KR20150063568A - 풍력 발전 설비의 운전 방법 - Google Patents

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KR20150063568A KR1020157012068A KR20157012068A KR20150063568A KR 20150063568 A KR20150063568 A KR 20150063568A KR 1020157012068 A KR1020157012068 A KR 1020157012068A KR 20157012068 A KR20157012068 A KR 20157012068A KR 20150063568 A KR20150063568 A KR 20150063568A
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 제 1 풍력 발전 설비(31)의 운전 방법에 관한 것으로, 하기 단계들 즉,
- 타워 진동을 검출하는 단계,
- 검출된 타워 진동이 길이방향 진동(40)이거나 길이방향 진동을 포함하고, 길이방향 진동(40)의 진폭이 예정된 한계값을 초과하는 경우에, 진동 저감을 위한 조치를 도입하는 단계를 포함하고, 진동 저감을 위한 조치는,
- 예정된 유지 시간 주기 동안 현재 피치각을 현재값으로 유지하는 단계,
- 특히 조절 속도가 감소하도록, 사용된 피치-조절 알고리즘을 교체하는 단계,
- 예정된 아지무스 각도만큼 아지무스 위치를 조절하는 단계,
- 제 1 전력 특성 곡선에 기초한 운전 모드로부터 제 2 전력 특성 곡선에 기초한 제 2 운전 모드로 제 1 풍력 발전 설비(31)의 운전을 전환하는 단계 및/또는
- 풍력 발전 단지(34)에서 제 1 풍력 발전 설비(31)가 현재 풍향과 관련해서 제 2 풍력 발전 설비(32) 후방에 배치된 경우에, 제 1 풍력 발전 설비(31)의 회전 속도가 적어도 예정된 차동 회전 속도만큼 제 2 풍력 발전 설비(32)의 회전 속도와 편차를 갖도록, 제 1 풍력 발전 설비(31)의 회전 속도를 제 2 풍력 발전 설비(32)의 회전 속도에 따라 조정하는 단계를 포함한다.

Description

풍력 발전 설비의 운전 방법{METHOD FOR OPERATING A WIND TURBINE}
본 발명은 적어도 하나의 풍력 발전 설비의 운전 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 풍력 발전 설비에 관한 것이고, 풍력 발전 단지에 관한 것이다. 또한 본 발명은 풍력 발전 단지의 운전 방법에 관한 것이다.
풍력 발전 설비들은 일반적으로 공개되어 있고, 풍력 발전 설비들은 특히, 실질적으로 수평으로 배치된 축을 중심으로 회전하는 로터에 의해 풍력의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하고, 이 경우 또한 전기 발전기가 사용된다. 이러한 풍력 발전 설비의 예는 도 1에 개략적으로 도시된다.
이러한 풍력 발전 설비에서, 상기 풍력 발전 설비는 진동하게 되고, 상기 진 동은 풍력 발전 설비의 공기 역학적 로터를 지지하는 타워까지 작용한다. 이 경우 기본적으로 2개의 진동, 즉 길이방향 진동과 가로방향 진동이 구별되고, 이러한 진동들은 기본적으로 중첩될 수도 있다.
가로방향 진동은 실질적으로 로터축의 방향에 대해 가로방향으로 발생한다. 이러한 가로방향 진동은 대개 로터의 불균형으로 인해 야기되고, 따라서 로터의 회전 속도에 상응하게 진동한다. 회전 시 이러한 불균형은 상기 진동을 트리거하기 때문에, 이 경우에 불가피한 진동이라고 할 수도 있다.
길이방향 진동은 실질적으로 로터의 회전축의 길이방향으로 발생한다. 풍력 발전 설비는 즉 거의 앞뒤로 진동한다. 이러한 길이방향 진동은 주로 풍력에 의해 발생되고, 규칙적으로 풍력 발전 설비의 특성과 함께 작용한다. 특히 이러한 길이방향 진동의 진동 주파수는 규칙적으로 - 대부분 매우 유사한 - 고유 주파수 또는 공진 주파수 또는 그것의 수배에 맞춰진다. 특히, 풍력 자체가 불연속적인 경우에, 풍력이 이러한 길이방향 진동을 여기할 수 있다. 길이방향 진동은, 풍력 발전 설비들이 돌풍을 포함해서 풍력 증가에 제어 기술적으로 반응함으로써 발생하거나 증폭될 수 있고, 이로 인해 풍력 발전 설비의 운동에 영향을 미칠 수 있고, 이 경우 이러한 제어 개입에 대한 풍력 발전 설비의 반응은 다시 추가 변화를 야기하고, 이는 심한 경우에 급상승을 야기할 수 있다.
