생산할 수 있도록 바람의 방향이 바뀔 때마다 블레이드(5)가 바람을 정면으로 맞이하도록 할 필요가 있으며, 이를 위해 로터(4)를 바람이 불어오는 방향에 위치하도록 나셀(2)을 회전시키는 데 이를 요(yaw) 구동이라 하고, 만약 로터(4))가 바람을 마주 볼 수 있도록 정렬되지 않는다면 풍력 발전기(1)는 요 에러(yaw error)가 발생하게 된다.

요 에러(yaw error)는 로터(4)에 적은 양의 풍력 에너지가 닿도록 하므로 풍력 발전기의 에너지 효율을 대폭 감소시키는 바, 로터(4)에 풍력이 효율적으로 전달되도록 하기 위해 요 에러는 방지되어야 한다.

따라서, 로터(4)에 풍력이 효율적으로 전달되도록 하기 위해 항상 바람의 방향이 로터(4)를 향하도록 나셀(3)의 방향을 제어하는 요 구동 제어(yaw drive control)를 하여야 한다.

그러나, 종래의 풍력 발전기(1)는 풍향과 나셀(3)의 방향의 차이에 따라 나셀이 바람이 부는 방향을 따라 움직이도록 요 구동 제어(yaw drive control)를 하는데, 나셀(3)이 한 방향으로 지속적으로 움직이게 되면 특정 방향으로의 계속적 회전이 이루어져 풍력 발전기에 설치된 각종의 케이블이 꼬이게 되는 문제점이 발생한다.

이렇게 꼬인 케이블은 한계에 다다를 경우 절단되는 사고가 발생할 수 있어 어느 정도의 꼬임이 발생하는 경우 발전을 중지하고 나셀(3)을 반대로 회전시켜 꼬인 케이블을 풀어주어야 한다.

이 때, 꼬인 케이블을 풀기 위한 발전 시스템의 잦은 중지는 전력 생산을 감소시키고, 잦은 중지 및 재가동에 불필요한 에너지를 낭비하게 되는 바 잦은 발전 시스템의 중지을 막기 위한 방안이 필요하다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력발전기의 요잉(yawing)을 적절히 제어하여 케이블 꼬임을 미연에 방지하고, 요 에러(yaw error)도 방지하여 전력 손실 최소화 및 에너지 효율 극대화를 달성하는 데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 나셀(nacelle), 타워(tower), 로터(rotor)로 구성되는 풍력 발전기의 요 구동 제어방법에 있어서, 발전을 위해 작동하는 상기 풍력 발전기의 터빈 정지 여부를 판단하는 터빈정지 판단단계(S1); 상기 터빈 정지 판단단계(S1)에서 상기 터빈이 정지하였다고 판단되면 상기 나셀(20)의 회전에 의해 꼬인 케이블을 푸는 요 구동을 개시하는 케이블 언와인딩 단계(S2); 및 상기 케이블 언와인딩 단계(S2)를 마치면 상기 요 구동을 정지시키는 요 구동 정지단계(S4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 요 구동 제어방법을 제공한다.

상기 터빈정지 판단단계(S1)는, 상기 터빈이 정지하거나, 풍속이 일정 속도 이하인 경우 상기 터빈이 정지하였다고 판단하고;상기 터빈이 작동 중이고, 풍속이 일정 속도 초과인 경우 상기 터빈이 작동 중이라고 판단하는 것;을 특징으로 한다.

상기 일정 속도의 풍속은 상기 풍력 발전기의 운전이 가능한 최소한의 풍속 인 것;을 특징으로 한다.

상기 일정 속도의 풍속은 10분 평균 2~4m/s 인 것;을 특징으로 한다.

상기 케이블 언와인딩 단계(S3)는, 상기 케이블의 꼬인 각도와 상기 요 에러 각도를 더한 절대값이 360° 이상이 되는 경우 요 구동을 개시하는 것;을 특징으로 한다.

상기 요 구동은, 상기 케이블이 꼬인 방향과 반대방향으로 움직임으로써 개시되는 것;을 특징으로 한다.

상기 케이블 언와인딩 단계(S2)는, 상기 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 180° 이하이고, 상기 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 이하이거나; 상기 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 기준치 이하인 경우에 마치게 되고, 상기 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 180°초과이거나 상기 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 초과인 경우에는 상기 요 구동 동작을 계속하는 것;을 특징으로 한다.

