KR20140115405A - Apparatus for determining the wind speed and direction experienced by a wind turbine using an irrotational structure and system for controlling a nacelle using the same - Google Patents

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Abstract

Provided are a device for detecting the direction of wind and measuring the speed of wind for a wind power generator using an irrotational structure and a nacelle control system using the same. The device for detecting the direction of wind and measuring the speed of wind includes a spinner mounted on one side of a nacelle of the wind power generator and rotating with blades corresponding to the direction and speed of wind; the irrotational structure which is mounted on one side of the spinner and does not rotate regardless of the rotation of the spinner; and at least one wind-direction and wind-speed sensor mounted on the irrotational structure to measure the direction and speed of wind. The nacelle control system includes a sensor module for sensing physical quantity including the direction of wind, the speed of wind, rotation, and movement; a data storage unit for storing data sensed by the sensor module; a generator control module controlling the generator by using the value sensed by the sensor module or the data stored in the data storage unit; and a nacelle driving unit driving the nacelle by the control of the generator control module.

Description

비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템 {Apparatus for determining the wind speed and direction experienced by a wind turbine using an irrotational structure and system for controlling a nacelle using the same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wind turbine wind speed measurement system and a nacelle control system using the wind turbine,

본 발명은 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템에 관한 것으로, 특히 풍력 발전기의 블레이드가 장착되는 스피너의 일부 영역에 설치되어 스피너의 회전에 무관하게 비회전(irrotational)으로 풍향 및 풍속을 측정할 수 있는 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring the wind speed of a wind turbine and a nacelle control system using the same. More particularly, the present invention relates to a nacelle control system for a wind turbine, which is installed in a part of a spinner to which a blade of a wind turbine is mounted, And a nacelle control system using the wind speed sensor.

일반적으로, 풍력발전은 환경오염을 발생시키지 않는 청정 에너지의 일종으로 풍력발전기를 이용하여 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전을 일컫는다. 풍력발전기는 바람의 운동 에너지로 회전하는 날개, 날개의 회전력을 전달받아 발전기에서 요구되는 회전수로 증폭하는 변속 장치 및 나셀(Nacelle)의 내부에 장착되어 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기로 구성되어 있다. 풍력발전기는 바람의 세기와 회전 날개의 크기에 좌우되므로 바람이 센 곳에 설치되어야 하고 회전 날개가 커야 하며, 바람의 방향 변화에 대응하여 신속하게 나셀을 회전시켜야 한다.Generally, wind power generation is a kind of clean energy that does not cause environmental pollution, and refers to power generation that converts wind kinetic energy into electric energy using a wind power generator. The wind turbine is composed of a wing that rotates by the kinetic energy of the wind, a transmission that receives the rotational force of the wing and amplifies it by the number of revolutions required by the generator, and a generator that is installed inside the Nacelle and converts mechanical energy into electrical energy. . Because the wind turbine is dependent on the strength of the wind and the size of the blades, it must be installed in a windy place, the blades must be large, and the nacelle must be rotated quickly in response to the wind direction change.

이러한 풍력발전기는 나셀의 전면에 장착되어 회전 날개와 함께 회전하는 스피너를 구비하고, 스피너의 전면에 바람의 크기 및 방향을 감지하기 위한 센서가 장착되어 있다. 상기 센서는 바람과 직접 접촉하는 회전 날개의 뒤쪽에서 나셀 상에 장착된 경우 회전 날개로부터 발생하는 기류의 영향을 받아 바람의 방향 및 크기를 정확하게 감지할 수 없다는 단점을 갖기 때문에 스피너의 전면에 장착되는 것이 바람직하다.The wind turbine is equipped with a spinner mounted on the front of the nacelle and rotated together with a rotary blade, and a sensor for sensing the size and direction of the wind on the front of the spinner. When the sensor is mounted on the nacelle on the rear side of the rotating blades in direct contact with the wind, the sensor can not accurately sense the direction and size of the wind due to the influence of the airflow generated from the rotating blades. .

이러한 풍력발전기는 스피너의 전면에 센서가 장착되면 회전 날개로부터 발생하는 기류의 영향을 제거할 수 있어 바람의 세기와 방향을 정확하게 측정할 수 있는 장점을 갖지만, 센서가 스피너와 함께 회전하기 때문에 스피너의 회전속도를 보상하기 위한 제어 알고리즘을 구비해야한다는 단점을 갖는다.Such a wind turbine has the advantage that when the sensor is mounted on the front of the spinner, the influence of the airflow generated from the rotating blades can be removed, the strength and direction of the wind can be accurately measured. However, since the sensor rotates with the spinner, And a control algorithm for compensating the rotation speed must be provided.

