KR20140141659A - 이용 가능한 전력 공급망 지원없이 풍력 발전 설비를 제어하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 발전기를 포함하고 전력 공급망(6) 내로 전력을 공급하기 위한 것이지만 아직 전력 공급망(6)에 접속되지 않은 풍력 발전 설비(1)를 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 발전기로 전력을 발생시키는 단계 및 발생된 전력을 풍력 발전 설비(1)의 전기적 요소들에 공급하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 풍력 에너지로부터 전력을 발생시키고 발생된 전력을 전력 공급망(6) 내로 공급하기 위한, 전술한 청구항들 중 하나의 청구항에 따른 방법이 수행되는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 설비에 관한 것이다.

Description

이용 가능한 전력 공급망 지원없이 풍력 발전 설비를 제어하기 위한 방법{METHOD FOR THE CONTROL OF A WIND TRUBINE WITH NO MAINS SUPPORT AVAILABLE}
본 발명은 풍력 발전 설비를 제어하기 위한 방법 및 그러한 풍력 발전 설비에 관한 것이다.
풍력 발전 설비들은 일반적으로 공개되어 있고, 풍력 발전 설비의 예는 도 1에 도시된다. 이러한 풍력 발전 설비들은, 바람으로부터의 에너지를 전기 에너지로 변환하며 그리고 하기에서 전력망 또는 간단히 망이라고도 하는 전력 공급망 내로 공급하기 위해 제공된다.
풍력 발전 설비가 망 내로 전력을 공급할 수 있기 이전에, 상기 풍력 발전 설비는 먼저 건설되어 망에 접속되어야만 한다. 풍력 발전 설비가 실질적으로 건설된 후에, 발전 설비가 최종적으로 망에 접속되어 망의 일부로서 작동될 수 있기 전에, 흔히 기능 테스트가 수행된다. 이 시간 동안, 그렇지 않은 경우 이미 완전히 건설된 상태인 풍력 발전 설비는 정상적으로 작동되지 않을 수 있고, 특히 전혀 작동되지 않을 수 있다. 풍력 발전 설비가 어디에 건설되는지에 의존하여, 풍력 발전 설비의 냉각 및 공기 중의 습기의 응축에 대한 위험이 있다. 또한 풍력 발전 설비는 비로부터의 습기에 노출되는 위험이 있다. 비록, 일단 건설되면, 풍력 발전 설비는 대개 본질적으로 폐쇄된 기관실 및 폐쇄된 타워를 갖도록 제공되고, 그럼에도 불구하고 비는 예컨대 환기구들을 통해 침투할 수 있지만, 비는 설비의 작동 중일 때 외부를 향한 환기 공기 유동으로 인해 환기구들을 통해 침투할 수 없다. 풍력 발전 설비, 특히 풍력 발전 설비의 기관실의 바람직하지 않은 방향 설정은 또한 비의 침투를 촉진할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 상기와 같은 환기구들은 폐쇄될 수 있고 또는 민감한 설비 부분들은 커버되거나 싸여질 수 있다. 그러나 이러한 조치는 비용 증가를 필요로 하고, 이러한 커버들 또는 싸개들은, 설비가 궁극적으로 작동될 때 제거되지 않거나 완전히 제거되지 않을 수 있는 위험이 있다.
대안적으로, 응축되는 또는 침투하는 습기에 의한 손상을 변경하기 위해, 적절한 장치를 사용하는 가열 및/또는 공기 건조가 제공될 수 있다. 대안적으로, 간단하게, 가능한 한 신속하게 설비를 준비된 상태로 만들고 망에 접속하는 시도들이 이루어질 수 있을 것이다. 가능한 경우에, 덜 임계적인 기상 상황에서 설비를 건설하는 시도들이 이루어질 수 있지만, 이는 대개 비실용적이다.
때때로 풍력 발전 설비들이 완전치 건설되고 망에 접속될 수 있지만, 망 또는 풍력 발전 설비에 대한 망의 적절한 지선이 아직 존재하지 않음으로 인해, 그 시간 동안 연결이 불가능할 수 있다. 경우에 따라서 풍력 발전 설비의 접속에 대한 또는 접속을 위한 적절한 망 지선의 제공에 대한 허가가 대기중에서 지연될 수도 있다. 이러한 경우에, 망에 대한 연결이 없음에 따라, 가열 장치 및/또는 건조 장치를 작동시키는 것이 불가능하거나 어려울 수 있다. 망에 대한 접속은, 말하자면 대개 풍력 발전 설비로부터의 전력을 망 내로 공급하기 위해서 뿐만 아니라, 풍력 발전 설비의 시동 및/또는 설비 장비들의 작동을 위해 망으로부터 전력을 제공하기 위해서 필요하다. 따라서, 망에 대한 접속이 없을 때, 풍력 발전 설비는 작동될 수 없고, 설명된 바와 같은 습기 응축되거나 침투하는 습기에 대한 위험이 존재하고, 이는 때때로 매우 빠르게 풍력 발전 설비의 부분들, 특히 설비의 전기적 장비에 손상을 초래할 수 있다.
우선권 출원 시 독일 특허청은 뒤따르는 종래기술들을 확인했다: US 2010/0013224 A1호, US 2012/0056425 A1호 및 US 7,394,166 B2호.
본 발명의 과제는 적어도 하나의 언급된 문제점을 해결하는 것이다. 특히, 풍력 발전 설비가 아직 전력 공급망에 접속되지 않았을 때, 습기의 침투 또는 응축을 방지하거나 적어도 감소시키는 해결책을 제공한다. 또한 적어도 하나의 대안적인 해결책이 제안된다.