상기 터빈 정지 판단단계(S1)에서 상기 터빈이 작동 중이라고 판단되면 요 에러를 해소하는 요 구동을 개시하는 요 에러 해소단계(S3);를 더 포함하되, 상기 요 에러 해소단계(S3)는 상기 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 초과이고, 마지막 요 구동 제어를 한 시간이 2 분 경과한 경우 요 구동을 개시하고, 상기 요 구동 정지단계(S4)는 상기 요 에러 해소단계(S3)를 마치면 상기 요 구동을 정지시키는 것;을 특징으로 한다.

상기 요 구동은, 요 실제 각도와 요 목표치 각도의 차의 절대값이 기준치 이하인 경우에 마치게 되고, 상기 요 실제 각도와 요 목표치 각도의 차가 0이 아닌 경우에는 상기 요 구동 동작을 계속하되, 상기 요 구동 동작을 개시하는 방향은 목표치 각도까지 해야하는 요잉의 회전거리가 짧은 방향인 것;을 특징으로 한다.

상기 요 구동 정지단계(S4)는, 상기 로터(40)가 바람이 불어오는 방향에 대해 일정각도 내에 위치하도록 상기 나셀(20)을 회전하여 상기 요 구동을 정지하는 것;을 특징으로 한다.

상기 일정각도는 10°인 것;을 특징으로 한다.

상기 나셀(20)의 회전은 계통 전원을 공급받아 이루어지는 것;을 특징으로 한다.

작동 중지된 상기 터빈을 재가동하여 발전을 시작하는 경우에 재가동을 위한 초기 전력은 계통 전원을 사용하고, 재가동이 된 이후에는 계통전원 또는 상기 터빈에 의해 생산되는 전력을 이용하여 상기 풍력 발전기를 가동시키면서 요 제어를 하는 것;을 특징으로 한다.

상기 타워(30)의 상부의 외주면에 형성되는 외주면 기어(31); 상기 나셀(20)의 하부에 형성되어 상기 외주면 기어(31)와 맞물리는 요 피니언 기어(21); 및 상기 피니언 기어를 구동시키는 요 모터(22);를 포함하되, 상기 나셀(20)은 상기 요 모터(22)의 구동에 의해 회전하는 것;을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 나셀(nacelle), 타워(tower), 로터(rotor)로 구성되는 풍력 발전기의 요 구동 제어방법에 있어서, 발전을 위해 작동하는 상기 풍력 발전기의 터빈이 정지하였다고 판단되면 케이블의 꼬인 각도와 요 에러 각도를 더한 절대값이 360° 이상이 되는 경우에 상기 나셀(20)을 회전시키는 요 구동을 하여 상기 케이블의 꼬임을 푼 후 상기 요 구동을 정지하고, 상기 터빈이 작동 중이라고 판단되면 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 초과이고, 마지막 요 구동 제어를 한 시간의 경과가 2 분인 경우에 상기 나셀(20)을 회전시키는 요 구동을 하여 요 에러를 해소한 후 요 구동을 정지하는 것;을 특징으로 하는 요 구동 제어방법을 제공한다.

상기 케이블의 고임을 푸는 요 구동의 정지는 상기 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 180° 이하이고 상기 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 이하이거나, 상기 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 0°인 경우에 이루어지고, 상기 요 에러를 해소하는 요 구동의 정지는 요 실제 각도와 요 목표치 각도의 차가 0 인 경우에 이루어지는 것;을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 케이블 꼬임을 미연에 방지하여 풍력 발전기의 잦은 가동 중지 및 재가동을 막을 수 있고, 이로서 불필요한 에너지의 낭비를 줄일 수 있도록 한다.

또한, 풍력 발전의 중지 후 재가동시 정격 발전량에 가장 빠르게 도달할 수 있어 발전 중단 회복 시간을 단축할 수 있다.

또한, 풍력 발전의 중지 후 재가동시에는 계통전원을 사용하여 재가동하나, 재가동이 된 이후에는 재가동에 의해 생산되는 전력을 이용하여 풍력발전기를 가동시키면서 요 제어를 할 수 있다.

또한, 일정 풍속 이하 일 때 발전을 중지하는 경우 계통전원을 사용하여 꼬인 케이블을 푸는 작업을 하므로 발전 계속중에 케이블의 꼬임에 의한 케이블 절단 사고를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 발전을 중지하고 케이블을 다 푼 후에는 바람이 불어오는 방향으로 로터를 대기시킴으로써 발전 설비를 재가동하는 경우 빠르게 정격 발전량에 도달할 수 있도록 하며, 이로써 발전 중단 회복 시간을 단축할 수 있다.