또한 이러한 풍력발전기는 레이저 센서 등으로 바람의 크기와 방향을 감지하는 경우 스피너의 회전속도를 보상해야 하기 때문에 연산처리속도가 늦은 경우 시시각각으로 변하는 바람의 방향에 신속하게 대응하여 나셀을 이동시키기 어렵다는 단점을 갖는다.In addition, since such a wind turbine generator needs to compensate the rotation speed of the spinner when the size and direction of the wind are sensed by the laser sensor or the like, it is difficult to move the nacelle quickly in response to the direction of the wind, Respectively.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 스피너의 전면에 스피너의 회전과는 무관한 비회전 구조체에 바람의 크기와 방향을 측정할 수 있는 센서를 장착함으로써 바람의 크기와 방향을 신속 정확하게 측정할 수 있는 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a non-rotating structure which is independent of rotation of a spinner, And a nacelle control system using the non-rotating structure. 2. Description of the Related Art

또한, 본 발명의 다른 목적은 비회전 구조체에 바람의 크기와 방향을 측정할 수 있는 센서를 장착함으로써 종래 스피너와 함께 회전하는 센서의 회전에 따른 보상알고리즘을 수행하지 않아 바람의 방향 변화에 신속하게 대응하여 나셀을 이동시킬 수 있는 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a non-rotating structure which is equipped with a sensor capable of measuring the size and direction of wind, so that it does not perform a compensation algorithm according to rotation of a sensor rotating with a conventional spinner, And a nacelle control system using the non-rotating structure. 2. Description of the Related Art

또한, 본 발명의 다른 목적은 나셀에 대한 비회전 구조체의 상대운동을 감지하기 위한 센서를 장착함으로써 비회전 구조체의 진동 또는 움직임을 감지하고, 이를 보상하여 더욱 정확하게 바람의 크기와 방향을 측정할 수 있는 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to detect the vibration or movement of the non-rotating structure by mounting a sensor for sensing the relative movement of the non-rotating structure with respect to the nacelle, and compensate the non-rotating structure for more accurately measuring the size and direction of the wind And a nacelle control system using the non-rotating structure.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 풍향풍속 측정장치는 풍력발전기 나셀의 일측에 장착되어 풍향 및 풍속에 대응하여 블레이드와 함께 회전하는 스피너, 상기 스피너의 일측에 장착되어 상기 스피너의 회전과는 무관하게 비회전(irrotational)하는 비회전 구조체 및 풍향 및 풍속을 측정하기 위해 상기 비회전 구조체에 장착된 적어도 하나 이상의 풍향풍속 감지센서를 구비한다.In order to achieve the above object, an apparatus for measuring the wind direction velocity according to an embodiment of the present invention includes a spinner mounted on one side of a wind power generator nacelle and rotated together with a blade corresponding to a wind direction and a wind speed, And an at least one wind direction sensor mounted on the non-rotating structure for measuring a wind direction and a wind speed.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 풍향풍속 측정장치에 의하면, 상기 비회전 구조체는 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 상기 풍향풍속 감지센서가 장착되는 센서 장착부, 상기 스피너의 내부에서 상기 센서 장착부에 연결된 비회전 축, 상기 비회전 축에 장착되어 상기 센서 장착부의 회전을 방지하기 위한 회전방지 수단 및 상기 센서 장착부의 가장자리를 따라 장착되어 상기 스피너와 상대적으로 회전함으로써 상기 센서 장착부의 회전을 방지하는 상대회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the non-rotating structure includes a sensor mounting portion for mounting the wind direction sensor for measuring a wind direction and a wind speed, A rotation preventing means mounted on the non-rotating shaft to prevent rotation of the sensor mounting portion, and a relative rotation means mounted on an edge of the sensor mounting portion to prevent rotation of the sensor mounting portion, And FIG.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 풍향풍속 측정장치에 의하면, 상기 비회전 구조체는 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 상기 풍향풍속 감지센서가 장착되는 센서 장착부, 상기 나셀에 고정되어 상시 센서 장착부를 지지하기 위한 비회전 축 및 상기 센서 장착부의 가장자리를 따라 장착되어 상기 스피너와 상대적으로 회전함으로써 상기 센서 장착부의 회전을 방지하는 상대회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the non-rotating structure includes a sensor mounting portion for mounting the wind direction sensor for measuring a wind direction and a wind speed, And a relative rotating means mounted along the non-rotating shaft and the edge of the sensor mounting portion for preventing rotation of the sensor mounting portion by rotating relative to the spinner.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 풍향풍속 측정장치에 의하면, 상기 비회전 구조체는 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 상기 풍향풍속 감지센서가 장착되는 센서 장착부, 상기 센서 장착부의 가장자리를 따라 장착되어 상기 스피너와 상대적으로 회전함으로써 상기 센서 장착부의 회전을 방지하는 상대회전 수단, 상기 센서 장착부에 연결되어 상기 센서 장착부의 회전을 방지하기 위한 회전방지 모터, 상기 스피너의 회전을 감지하는 회전 감지센서 및 상기 회전 감지센서의 감지 값에 따라 상기 모터의 운동을 제어하기 위한 모터운동 제어모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, the non-rotating structure includes a sensor mounting portion on which the wind direction sensor for measuring the wind direction and the wind speed is mounted, a sensor mounting portion mounted along the edge of the sensor mounting portion, Relative rotation means for preventing rotation of the sensor mounting portion by relatively rotating the sensor mounting portion, rotation preventing motor for preventing rotation of the sensor mounting portion, rotation sensing sensor for sensing rotation of the spinning sensor, And a motor motion control module for controlling the motion of the motor according to the sensed value of the sensor.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 풍향풍속 측정장치에 의하면, 상기 회전방지 모터, 회전 감지센서 및 모터운동 제어모듈은 별도의 전원공급장치에 의해 구동되거나 상기 풍력발전기에서 생성된 전력으로 구동되는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the wind direction velocity measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the rotation prevention motor, the rotation detection sensor, and the motor motion control module are driven by a separate power supply device or by power generated by the wind power generator .

