KR20130097223A - 풍력 터빈을 작동하는 방법 - Google Patents

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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 로터 블레이드가 달린 허브를 구비한 수평축 로터로서 형성된 공기 역학적 로터를 포함하고, 로터의 바람 하중을 검출하는 적어도 하나의 하중 측정 수단이 로터에 마련되어 있는 풍력 터빈을 작동하는 방법에 관한 것으로, 그러한 작동 방법은 하중 측정 수단의 교정을 위해 바람 하중 없이 또는 작은 바람 하중을 두고 로터를 회전시키면서 하중 측정 수단으로 하중 측정을 시작하는 단계, 및 상기 하중 측정 및 로터에서 발생하는 이미 알고 있는 중력들을 기반으로 하여 하중 측정 수단을 교정하는 단계를 포함한다.

Description

풍력 터빈을 작동하는 방법{METHOD FOR OPERATING A WIND POWER PLANT}
본 발명은 풍력 터빈을 작동하는 방법 및 풍력 터빈에 관한 것이다.
수평축 로터를 갖는 풍력 터빈은 적어도 하나의, 통상적으로 3개의 로터 블레이드들을 포함하는데, 그러한 로터 블레이드들은 그와 부딪치는 바람에 의해 수평축을 중심으로 회전하여 그 회전 운동에 의해 전기 에너지를 생성한다. 로터 블레이드들에 너무 강한 바람이 부딪치면, 그 빈도 및 강도의 여하에 따라서는 풍력 터빈이 손상을 입을 수 있다. 예컨대, 로터 블레이드들을 적어도 부분적으로 바람으로부터 딴 데로 돌림으로써, 너무 강한 바람으로 인한 그러한 하중에 대처할 수 있다. 그것을 피칭(pitching)이라고도 한다.
풍력 터빈의 하중을 경감하기 위한 그러한 또는 다른 조치들을 도입하기 위해서는, 강한 바람으로 인한 해당 하중을 검출하는 것이 필요하다. 계속해서 강하고 균일한 바람은 예컨대 결과적으로 나오는 에너지 생산에 의해 검출하는 것과 같이 풍력 터빈의 거동에 의해 검출될 수 있다. 단시간의 하중에 대해서는 또는 예컨대 단지 하나만의 로터 블레이드에 걸리는 하중에 대해서도, 그러한 하중을 측정하는 센서들이 마련될 수 있다. 즉, 예컨대 스트레인 게이지(strain gauge)와 같은 센서들이 각각의 로터 블레이드의 휨을 검출하는데 사용된다. 그럼으로써, 로터 블레이드의 휨과 연관된 하중을 직접 정성적으로는 물론 정량적으로도 검출하고 적절하게 평가하여 경우에 따라서는 하중을 제한하는 조치를 취할 수도 있다.
그를 위한 전제 조건은 해당 하중 센서들이 정밀하게 동작하여 신뢰성이 있는 값들을 제공하는 것이다. 그를 위해, 각각의 센서를 교정(calibration) 및/또는 조정(adjustment)하는 것도 또한 매우 필수적이다. 예컨대, 스트레인 게이지와 같은 센서들은 스트레인에 의존하여 저항값을 제공하거나, 그 뒤에 연결된 평가 전자 장치의 여하에 따라 스트레인에 의존하는 예컨대 출력 전압과 같은 신호를 제공하는 것이 통상적이다. 그 후에, 그러한 값들은 교정 및 조정에 의해 로터 블레이드의 해당 하중에 할당된다.
조정을 포함하는 그러한 교정은 매우 복잡하고 오류를 일으키기도 쉬울 수 있는데, 왜냐하면 그러한 교정에서는 측정된 센서 값들을 달리 수집되어야 하는 해당 하중 값들에 할당하여야 하기 때문이다. 조정을 포함하는 교정을 수행하는 하나의 방안은 블레이드를 측정할 비교 기준 힘으로 수동으로 잡아당겨 그 비교 기준 힘에 의거하여 교정을 수행하는 것이다. 즉, 예컨대 6:00시 위치에 있는 블레이드를 그 선단에서 타워 쪽으로 잡아당기면서 소비되는 힘을 측정할 수 있다.