도 1은 종래의 풍력 발전기를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 요 구동 제어방법을 개략적으로 나타내는 평면도이며, (a)는 풍속이 일정 속도 이하인 경우 발전을 중지하는 경우를 도시한 도면이고, (b)는 발전 중지 후 계통 전원을 사용하여 케이블을 푼 후 바람이 불어오는 방향으로 로터를 위치시킨 도면이고, (c)는 발전을 재가동하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 요 구동 장치를 구체적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 요 구동 제어방법의 흐름도를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5 및 도 6은 도 4의 흐름도를 구체적으로 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 요 구동 제어방법을 개략적으로 나타내는 평면도이고, (a)는 풍속이 일정 속도 이하인 경우 발전을 중지하는 경우를 도시한 도면이며, (b)는 발전 중지 후 계통 전원을 사용하여 케이블을 푼 후 바람이 불어오는 방향으로 로터를 위치시킨 도면이며고, (c)는 발전을 재가동하는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 요 구동 장치를 구체적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 요 구동 제어방법의 흐름도를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5 및 도 6은 도 4의 흐름도를 구체적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 요 구동 제어방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 풍속이 일정 속도 이하인 경우에 발전을 위해 작동하는 터빈(미도시)을 정지하여 발전을 정지시키고, 나셀(20)을 회전시켜 꼬여 있는 케이블을 푸는 방법을 제공한다.

이 때, 발전이 정지되는 최소의 풍속은 에너지 효율을 감안하여 풍력 발전기의 운전이 가능한 최소한의 풍속 미만이어야 하며, 발전설비의 용량 및 설치위치 등을 고려하여 풍력 발전기의 운전이 가능한 최소한의 풍속은 2~4m/s 인 것이 바람직하다.

나셀(20)이 회전하여 꼬여 있는 케이블을 푼 후에는, 도 2의 (b)에서와 같이, 로터(40)를 바람이 불어오는 방향을 향하도록 위치시켜 대기 시킬 수 있는데, 풍력 발전기의 운전이 가능한 최소한의 풍속 이상이 되면 바로 발전 설비를 재가동하여 발전을 할 수 있도록 하기 위함이다.

풍력 발전기의 운전이 가능한 최소한의 풍속 이하가 되면 발전 효율을 감안하여 발전을 정지시키는데, 이 때 나셀(20)을 회전시키도록 하는 전원은 계통 전원으로부터 공급받아 나셀(20)을 회전시키도록 할 수 있다.

그러나, 계통 전원은 고가인 바, 풍속이 풍력 발전기를 운전할 수 있는 최소한의 풍속 이상이 되어 발전을 재가동하였다면, 계통전원을 계속 이용할 수도 있고, 발전으로 생산되는 전원을 이용하여 발전 설비를 가동시킬 수도 있다.

따라서, 작동 중지된 터빈을 재가동하여 발전을 시작하는 경우에 재가동을 위한 초기 전력은 계통 전원을 사용하고, 재가동이 된 이후에는 발전을 위한 터빈에 의해 생산되는 전력을 이용하여 풍력 발전기를 가동시키면서 요 제어를 할 수 있다.

이러한 나셀(20)의 회전은, 도 3에 도시된 바와 같이, 요 모터(22)를 구동시켜 외주면 기어(31)와 맞물리는 요 피니언(21)기어를 회전시켜 이루어지며, 외주면 기어(31)는 타워(30)의 상부 외주면에 형성되고, 요 피니언 기어(21)는 나셀(20)의 하부에 형성되며, 요 모터(22)는 외주면 기어(31)와 맞물리는 요 피니언 기어(21)를 구동시킨다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 요 구동 제어방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 터빈정지 판단단계(S1), 케이블 언와인딩 단계(S2), 요 구동 정지단계(S4)를 포함한다.

터빈정지 판단단계(S1)는 발전을 위해 작동하는 풍력 발전기의 터빈 정지 여부를 판단하는데, 터빈이 실제로 정지하여 있거나, 풍속이 일정 속도 이하인 경우에 터빈이 정지하였다고 판단하며, 터빈이 실제 작동 중이고, 풍속이 일정 속도 초과인 경우 터빈이 작동 중이라고 판단한다.