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 제어시스템은 풍향, 풍속, 회전 및 동작을 포함하는 물리량을 감지하기 위한 센서모듈, 상기 센서모듈로부터 감지된 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장부, 상기 센서모듈로부터 감지된 감지 값 또는 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 이용하여 발전기를 제어하는 발전기 제어모듈 및 상기 발전기 제어모듈의 제어에 따라 나셀을 구동하는 나셀 구동부를 구비한다.In order to achieve the above object, a nacelle control system according to an embodiment of the present invention includes a sensor module for sensing a physical quantity including a wind direction, a wind speed, a rotation and an operation, a data storage for storing sensed data from the sensor module, A generator control module for controlling the generator using the sensed value sensed by the sensor module or the data stored in the data storage, and a nacelle driver for driving the nacelle under the control of the generator control module.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 제어시스템에 의하면, 상기 센서모듈은 풍향 및 풍속을 감지하기 위한 풍향풍속 감지센서, 상기 나셀의 일측에 장착되어 풍향 및 풍속에 대응하여 블레이드와 함께 회전하는 스피너의 회전을 감지하는 회전 감지센서 및 상기 스피너의 회전과는 무관하게 비회전(irrotational)하는 비회전 구조체의 동작을 감지하기 위한 동작 감지센서를 구비하는 것을 특징으로 한다.According to the nacelle control system according to the embodiment of the present invention, the sensor module includes an air-directional wind speed sensor for sensing a wind direction and an air speed, a spinner mounted on one side of the nacelle, And a motion detection sensor for detecting an operation of the non-rotating structure irrotational regardless of the rotation of the spinner.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 제어시스템에 의하면, 상기 동작 감지센서는 상기 나셀에 대한 상기 비회전 구조체의 상대운동을 감지하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the nacelle control system according to the embodiment of the present invention, the motion sensor senses the relative motion of the non-rotating structure with respect to the nacelle.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 제어시스템에 의하면, 상기 발전기 제어모듈은 동작 감지센서에 의해 감지된 상기 비회전 구조체의 동작을 보상하기 위한 동작 보상부 및 풍향과 풍속을 측정하기 위한 풍향풍속 측정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to the nacelle control system according to the embodiment of the present invention, the generator control module includes a motion compensating unit for compensating for the operation of the non-rotating structure sensed by the motion sensing sensor, a wind direction wind speed And a measurement unit.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템에 의하면, 스피너의 전면에 스피너의 회전과는 무관한 비회전 구조체에 바람의 크기와 방향을 측정할 수 있는 센서를 장착함으로써 바람의 크기와 방향을 신속 정확하게 측정할 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, according to the apparatus for measuring the wind speed of the wind turbine using the non-rotating structure and the nacelle control system using the non-rotating structure according to the embodiment of the present invention, By attaching a sensor capable of measuring the size and direction, it is possible to quickly and accurately measure the size and direction of the wind.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템에 의하면, 비회전 구조체에 바람의 크기와 방향을 측정할 수 있는 센서를 장착함으로써 종래 스피너와 함께 회전하는 센서의 회전에 따른 보상알고리즘을 수행하지 않기 때문에 바람의 방향 변화에 신속하게 대응하여 나셀을 이동시킬 수 있고, 발전효율을 향상시킬 수 있다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the apparatus for measuring the wind speed of the wind turbine using the non-rotating structure and the nacelle control system using the non-rotating structure according to the embodiment of the present invention, by mounting a sensor capable of measuring the wind size and direction on the non- It is possible to move the nacelle corresponding to the change of the wind direction quickly and to improve the power generation efficiency because the compensation algorithm according to the rotation of the rotating sensor is not performed.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템에 의하면, 나셀에 대한 비회전 구조체의 상대운동을 감지하기 위한 센서를 장착함으로써 비회전 구조체의 진동 또는 움직임을 감지하고, 이를 보상하여 더욱 정확하게 바람의 크기와 방향을 측정할 수 있다는 효과도 얻어진다.In addition, according to the apparatus for measuring the wind speed of the wind turbine using the non-rotating structure and the nacelle control system using the non-rotating structure according to the present invention, by mounting the sensor for sensing the relative movement of the non- It is possible to measure the size and direction of the wind more accurately by compensating for the vibration or movement of the wind.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 비회전 구조체를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비회전 구조체를 분해하여 보여주는 분해도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비회전 구조체를 분해하여 보여주는 분해도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 제어시스템을 보여주는 블록도이다.1 is a schematic view of a wind turbine using a non-rotating structure according to an embodiment of the present invention.
Fig. 2 is a view showing a non-rotating structure by enlarging portion A in Fig.
FIG. 3 is an exploded view explaining a non-rotating structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an exploded view explaining a non-rotating structure according to another embodiment of the present invention.
5 is a block diagram illustrating a nacelle control system in accordance with an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시 예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도시된 실시 예만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the illustrated embodiments.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.These and other objects and novel features of the present invention will become more apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치를 도면에 따라서 설명한다.1 to 5, an apparatus for measuring the wind speed of a wind turbine using the non-rotating structure of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기를 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대하여 비회전 구조체를 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 비회전 구조체를 분해하여 보여주는 분해도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비회전 구조체를 분해하여 보여주는 분해도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 제어시스템을 보여주는 블록도이다.FIG. 1 is a schematic view of a wind turbine using a non-rotating structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a non-rotating structure by enlarging part A of FIG. Fig. 3 is an exploded view showing a nonrotating structure according to an example of the present invention. FIG. 4 is an exploded view illustrating a non-rotating structure according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a block diagram illustrating a nacelle control system according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 풍향풍속 측정장치는 나셀(11)에 장착된 하나 또는 둘 이상의 발전기를 구비한 터빈을 포함한다. 상기 나셀(11)은 탑 구조물(13)의 상부에 장착되어 바람의 방향에 따라 자유롭게 회전한다. 상기 나셀(11)의 전면에는 복수 개의 블레이드(15)를 구비하는 스피너(17)가 장착된다. 상기 스피너(17)는 풍속의 변화에 따라 블레이드(15)와 함께 회전하고, 바람의 저항을 최소화할 수 있도록 유선형으로 형성되지만, 다양한 형상으로 제조될 수 있다.1 to 3, an apparatus for measuring the wind direction angle of a wind turbine according to an embodiment of the present invention includes a turbine having one or more generators mounted on a nacelle 11. The nacelle 11 is mounted on the top of the tower structure 13 and freely rotates according to the wind direction. A spinner (17) having a plurality of blades (15) is mounted on the front surface of the nacelle (11). The spinner 17 rotates together with the blade 15 according to the change of the wind speed and is formed in a streamline shape so as to minimize the resistance of the wind. However, the spinner 17 can be manufactured in various shapes.