그에 추가하여, 풍력 터빈이 작동하는 동안 관계들이 변한다. 그것은 로터 블레이드들은 물론 센서들의 에이징 현상들로 인해 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 예컨대 센서 또는 그 고정부의 결함과 같은 다른 이유로 인해 일어날 수도 있다. 그러한 변동들이 작은 경우 및/또는 완만하게 일어나는 경우, 그들이 눈에 띄지 않은 채로 남아 있을 위험이 있다.
선행 기술로서는, 문헌 DE 10 2006 036 157 A1을 전반적으로 살펴보면 된다.
따라서 본 발명의 과제는 전술한 문제점들 중의 적어도 하나를 제거하거나 최소한 줄이는 것이다. 특히, 적어도 하나의 센서의 교정 및 조정을 간단하게 하고/하거나, 그러한 교정 및/또는 조정의 신뢰성을 최대한으로 높이고자 한다. 적어도 대안적 방안을 제안하고자 한다.
본 발명에 따라 청구항 1에 따른 방법을 제안한다. 그러한 방법은 수평축 로터를 갖는 풍력 터빈을 기반으로 한다. 그러한 수평축 로터에서는, 하나 이상의 로터 블레이드들이 바람에 의해 구동되어 회전하는 중심인 대략 수평의 축이 마련된다. 그러한 축은 경미한 경사 위치를 가질 수도 있다. 수평축 로터를 갖는 풍력 터빈의 개념은 특정의 풍력 터빈 타입의 분류로서, 특히 수직축을 갖는 풍력 터빈과 구분하기 위한 분류로서 당업자에게 잘 알려져 있는 것이다.
그러한 풍력 터빈은 적어도 하나의 로터 블레이드가 달린 허브를 구비한 공기 역학적 로터를 포함한다. 전적으로 그러한 것은 아니지만, 통상적으로 3개의 로터 블레이드들이 허브에 마련된다. 로터에는 로터의 바람 하중을 검출하는 적어도 하나의 하중 측정 수단이 마련된다. 그러한 하중 측정 수단은 로터 블레이드에 배치될 수 있거나, 로터 블레이드를 로터 허브에 고정하기 위한 어댑터에 배치될 수도 있다. 그것이 바람직한 위치들이다. 그러나 예컨대 허브에 직접 배치되는 것과 같은 다른 위치들이 고려되기도 한다. 특히, 그것은 로터의 구체적인 구조에 의존하여 또한 달라진다.
이제, 그러한 풍력 터빈은 하중 측정 수단의 교정을 위해 바람 하중 없이 또는 작은 바람 하중을 두고 로터를 회전시킨다. 그와 동시에, 하중 측정 수단으로 하중 측정을 시작한다. 바람 하중이 없는 것이 이상적이다. 그렇지만, 작은 바람 하중들은 무시할만한 정도일 수 있거나, 경우에 따라서는 계산 기술상으로 감안될 수 있다. 그것은 결국 원하는 품질과 정확도에 의존하여 또한 달라진다.
이어서, 그러한 하중 측정을 기반으로 하여 그리고 추가로 로터에서 발생하는 이미 알고 있는 중력들을 기반으로 하여 하중 측정 수단의 교정을 수행한다.
본 발명은 수평축 로터에서는 로터 블레이드들의 중량 및 그에 따라 발생하는 중력들도 또한 하중 측정 수단이 검출하는 하중을 일으킬 수 있다는 인식을 기반으로 하고 있다. 특히, 수직으로 서 있는 로터 블레이드(즉, 6시 위치 또는 12시 위치)는 실제로 중력에 의한 하중을 받지 않는데 반해, 로터 블레이드의 수평 위치(즉, 3시 위치 또는 9시 위치)에서는 중력으로 인한 하중이 최대일 수 있다는 것을 출발점으로 삼을 수 있다. 따라서 하중 측정에 의해 제로 크로싱(zero crossing)들을 검출하고 할당할 수 있다. 로터 블레이드의 중량 하중은 통상적으로 알려져 있으므로, 정량적 할당도 수행할 수 있다.
