KR20140058880A - 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 - Google Patents

풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템 및 이를 이용한 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 풍력 발전 장치에서 안전 시스템의 제어를 위한 구성을 복잡한 신호라인을 대신하여 통신라인을 이용하고, 다수의 릴레이를 제어모듈로 구성함으로써 안전 시스템의 제어 회로를 단순하게 구성할 수 있고, 채널 수의 추후 증감 및 감소가 용이하도록 하며, 고장 등의 변화에 따른 대응이 유연하여 유지 및 보수에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있는 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명은 풍력 발전 장치의 안전 시스템의 제어 모듈 시스템으로서, 상기 풍력 발전 장치의 허브, 나셀 및 타워에 각각 설치되고, 상기 안전 시스템을 구성하는 안전 모듈이 접속되기 위한 접속포트와 통신을 위한 통신포트가 각각 마련되며, 상기 통신포트를 통한 통신에 의해서 상기 접속포트에 접속되는 상기 안전 모듈에 대한 신호의 입출력을 가능하도록 하는 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈; 및 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈 간에 통신이 가능하도록 상기 통신포트를 연결시키는 다수의 통신라인을 포함한다.

Description

풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템 및 이를 이용한 제어 방법{Controll module system of safety system for wind power generator and controll method using the same}
본 발명은 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 안전 시스템의 제어를 위한 회로를 단순하게 구성할 수 있고, 유지 및 보수에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있도록 구성된 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 관한 것이다.
풍력 에너지는 급성장하는 에너지 공급원으로서, 화석 기반 에너지 공급원에 비하여 청정하면서 재생 가능하며, 생태학적으로 자연 친화적인 에너지를 제공한다. 따라서, 풍력 발전은 유력한 대체 에너지원으로 인정받고 있으며, 그 이용이 늘어가고 있는 추세이다.
풍력 발전을 위한 장치는 블레이드의 회전으로부터 전력을 생산하는 발전기와, 발전기로부터 생산된 전력을 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환하는 전력변환기를 가진다. 따라서, 블레이드를 이용하여 풍력 에너지를 회전 에너지와 같은 기계적 에너지로 변환하고, 변환된 기계적 에너지를 이용하여 발전기를 구동시킴으로써 전력을 생산하고, 생산된 전력은 전력변환기에 의하여 계통에 공급하기 위한 전력으로 변환하도록 한다.
종래의 풍력 발전 장치는 지상에 수직되게 설치되는 타워(tower)의 상단에 나셀(nacelle)이 설치되고, 나셀에 로터(rotor)의 허브(hub)가 장착되는데, 비상시 정지 등을 비롯하여 작동의 안전을 위하여, 타워, 나셀, 허브에 안전 시스템이 설치되고, 이러한 안전 시스템의 제어를 위한 시스템이 함께 설치된다.
종래의 풍력 발전 장치에 구비된 안전 시스템의 제어 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 기술에 따른 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 시스템(10)은 안전에 관련된 감지 기능의 수행과 긴급시 동작을 제어하기 위하여, 허브(21), 나셀(22) 및 타워(23) 각각에 다수로 설치되는 릴레이(relay; 11)와 릴레이(11)의 연결을 위한 다수의 신호라인(12)으로 이루어져서 회로를 구성하고 있다.
그러나, 종래의 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 릴레이(11)와 신호라인(12)이 다수로 설치 및 연결됨으로써 그 구성이 복잡하고, 릴레이(11) 또는 신호라인(12)에 문제가 발생시, 유지 및 보수에 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력 발전 장치에서 안전 시스템의 제어를 위한 구성을 복잡한 신호라인을 대신하여 통신라인을 이용하고, 다수의 릴레이를 제어모듈로 구성함으로써 안전 시스템의 제어 회로를 단순하게 구성할 수 있고, 채널 수의 추후 증감 및 감소가 용이하도록 하며, 고장 등의 변화에 따른 대응이 유연하여 유지 및 보수에 소요되는 시간과 비용을 줄이도록 하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전 장치의 안전 시스템의 제어 모듈 시스템으로서, 상기 풍력 발전 장치의 허브, 나셀 및 타워에 각각 설치되고, 상기 안전 시스템을 구성하는 안전 모듈이 접속되기 위한 접속포트와 통신을 위한 통신포트가 각각 마련되며, 상기 통신포트를 통한 통신에 의해서 상기 접속포트에 접속되는 상기 안전 모듈에 대한 신호의 입출력을 가능하도록 하는 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈; 및 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈 간에 통신이 가능하도록 상기 통신포트를 연결시키는 다수의 통신라인을 포함하는 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템이 제공된다.