상기 스피너(17)의 전면에는 개구부(19)가 형성되어 있고, 상기 개구부(19)에는 스피너(17)의 회전과는 무관하게 비회전(irrotational)하는 비회전 구조체(21)가 위치한다. 상기 비회전 구조체(21)는 나셀(11)에 연결되어 스피너(17)의 전면에 장착되거나 나셀(11)과는 이격하여 개구부(19) 상에서 부유(floating)하는 형태로 위치될 수 있다.An opening 19 is formed in the front surface of the spinner 17. A nonrotating structural body 21 which is irrotational irrespective of the rotation of the spinner 17 is located in the opening 19. The non-rotating structure 21 may be connected to the nacelle 11 and may be mounted on the front surface of the spinner 17 or may be spaced apart from the nacelle 11 and floating on the opening 19.

상기 비회전 구조체(21)는 풍향 및 풍속을 측정하기 위한 풍향풍속 감지센서(23)가 장착되는 센서 장착부(25)를 포함한다. 상기 센서 장착부(25)는 비회전 구조체(21) 주변의 공기 흐름이 원활하고 부드럽게 유지될 수 있도록 구형으로 형성된 것이 바람직하다. 상기 풍향풍속 감지센서(23)는 풍향 및 풍속을 동시에 측정하거나, 풍향 및 풍속을 서로 독립적으로 측정할 수 있는 센서들을 모두 포함한다.The non-rotating structure 21 includes a sensor mounting portion 25 on which an air-directional wind speed sensor 23 for measuring a wind direction and a wind speed is mounted. The sensor mounting portion 25 is preferably formed in a spherical shape so that the air flow around the non-rotating structural body 21 can be smoothly and smoothly maintained. The wind direction sensor 23 includes all sensors capable of simultaneously measuring a wind direction and an wind speed or independently measuring a wind direction and a wind speed.

예를 들어, 상기 풍향풍속 감지센서(23)는 1차원 소닉 센서(sonic sensor)를 복수 개로 사용할 수 있다. 상기 소닉 센서의 동작원리는 두 개의 소닉 센서들 사이에서 음파(sound wave)의 운동시간을 측정하는 것이다. 음파는 센서 장착부(25)에 장착된 제1소닉 센서로부터 제2소닉 센서로 전송되고, 상기 제2소닉 센서는 음파를 수신하여 다시 제1소닉 센서로 전송된다. 풍속은 제1소닉 센서 및 제2소닉 센서 사이의 거리를 운동하는 음파의 왕복시간에 의해 측정될 수 있다.For example, the wind direction sensor 23 may use a plurality of one-dimensional sonic sensors. The operating principle of the sonic sensor is to measure the movement time of a sound wave between two sonic sensors. The sound waves are transmitted from the first sonic sensor mounted on the sensor mounting part 25 to the second sonic sensor, and the second sonic sensor receives the sound waves and is transmitted to the first sonic sensor again. The wind speed can be measured by the reciprocating time of a sound wave moving in the distance between the first and second sonic sensors.