로터의 조정을 위해, 로터를 적어도 1회전만큼 회전시키면서 하중 추이를 로터의 각각의 위치와 함께 기록하는 것이 바람직하다. 이때, 시계 방향으로의 로터의 위치, 즉 0 내지 360°의 그 위치를 그것이 하중 추이에 할당될 수 있도록 기록한다. 즉, 하중 추이는 하중의 연속적이거나 준 연속적인 기록을 포함하고, 그에 따라 예컨대 로터의 회전 이동의 각각의 각도에 대한 하중 값이 기록된다. 따라서 본 예에서는, 1회전에 대한 360개의 하중 값들이 기록된다. 그것은 일례에 불과할 뿐이고, 더 많거나 더 적은 값들, 예컨대 200개의 증분들이 기록될 수도 있다. 특히, 하중 추이의 그러한 기록에서는, 해당 회전 위치의 각도 수치에 대해 하중 추이를 기입할 경우, 적어도 거의 사인 곡선 형태의 추이를 예상할 수 있다. 시스템에 존재하는 비선형성의 여하에 따라 그에 대한 편차들이 생길 수 있다.
그러한 사인 곡선 형태의 또는 다르게도 형성되는 추이로부터 출발하여, 할당, 교정, 및 끝으로 조정을 수행할 수 있다. 앞에서 이미 설명한 바와 같이, 0°와 180°에서 제로 크로싱들을 가정할 수 있다. 또한, 크기에 있어 최대 하중을 90°와 270°에서 예상할 수 있다. 그것을 기반으로 하여, 예상되는 추이에 대한 편차들을 파악할 수 있는데, 그것을 교정이라 하고, 또한 그에 대응하는 수정 값들을 설정할 수 있는데, 그것을 조정이라 한다.
식에 의한 설명
무엇보다도, 공기 역학적 로터를 거의 하중 없이 회전시키는 것만으로 교정 및/또는 조정을 수행할 수 있는 것이 바람직하다. 구조 공학적 관계들에 의거하여, 그러한 교정 및/또는 그러한 조정을 바람에 기인한 하중에 전용할 수 있다.
풍력 터빈의 시동 시에 및/또는 로터의 정지 후에 및/또는 풍력 터빈의 정비의 종료 시에 조정을 수행하는 것이 바람직하다. 로터의 정지 후에도, 즉 로터의 재시동 시에도 교정 또는 조정을 수행하면, 그것은 특히 시동 시의 교정 또는 조정을 점검하고 경우에 따라서는 매칭하는 것을 가능하게 한다. 따라서 시간의 경과에 따라 혹시 있을 수 있는 하중 측정 수단 또는 다른 파라미터들의 변동들이 간단하게 감안될 수 있다.
풍력 터빈은 통상적으로 정기적인 간격을 두고 정비를 받는데, 그러한 정비는 통상적으로 로터를 정지시키는 것도 필요하게 한다. 그 후에, 정비의 종료 시에 로터를 다시 시동하고, 따라서 그러한 정비의 마감 작업으로서 간단하게 교정 및/또는 조정을 점검하고 경우에 따라서는 수정 또는 갱신할 수 있다.
로터를 정지시키지 않고서 본 발명에 따른 전술한 교정 및/또는 조정을 수행할 수도 있다는 것을 언급하고자 한다. 그러나 제안하는 하중 측정은 적어도 바람 하중 없이 또는 경우에 따라서는 작은 바람 하중을 두고 수행된다는 점에 유의하여야 한다.
조정 및/또는 교정을 위한 로터의 회전을 저속 작동으로 수행하는 것이 좋다. 저속 작동이란 공기 역학적 로터가 특히 미풍에 의해 회전하지만, 전기 에너지의 생성이 없고, 그에 따라 공기 역학적 로터가 거슬러 회전하여야 할 카운터 토크(counter torque)의 형성이 없는 작동을 의미한다. 환언하면, 그러한 저속 작동에서는 로터가 공전(idle) 상태로 느리게 회전한다.