상기 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈은 상기 접속포트가 다수로 마련될 수 있다.
상기 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈 중 어느 하나에는 상기 안전 시스템의 제어를 위한 제어 모듈이 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전 장치의 안전 시스템의 제어 모듈 시스템으로서, 상기 풍력 발전 장치의 허브, 나셀 및 타워 중 일부 또는 전부에 설치되고, 상기 안전 시스템을 구성하는 안전 모듈이 접속되는 입출력모듈; 및 상기 입출력모듈을 통신이 가능하도록 연결시키는 통신라인을 포함하고, 상기 입출력모듈이 상기 통신라인을 통한 통신에 의해서 상기 안전 모듈에 대한 신호의 입출력을 가능하도록 하는 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 풍력 발전 장치의 안전 시스템의 제어 방법으로서, 상기 풍력 발전 장치의 허브, 나셀 및 타워에 각각 설치되어 상기 안전 시스템을 구성하는 안전 모듈이 접속되는 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈을 통신라인으로 연결시킴으로써 상기 통신라인을 통한 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 입출력모듈간의 통신에 의해 상기 안전 시스템의 동작을 위한 상기 안전 모듈의 신호가 입출력되도록 하는 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 방법이 제공된다.
상기 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈 중 어느 하나에 설치되는 제어 모듈의 동작에 의해 상기 안전 시스템의 제어를 수행하도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 풍력 발전 장치에서 안전 시스템의 제어를 위한 구성을 복잡한 신호라인을 대신하여 통신라인을 이용하고, 다수의 릴레이를 제어모듈로 구성함으로써 안전 시스템의 제어 회로를 단순하게 구성할 수 있고, 채널 수의 추후 증감 및 감소가 용이하도록 하며, 고장 등의 변화에 따른 대응이 유연하여 유지 및 보수에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 시스템을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템을 도시한 구성도.
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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템(100)은 풍력 발전 장치의 허브(Hub; 210), 나셀(nacelle; 220) 및 타워(tower; 230) 중 일부 또는 전부에 설치되고, 안전 시스템을 구성하는 안전 모듈이 접속되는 입출력모듈(110,120,130,140)과, 입출력모듈(110,120,130,140)을 통신이 가능하도록 연결시키는 통신라인(150)을 포함할 수 있다. 따라서, 입출력모듈(110,120,130,140)이 통신라인(150)을 통한 통신에 의해서 안전 모듈에 대한 신호의 입출력을 가능하도록 한다.
입출력모듈(110,120,130,140)은 본 실시예에서처럼 허브(210)에 설치되는 제 1 입출력모듈(110), 나셀(220)에 설치되는 제 2 입출력모듈(120,130), 그리고 타워(230)에 설치되는 제 3 입출력모듈(140)을 포함할 수 있는데, 반드시 이에 한하지 않고, 허브(210), 나셀(220) 및 타워(230) 중 일부에만 설치될 수 있고, 허브(210), 나셀(220) 및 타워(230) 마다 각각 단일로 설치되거나, 허브(210), 나셀(220) 및 타워(230) 중 일부 또는 전부에 각각 다수로 설치될 수 있으며, 본 실시예에서는 나셀(220)에 설치되는 제 2 입출력모듈(120,130)가 다수로 구성됨을 나타낸다. 또한, 입출력모듈(110,120,130,140)은 그 개수가 접속되는 안전 모듈의 수에 따라 정해질 수 있으며, 이하에서는 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140)을 예로 들어 설명하기로 한다.