이러한 진동을 유발하거나 증폭시킬 수 있는 조절 개입은 소위 피치 조절이고, 이러한 피치 조절 시 로터 블레이드의 취부각은 해당 조절 구동장치에 의해 변경된다. 이 경우 예를 들어 상승한 풍압은 로터 블레이드의 적절한 조절에 의해 감소할 수 있고, 이로 인해 다시 풍압이 너무 약해질 수 있으므로, 다시 높은 풍압이 설정될 때까지 로터 블레이드는 다시 복귀되고, 이로써 피치 조절이 또 다시 반응하여 진동 거동이 나타날 수 있다.
제어 기술적으로 이러한 문제는 물론 고려될 수 있고, 즉 예를 들어 적절한 댐핑이 설정되거나, 외란을 더 양호하게 고려할 수 있기 위해, 예컨대 외란 관측기를 포함하는 더 복잡한 조절 장치가 사용될 수 있다. 그러나 이 경우 조절 구조의 이러한 변경은 일반적으로 예측할 수 없는 결과를 낳을 수 있는 것이 문제가 된다. 그 이유는 특히, 각각의 풍력 발전 설비는 상이한 장소에 설치되고, 따라서 동일한 조건에 놓이지 않기 때문이다.
본 발명에 기초가 되고 선행기술에서 밝힐 수 없었던 다른 문제점은 서로 영향을 미치는 다수의 풍력 발전 설비의 경우에 나타날 수 있다. 특히 이 경우, 제 1 풍력 발전 설비가 특정한 운전 상태에서, 특히 특정한 풍향에서 제 2 풍력 발전 설비 후방의 윈드 쉐도우(wind shadow)에 위치하는 현상이 고려된다. 풍력 발전 설비가 윈드 쉐도우에 위치한 경우에 공개된 에너지 부족에 추가적으로, 또한 전방, 즉 제 2 풍력 발전 설비로부터 후방, 즉 제 1 풍력 발전 설비로 진동이 전달될 수 있고 또는 후방 풍력 발전 설비에서 트리거될 수도 있다.
이러한 영향 시 특히, 이는 드물게 나타나고 따라서 조사하는 것이 불가능하진 않지만 어렵다는 것이 문제가 된다. 또한 전술한 이러한 현상은, 풍향이 존재하고 제 1 풍력 발전 설비가 제 2 풍력 발전 설비 후방에 배치되는 경우에만 나타날 수 있다. 그러나 이러한 영향들은 기본적으로 발생하는 것이 아니라, 오히려 예를 들어 탁월 풍속 또는 탁월풍의 돌풍성과 같은 다른 조건에 의존한다.
우선권 주장 출원 시 독일 특허청에 의해 하기 선행기술들이 조사되었다: DE 10 2006 001 613 A1, DE 10 2008 009 740 A1, DE 10 2009 039 340 A1, DE 699 01 876 T2, US 2009/0200804, WO 2007/089136 A2 및 WO 2012/125842 A2호가 조사되었다.
본 발명의 과제는 전술한 문제들 중 적어도 하나를 해결하는 것이다. 특히 가능한 한 간단하고 복잡하지 않은 방식으로 가급적 주어진 조절 장치가 영향을 미치지 않고 전술한 길이방향 진동을 저지하는 해결 방법이 제안되어야 한다. 적어도 대안적인 해결 방법이 제안되어야 한다.
상기 과제는 청구범위 제 1 항에 따른 방법에 의해 해결된다. 본 발명에 따라 청구범위 제 1 항에 따른 방법이 제안된다. 이러한 방법은 적어도 하나 이상의 제 1 풍력 발전 설비의 운전에 관한 것이다. 제 2 풍력 발전 설비 또는 다른 풍력 발전 설비의 고려가 바람직할 수 있지만, 실제로 발생하는 진동에 따라 반드시 제 2 풍력 발전 설비에 의존하지 않아도 된다. 또한, 해결된 문제들이 다른 풍력 발전 설비에 의해 발생되거나 증폭되더라도, 방법은 적어도 실시예에 따라 하나의 개별 풍력 발전 설비에서 실행될 수도 있다. 바람직하게 제안된 방법은 진동에 대한 구체적인 원인의 해명 없이도 충분하지만, 이러한 원인은 제거되어야 한다.