적어도 하나의 로터 블레이드가 변위 가능하고, 특히 전술한 하중 측정의 수행을 위해 바람으로부터 딴 데로 돌려져 바람에서 얻어지는 에너지가 없거나 거의 없도록 하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 한편으로 중간 정도의 바람 또는 강한 바람에서도 저속 작동을 수행할 수 있다. 하중 측정 수단이 로터 블레이드의 변위 시에 그것도 역시 변위하도록 배치되면, 바람으로부터 딴 데로 돌리는 것에 의해 하중 측정 수단도 또한 바람에 의한 압력 하중 대신에 로터 블레이드에 작용하는 중력을 측정하는 쪽으로 전체적으로 또는 부분적으로 틀어지게 된다. 환언하면, 그러한 변위 시에는, 로터 블레이드가 바람으로부터 딴 데로 돌려지지 않았을 때에 로터 블레이드에 풍력이 작용하는 바로 그 방향으로 중력이 최적으로 작용하게 된다. 따라서 교정 및/또는 조정을 위한 하중 측정에 있어서, 바람이 존재할지라도 그 바람의 영향을 최소화하고 (기지의) 중력의 영향을 최대화할 수 있고, 그에 따라 로터에서 발생하는 이미 알고 있는 중력을 고려하여 높은 정확도로 하중 측정을 수행할 수 있다.
하중 측정 수단으로서, 각각의 로터 블레이드에 대해 적어도 하나의 스트레인 게이지, 특히 2개 이상의 스트레인 게이지들을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 블레이드 하중을 검출하는 신뢰성이 입증된 측정 수단을 사용하여 그 측정 수단을 간단하게 교정 및/또는 조정할 수 있게 된다. 다수의 스트레인 게이지들을 사용함으로써, 상이한 하중 방향들을 고려할 수 있고/있거나 잉여(redundant) 측정들을 제공할 수 있다.
적어도 하나의 하중 측정 수단은 허브에, 로터 블레이드 루트(rotor blade root)에, 및/또는 블레이드 어댑터에 마련되는 것이 바람직하다. 특히, 로터 블레이드 루트, 즉 허브 쪽을 향한 로터 블레이드의 섹션에 하중 측정 수단을 사용한다는 것은 그리고 블레이드 어댑터에 하중 측정 수단을 배치한다는 것도 또한 틀어질 수 있는 로터 블레이드를 사용하는 경우(즉, 피치 제어 기능을 갖는 시스템의 경우)에 측정 수단도 동반하여 틀어져서 상이한 하중 방향들로 설정될 수 있다는 의미를 내포하고 있다. 그와 관련하여, 블레이드 어댑터란 로터 블레이드와 허브 사이에, 특히 로터 블레이드 루트와 허브 사이에 배치되는 어댑터를 의미한다는 것을 언급하고자 한다. 환언하면, 로터 블레이드는 그 로터 블레이드 루트로써 블레이드 어댑터에 의해 허브에 고정된다.
또한, 본 발명에 따라 전술한 하나 이상의 방법을 실시하도록 형성되는 풍력 터빈을 제안한다.
교정의 결과를, 즉 혹시 있을 수 있는 불일치들의 확인의 결과를 하중 측정 수단을 조정하는데 또는 그와 연결된 평가 장치를 조정하는데 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 평가 장치가 프로세스 컴퓨터에 통합될 수 있거나, 프로세스 컴퓨터가 해당 평가를 수행할 수도 있다.
교정의 바람직한 실시 형태들 또는 그와 관련된 특징들을 설명하는 것에 관한 한, 그들은 각각 명시적으로 진술되지 않더라도 기본적으로 조정과 관련하여서도 바람직한 것으로 이해되어야 한다.