이 외에 다른 형태의 풍향풍속 감지센서(23)가 채택될 수 있다. 상기 풍향풍속 감지센서(23)는 피토관(pitot tubes), 프로펠러형 풍속계(propeller anemometers), 컵형 풍속계(cup anemometers) 및 라이더(lider) 등을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니고 다른 형태의 감지센서들 역시 채택될 수도 있다.Other types of wind direction / wind speed sensors 23 may be employed. The wind direction wind speed sensor 23 may be a pitot tube, a propeller anemometer, a cup anemometer, a rider, or the like, but is not limited thereto. May also be employed.

또한, 상기 비회전 구조체(21)는 센서 장착부(25)의 중심에 장착되어 스피너(17)의 내부로 신장된 비회전 축(27)을 구비한다. 상기 비회전 축(27)은 센서 장착부(25)의 중심에 고정되어 있고, 상기 나셀(11)에 연결되거나 연결되어 있지 않더라도 무방하다. 상기 비회전 축(27)은 나셀(11)에 고정되어 있지 않은 경우 센서 장착부(25)의 외측으로 신장될 수도 있다.The non-rotating structure 21 has a non-rotating shaft 27 mounted at the center of the sensor mounting portion 25 and extending into the interior of the spinner 17. The non-rotating shaft 27 is fixed to the center of the sensor mounting portion 25 and may be connected to or not connected to the nacelle 11. The non-rotating shaft 27 may extend outside the sensor mounting portion 25 when the non-rotating shaft 27 is not fixed to the nacelle 11.

상기 비회전 축(27)에는 센서 장착부(25)의 회전을 방지하기 위한 회전방지 수단(29), 예를 들어 무게추 등이 장착되어 있다. 상기 회전방지 수단(29)은 풍력발전기가 설치되는 지역의 바람의 세기, 스피너(17)의 회전속도, 센서 장착부(25)의 크기 또는 스피너(17)의 상대 회전에 따른 센서 장착부(25)와의 마찰력을 고려하여 무게를 조정하는 것이 바람직하다. 상기 스피너(17)와 센서 장착부(25) 사이의 마찰을 줄이기 위해 센서 장착부(25)의 가장자리를 따라 상대회전 수단(31)이 장착된다. 상기 상대회전 수단(31)은 스피너(17)와 비회전 구조체(21)와의 마찰을 줄이거나, 스피너(17)에 대한 비회전 구조체(21)의 상대 회전 또는 비회전 구조체(21)의 움직임을 줄이기 위해 슬립링(slip-ring), 부싱 및 볼 베어링을 이용하거나 이들을 결합하여 사용할 수 있다.Rotation preventing means 29 for preventing the rotation of the sensor mounting portion 25, for example, a weight or the like, is mounted on the non-rotating shaft 27. The rotation preventing means 29 is provided to prevent the rotation of the sensor mounting portion 25 due to the wind strength in the region where the wind turbine is installed, the rotational speed of the spinner 17, the size of the sensor mounting portion 25, It is preferable to adjust the weight in consideration of the frictional force. The relative rotation means 31 is mounted along the edge of the sensor mounting portion 25 to reduce the friction between the spinner 17 and the sensor mounting portion 25. [ The relative rotation means 31 reduces the friction between the spinner 17 and the non-rotating structure 21 or reduces the relative rotation of the non-rotating structure 21 with respect to the spinner 17 or the movement of the non- Slip-rings, bushings, and ball bearings can be used to reduce the number of teeth, or they can be used in combination.

따라서, 본 발명의 풍력발전기는 바람의 세기에 따라 회전하는 스피너(17)와는 달리 비회전하는 비회전 구조체(21)에 풍향풍속 감지센서(23)를 장착함으로써 종래 풍향 및 풍속을 측정하기 위해 센서의 회전에 따른 회전 보상 알고리즘을 채택하지 않아 바람의 방향 변화에 따라 나셀(11)을 신속하게 이동시킬 수 있다.Therefore, in the wind turbine of the present invention, unlike the spinner 17 that rotates according to the wind intensity, the wind direction sensor 23 is mounted on the non-rotating structure 21, The rotation compensation algorithm according to the rotation of the nacelle 11 is not adopted, so that the nacelle 11 can be moved quickly according to the wind direction change.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에서 풍력발전기의 비회전 구조체(21)는 센서 장착부(25), 센서 장착부(25)의 회전을 방지하는 상대회전 수단(31), 상기 센서 장착부(25)의 중심으로부터 스피너(17)의 내측으로 신장된 비회전 축(27), 센서 장착부(25)에 연결되어 센서 장착부(25)의 회전을 방지하기 위한 회전방지 모터(33), 상기 스피너(17)의 회전을 감지하는 회전 감지센서(35) 및 회전 감지센서(35)의 감지 값에 따라 회전방지 모터(33)의 운동을 제어하기 위한 모터운동 제어모듈(37)을 구비한다.4, the non-rotating structure 21 of the wind turbine in the embodiment of the present invention includes a sensor mounting portion 25, a relative rotation means 31 for preventing rotation of the sensor mounting portion 25, A rotation preventing motor 33 connected to the sensor mounting portion 25 to prevent rotation of the sensor mounting portion 25 and a rotation preventing motor 33 for preventing rotation of the sensor mounting portion 25, And a motor movement control module 37 for controlling the movement of the rotation prevention motor 33 in accordance with the detection values of the rotation detection sensor 35 and the rotation detection sensor 35.