본 발명에 따라 청구범위 제1 항에 따른 방법이 제안된다. 따라서, 시발점은, 발전기를 포함하며 그리고 전력 공급망 내로 전력 공급을 위해 제공되지만 아직 전력 공급망에 접속되지 않은 풍력 발전 설비이다. 따라서, 발전기를 사용하여 전력을 발생시키고 풍력 발전 설비의 전기적 요소들에 공급하기 위해 발생된 전력을 이용하는 것이 제안된다. 다시 말해서, 풍력 발전 설비는, 단지 풍력 발전 설비의 전기적 요소들을 시동하기에 충분한 전력이 발생되는, 적은 전력 발생을 목표로 시동된다. 이러한 방식의 풍력 발전 설비의 시동은, 망에 대한 어떠한 접속도 아직 존재하지 않기 때문에, 전기 에너지의 발생 및 공급망 내로의 공급과 관련해서 의미가 없다. 풍력 발전 설비의 작동은 오직, 설비가 습기에 의해 손상을 입지 않도록 하기 위한 이유 및 정도로 작동된다. 간단히 말해서, 풍력 발전 설비는 이로 인해, 건설된 이후에 그러나 망에 대한 접속 이전에, 손상으로부터 보호된다.
특히, 전력이 공급되는 전기적 요소들은, 그렇지 않으면 습기를 받아들일 위험이 있는 요소들이며 그리고 전체로서 풍력 발전 설비를 습기의 침투 또는 응축으로부터 보호할 수 있는 요소들이다.
바람직하게 이 경우, 풍력 발전 설비를 제어하기 위한 적어도 하나의 제어장치에 전력이 공급된다. 그러한 경우에 기본적으로, 요소들의 추가적인 작동 및 시동을 제어할 수 있는, 제어 시스템이 작동 상태에 놓일 수 있다.
부가적으로 그리고 대안적으로, 바람에 대한 풍력 발전 설비의 방향 설정을 조절하기 위한 방위각 조절 장치에 전력이 공급되어 그에 따라 작동되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 방위각 조절 장치는, 현재 가장 흔한 유형인 소위 수평축형 풍력 발전 설비를 위해 제공되고, 이에 대한 예가 도 1에 도시된다. 이러한 방위각 조절 장치의 작동의 덕택으로, 우선 풍력 발전 설비가 시동되고, 이로써 습기의 응축 또는 침투로부터 보호된다. 더불어, 풍력 발전 설비는 바람에 대해 방향 설정될 수 있고, 이는 따라서 비와 관련해서도 최적이거나 적어도 유리할 수 있는 통상적인 방향 설정에 해당한다. 풍력 발전 설비가 바람으로부터 전력을 발생시키고자 할 때, 그리고 심지어 매우 적은 전력만이 발생될 때에도, 바람에 대한 풍력 발전 설비를 방향 설정하는 것이 적절하다.
바람직하게, 풍력 발전 설비의 부품을 가열하기 위한 가열 장치가 작동상태에 놓인다. 이러한 가열 장치는, 예를 들어 유지보수 인력이 체류할 때 기관실을 가열하는 기관실 히터일 수 있다. 또한, 가열 장치는, 풍속계와 같은 측정 기구들을 가열하는, 상기 기구가 결빙되는 것을 방지하기 위한 것일 수 있다. 결과적으로 풍력 상태의 적절한 측정이 보장될 수도 있고, 이는 또한 풍력 발전 설비의 작동에 적절하거나 필수적이다.
로터 블레이드의 결빙을 방지하거나 또는 로터 블레이드를 제빙(除氷)하기 위해, 가열 장치가 예를 들어 로터 블레이드에도 제공될 수 있다. 이러한 로터 블레이드 가열 장치는 제빙에 대한 요구가 없을 때에도 작동될 수 있다. 로터 블레이드를 위한 이러한 가열 장치도, 비교적 높은 에너지 요구를 갖는 것을 특징으로 한다. 즉, 이러한 습기 방지 작동을 위해 상응하게 많은 전력이 요구된다. 습기 방지 작동은 여기에서 풍력 발전 설비가 망 내로 전력을 공급하지 않고 자체 보호만을 위해, 즉 응축 또는 침투하는 습기 방지를 위해서만 작동되는 풍력 발전 설비의 작동이다. 로터 블레이드의 가열을 위해 가열 장치가 사용되는 경우에, 풍력 발전 설비가 상응하게 많은 전력을 발생시키는 것을 필요로 하는 전력에 대한 비교적 높은 요구가 발생하고, 이로 인해 그밖에 정상 작동 시에도 사용되는 모든 요소들 또는 정상 작동 시에도 사용되는 적어도 다수의 요소들은 기본적으로 정상 작동시처럼 작동한다. 즉, 풍력 발전 설비의 가능한 한 많은 요소들이 정상 작동으로 또는 유사한 상태로 작동될 수 있게 하는 것이 달성되면, 이는 완전히 자동으로 상기 요소들의 자체적인 습기 방지를 가능하게 한다.
그러나 상기와 같은 습기 방지 모드에서, 풍력 발전 설비가 망에 접속되지 않은 경우에, 전력 공급망 내로 전력 공급을 위해 필요한 인버터가 자동으로 정상 작동 상태 또는 유사한 작동 상태에 있지 않을 수 있다. 따라서 그 중에서도, 기존의 인버터 또는 인버터들에도 전력이 공급되는 것이 제안된다. 바람직하게는, 예컨대, 인버터를 활성화하는 초퍼 저항들(chopper resistors)과 같은 의사 부하(dummy load)가 제공될 수 있다. 인버터는, 비록 낮은 것이지만, 망 내로 공급되지 않지만 대신에 상기 초퍼 저항들의 활성화를 위해 사용되는 전류 신호를 발생시킨다. 그렇게 발생되는 출력 전류는 따라서 열로 변환된다. 이를 위해, 상기 초퍼 저항들은 특히 습기 방지 작동 모드에서 가열을 필요로 하는 풍력 발전 설비 내의 지점들에 배치되는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 동시에, 인버터들의 작동은 또한 인버터 자체가 열손실을 발생시키도록 하는 원인이 되고, 이로 인해 인버터들이 습기에 대항하여 스스로를 보호할 수 있도록 한다. 한편으로, 인버터들이 작동 도중에 가열되면, 인버터의 요소들에 습기가 응축되지 않거나 덜 응축된다. 다른 한편으로, 인버터는 또한 인버터 내의 팬들이 시동하도록 야기할 수 있으며, 이는 마찬가지로 습기의 응축 또는 다른 유형의 습기 침투를 방지한다. 초퍼 저항들은 인버터들의 구성요소일 수 있다.