본 발명에 따른 방법은 따라서 먼저 타워 진동을 검출한다. 이러한 타워 진동이 길이방향 진동이거나 길이방향 진동을 포함하는 경우에, 길이방향 진동의 진폭이 예정된 한계값을 초과하면 진동 저감을 위한 조치가 도입된다. 가능성에 따라 길이방향 진동의 진폭만이 조사되고 적절하게 조치가 도입된다. 이 경우, 검출된 길이방향 진동 진폭을 갖는 상기 길이방향 진동이 가로방향 진동과 중첩되는지 아닌지의 여부는 고려되지 않을 수 있다. 보완적으로 또는 대안으로서 가로방향 진동이 고려될 수도 있고, 이는 경우에 따라서 트리거 한계값에 영향을 미칠 수 있다. 한계값은 바람직하게, 풍력 발전 설비가 진동에 의해 과부하를 받지 않도록 정해진다.
진동 저감을 위한 조치로서 기본적으로 조합될 수도 있는 다수의 변형예들이 제안된다. 진동 저감을 위한 조치는 간단히 진동 저감이라고 할 수도 있다. 해당 조치에서 중요한 것은 상기 조치가 도입되는 것이다. 실제로 진동 저감이 달성되었는지 여부 및 얼마나 달성되었는지 검사는 개별적으로 실제로 현장에서 풍력 발전 설비의 운전 시 이루어지지 않을 수 있다. 그러한 점에서 조치는 전적으로는 아니지만, 바람직하게는 제어 조치에 해당한다.
진동 저감을 위한 조치에 따라 현재 피치각이 예정된 유지 시간 주기 동안 현재 값으로 유지된다. 이는 따라서, 피치 조절 방식의 풍력 발전 설비가 제공되는 것을 전제로 한다. 이러한 풍력 발전 설비는 조절 알고리즘을 포함하고, 상기 조절 알고리즘은 피치각을 매우 다양한 설정에 따라서 조절한다. 상기 조절 알고리즘은 기본적으로 풍력 발전 설비의 운전 시 연속해서 함께 작용하고, 요구될 수도 있는 피치각의 영구적인 교정을 야기할 수 있다. 예를 들어 완전한 조절 알고리즘은 연속해서 피치 설정값을 설정하고, 상기 설정값은 하나 이상의 피치 구동장치에 의해 각각의 개별 로터 블레이드에 대해 또는 경우에 따라서 모든 로터 블레이드에 대해 변경된다. 특히 상기 설정값은 현재 피치값의 유지 시 제 1 고정값으로 설정된다. 피치를 위한 조절 알고리즘은 이 경우 변경되지 않고 계속해서 작동하고, 경우에 따라서 계속해서 새로운 피치각 설정값을 산출한다. 상기 유지 시간 주기 내에 조절 알고리즘에 의해 새롭게 산출된 이러한 피치 설정값은 그러나 전달되지 않는다. 물론 내부적 구현은 다르게 실행될 수도 있다.
어느 경우든, 피치 이동은 단기간 정지되는 것이 달성된다. 이로 인해 설정되었던 발생 가능한 급상승 리듬이 중단될 수 있다. 대개 이러한 짧은 중단으로 충분하고, 피치각을 위한 조절 알고리즘은 후속해서 영구적으로 계속해서 작동될 수 있다. 이로 인해 급상승이 종료되고, 피치 조절 알고리즘 자체는 - 및 설비 내 다른 알고리즘도 - 변경되거나 조정되지 않아도 된다. 특히 이로 인해 조절 컨셉 전체의 안정성에 장시간 지속적으로 개입되지 않는다.
제안된 이러한 조치는, 상기와 같은 길이방향 진동이 비교적 드물게 발생하고, 상기 진동의 발생 시 대개 매우 많은 상황들이 동시에 나타난다는 사실에 근거하고, 적어도 이러한 사실로부터 시작될 수 있다. 예정된 유지 시간 주기의 경과 후에, 길이방향 진동의 상기와 같은 급상승이 발생하거나 야기되는 상황은 더 이상 주어지지 않는다. 단시간 유지의 이러한 조치는 주로 일회성 조치일 수 있고, 후속하는 시간에 반복되지 않아도 될 수 있다. 이는 풍력 발전 설비의 운전 시간 내에서 일회성 과정일 수 있다.
유지 시간 주기는 비교적 짧게 선택될 수 있고, 바람직하게는 5초 내지 1분, 특히 10 내지 20초이다. 피치각의 유지에 의한 진동 저감을 위한 이러한 조치는, 일찍이 급상승을 중단하는 것을 목표로 하고, 이로 인해 길이방향 진동은 규칙적으로 더 이상 급상승 하지 않고 이로써 또한 예정된 한계값을 초과하지 않는 새로운 전제 조건을 형성하는 것을 목표로 한다.