여기서 풍속은 순간풍속일 수 있으나, 이런 경우 시스템의 제어가 순간풍속의 달라짐에 의해 매순간 변화할 수 있어 시스템 불안정의 원인 되는 바 일정한 시간 동안의 평균풍속(예를 들면, 10분 평균평속)으로 정하는 것이 바람직하다.

터빈의 정지 여부(또는 발전의 정지여부)를 판단하는 일정 속도의 풍속은 상술한 실시예에서와 마찬가지로 풍력 발전기의 운전이 가능한 최소한의 풍속이며, 예를 들면 발전설비의 용량 및 설치위치 등을 고려하여 2~4m/s가 될 수 있다.

일정 풍속 이하인 경우는 발전을 위해 설비를 가동하는 비용이 생산한 전력량의 금액보다 고가인바 발전을 중단시키는 것이 효율적이며, 발전 설비의 운영효율을 더 높일 수 있도록 발전을 중단하는 동안 후술할 케이블 언와인딩 단계(S2)를개시하여 꼬인 케이블을 풀도록 한다. 이는 터빈의 작동 중 누적된 케이블의 꼬임에 의해 발전이 중단되는 사태를 미연에 방지할 수 있도록 한다.

케이블 언와인딩 단계(S2)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 터빈 정지 판단단계(S1)에서 터빈이 정지하였다고 판단되면 나셀(20)의 회전에 의해 꼬인 케이블을 푸는 요 구동을 개시하는데, 케이블의 꼬인 각도와 요 에러 각도(30초 평균)를 더한 절대값이 360° 이상이 되고, 마지막 케이블 언와인딩한 시간이 2시간이 경과한 경우 요 구동을 개시하도록 할 수 있다.

즉, 현재 꼬인 케이블의 각도와 나셀(20)이 요 에러 각도(30초 평균)를 해소하기 위해 회전함으로서 더 꼬이게 될 케이블의 각도를 더한 절대값이 360° 이상(케이블의 1회전)이 되고, 마지막으로 언와인딩 한 시간이 2시간을 경과한 경우에 요 구동을 개시하도록 하는데, 빈번한 케이블 언와인딩 동작을 방지하기 위함이다.

케이블 언와인딩 단계(S2)는 꼬인 케이블을 푸는 단계이므로 요 구동은 케이블이 꼬인 방향과 반대방향으로 움직임으로써 개시된다.

요 구동이 개시될 때는 요 브레이를 해제하여 요 모터가 구동되면 요잉이 시작될 수 있도록 한다.

이 때, 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 180° 이하이고, 요 에러 각도의 절대값이 기준치(예를 들면, 10°/30초평균) 이하이거나 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 기준치(예를 들면, 0°) 이하인 경우에는 케이블 언와인딩 단계(S2)를 마치고 요 구동 정지단계(S4)로 가서, 요 모터를 정지한 후 요 브레이크를 작동시켜 요잉을 정지시킨다.

그러나, 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 180°초과이거나 요 에러 각도의 절대값이 기준치(예를 들면, 10°/30초평균) 초과인 경우에는 요 구동 동작에 의해 꼬인 케이블을 계속 풀도록 한다.

본 발명에 따른 요 구동 제어방법은 터빈 정지 판단단계(S1)에서 터빈이 작동 중이라고 판단되면 요 에러를 해소하는 요 구동을 개시하는 요 에러 해소단계(S3);를 더 포함할 수 있으며, 요 에러 해소단계(S3)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 요 에러 각도의 절대값이 기준치(예를 들면, 10°/30초평균) 초과이고, 마지막 요 구동 제어를 한 시간이 기준치(예를 들면, 2분)를 경과한 경우에 요 구동을 개시하도록 할 수 있다.

이는 요 에러 각도의 일정 시간 평균값을 근거로 요 구동을 이루어지도록 하고, 또 마지막 요 구동 제어 시간이 기준치(예를 들면, 2분)를 경과해야 요 구동을 하도록 함으로써 요 에러 각도의 순간적인 변화에 따른 요 구동의 빈번한 작동을 방지하여 시스템 불안정을 해소하기 위함이다.

또한, 요 에러 해소단계(S3)를 마치면 요 구동 정지단계(S4)에서 요 구동을 정지시키도록 하는데, 요 모터를 정지한 후 요 브레이크를 작동시켜 요잉을 정지시킨다.