상기 초퍼 저항들을 통해 가능한 한 많은 전력을 방출할 수 있도록 하기 위해, 다수의 초퍼 저항 또는 초퍼 저항들의 다수의 뱅크가 사용되고, 이들은 순차적으로 활성화되어, 그 동안에 개별적인 초퍼 저항 또는 초퍼 저항들의 개별적인 뱅크가 자체의 과열을 방지하기 위해 냉각될 수 있도록 한다.
이러한 초퍼 저항들 또는 초퍼 저항의 뱅크들은 원칙적으로 인버터를 통하는 것과 다르게 활성화될 수도 있다. 예를 들어, 이러한 초퍼 저항들 또는 초퍼 저항들의 뱅크들의 활성화를 위한, 단지 이러한 목적으로 위해 존재하는, 활성화 장치가 제공될 수 있다. 설비가 작동하고 있을 때의 안전 장치로서 제공되는 초퍼 저항들 또는 초퍼 저항들의 뱅크들이 또한 사용될 수 있으며, 따라서 이들은 풍력 발전 설비의 갑작스러운 작동 중단의 경우에 여전히 발생되고 있는 전력을 제거하기 위해 사용될 수도 있다.
다른 실시예에 따라, 예정된 체크 간격들에 발전기 및/또는 풍력 발전 설비가 작동되고 있는지 및 전력이 발생되고 있는지 여부에 대한 체크가 수행되는 것이 제안되고, 이 경우 발전기 또는 풍력 발전 설비는, 이들 중 어느 것도 작동되고 있지 않고 어떠한 전력도 발생시키지 않고 있다는 것이 확인될 때, 시동된다. 원칙적으로, 전술한 습기 방지 작동 모드에서 일반적으로 또한 망에 대한 접속없이 풍력 발전 설비를 작동시키는 것이 유리하다. 따라서, 더 이상의 전력이 더 이상 발생되지 않을 정도로 충분히 길게 바람이 약할 수 있다. 이러한 경우에 풍력 발전 설비는 초기에 정지된다. 이러한 상황은 제안된 체크 시스템에 의해 검출된다. 예정된 체크 간격들은, 예를 들어 한 시간, 30분 또는 2시간 또는 이와 유사한 값 일 수 있다. 체크 간격들은 예컨대 건설 장소에 따라서 또는 계절에 따라서, 개별적으로 사전 설정될 수도 있다. 풍력 발전 설비가 여름에 고온 건조한 지역에 건설되는 경우에, 또한 비에 대한 가능성이 적은 곳일 때, 상기 체크 간격들은 길 수 있다. 그와 달리, 풍력 발전 설비가 저온 다습 지역에 건설되고 그리고 특히 춥고 다습한 계절인 경우하면, 짧은 체크 간격들을 선택하는 것이 바람직할 수 있다.
바람직하게, 풍력 발전 설비는 습기 방지 작동 모드를 위해, 특히 배터리 및/또는 디젤 발전기와 같은 보조 발전기를 갖는, 보조 에너지원의 도움으로 시동된다. 이는, 이러한 습기 방지 작동 모드를 위한 최초 시동 또는, 또한 발전기 또는 풍력 발전 설비가 더 이상 작동되고 있지 않고 더 이상 전력을 발생시키지 않고 있는 예정된 체크 간격들 후에 체크가 이루어질 때, 실시예에 따라 제안되는 시동 모두에 관련될 수 있다. 그러한 보조 에너지원은 이동식 보조 에너지원 또는 적어도 일시적으로 고정되는 보조 에너지원일 수 있다. 일시적으로 고정되는 보조 에너지원은 특히, 망에 대한 접속에 비교적 긴 시간이 소요될 가능성인 있는 경우에, 제안된다. 그러한 보조 에너지원은, 풍력 발전 설비가 약한 망에 접속되거나 또는 약한 망 링크를 경유하여 망에 접속되며, 그리고 상응하게 추후에, 즉 일단 풍력 발전 설비가 망에 접속되었지만 비교적 장시간 망으로부터의 분리 가능성이 있는 경우에도 역시, 제자리에 유지될 수 있다.
발전기가 여전히 작동 중인지 여부를 체크하는 것은 비교적 적은 에너지를 필요로 하고, 예를 들어 전통적인 소형 배터리 또는 심지어 커패시터 유닛을 사용하여 실행될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 체크 자체는 본질적으로 소형 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컴퓨터를 작동시키기 위한 에너지만을 필요로 한다. 또한 망 접속이 이용될 수도 있다. 따라서, 풍력 발전 설비가 아직 망에 접속되지 않는 것이 가능할 수 있고, 또는 아직 망에 접속될 수 없는 것 또한 가능할 수 있지만, 습기 방지 작동 모드을 실행하기에 충분하며 그리고 적어도 전술한 체크를 위해 충분한 망에 대한 접속이 존재하는 것은 가능할 수 있다. 단지 체크 결과, 보조 에너지원을 통해 스위치온 될 수 있는, 습기 방지 작동 모드를 시작 또는 재시작할 필요가 있는 경우에만, 훨씬 더 많은 에너지 및 전력이 요구된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 충분한 바람이 존재하는지에 대한 체크가 이루어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 습기 방지 작동 모드는, 예컨대 습도 및/또는 온도와 같은, 풍력 발전 설비 내부의 또는 외부의 조건에 의존하여, 유도되는 것이 제안된다.