이 경우, 상기 비회전 축(27)은 스피너(17)의 내측에서 나셀(11)에 고정된 회전방지 모터(33)를 통해 나셀(11)에 연결되어 있는 것이 바람직하다. 상기 회전 감지센서(35)는 나셀(11)의 전면 또는 나셀(11)에 대해 고정된 구조물에 장착되어 센서 장착부(25)의 회전, 진동 또는 움직임을 감지한다. 상기 모터운동 제어모듈(37)은 센서 장착부(25)의 회전 등과는 반대방향으로 동작하여 센서 장착부(25)가 나셀(11)에 대해 고정되어 있도록 제어한다. 상기 회전방지 모터(33), 회전 감지센서(35) 및 모터운동 제어모듈(37)은 별도의 전원공급장치(도시하지 않음)에 의해 구동되거나 상기 풍력발전기에서 생성된 전력으로 구동될 수도 있다.In this case, it is preferable that the non-rotating shaft 27 is connected to the nacelle 11 through a rotation preventing motor 33 fixed to the nacelle 11 on the inner side of the spinner 17. The rotation detecting sensor 35 is mounted on a structure fixed to the front surface of the nacelle 11 or the nacelle 11 to sense the rotation, vibration or movement of the sensor mounting part 25. [ The motor motion control module 37 operates in a direction opposite to the rotation of the sensor mount 25 to control the sensor mount 25 to be fixed with respect to the nacelle 11. The rotation prevention motor 33, the rotation detection sensor 35 and the motor motion control module 37 may be driven by a separate power supply unit (not shown) or by power generated by the wind power generator.

다음으로, 도 1, 도 2 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 제어시스템에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.Next, a nacelle control system of a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1, 2 and 5.

도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 나셀 제어시스템은 풍향, 풍속, 스피너(17)의 회전 및 센서 장착부(25)의 동작을 포함하는 물리량을 감지하기 위한 센서모듈(39), 상기 센서모듈(39)로부터 감지된 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장부(41), 상기 센서모듈(39)로부터 감지된 감지 값 또는 상기 데이터 저장부(41)에 저장된 데이터를 이용하여 발전기를 제어하는 발전기 제어모듈(43) 및 상기 발전기 제어모듈(43)의 제어에 따라 나셀(11)을 구동하는 나셀 구동부(45)를 구비한다.1, 2 and 5, the nacelle control system of the present invention includes a sensor module 39 for detecting a physical quantity including wind direction, wind velocity, rotation of the spinner 17, and operation of the sensor mounting portion 25, A data storage unit 41 for storing data sensed by the sensor module 39 and a control unit for controlling the generator using data sensed from the sensor module 39 or data stored in the data storage unit 41. [ And a nacelle driving unit 45 for driving the nacelle 11 under the control of the generator control module 43. [

상기 센서모듈(39)은 풍향 및 풍속을 감지하기 위한 풍향풍속 감지센서(23), 상기 나셀(11)의 일측에 장착되어 풍향 및 풍속에 대응하여 블레이드(15)와 함께 회전하는 스피너(17)의 회전을 감지하는 회전 감지센서(35) 및 상기 스피너(17)의 회전과는 무관하게 비회전(irrotational)하는 비회전 구조체(21)의 동작, 예를 들어 회전, 진동 또는 주기 운동을 감지하기 위한 동작 감지센서(47)를 구비한다. 이 경우, 상기 동작 감지센서(47)는 나셀(11)에 대한 비회전 구조체(21)의 상대운동을 감지하는 것이 바람직하다.The sensor module 39 includes a wind direction sensor 33 for detecting a wind direction and a wind speed and a spinner 17 mounted on one side of the nacelle 11 and rotated together with the blade 15 in correspondence to wind direction and wind speed, A rotation sensing sensor 35 for sensing the rotation of the spinner 17 and an operation of the nonrotating structure 21 which is irrotational regardless of the rotation of the spinner 17, And a motion detection sensor 47 for detecting the motion of the robot. In this case, the motion sensor 47 preferably senses the relative movement of the non-rotating structure 21 with respect to the nacelle 11.