요 에러 해소단계(S3)의 요 구동은 요 실제 각도와 요 목표치 각도의 차의 절대치가 기준치(예를 들면, 0°)이하인 경우에 마치게 되나, 요 실제 각도와 요 목표치 각도의 차가 기준치(예를 들면, 0°)가 아닌 경우에는 요 구동 동작을 계속하게 하여 요 에러가 완벽히 해소될 수 있도록 한다.

이 때, 요 에러의 해소를 위한 요 구동 동작의 개시방향은 목표치 각도까지 해야하는 요잉의 회전거리가 짧은 방향인 것이 바람직한데, 요잉을 위한 동작의 방향은 좌 또는 우 방향의 2방향 동작이 가능한바 양 쪽 방향 중 짧은 회전거리를 갖는 요잉 동작을 하는 것이 풍력발전의 운전효율 측면에서 바람직하기 때문이다.

요 구동 정지단계(S4)는 케이블 언와인딩 단계(S2)를 마치면 요 구동을 정지시키는데, 로터(40)가 바람이 불어오는 방향에 대해 일정각도 내에 위치하도록 나셀(20)을 회전하여 요 구동을 정지하도록 하며, 일정각도는 10°인 것이 바람직하다.

이는 상술한 실시예에서와 같이, 풍력 발전기의 운전이 가능한 최소한의 풍속을 초과하는 바람이 불면 바로 발전 설비를 재가동하여 발전을 할 수 있도록 하기 위함이다.

본 실시예에서의 요 구동 제어방법도 상술한 실시예에서와 마찬가지로 계통 전원을 공급받아 나셀(20)이 회전하여 요 구동이 되도록 할 수 있다.

또한, 작동 중지된 터빈을 재가동하여 발전을 시작하는 경우에 재가동을 위한 초기 전력은 계통 전원을 사용하고, 재가동이 된 이후에는 계통전원 또는 상기 터빈에 의해 생산되는 전력을 이용하여 풍력 발전기를 가동시키면서 요 제어를 할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 요 구동 제어방법의 작용을 설명한다.

본 발명에 따른 요 구동 제어방법이 적용되는 풍력 발전기에 운전이 가능한 최소한의 풍속이 2m/s라면, 2m/s 이하의 풍속이 부는 경우에 터빈이 정지되었다고 판단하고, 발전을 정지하며, 이 때 케이블의 꼬인 각도와 요 에러 각도를 더한 절대값이 360° 이상이면 계통전원으로부터 전력을 공급받아 나셀(20)을 케이블이 꼬인 방향과 반대방향으로 움직여 꼬인 케이블을 푼다.

꼬인 케이블은 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 180° 이하이고 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 이하이거나, 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 0°인 경우에 케이블 푸는 동작은 정지하게 되는데, 이 때 로터(40)는 바람이 불어오는 방향을 향하도록 한 후(10°오차는 허용) 요 구동을 정지시켜 케이블 푸는 동작을 정지하도록 한다. 이렇게 함으로써 풍속이 2m/s를 초과할 때 바로 발전을 시작할 수 있게 되어 발전 중단 기간이 짧아져 발전 효율이 향상될 수 있다.

발전이 재가동되면, 계통전원을 끊고 발전에 의해 생산되는 전원으로 발전을 위한 각종 설비들에 전원을 공급한다.

이러한, 요 운전 제어방법에 의해 상술한 다양한 효과를 발휘할 수 있는 풍력발전기의 제작을 할 수 있게 된다.

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.

20: 나셀 21: 요 피니언 기어
22: 요 모터 30: 타워
31: 외주면 기어 40: 로터
50: 블레이드
S1: 터빈정지 판단단계 S2: 케이블 언와인딩 단계
S3: 요 에러 해소단계 S4: 요 구동 정지단계