비상 전력 유닛이 또한, 풍력 발전 설비가 작동하고 있는지를 모니터하기 위해 제공될 수도 있다.
바람직하게는, 풍력 발전 설비의 발전기가 바람의 부족으로 인해 시동될 수 없는 경우에, 적어도 하나의 전기적 요소에 보조 에너지원에 의한 전력이 직접 공급되는 것이 제안된다. 예컨대, 이를 위해, 디젤 발전기가, 기상 조건이 그러한 습기 방지를 필요를 만들 때, 지속적으로 작동될 수 있다.
또한 바람직하게, 풍력 발전 설비는 본질적으로 외부 에너지 없이 작동하는 것이 제공될 수 있다. 이를 위해, 로터 블레이드들은, 수평이된 위치(feathered position)가 90°일 때, 대략 60°인 상응하는 피치를 가질 수 있다. 이는 또한 셀프 시동으로 언급될 수 있다.
다른 실시예에 따라, 발전기의 작동을 위해 충분하지 않은 바람이 있는 경우에, 예정된 기간의 시간 이후에, 발전기가 다시 스위치오프되고 및/또는 전기적 요소들에 대한 전력 공급이 다시 중단되는 것이 제안된다. 특히, 한편으로 보조 에너지원으로부터의 에너지의 사용, 특히 예를 들어 디젤 발전기 또는 다른 연소 기관이 사용되는 경우에 연료의 소비 및, 다른 한편으로 요소들을 위한 습기 방지의 긴급성 사이의 조정이 제안된다. 일단 풍력 발전 설비가 성공적으로 시동되면, 디젤 발전기는 다시 정지되어야 한다. 예컨대, 이러한 조정에서, 풍력 발전 설비를 바람으로 회전시키기 위해서만 보조 에너지를 사용하도록 하는 것이 바람직하며, 따라서 설비 작동의 정상 모드에 따른 적어도 하나의 방향 설정이 존재한다. 다시 말해서, 적어도 풍력 발전 설비 내로 비가 들어가지 않도록, 예컨대 반나절 또는 하루와 같은, 특정의 시간 동안 풍력 발전 설비를 방향 설정하는 것으로 충분할 수 있다. 순수한 예방 조치로서, 바람이 너무 약해서 발전기가 시동될 수 없을 때에도, 풍향은 존재할 수 있는 것에 특히 주의해야 한다.
또한, 전력 공급망 내로 발생된 전력을 공급하기 위해 바람으로부터 전력을 발생시키기 위한, 전술한 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 방법이 수행되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비가 제안된다. 특히, 전술한 습기 방지 작동 모드에서 풍력 발전 설비를 제어하기 위한 방법을 갖는 풍력 발전 설비가 제안된다. 전술한 바와 같이, 이러한 풍력 발전 설비는, 아직 전력 공급망에 접속되지 않은 경우에도 습기로부터 보호될 수 있다.
바람직하게, 풍력 발전 설비는 보조 에너지원, 특히 배터리 또는 보조 발전기를 포함한다. 보조 에너지원은, 풍력 발전 설비를 시동하는데 충분한 전력 및 또한 충분한 에너지를 제공할 수 있도록 하는 규모를 구비할 필요가 있다. 이 경우 관심은 특히 전력과 에너지에 끌리게 된다. 예를 들어, 매우 작은 선택된 발전기가, 디젤 탱크의 크기가 충분히 크다면, 단위 시간당 충분한 전력, 즉 단위 시간 당 충분한 에너지를 제공할 수는 없지만, 충분한 에너지를 제공할 수 있다. 반대로, 예컨대 커패시터들의 뱅크는 충분한 전력을 제공할 수는 있지만, 전력을 제공하는 동안 커패시터들의 뱅크가 충분한 에너지를 저장하지 못하기 때문에, 충분한 기간 동안 이용가능하지 않다.
부가적으로, 망과 함께하는 작동을 위해 제공되는 풍력 발전 설비는, 전력망에 접속을 위한 상응하는 접속부들을 가지며 그리고 특히, 전력 공급망 내로 전력을 공급하기 위해 제공되는 인버터를 활성화하기 위한 상응하는 프로그램을 구비하는, 적절한 인버터를 포함하는 풍력 발전 설비라는 것을 주목해야 된다. 여기서, 전력 공급망 내로 전력을 공급하는 오늘날의 풍력 발전 설비들은 또한, 통상적으로 망 코드(Grid Code)로 언급되는, 망 규정을 준수할 필요가 있다는 것을 주목해야 한다. 풍력 발전 설비가 그러한 요건들을 충족할 수 있을 때, 풍력 발전 설비가 단지 전력 공급망에 접속을 위해 제공되고 또는 준비된다. 풍력 발전 설비가 실제로 전력 공급망에 접속을 위해 제공되는지 또는 준비되는지 여부는, 풍력 발전 설비가 전력망에 최종적으로 접속되었는지 여부에 의해 궁극적으로 결정될 수 있다.
본 발명은 아래에서 예시적인 실시예들의 도움으로 그리고 첨부된 도면를 참조하는 예시를 통해 상세하게 설명된다.
도 1은 풍력 발전 설비를 도시한 사시도.
도 2는 보조 발전기를 갖는, 망으로부터 분리되어 있는 풍력 발전 설비를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 제어 방법의 순서를 예시하기 위해 도시한 흐름도.
도 1은 타워(102)와 기관실(104)을 포함하는 풍력 발전 설비(100)를 도시한다. 3개의 로터 블레이드(108) 및 스피너(110)를 가진 로터(106)가 기관실(104) 상에 배열된다. 작동 도중에, 로터(106)는 바람에 의해 회전 운동으로 변위되고, 이로 인해 기관실(104) 내부의 발전기를 구동한다.