상기 발전기 제어모듈(43)은 동작 감지센서(47)에 의해 감지된 비회전 구조체(21)의 동작을 보상하기 위한 동작 보상부(49) 및 풍향과 풍속을 측정하기 위한 풍향풍속 측정부(51)를 구비한다. 상기 동작 보상부(49)는 나셀(11)에 대한 비회전 구조체(21)의 상대 운동을 보상함으로써, 센서 장착부(25)에 장착된 풍향풍속 감지센서(23)의 나셀(11)에 대한 상대 운동을 보상한다. 따라서, 상기 나셀 제어시스템은 바람의 크기 및 방향을 정확하게 측정할 수 있다. 상기 센서 장착부(25)가 나셀(11)에 고정되어 있는 경우, 상기 나셀 제어시스템은 센서 장착부(25)의 동작을 감지하는 동작 감지센서(47) 및 그에 따른 센서 장착부(25)의 동작을 보상하기 위한 동작 보상부(49)를 구동하지 않기 때문에 바람의 세기 및 방향을 더욱더 신속하게 계산할 수 있다.The generator control module 43 includes a motion compensation unit 49 for compensating for the operation of the non-rotating structure 21 sensed by the motion detection sensor 47 and a wind speed measuring unit 51 for measuring the wind direction and the wind speed . The motion compensating section 49 compensates the relative motion of the non-rotating structure 21 with respect to the nacelle 11 to compensate the relative motion of the nacelle 11 of the wind direction sensor 23 mounted on the sensor mounting section 25 Compensate for exercise. Thus, the nacelle control system can accurately measure the size and direction of the wind. When the sensor mounting portion 25 is fixed to the nacelle 11, the nacelle control system compensates the operation of the motion sensor 47 and the sensor mounting portion 25 for sensing the operation of the sensor mounting portion 25 Since the operation compensation unit 49 is not driven for the purpose of calculating the wind direction and the wind direction, the wind direction and direction can be calculated more quickly.

상기 풍향풍속 측정부(51)는 풍향풍속 감지센서(23)로부터 감지된 값 및 동작 보상부(49)로부터 보상된 센서 장착부(25)의 움직임 보정 값으로부터 바람의 세기 및 방향을 신속 정확하게 측정한다. 따라서, 상기 나셀 제어시스템은 종래 스피너와 함께 회전하는 풍향풍속 센서의 회전 성분을 보상할 필요가 없기 때문에 이에 소요되는 시간을 단축할 수 있고, 바람의 방향 변화에 신속하게 대응하여 나셀을 이동시킬 수 있다.
The wind direction velocity measuring unit 51 measures wind intensity and direction quickly and accurately from the values sensed by the wind direction wind speed sensor 23 and the motion correction values of the sensor mounting unit 25 compensated by the motion compensating unit 49 . Therefore, since the nacelle control system does not need to compensate the rotational component of the wind direction sensor for wind speed that rotates together with the conventional spinner, the time required for the rotation can be shortened and the nacelle can be moved quickly have.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

11: 나셀 15: 블레이드
17: 스피너 21: 비회전 구조체
23: 풍향풍속 감지센서 25: 센서 장착부
27: 비회전 축 29: 회전방지 수단
31: 상대회전 수단 33: 회전방지 모터
35: 회전 감지센서 37: 모터운동 제어모듈
39: 센서모듈 41: 데이터 저장부
43: 발전기 제어모듈 45: 나셀 구동부
47: 동작 감지센서 49: 동작 보상부11: Nacelle 15: Blade
17: spinner 21: non-rotating structure
23: wind direction sensor 25: sensor sensor
27: non-rotating shaft 29: rotation preventing means
31: Relative rotation means 33: Anti-rotation motor
35: rotation detection sensor 37: motor motion control module
39: Sensor module 41: Data storage unit
43: generator control module 45: nacelle driving part
47: motion detection sensor 49: motion compensation unit

Claims (9)