풍력 터빈은 방법의 설명과 관련하여 전술한 하나 이상의 특징들을 갖는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 첨부 도면들을 참조해서 실시 형태들에 의거하여 예시적으로 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 풍력 터빈의 공기 역학적 로터의 일부를 평면도로 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 풍력 터빈이 통상대로 바람 쪽을 향하였을 때에 풍력 터빈을 바람 방향으로 바라본 정면도로 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 따른, 그러나 로터 블레이드 위치가 바뀌고 피치 위치들이 서로 다른 풍력 터빈을 각각 평면도로 개략적으로 나타낸 도면들이다.
도 4는 교정 및/또는 조정을 위한 기록된 하중 측정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1의 평면도는 로터(1)의 허브(2)와 총 3개의 로터 블레이드들 중의 하나의 로터 블레이드(4)를 포함하는 로터(1)의 일부를 도시하고 있다. 로터 블레이드(4)는 블레이드 어댑터(6)에 의해 허브에 고정된다. 이때, 블레이드 어댑터(6)는 로터 블레이드(4)를 바람 속으로, 바람으로부터 딴 데로, 또는 중간 위치로 돌리기 위해 회전 가능하게 허브(2)에 고정된다. 또한, 허브(2)의 영역에 유포된 바람의 전반적인 사항들을 측정하기 위한 윈드 게이지(wind gauge)(20)가 도시되어 있다.
통상적으로 로터 블레이드에 작용하는 바람의 풍향을 지시하는 화살표가 도면 부호 "8"로 표시되어 있다. 여기서, 그러한 풍향은 도 2에 따른 풍력 터빈의 도면의 시선 방향에 해당한다. 도 2는 풍력 터빈(10)의 전체 도면을 개략적으로 도시한 것으로, 3개의 로터 블레이드들(4) 모두를 포함하는 공기 역학적 로터(1)를 도시하고 있다. 추가로, 풍력 터빈 타워(12)가 도시되어 있다.
도 1로부터, 하중 측정 수단으로서의 기능을 하는 스트레인 게이지(14)를 블레이드 어댑터(6)에서 또한 찾아볼 수 있다. 이중 화살표는 스트레인 게이지(14)에 의해 검출할 수 있는 하중 방향(16)을 나타내고 있다. 스트레인 게이지(14)에 의해 하중 방향(16)으로 스트레인이 측정되면, 동일한 바람을 가정할 경우에 스트레인 게이지(14')에 의해 하중 방향(16')에 대한 연신을 검출할 수 있다. 스트레인 게이지들(14, 14')은 각각의 로터 블레이드(4) 또는 블레이드 어댑터(6)에 배치될 수 있다. 환언하면, 스트레인 게이지는 양의 방향 및 음의 방향으로 로터 블레이드의 연신들은 물론 스트레인들과 그에 따른 하중들을 검출할 수 있다. 통상적으로, 로터 블레이드(4)에 하중이 걸리지 않은 경우에 0의 값이 할당된다. 로터 블레이드(4)에 바람이 작용하면, 로터 블레이드는 바람(8)의 방향으로 하중을 받고, 그러한 하중의 방향으로 휘어지기도 한다. 그것은 바람의 반대쪽을 향한 영역에서 스트레인을 일으키고, 그에 따라 본 도면의 스트레인 게이지(14)의 스트레인도 일으킨다. 그러한 스트레인은 본 도면에 단지 개략적으로만 도시되어 있는 평가 유닛(18)에 의해 평가될 수 있고, 그 결과의 후속하는 고려가 이어질 수 있다. 실시 형태의 여하에 따라, 로터 블레이드마다 단지 하나의 스트레인 게이지만을 마련하거나 다른 측정 센서를 마련하는 것으로 충분할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 따른, 그러나 로터 블레이드 위치가 바뀐 풍력 터빈의 평면도를 각각 도시하고 있다. 그러한 도시에 있어서, 도 3a 내지 도 3c는 알아보기 쉽게 하기 위해 도 1에서는 도시되지 않은 나셀(nacelle)(22)을 도시하고 있다. 