도 2는, 보조 에너지원(2) 또는 보조 발전기(2), 즉 이러한 보조 에너지원의 가능한 실시예로서 디젤 발전기(2)를 포함하는, 풍력 발전 설비(1)를 도시한다. 풍력 발전 설비(1)는 원칙적으로 접속 라인(4)에 의해 전력 공급망(6)에 접속되도록 하기 위한 것이다. 그러나, 본 발명이 기초하게 되는 도시된 상황은, 풍력 발전 설비(1)가, 중단 화살표(8)로 표시되는 바와 같이, 전력 공급망(6)에 연결되지 않는다는 것을 가정한다.
따라서 풍력 발전 설비(1)는 완전히 또는 적어도 실질적으로 완전히 건설되어 있지만, 아직 전력 공급망(6)에 접속되어 있지 않다. 습기 응축 또는 습기 침투로부터 풍력 발전 설비(1)를 보호하기 위해 또는 설비로부터 습기를 제거하기 위해, 상기 설비는 습기 방지를 위한 그 자체의 요구를 위해 전력을 발생시키도록 시동될 수 있다. 그러나, 이미 풍력 발전 설비의 시동을 위해 에너지가 필요하게 되고, 이러한 에너지는, 전력 공급망(6)에 접속에 없기 때문에, 전력 공급망으로부터 얻을 수 없다. 이러한 목적을 위해, 보조 발전기(2)가 시동될 수 있고, 풍력 발전 설비(1)의 시동에 필요한 전력이 풍력 발전 설비(1)로 전달될 수 있다. 풍력 발전 설비(1)로의 보조 발전기(2)의 이러한 접속은, 도 2에서, 이를 달성하기 위해 닫히게 되는, 스위치(10)에 의해 예시된다. 이때 풍력 발전 설비는 시동될 수 있고, 설비의 구성요소들은, 풍력 발전 설비(1)가 적절한 작동 모드에 있는 한, 풍력 발전 설비 자체에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 이때 보조 발전기(2)는, 풍력 발전 설비(1)가 작동을 계속하는 가운데, 다시 스위치오프될 수 있다.
이러한 순서는 도 3의 흐름도에서 설명된다. 예정된 체크 간격들에, 다시 말해 예컨대 매 시간마다 완성되는 순서 루프(30)가 상기 도면에 도시된다.
예정된 체크 간격들, 즉 순서 루프(30)가 완성되는 시간은 대기 블록(32)에 저장된다. 이러한 대기 블록(32)은 또한 시작 블록(32)으로도 간주될 수 있다. 이 경우 단계 루프(30)는 예정된 체크 간격들마다 매번 시작되고 따라서 반복된다. 이러한 예정된 체크 간격들 또는 상응하는 대기 시간이 경과하면, 질의 블록(34)에서 풍력 발전 설비(1)가 작동하고 있는지 여부, 즉 작동 중인지 그리고 특히 전력을 또한 발생시키는지 여부, 그리고 적어도 작동을 유지하는데 필요한 충분한 전력을 발생시키는지 여부에 대한 질의가 이루어진다. 이러한 질의 블록(34)에서의 질의가 긍정이면, 질의 블록(34)은 다시 대기 블록(32)으로 돌아간다.
질의 블록(34)에서 질의의 결과과 부정이면, 즉 풍력 발전 설비(1)가 작동하지 않고 있으면, 따라서 단계 루프(30)가 다시 실행되며, 보조 발전기(2), 즉 예컨대 도 2의 디젤 발전기(2)가 먼저 작동된다. 이는 보조 발전기 ON 블록(36)으로 예시된다.
보조 발전기(2)가 블록(36)에 따라 스위치온되고 충분한 전력이 제공될 수 있게 되자 마자, 시동 블록(38)으로 도시되는 바와 같이, 풍력 발전 설비(1)가 스위치온된다.
풍력 발전 설비(1)는 이제 가속될 수 있고, 궁극적으로 자체의 작동을 자체적으로 유지할 수 있으며, 자체의 작동을 위해 필요한 모든 전력을 자체적으로 발생시킬 수 있다.
따라서, 보조 발전기(2)가, 보조 발전기 OFF 블록(40)으로 도시되는 바와 같이, 다시 스위치오프될 수 있다. 이때 보조 발전기(2)는 스위치오프되고, 풍력 발전 설비(1)를 작동시키거나 가속시키기 위한 임의의 추가적인 연료 또는 다른 저장된 에너지를 사용할 필요가 없다.
풍력 발전 설비(1) 작동하고 보조 발전기(2)가 다시 스위치오프되면, 순서 루프(30)의 순서가 대기 블록(32)으로 되돌아 간다. 일단 대기 시간 또는 예정된 체크 간격들이 경과하면, 대기 블록(32)은 순서 루프(30)의 순서를 다시 시작한다.
원칙적으로, 풍력 발전 설비는 지속적으로, 이상적으로는 전력 공급망으로의 아직 이루어지지 않은 접속을 수행하기 위해 유지보수 인력이 마지막으로 올 때까지, 자체의 작동을 자체적으로 유지할 수 있다. 그러나, 그 동안에 풍력 발전 설비가 더 이상 그의 작동을 자체적으로 유지할 수 없을 정도로 풍속이 떨어지거나, 지속되는 작동을 최초로 저지하는 오류가 발생할 수 있다. 이때 풍력 발전 설비는 자동으로 스위치오프된다. 특히, 풍력 발전 설비가 작동 중단되고, 그러한 로터 블레이드 조절을 더 이상 제어할 수 없을 때, 로터 블레이드는 바람에 의해 회전하게 된다. 이때 설비를 다시 보조 발전기를 사용하여 시동하는 것은 적절하지 않을 수 있다. 풍력 발전 설비는 바로 직전까지 작동 중이었고, 습기가 제거되었을 것이다. 또한, 모든 가능성을 고려했을 때, 풍력 발전 설비가 바람의 부족으로 인해 직전에 스위치오프되었을 때, 풍력 발전 설비는 작동을 유지할 수 없다.