풍력발전기 나셀의 일측에 장착되어 풍향 및 풍속에 대응하여 블레이드와 함께 회전하는 스피너;
상기 스피너의 일측에 장착되어 상기 스피너의 회전과는 무관하게 비회전(irrotational)하는 비회전 구조체; 및
풍향 및 풍속을 측정하기 위해 상기 비회전 구조체에 장착된 적어도 하나 이상의 풍향풍속 감지센서를 구비하는 풍향풍속 측정장치.A spinner mounted on one side of the wind power generator nacelle and rotating together with the blade corresponding to the wind direction and wind speed;
A non-rotating structure mounted on one side of the spinner and irrotational irrespective of the rotation of the spinner; And
And at least one wind direction sensor mounted on the non-rotating structure for measuring a wind direction and a wind speed. 제1항에 있어서,
상기 비회전 구조체는
풍향 및 풍속을 측정하기 위한 상기 풍향풍속 감지센서가 장착되는 센서 장착부;
상기 스피너의 내부에서 상기 센서 장착부에 연결된 비회전 축;
상기 비회전 축에 장착되어 상기 센서 장착부의 회전을 방지하기 위한 회전방지 수단; 및
상기 센서 장착부의 가장자리를 따라 장착되어 상기 스피너와 상대적으로 회전함으로써 상기 센서 장착부의 회전을 방지하는 상대회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 풍향풍속 측정장치.The method according to claim 1,
The non-
A sensor mounting part to which the wind direction sensor for measuring a wind direction and a wind speed is mounted;
A non-rotating shaft connected to the sensor mount in the interior of the spinner;
Rotation preventing means mounted on the non-rotating shaft to prevent rotation of the sensor mounting portion; And
And relative rotation means mounted along an edge of the sensor mounting portion to prevent rotation of the sensor mounting portion by rotating relative to the spinner. 제1항에 있어서,
상기 비회전 구조체는
풍향 및 풍속을 측정하기 위한 상기 풍향풍속 감지센서가 장착되는 센서 장착부;
상기 나셀에 고정되어 상시 센서 장착부를 지지하기 위한 비회전 축; 및
상기 센서 장착부의 가장자리를 따라 장착되어 상기 스피너와 상대적으로 회전함으로써 상기 센서 장착부의 회전을 방지하는 상대회전 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 풍향풍속 측정장치.The method according to claim 1,
The non-
A sensor mounting part to which the wind direction sensor for measuring a wind direction and a wind speed is mounted;
A non-rotating shaft fixed to the nacelle for supporting the always-sensor mounting portion; And
And relative rotation means mounted along an edge of the sensor mounting portion to prevent rotation of the sensor mounting portion by rotating relative to the spinner. 제1항에 있어서,
상기 비회전 구조체는
풍향 및 풍속을 측정하기 위한 상기 풍향풍속 감지센서가 장착되는 센서 장착부;
상기 센서 장착부의 가장자리를 따라 장착되어 상기 스피너와 상대적으로 회전함으로써 상기 센서 장착부의 회전을 방지하는 상대회전 수단;
상기 센서 장착부에 연결되어 상기 센서 장착부의 회전을 방지하기 위한 회전방지 모터;
상기 스피너의 회전을 감지하는 회전 감지센서; 및
상기 회전 감지센서의 감지 값에 따라 상기 모터의 운동을 제어하기 위한 모터운동 제어모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 풍향풍속 측정장치.The method according to claim 1,
The non-
A sensor mounting part to which the wind direction sensor for measuring a wind direction and a wind speed is mounted;
Relative rotation means mounted along an edge of the sensor mounting portion to prevent rotation of the sensor mounting portion by rotating relative to the spinner;
A rotation preventing motor connected to the sensor mounting portion to prevent rotation of the sensor mounting portion;
A rotation detecting sensor for detecting the rotation of the spinner; And
And a motor motion control module for controlling a motion of the motor according to a detection value of the rotation sensor. 제4항에 있어서,
상기 회전방지 모터, 회전 감지센서 및 모터운동 제어모듈은 별도의 전원공급장치에 의해 구동되거나 상기 풍력발전기에서 생성된 전력으로 구동되는 것을 특징으로 하는 풍향풍속 측정장치.5. The method of claim 4,
Wherein the rotation prevention motor, the rotation detection sensor, and the motor motion control module are driven by a separate power supply unit or by power generated by the wind power generator. 풍향, 풍속, 회전 및 동작을 포함하는 물리량을 감지하기 위한 센서모듈;
상기 센서모듈로부터 감지된 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장부;
상기 센서모듈로부터 감지된 감지 값 또는 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 이용하여 발전기를 제어하는 발전기 제어모듈; 및
상기 발전기 제어모듈의 제어에 따라 나셀을 구동하는 나셀 구동부를 구비하는 나셀 제어시스템.A sensor module for sensing a physical quantity including a wind direction, a wind speed, a rotation and an operation;
A data storage unit for storing data sensed by the sensor module;
A generator control module for controlling the generator using a sensed value sensed by the sensor module or data stored in the data storage; And
And a nacelle driving unit for driving the nacelle under the control of the generator control module. 제6항에 있어서,
상기 센서모듈은
풍향 및 풍속을 감지하기 위한 풍향풍속 감지센서;
상기 나셀의 일측에 장착되어 풍향 및 풍속에 대응하여 블레이드와 함께 회전하는 스피너의 회전을 감지하는 회전 감지센서; 및
상기 스피너의 회전과는 무관하게 비회전(irrotational)하는 비회전 구조체의 동작을 감지하기 위한 동작 감지센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 나셀 제어시스템.The method according to claim 6,
The sensor module
Wind direction wind speed sensor for sensing wind direction and wind speed;
A rotation sensor mounted on one side of the nacelle and sensing rotation of the spinner rotating together with the blade corresponding to the wind direction and wind speed; And
And a motion detection sensor for detecting the operation of the non-rotating structure irrotational regardless of the rotation of the spinner. 제7항에 있어서,
상기 동작 감지센서는 상기 나셀에 대한 상기 비회전 구조체의 상대운동을 감지하는 것을 특징으로 하는 나셀 제어시스템.8. The method of claim 7,
Wherein the motion sensor senses a relative movement of the non-rotating structure with respect to the nacelle. 제6항에 있어서,
상기 발전기 제어모듈은
동작 감지센서에 의해 감지된 상기 비회전 구조체의 동작을 보상하기 위한 동작 보상부; 및
풍향과 풍속을 측정하기 위한 풍향풍속 측정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 나셀 제어시스템.The method according to claim 6,
The generator control module
A motion compensation unit for compensating an operation of the non-rotary structure sensed by the motion detection sensor; And
And a wind direction wind speed measurement unit for measuring the wind direction and the wind speed.
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