제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140)은 안전 시스템을 구성하는 안전 모듈이 접속되기 위한 접속포트(111,121,131,141)와 통신을 위한 통신포트(112,122,132,142)가 각각 마련된다. 여기서, 접속포트(111,121,131,141)는 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140) 마다 다수로 마련될 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140)은 통신포트(112,122,132,142)를 통한 통신에 의해서 접속포트(111,121,131,141)에 접속되는 안전 모듈에 대한 신호의 입출력을 가능하도록 하는데, 통신포트(112,122,132,142)를 통한 통신라인(150)에 의해서, 안전 모듈의 동작 신호 입력 및 발생 신호의 출력을 허용하기 위하여 구성되는 회로가 접속포트(111,121,131,141)와 통신포트(112,122,132,142)에 접속되도록 내측에 마련될 수 있고, 이러한 회로에는 신호의 분배 및 변환에 필요한 회로소자가 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 안전 시스템의 안전 모듈로는, 제 1 입출력모듈(110)에 접속되는 비상 정지 타워 베이스 모듈(301) 및 세이프티 릴레이 피치 어큐뮬레이터(safety relay pitch accumulator; 302)와, 제 2 입출력모듈(120,130) 중 어느 하나(120)에 접속되는 제 1 비상 정지 나셀 모듈(303), 제 2 비상 정지 나셀 모듈(304), 오버스피드 디텍터(overspeed detector; 305), 진동 스위치(vibration switch; 306), 케이블 언와인딩 스위치(cable unwinding switch; 307), 보조 세이프티 릴레이(auxiliary safety relay; 308), 보조 PLC 스테이터스 릴레이(auxiliary PLC status relay; 309), 수동 리셋 모듈(manual reset nacelle) 모듈(310), 보조 셀프 홀딩 릴레이(auxiliary self holding relay; 311)과, 제 2 입출력모듈(120,130) 중 다른 하나(130)에 접속되는 세이프티 릴레이(safety relay; 312), 세이프티 릴레이 피치 어큐뮬레이터(safety relay pitch accumulator; 313), 셀프 홀딩 릴레이(self holding relay; 314), 메인 서키트 브레이커(main circuit breaker; 315)와, 제 3 입출력모듈(140)에 접속되는 긴급 정지 타워 베이스 모듈(316)과 수동 리셋 타워 베이스 모듈(317) 등을 포함할 수 있다.
통신라인(150)은 다수로 이루어지고, 통신을 수행하기 위한 케이블로서, 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140) 간에 통신이 가능하도록 통신포트(112,122,132,142)를 서로 연결시키며, 안전 모듈의 신호 특성이나 개수, 회선 수에 따라 통신 방식 및 가닥수가 정해질 수 있고, 양단에 통신포트(112,122,132,142)와의 접속을 위하여 커넥터(미도시)가 각각 마련될 수 있으며, 필요에 따라 분기라인을 가질 수도 있다. 또한, 통신라인(150)은 양측이 상대적으로 회전하는 구간에 대해서는 회전을 허용하면서도 접속을 유지하도록 하는 회전 접속부가 마련될 수도 있다.
제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140) 중 어느 하나, 예컨대 타워(230) 측의 제 3 입출력모듈(140)에는 안전 시스템의 제어를 위한 제어 모듈(미도시)이 설치될 수 있다. 이러한 제어 모듈은 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140) 중 어느 하나의 내측에 설치되거나, 외측에 설치될 수 있고, 제어에 필요한 회로 및 소자를 포함하게 되는데, 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140)과 통신라인(150)의 통신을 통해서 수신되는 안전 모듈에 대한 신호를 정해진 조건에 따라 안전 시스템의 동작을 제어하도록, 안전 모듈에 통신을 통한 제어 신호를 전달할 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 방법은 상기한 바와 같은 구성을 가지는 풍력 발전 장치의 안전 모듈 시스템(100)을 이용한 제어 방법으로서, 풍력 발전 장치의 허브(210), 나셀(220 및 타워(230)에 각각 설치되어 안전 시스템을 구성하는 안전 모듈이 접속되는 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140)을 통신라인(150)으로 연결시킴으로써, 통신라인(150)을 통한 제 1, 제 2, 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140)간의 통신에 의해 안전 시스템의 동작을 위한 안전 모듈의 신호가 입출력되도록 한다. 따라서, 안전 시스템에 대한 동작 제어에 필요한 신호의 전달이 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140)과 통신라인(150)을 이용한 통신에 의해 이루어지도록 할 수 있다.