또한, 이해를 쉽게 하기 위해, 도 3a내지 도 3c에는 타워(12)가 그려져 있는데, 물론 타워(12)는 선택된 평면도로 인해 나셀(22)에 의해 가려져 있어 여기서는 이해의 증진을 위해 단지 점선으로만 도시되어 있다. 나셀(22)의 일부로서 볼 수 있는 허브(2)에는, 적어도 스피너(spinner)라고도 불리는 도시된 캡과 관련하여 로터 블레이드(4)가 3개의 소위 피치 위치들로 도시되어 있는데, 하나의 도면마다 하나의 피치 위치가 도시되어 있다. 이때, 로터(1)는 도시된 로터 블레이드(4)가 위쪽으로 수직으로 서 있는 위치에 있다. 즉, 소위 12시 위치가 도시되어 있다. 또 다른 로터 블레이드들(4)은 여기서는 설명을 위해 필요하지 않고, 따라서 도시되어 있지 않다. 여기서, 도 3a는 바람에 대해 0°의 피치 각도로 방향을 잡은 로터 블레이드(4)를 도시하고 있다. 0°의 피치 각도에 있는 제1 위치는 고찰 방식에 따라서는 언피치(unpitched) 위치로도 지칭된다. 그러한 위치에서는, 로터 블레이드(4)가 바람으로부터 최대 에너지를 얻을 수 있도록 바람(8) 속으로 돌려진다. 유포된 해당 바람에서는, 나셀(2)이 그리고 그에 따라 로터(1)가 전체적으로 회전 방향(24)으로 회전한다. 바람(8)으로 인해 로터 블레이드(4)에서 발생하는 하중은 스트레인 게이지(14)에 의해 검출될 수 있다. 그러한 0°의 피치 위치에서는, 스트레인 게이지(14)가 그와 같이 표시된 P0 위치에 위치한다. 그러한 위치에서는, 스트레인 게이지(14)가 바람(8)에 의해 로터 블레이드(4)에서 발생하는 하중을 검출하기에 아주 적합하다.
도 3b는 바람에 대해 70°의 피치 각도로 방향을 잡은 로터 블레이드(4)를 도시하고 있다. 본 피치 위치에서는, 로터 블레이드(4)가 바람에 거의 저항하지 않고, 따라서 바람(8)이 로터 블레이드(4)에 하중을 가하지 못하거나 경우에 따라 작은 하중을 가할 수 있다. 경우에 따라서는, 풍력 터빈의 저속 작동이 설정될 수 있다. 로터 블레이드(4)를 70°위치로 돌림으로써, 스트레인 게이지(14)도 역시 P70으로서 표시된 위치에 있게 된다. 그러한 P70 위치에서는, 스트레인 게이지(14)가 바람(8)에 의한 로터 블레이드(4)의 하중을 거의 검출할 수 없는데, 특히 그것은 그러한 위치에서는 바람이 로터 블레이드(4)에 거의 하중을 가하지 못하기 때문이다. 완전을 기하기 위해, 도 3c는 90°의 피칭 위치를 도시하고 있다.
그렇지만, 도시된 스트레인 게이지(14)의 P70 위치에서는, 로터 블레이드의 자기 중량 토크가 검출될 수 있다. 이때, 그러한 자기 중량 토크는 혹시 있을 수 있는 바람 하중에 의해 전혀 변조되지 않거나 크게 변조되는 일이 없다. 그러나 도시된 로터 블레이드의 수직 위치에서는, 센서 또는 스트레인 게이지(14)에서의 중력 또는 중력 토크가 0이다. 로터(1)가 회전 방향(24)으로 더 회전하면, 로터(1)가 90°만큼 더 회전할 때까지 중력이 연속적으로 증가한다. 여기서, 회전이란 도 2의 정면도에도 도시되어 있고 도 3a 내지 도 3c에 나타낸 피치 위치와 혼동하지 말아야 할 로터 회전 이동(24)을 의미한다. 해당 로터 블레이드(4)가 수평으로, 즉 타워(12)에 대해 3시 위치로도 지칭되는 횡단 방향으로 서 있으면, 하중이 최대로 된다. 추가의 90°후에 해당 로터 블레이드(4)가 도 2에서 로터 블레이드(4)에 대해 도시된 바와 같이 준 수직으로 아래쪽으로 매달려 있으면, 스트레인 게이지(14)에 의해 검출될 수 있는 중량 하중이 0으로 된다. 회전 방향(24)으로 90°만큼 9시 위치로 더 회전하면, 스트레인 게이지(14)에 의해 검출되는, 중력에 의한 하중이 최대가 되고, 다만 3시 위치에 대해 반대의 부호를 갖는다.