또한 예정된 한계값은 예를 들어 타워 헤드의 영역에서 타워의 진동 거리의 변위 진폭일 수 있거나 최대 가속일 수도 있다.
추가로 또는 대안으로서, 사용된 피치 조절 알고리즘을 교체하는 것이 제안된다. 특히 피치 조절은 기본적으로 기본 피치 조절 알고리즘 또는 표준 피치 조절 알고리즘에 의해 이루어진다. 길이방향 진동이 발생하고 진폭이 예정된 한계값을 초과하면, 피치 조절 알고리즘이 교체된다. 이를 위해 제 2 대안 피치 조절 알고리즘이 저장될 수 있거나, 조절 알고리즘 내 시간 파라미터만이 변경된다. 두 경우에 피치 조절 알고리즘의 교체는, 조절 속도가 감소되도록 이루어질 수 있다. 예를 들어 조절 시간 상수는 10% 또는 20% 만큼 증가할 수 있다. 길이방향 진동의 진폭이 진정된 경우 및/또는 예정된 시간의 경과 후에, 다시 처음의 피치 조절 알고리즘으로 다시 교체된다.
대안으로서 또는 보완적으로, 예정된 아지무스(azimuth) 각도만큼 아지무스 위치를 조절하는 것이 제안된다. 진동 저감을 위한 이러한 조치는 특히, 전적으로는 아니지만, 풍력 발전 단지 내 풍력 발전 설비를 위해 제안된다. 이 경우 풍력과 관련해서 제 1 풍력 발전 설비 전방에 위치한 제 2 풍력 발전 설비는 풍력에 영향을 미칠 수 있으므로, 상기 풍력은 뒤에 위치한 제 1 풍력 발전 설비에 진동을 야기한다. 아지무스 각도, 즉 회전축의 방향의 간단한 조절에 의해 제 1 풍력 발전 설비 전방에 위치한 이러한 제 2 풍력 발전 설비의 영향이 적어도 변동될 수 있다.
풍력 발전 설비가 하나인 경우에도 작은 값만큼 아지무스 위치의 변경은 발생된 높은 길이방향 진동을 다시 저감시킬 수 있는데, 그 이유는 예를 들어 수 백 미터 떨어져 위치할 수도 있는 풍력 발전 설비의 영역 내의 특정한 장애물들이 바람의 바람직하지 않은 특정한 흐름을 야기할 수 있고, 이러한 흐름은 최소 아지무스 조절에 의해 진정되기 때문이다.
바람직하게 아지무스 각도는 2˚ 내지 8˚, 특히 4˚ 내지 5˚조절된다. 이러한 작은 값에 의해 상기와 같은 진동이 저지될 수 있고, 동시에 결과되는 임의의 수율 손실은 더 이상 충분히 최적으로 조절되지 않은 아지무스 각도로 인해 작다. 이는, 최적이 아닌 아지무스 각도에 따라 감소된 수율은 최적의 아지무스 각도가 아닌 상기 아지무스 각도의 코사인만큼 감소한다는 사실이 전제될 수 있다. 코사인은 0부터 8˚까지 변경되기 때문에, 수율 감소는 거의 발생하지 않는다. 이러한 수율 감소는 검출조차 불가능하다.
길이방향 진동이 진정되고 확실하게 상기 진동의 진폭이 예정된 한계값 아래에 있거나 상기 진동이 추가의 또는 대안적인 기준으로서 아지무스 위치가 다시 재설정될 때까지, 예를 들어 1분 또는 5분의 예정된 대기 시간을 고려할 수 있는 경우에, 아지무스 각도는 최적의 값으로 재설정될 수 있다. 보완적으로 또는 대안으로서, 풍향이 회전된 경우에, 적어도 약간 회전된 경우에 아지무스 위치는 공칭값으로 조절될 수 있다. 그리고 나서, 풍향 의존적인 진동 원인도 더 이상 존재하지 않고 풍력 발전 설비는 아지무스 각도와 관련해서 다시 정상적으로 운전되는 것이 예상될 수 있다. 이러한 새로운 공칭 아지무스 각도는 진동 저감을 위해 풍력 발전 설비가 조절되었던 아지무스 각도가 더 이상 아니다. 아지무스 각도의 이러한 조절은 특히, 제 1 풍력 발전 설비가 정확히 다른 풍력 발전 설비의 윈드 쉐도우에 위치하는 경우에 제안된다.