이러한 이유로, 다시 설비를 시동하려는 시도 이전에 얼마 간의 시간 동안 대기하도록 제안된다. 원칙적으로, 대기 기간은, 예컨대 하루 또는 그 이상의 날들과 같이, 상당히 길게 선택될 수도 있다. 예를 들어, 일자 기준의 시동은, 풍력 발전 설비의 제습 또는 건조를 위해 충분할 수 있다. 그러나, 하루 이후에 시동이 시도되는 바로 그 시점에 바람이 존재하지 않는 다면, 문제가 된다. 따라서, 재시동하기 위한 이러한 시도를 시간 기준으로 수행하도록 제안된다.
바람이 존재하지 않음에 따라 재시동이 실패할 때, 특히 시동이 수 차례 연속해서 실패할 때, 일 실시예에 따라, 그렇지 않으면 풍력 발전 설비에 습기가 응축되거나 상기 설비 내로 습기가 침투할 위험이 있기 때문에, 풍력 발전 설비의 적어도 일부의 구성요소들에 전력을 공급하기 위해 보조 발전기가 더 오랫동안 작동상태에 놓이도록 하는 것이 제안된다.
바람직하게, 보조 발전기는, 풍력 발전 설비가 건설된 이후에 풍력 발전 설비의 많은 구성요소들에 대한 기능 테스트를 수행하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 보조 발전기가 존재한다면, 바람이 거의 없을 때에도, 기능 테스트를 수행하기 위해 감지가능할 수 있다.
따라서, 본 발명은 간단하고 적절하게, 건설되었지만 아직 전력 공급망에 접속되지 않은 풍력 발전 설비를 위한 습기 침투 및/또는 응축에 다한 보호를 제공한다. 따라서, 설비는 자체적으로 발생된 에너지를 공급받게 되고, 이는 습기 및 특히 전자 구성요소들에 대한 상응하는 손상을 방지한다. 이는, 망에, 특히 아직, 접속되지 않은 또는 또한 아직 전력 공급 허가가 승인되지 않은 그리고 따라서 어떤 경우에도 전력 공급망에 전기적으로 접속되지 않은, 풍력 발전 설비를 위해 제안된다. 복수의 결과가 이러한 작동에 의해 달성될 것이다.
기본적인 기능은, 설비 제어 유닛에 전력이 공급되며 그리고 시스템, 즉 풍력 발전 설비의 구성요소들이 자체적으로 가열되는, 정상 작동과 유사한 상태에 풍력 발전 설비가 놓이도록 하는 것으로 이루어진다. 결과적으로, 풍력 발전 설비 내의 응축 및 높은 습기가 회피된다. 습기는 전자 및 전기 기계적 구성요소들을 손상시킬 수 있고, 상기 구성요소들을 고장나도록 야기할 수 있다. 예컨대, 습기에 의해 기능적으로 영할 받을 수 있고 설비의 안전성을 제한할 수 있는 전자 구성요소들을 갖는 회로기판들이 설비 제어 유닛으로 만들어진다. 물리적 변수들을 검출할 목적의 다수의 센서들이, 물의 침투에 의해 손상되거나 고장날 수 있다.
다른 기본적인 기능은, 대응하는 방위각 조절 모터에 의해, 바람을 지향하도록, 풍력 발전 설비가 방향 설정되는 것을 가능하게 하는 것으로 이루어진다. 바람을 향해 풍력 발전 설비를 방향 설정하는 것은, 풍력 발전 설비의 기관실 근처에서 물 유입을 방지하기 위한 기본 전제 조건일 수 있다. 공학(engineering)은 정상 작동에 최적으로 부합하도록 개발될 수 있다. 공학은 기본적으로 정확하게 작동되는, 특히 정확하게 방향 설정되어 전력을 발생시키는 풍력 발전 설비를 전제로 한다. 이러한 정상 작동에서, 설비는 바람을 향하게 되어, 외부 피복 및 밀봉 시스템이 이러한 방향으로부터의 물 유입을 방지한다. 이 위치로부터의 기관실의 밀봉은, 다른 방향들로부터 바람 또는 비가 유입될 때, 불리할 수 있다. 물 유입은 전자 및 전기 기계적 구성요소들의 근처에서 손상을 야기할 수 있다.
다른 기본적인 기능은, 설비 제어 유닛에 전력이 공급되는 방식으로 설비를 정상 작동과 유사한 상태에서 설비를 작동시키는 것 및 설비 구성요소들, 특히 전력을 공급하기 위해 필요한 구성요소들을 포함하는 모든 설비 구성요소들의 기능을 테스트하는 것으로 이루어진다. 따라서, 그러한 상태 도중에, 대응하는 설비 제어 시스템의 기능들이 유지보수 인력에 의해 테스트될 수 있고, 고장 시 수리될 수 있다. 결과적으로, 망에 대한 접속 이전에 결함이 검출되어 치유되는 경우에, 후속 시동을 위한 시간적 이득이 달성될 수 있다. 따라서, 계획된 유지보수가 망에 대한 접속 없이도 수행될 수 있고, 이로 인해 망에 대한 접속 이전에 유지보수가 수행되는 경우에, 유지보수 방문을 위해 요구되는 시간이 감소한다.
풍력 발전 설비의 작동은, 설비 내부공간을, 특히 설비 제어 시스템, 전력 발생 시스템, 전력 전달 시스템 및 공급 시스템의 근처에서의 열 방출의 결과로서, 자체적으로 가열한다.