따라서 로터(1)가 한 바퀴 풀 회전하면, 스트레인 게이지(14)는 사인 곡선 형태의 하중 곡선을 기록하는데, 그러한 곡선이 도 4에 도시되어 있다. 측정 수단, 즉 스트레인 게이지(14)가 그 평가 유닛과 함께 정확하게 조정되어 있는 경우, 12시 방향에 해당하는 0°및 360°와 6시 방향에 해당하는 180°에서 부하가 0으로 된다, 그러나 도시된 실시 형태에 따르면, 로터의 위치가 증분형 인코더(incremental encoder)에 의해 함께 검출되고, 그것은 예컨대 1회전을 200개의 증분들로 분할함으로써 이뤄질 수 있다.
조정의 하나의 방안은 적어도 하나의 풀 회전에 걸쳐 하중 측정 수단의 하나의 측정 시리즈의 측정치들을 기록하는 것이다. 즉, 예를 들어 1회전에 걸쳐 예컨대 하중 측정 수단에 의한 200개의 측정치들 Rn(n = 0 - 199)을 균일한 간격으로 기록할 수 있다. 해당 로터 블레이드의 중량 또는 중량 하중 A를 알고 있을 경우, 200개의 측정치들 Rn으로부터 다음의 관계식이 주어진다:
Figure pct00001
값 A는 도 4의 그래프에서 진폭으로서 기입되어 있다. 따라서 기지의 값 A와 측정치들 Rn으로부터 계수 k1을 결정할 수 있다. 1회전 또는 다수의 풀 회전들의 측정치들 Rn의 절대치 생성에 의해, 제로 라인(zero line)에 대해 혹시 있을 수 있는 편이(shift)가 평균화되어 상쇄된다. 제2 과정 또는 제2 평가 단계에서는, 제로 라인에 대한 측정 곡선의 편이를 지시하는 편이 V를 결정할 수 있다:
Figure pct00002
비교 기준 측정치들에 의해 계수 k2를 산출할 수 있거나, 제어 시스템의 폐루프 이득(closed-loop gain)과 같은 기지의 관계식들로부터 계수 k2를 결정할 수 있다. 그러한 편이 V는 도 4에서 그에 대응하는 이중 화살표로 표시되어 있다.
즉, 실제의 시동 전에 시스템을 저속 작동으로 회전시킴으로써 하중 측정의 감도 및 영점을 결정할 수 있다. 그를 위해, 1회전당 측정치들을 기록한다. 그들을 블레이드 중량과 대응시킨다. 블레이드 중량은 알고 있는 값이기 때문에, 센서, 즉 하중 측정 수단, 특히 스트레인 게이지의 감도를 교정할 수 있다. 그 값들의 산출에 의해 영점도 결정할 수 있다.
따라서 매우 적합하게도 수동으로 조정하는 것이 더 이상 필요하지 않고, 긴 시간에 걸친 측정의 드리프트(drift)가 자동으로 보상된다. 따라서 각각의 시스템 시동 시에 하중 측정을 자동으로 조정하는 것이 가능하다. 특히, 공지의 방법에서의 측정의 오프셋과 감도의 드리프트의 문제점이 해결되거나, 최소한 처리되고 줄어든다.