이때, 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈(110,120,130,140) 중 어느 하나, 예컨대 타워(230) 측의 제 3 입출력모듈(140)에 설치되는 제어 모듈의 동작에 의해 안전 시스템의 제어를 수행할 수 있다. 따라서, 안전 시스템의 안전 모듈 중에서 측정 및 감지를 담당하는 모듈로부터 안전에 관련된 감지 및 측정 결과를 통신에 의해 제어 모듈로 전달하면, 제어 모듈이 정해진 조건과 방식에 따라 긴급 정지 등의 안전 동작을 수행할 수 있도록 이들에 관계되는 안전 모듈의 제어를 통신에 의해 수행할 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명에 따른 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템 및 이를 이용한 제어 방법에 따르면, 풍력 발전 장치에서 안전 시스템의 제어를 위한 구성을 복잡한 신호라인을 대신하여 통신라인을 이용하고, 다수의 릴레이를 제어모듈로 구성함으로써 안전 시스템의 제어 회로를 단순하게 구성할 수 있고, 채널 수의 추후 증감 및 감소가 용이하도록 하며, 고장 등의 변화에 따른 대응이 유연하여 유지 및 보수에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다.
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.
110 : 제 1 입출력모듈 111 : 접속포트
112 : 통신포트 120,130 : 제 2 입출력모듈
121,131 : 접속포트 122,132 : 통신포트
140 : 제 3 입출력모듈 141 : 접속포트
142 : 통신포트 150 : 통신라인
210 : 허브 220 : 나셀
230 : 타워 301 : 비상 정지 타워 베이스 모듈
302 : 세이프티 릴레이 피치 어큐뮬레이터
303 : 제 1 비상 정지 나셀 모듈 304 : 제 2 비상 정지 나셀 모듈
305 : 오버스피드 디텍터 306 : 진동 스위치
307 : 케이블 언와인딩 스위치 308 : 보조 세이프티 릴레이
309 : 보조 PLC 스테이터스 릴레이 310 : 수동 리셋 모듈
311 : 보조 셀프 홀딩 릴레이 312 : 세이프티 릴레이
313 : 세이프티 릴레이 피치 어큐뮬레이터
314 : 셀프 홀딩 릴레이 315 : 메인 서키트 브레이커
316 : 긴급 정지 타워 베이스 모듈 317 : 수동 리셋 타워 베이스 모듈

Claims (6)

  1. 풍력 발전 장치의 안전 시스템의 제어 모듈 시스템으로서,
    상기 풍력 발전 장치의 허브, 나셀 및 타워에 각각 설치되고, 상기 안전 시스템을 구성하는 안전 모듈이 접속되기 위한 접속포트와 통신을 위한 통신포트가 각각 마련되며, 상기 통신포트를 통한 통신에 의해서 상기 접속포트에 접속되는 상기 안전 모듈에 대한 신호의 입출력을 가능하도록 하는 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈; 및
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈 간에 통신이 가능하도록 상기 통신포트를 연결시키는 다수의 통신라인;
    을 포함하는 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈은,
    상기 접속포트가 다수로 마련되는 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈 중 어느 하나에는 상기 안전 시스템의 제어를 위한 제어 모듈이 설치되는 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템.
  4. 풍력 발전 장치의 안전 시스템의 제어 모듈 시스템으로서,
    상기 풍력 발전 장치의 허브, 나셀 및 타워 중 일부 또는 전부에 설치되고, 상기 안전 시스템을 구성하는 안전 모듈이 접속되는 입출력모듈; 및
    상기 입출력모듈을 통신이 가능하도록 연결시키는 통신라인을 포함하고,
    상기 입출력모듈이 상기 통신라인을 통한 통신에 의해서 상기 안전 모듈에 대한 신호의 입출력을 가능하도록 하는 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 모듈 시스템.
  5. 풍력 발전 장치의 안전 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 풍력 발전 장치의 허브, 나셀 및 타워에 각각 설치되어 상기 안전 시스템을 구성하는 안전 모듈이 접속되는 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈을 통신라인으로 연결시킴으로써 상기 통신라인을 통한 상기 제 1, 제 2, 및 제 3 입출력모듈간의 통신에 의해 상기 안전 시스템의 동작을 위한 상기 안전 모듈의 신호가 입출력되도록 하는 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입출력모듈 중 어느 하나에 설치되는 제어 모듈의 동작에 의해 상기 안전 시스템의 제어를 수행하도록 하는 풍력 발전 장치용 안전 시스템의 제어 방법.
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CN104405582A (zh) * 2014-11-13 2015-03-11 湖南世优电气股份有限公司 兆瓦级风力发电机组轮毂安全链及其控制方法

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