기관실 내부에서, 이는, 조절 모터의 작동에 의해 그리고 기판을 제어하기 위한 전력의 공급에 의해 열이 생성되는, 설비 제어 시스템 근처에서 발생한다. 발전기는 기관실 내부를 가열하는게 상당한 기여를 한다. 로터 토크 및 속도가 전력으로 변환되고 전력이 공급 유닛으로 전달될 때 열 형태의 손실이 발생한다. 마찬가지로, 주로 열 형태의 또는 열로 변환될 수 있는 추가적인 손실이, 전력 전달 시스템의 구성요소들, 특히 제공되는 정류기에서 발생한다.
주목할 가치가 있는 다른 요소들이 풍력 발전 설비의 타워 내에 존재한다. 일 실시예에 따라, 전력 캐비닛 내에 수용되는 모든 공급 유닛들, 특히 인버터들은, 표준으로 초퍼 저항 또는 초퍼 저항들을 갖도록 구성된다. 단순함을 위해, 여기에서는 단일 저항이 전제되며, 그의 목적은 말하자면 작동 도중에 발전기에 의해 발생되어 망 내로 공급될 수 없는 임의의 에너지를 열로 변환하는 것이다. 이는 주로 소위 FRT-특성들의 기능을 위해 사용된다. 이들은, 전력 공급망 내의 결함 시 심지어 그로 인해 짧은 시간 동안 전력망 내로 에너지가 출력될 수 없는 경우에도, 작동을 지속하도록 할 수 있게 하기 위한 풍력 발전 설비의 특성을 포함하는 것으로 이해된다. 이러한 에너지는, 그 외에는, 즉 전력 형태의 공급을 제외하고는, 풍력 발전 설비가 실질적으로 정상적으로 계속 작동수 있는 가운데, 이러한 초퍼 저항들에 의해 열로 변환될 수 있다. 이는 고장 대응(Fault Right Through: FRT) 특성으로 언급된다.
전력 한계가, 대응하는 인버터의 직류 중간 회로의 중간 회로 전압의 측정에 의해 검출될 수 있다. 이러한 중간 회로 전압이 미리 정해진 한계값을 초과하면, 초퍼 저항이 활성화되고, 따라서 전력은 변환되거나 제거되고, 상응하게 설정되는 한계가 관찰된다. 이러한 습기 방지 작동 모드 도중에 초퍼 저항의 열 용량을 초과하지 않도록 하기 위해, 풍력 발전 설비에 포함되는 초퍼 저항들 전체가 그룹들로 분할될 수 있고, 순차적으로 스위치온 및 스위치오프될 수 있다. 따라서, 가열된 저항들은, 그들의 열 흡수 능력을 재생하기 위해, 그러한 분할에 따른 그룹들에서 냉각될 수 있다. 그러한 제어 시스템은, 예컨대 상응하는 전력 제어 회로기판에 의해 모니터링될 수 있고, 이를 제외하고는, FACTS-전력 제어의 직무를 실행한다.
결과적으로 발생되는 열은, 상응하는 요소들이 배열되는 타워의 하부 영역에서, 주변 온도를 상승시키기 위해 그리고 그에 따라 전자 구성요소들 상에서의 응축을 방지하기 위해, 이용될 수 있다.
전술한 습기 방지 작동 모드는 또는 자체 공급 모드(Self-Supply-Mode)로 언급될 수 있다. 상기 습기 방지 작동 모드는 설비에 그 자체의 전력을 공급하는 역할을 하고, 가능하다면 스위치 캐비닛 내의 히터를 포함하는 모든 설비 부분들에 전압이 공급되도록 한다. 따라서, 상기 습기 방지 작동 모드는, 풍력 발전 설비의 연장되는 정지 시간으로 인한 전기 구성요소들의 손상을 방지하는 역할을 한다. 자체 공급 모드는 따라서 설비에 그 자체의 전력을 공급하는 역할을 하고, 설비는 따라서 망으로부터의 공급없이도 정상 작동 모드에 놓인다. 이러한 환경에서, 풍력 발전 설비는 독립적으로 작동하고, 단지 설비가 자체적으로 소비하는 만큼의 에너지 및 전력만을 발생시킨다.
가능한 한 모든 설비 부분들에 전압이 공급된다. 따라서, 스위치 케비닛들 내의 히터들 역시 기능하고 또한 발전기도, 즉 예를 들어 디젤 발전기인 것으로 도 2와 연관되어 언급된 별도의 보조 발전기와 혼동해서는 안되는, 풍력 발전 설비의 발전기가 예열된다. 이러한 자체 공급 모드가 활성화되면, 풍력 발전 설비의 작동을 유지하기 위한 비용 역시 증가할 수 있는데, 그 이유는 예를 들어 바람의 부족 또는 풍력 발전 설비에 고장이 있을 때, 설비가 상기 보조 발전기와 같은 전력 발생기를 사용하여 재시동되어야 하기 때문이다.
예를 들어, 풍력 발전 설비들은, 예를 들어 11 kW 이상의 출력을 갖는 비교적 작은 비상 전력 유닛을 사용하여 시동될 수 있다. 이러한 설비들은,바람의 부족 또는 다른 사고나 상황으로 인해 다시 정지되고 스위치오프될 때까지, 약 30 kW의 최대 출력으로 작동을 유지한다.