Claims

나셀(nacelle), 타워(tower), 로터(rotor)로 구성되는 풍력 발전기의 요 구동 제어방법에 있어서,
발전을 위해 작동하는 상기 풍력 발전기의 터빈 정지 여부를 판단하는 터빈정지 판단단계(S1);
상기 터빈 정지 판단단계(S1)에서 상기 터빈이 정지하였다고 판단되면 상기 나셀(20)의 회전에 의해 꼬인 케이블을 푸는 요 구동을 개시하는 케이블 언와인딩 단계(S2); 및
상기 케이블 언와인딩 단계(S2)를 마치면 상기 요 구동을 정지시키는 요 구동 정지단계(S4);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 터빈정지 판단단계(S1)는,
상기 터빈이 정지하거나, 풍속이 일정 속도 이하인 경우 상기 터빈이 정지하였다고 판단하고;
상기 터빈이 작동 중이고, 풍속이 일정 속도 초과인 경우 상기 터빈이 작동 중이라고 판단하는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 2에 있어서,
상기 일정 속도의 풍속은 상기 풍력 발전기의 운전이 가능한 최소한의 풍속 인 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 3에 있어서,
상기 일정 속도의 풍속은 10분 평균 2~4m/s 인 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 케이블 언와인딩 단계(S3)는,
상기 케이블의 꼬인 각도와 상기 요 에러 각도를 더한 절대값이 360° 이상이 되는 경우 요 구동을 개시하는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 요 구동은,
상기 케이블이 꼬인 방향과 반대방향으로 움직임으로써 개시되는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 6에 있어서, 상기 케이블 언와인딩 단계(S2)는,
상기 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 180° 이하이고, 상기 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 이하이거나;
상기 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 기준치 이하인 경우에 마치게 되고,
상기 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 180°초과이거나 상기 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 초과인 경우에는 상기 요 구동 동작을 계속하는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 1에 있어서,
상기 터빈 정지 판단단계(S1)에서 상기 터빈이 작동 중이라고 판단되면 요 에러를 해소하는 요 구동을 개시하는 요 에러 해소단계(S3);를 더 포함하되,
상기 요 에러 해소단계(S3)는 상기 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 초과이고, 마지막 요 구동 제어를 한 시간이 2 분 경과한 경우 요 구동을 개시하고, 상기 요 구동 정지단계(S4)는 상기 요 에러 해소단계(S3)를 마치면 상기 요 구동을 정지시키는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 8에 있어서, 상기 요 구동은,
요 실제 각도와 요 목표치 각도의 차의 절대값이 기준치 이하인 경우에 마치게 되고,
상기 요 실제 각도와 요 목표치 각도의 차가 0이 아닌 경우에는 상기 요 구동 동작을 계속하되, 상기 요 구동 동작을 개시하는 방향은 목표치 각도까지 해야하는 요잉의 회전거리가 짧은 방향인 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 요 구동 정지단계(S4)는,
상기 로터(40)가 바람이 불어오는 방향에 대해 일정각도 내에 위치하도록 상기 나셀(20)을 회전하여 상기 요 구동을 정지하는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 10에 있어서,
상기 일정각도는 10°인 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나셀(20)의 회전은 계통 전원을 공급받아 이루어지는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 12에 있어서,
작동 중지된 상기 터빈을 재가동하여 발전을 시작하는 경우에 재가동을 위한 초기 전력은 계통 전원을 사용하고, 재가동이 된 이후에는 계통전원 또는 상기 터빈에 의해 생산되는 전력을 이용하여 상기 풍력 발전기를 가동시키면서 요 제어를 하는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 13에 있어서,
상기 타워(30)의 상부의 외주면에 형성되는 외주면 기어(31);
상기 나셀(20)의 하부에 형성되어 상기 외주면 기어(31)와 맞물리는 요 피니언 기어(21); 및
상기 피니언 기어를 구동시키는 요 모터(22);를 포함하되,
상기 나셀(20)은 상기 요 모터(22)의 구동에 의해 회전하는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
나셀(nacelle), 타워(tower), 로터(rotor)로 구성되는 풍력 발전기의 요 구동 제어방법에 있어서,
발전을 위해 작동하는 상기 풍력 발전기의 터빈이 정지하였다고 판단되면 케이블의 꼬인 각도와 요 에러 각도를 더한 절대값이 360° 이상이 되는 경우에 상기 나셀(20)을 회전시키는 요 구동을 하여 상기 케이블의 꼬임을 푼 후 상기 요 구동을 정지하고,
상기 터빈이 작동 중이라고 판단되면 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 초과이고, 마지막 요 구동 제어를 한 시간의 경과가 2 분인 경우에 상기 나셀(20)을 회전시키는 요 구동을 하여 요 에러를 해소한 후 요 구동을 정지하는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.
청구항 15에 있어서,
상기 케이블의 고임을 푸는 요 구동의 정지는 상기 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 180° 이하이고 상기 요 에러 각도의 절대값이 10°/30초평균 이하이거나, 상기 케이블이 꼬인 각도의 절대값이 0°인 경우에 이루어지고,
상기 요 에러를 해소하는 요 구동의 정지는 요 실제 각도와 요 목표치 각도의 차가 0 인 경우에 이루어지는 것;
을 특징으로 하는 요 구동 제어방법.