따라서 바람으로부터 딴 데로 돌려진 로터 블레이드에 의해, 즉 피치 각도를 크게 바꿀 경우에, 동시에 스트레인 게이지(14)가 로터 블레이드(4)의 중력에 의한 하중을 측정하는 것에 맞춰질 수 있다. 환언하면, 중력이 풍력과는 다른 방향으로 작용하고, 그것은 로터 블레이드를 바람으로부터 딴 데로 돌릴 때에 하중 측정 수단의 위치가 변함으로써 함께 감안되게 된다. 따라서 하중 측정 수단의 위치가 각각의 작용하는 힘의 방향에 맞춰 적응된다. 예컨대, 피칭 시에 로터 블레이드가 90°만큼이 아니라 단지 70°만큼만 바뀌기 때문에 그러한 방향 적응이 완전하게 이뤄지지 않을 경우에는, 기하학적 관계들에 의거하여 그것을 감안할 수 있는데, 왜냐하면 특히 각각의 설정된 피치 각도가 통상적으로 하중 측정 수단의 평가 유닛에 제공되거나 입수될 수 있기 때문이다.

Claims (12)

  1. - 적어도 하나의 로터 블레이드가 달린 허브를 구비한 수평축 로터로서 형성된 공기 역학적 로터를 포함하고,
    - 로터의 바람 하중을 검출하는 적어도 하나의 하중 측정 수단이 로터에 마련되어 있는 풍력 터빈을 작동하는 방법으로서,
    - 하중 측정 수단의 교정을 위해 바람 하중 없이 또는 작은 바람 하중을 두고 로터를 회전시키면서 하중 측정 수단으로 하중 측정을 시작하는 단계, 및
    - 상기 하중 측정 및 로터에서 발생하는 이미 알고 있는 중력들을 기반으로 하여 하중 측정 수단을 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 교정에 이어서 또는 교정과 함께 하중 측정 수단 또는 이 하중 측정 수단에 부속된 평가 유닛의 조정을 수행하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 교정을 위한 로터의 회전 시에 로터를 적어도 1회전만큼 회전시키고, 회전 동안 하중 추이가 측정되는 동시에 로터의 위치가 검출되도록 하중 측정을 수행하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  4. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 풍력 터빈의 시동 시에 및/또는 로터의 정지 후에 및/또는 풍력 터빈의 정비의 종료 시에 교정을 수행하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  5. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 조정을 위한 로터의 회전을 저속 작동으로 수행하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  6. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 로터 블레이드가 변위 가능하여 교정을 위한 회전 시에 그 로터 블레이드를 바람으로부터 딴 데로 돌려서 바람에서 얻어지는 에너지가 없거나 작게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  7. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 하중 측정 수단으로서 적어도 하나의 스트레인 게이지를 사용하고, 바람직하게는 각각의 로터 블레이드에 대해 2개 이상의 스트레인 게이지들을 사용하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  8. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 허브에, 로터 블레이드 루트에, 및/또는 적어도 하나의 로터 블레이드를 허브에 고정하는 블레이드 어댑터에 적어도 하나의 하중 측정 수단을 배치하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
  9. - 적어도 하나의 로터 블레이드가 달린 허브를 구비한 수평축 로터로서 형성된 공기 역학적 로터, 및
    - 로터에 배치되어 로터의 바람 하중을 검출하는 적어도 하나의 하중 측정 수단을 포함하는 풍력 터빈으로서,
    풍력 터빈은 하중 측정 수단의 교정을 위해 바람 하중 없이 또는 작은 바람 하중을 두고서 로터를 회전시키면서 하중 측정 수단으로 하중 측정을 시작하고, 상기 하중 측정 및 로터에서 발생하는 이미 알고 있는 중력들을 기반으로 하여 하중 측정 수단을 교정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
  10. 제 9 항에 있어서, 하중 측정 수단으로서 적어도 하나의 스트레인 게이지가 마련되고, 바람직하게는 각각의 로터 블레이드에 대해 1개 또는 2개 이상의 스트레인 게이지들이 마련되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 적어도 하나의 하중 측정 수단은 허브에, 로터 블레이드 루트에, 및/또는 적어도 하나의 로터 블레이드를 허브에 고정하는 블레이드 어댑터에 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
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