실시예에 따라, 비상 전력 분배 시스템에 접속되고 풍력 발전 설비의 설비 제어 시스템에 스위치를 경유하여 전력 공급망으로부터의 전압을 공급하는, 스위치 캐비닛 내에 위치하게 될 수 있는, 스위칭 수단이 제공된다. 전술한 다른 실시예들과 대조적으로, 이러한 경우에, 기능하는 망 접속이 초기에 존재할 수 있다. 망 전압이 떨어지면 제어 체인에 접속이 끊어지고, 전압 복구 시, 특히 전력 공급망에서 상응하는 문제점이 치유되었을 때, 망 전압이 다시 스위치온된다. 또한, 다수의 풍력 발전 설비를 위한 중앙 디젤 모터로서 제공될 수도 있는, 디젤 발전기 또는 디젤 모터에 대한 접속이 이루어진다. 결과적으로 망 공급과 보조 공급 사이의 스위치 따라서 전력 공급망과 디젤 모터 사이에 스위칭가 존재한다. 더불어, 회로 차단기를 갖는 수동 스위치오프 장치가 제공될 수 있다. 부가적으로, 풍력 발전 설비의 다른 요소들과 통신하기 위한 출력 인터페이스를 포함하는, 상위 제어 시스템이 제공된다. 또한, 관리 관련 데이터를 교환하기 위한 소위 SCADA-시스템과의 통신이 또한 이루어질 수 있다. 전력 공급망 또는 언급된 디젤 모터를 경유하여,예로서 그러한 입/출력 인터페이스를 경유하여, 전력 공급이 상응하게 스위칭될 수 있다. 전력 공급망을 통한 공급은, 비록 풍력 발전 설비가 이미 망에 접속되어 있지만 전력 공급을 위해 아직 준비되지 않았거나 승인되지 않은 경우에, 제공될 수 있다.
일반적으로 USV라고도 언급되는 무정전 전원(uninterrupted supply of electricity)이 설비 제어 시스템을 위해 제공되는 것이 제안된다. 이는 또한 자체 공급 모드를 위해서도 이용될 수도 있다. 이러한 무정전 전원은 설비 제어 시스템에, 즉 풍력 발전 설비의 제어 시스템에 일시적인 망 고장 시 전압을 공급하고, 따라서 무정전 전원이 또한 풍력 발전 설비를 정지시키지 않고 설비 제어 시스템에 전압을 공급할 수 있는, 자체 공급 모드를 위해서 제안된다. 에너지 저장 장치로서, 무정전 전원은 가능하다면 주기적으로 교체될 필요가 있는 임의의 부가적인 배터리를 이용하지 않고, 대신에 에너지 저장 장치로서 설비 제어 시스템의 대응하는 인버터들의 직류 중간 회로를 이용한다.

Claims (10)

  1. 발전기를 포함하고, 전력 공급망(6) 내로 전력을 공급하기 위해 제공되지만 전력 공급망(6)에 아직 접속되지 않은 풍력 발전 설비(1)를 제어하기 위한 방법으로서,
    - 상기 발전기를 사용하여 전력을 발생시키는 단계, 및
    - 발생된 전력을 상기 풍력 발전 설비(1)의 전기적 요소들에 공급하는 단계를 포함하는 것인 풍력 발전 설비 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 풍력 발전 설비(1)는, 상기 전력 공급망(6) 내로 전력을 공급하지 않으면서, 시동되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 제어방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전기적 요소들은 적어도,
    - 상기 풍력 발전 설비(1)를 제어하기 위한 제어 장치,
    - 바람에 대한 상기 풍력 발전 설비(1)의 방향 설정을 조절하기 위한 방위각 조절 장치,
    - 상기 풍력 발전 설비(1)의 부분을 가열하기 위한 가열 장치,
    - 상기 풍력 발전 설비(1)의 적어도 하나의 부분을 환기시키기 위한 환기 장치,
    - 전력을 공급하기 위한 인버터, 및/또는
    - 전력을 열로 변환하기 위한 초퍼 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 제어방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    예정된 체크 간격들에, 상기 풍력 발전 설비(1), 특히 상기 발전기가 작동 중인지 그리고 전력을 발생시키는 여부에 대한 체크가 이루어지고, 그렇지 않은 경우 상기 풍력 발전 설비(1) 또는 상기 발전기가 시동되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 제어방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍력 발전 설비(1)는, 보조 에너지원(2), 특히 배터리 및/또는 보조 발전기(2), 특히 디젤 발전기(2)에 의해 시동되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 제어방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 풍력 발전 설비(1)가 작동 중일 때, 상기 보조 에너지원(2)이 다시 상기 풍력 발전 설비(1)로부터 접속해제되고 및/또는 상기 보조 에너지원(2)이 다시 스위치오프되고, 이 경우 상기 풍력 발전 설비(1)는, 충분한 바람이 존재하는 한 작동을 유지하는 방식으로, 바람으로부터의 전력을 자체적으로 공급받는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 제어방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 요소들 중 적어도 하나는, 상기 발전기를 시동하기에 충분하지 않은 바람이 존재하는 경우에, 적어도 일시적으로 상기 보조 에너지원(2)에 의해 전력을 공급받게 되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 제어방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기를 작동시키기에 충분하지 않은 바람이 존재하는 경우에, 예정된 시간이 경과한 이후에, 상기 발전기가 다시 스위치오프되고 및/또는 상기 전기적 요소들에 대한 전력 공급이 다시 중단되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비 제어방법.
  9. 바람으로부터 전력을 발생시키며 그리고 발생된 전력을 전력 공급망(6) 내로 공급하기 위한 풍력 발전 설비(1)에 있어서,
    제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 방법이 수행되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  10. 제 9항에 있어서,
    보조 에너지원(2), 특히 배터리 및/또는 보조 발전기(2), 특히 디젤 발전기(2)가 상기 풍력 발전 설비(1)에 전력을 공급하기 위해 제공되고, 상기 보조 에너지원(2)은, 상기 풍력 발전 설비(1)를 시동하기에 충분한 전력 및 에너지를 공급할 수 있도록 하는 규모를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
KR1020147028911A 2012-03-16 2013-03-01 이용 가능한 전력 공급망 지원없이 풍력 발전 설비를 제어하기 위한 방법 KR101812382B1 (ko)

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