추가로 또는 대안으로서, 제 1 풍력 발전 설비의 운전이 제 1 운전 모드로부터 제 2 운전 모드로 전환되는 것이 제안된다. 제 1 운전 모드는 이 경우 제 1 전력 특성 곡선에 기초하고, 제 2 운전 모드는 상응하게 제 2 전력 특성 곡선에 기초한다. 전력 특성 곡선들은 이 경우 전력과 회전 속도 사이의 관계를 나타내고, 특히 전력은 회전 속도에 따라서 설정된다. 전력은, 회전 속도가 특성 곡선에서 그 값을 유지할 때까지 특성 곡선의 각각의 적절한 값으로 설정된다. 운전 모드의 전환에 의한 이러한 변동은 경미할 수 있고, 길이방향 진동도 야기하였을 출발 위치가 변경되도록 풍력 발전 설비의 파라미터를 변경시킨다. 예정된 시간의 경과 후에 다시 제 1, 특히 표준 전력 특성 곡선으로 재변동될 수 있다. 전력 특성 곡선의 변동은 예를 들어 이전 값만큼 회전 속도의 약간의 변경을 야기할 수도 있다. 이는 길이방향 진동의 중단을 위해 충분할 수 있다.
추가의 또는 대안 실시예에 따라, 서로 영향을 미치는 2개의 풍력 발전 설비는 풍력에 의해 서로 매칭되는 것이 제안된다. 이 경우 실질적으로 제 2 풍력 발전 설비의 윈드 쉐도우에 위치한 제 1 풍력 발전 설비의 회전 속도는 제 2 풍력 발전 설비의 회전 속도에 따라 조정된다. 특히 이로써 제 1 풍력 발전 설비의 회전 속도는 적어도 예정된 차동 속도만큼 제 2 풍력 발전 설비의 회전 속도와 편차를 갖는다.
제 2 풍력 발전 설비의 회전 속도는 바람직하게 적어도 0.2 r/min 만큼 제 2 풍력 발전 설비의 회전 속도보다 높거나 낮다. 바람직하게는 상기 제 2 풍력 발전 설비의 회전 속도는 적어도 0.5 r/min 만큼 제 2 풍력 발전 설비의 회전 속도보다 높거나 낮다. 이로 인해 특히 2개의 풍력 발전 설비의 탈동기화가 이루어진다. 이때 제 1 및 제 2 풍력 발전 설비의 2개의 로터는 적어도 약간 상이한 회전 속도로 회전하고, 이로 인해 제 1 풍력 발전 설비의 급상승을 제 2, 즉 전방 풍력 발전 설비에 의해 제한적으로 또는 지원 방식으로 방지하거나 중단할 수 있다.
2개의 회전 속도의 서로 적절한 매칭의 이러한 조치의 경우에 기본적으로 동일한 구조의 2개의 풍력 발전 설비들이 제공될 수 있지만, 상이한 풍력 발전 설비에 대해 상기와 같은 탈동기화가 제안될 수도 있다. 대개 2개의 동일한 풍력 발전 설비에서 이러한 하나의 조치가 예상될 수 있는데, 그 이유는 상이한 풍력 발전 설비도 주로 시스템 제한적으로 상이한 회전 속도를 가질 수 있기 때문이다.
따라서 항상 이러한 조치를 위해, 바람직하게는 다른 조치를 위해서도 회전 속도 가변적인 풍력 발전 설비를 사용하는 것이 제안된다. 이러한 회전 속도 가변적인 풍력 발전 설비는 특히 동기 발전기를 사용할 수 있고, 상기 동기 발전기는 교류를 생성하고, 상기 교류는 정류된 후에 전류 인버터에 의해 네트워크 내로 공급된다. 다시 말해서 소위 풀 컨버터(Full Converter) 컨셉의 회전수 가변적인 풍력 발전 설비의 이용은 바람직한 실시예이다.
바람직하게 운전 모드의 전환, 즉 2개의 전력 특성 곡선 사이의 전환을 제안하는 진동 저감을 위한 조치의 이용 시 인접한 풍력 발전 설비는 특히 동일한 구조인 경우에 전력 특성 곡선을 따라 전환되지 않도록 하는 것이 제안된다. 이로써 서로 영향을 미치는 2개의 풍력 발전 설비의 경우에 2개의 풍력 발전 설비에서 동일하게 실시되는 길이방향 진동의 저감을 위한 제안된 조치가 결과적으로 진동 저감을 위한 조치가 아니거나 충분히 효과적이지 않은 것이 목표대로 방지된다. 바람직하게는, 후방의, 즉 제 1 풍력 발전 설비는 더 낮은, 특히 감소된 회전 속도로 운전하도록 이루어진다. 이와 관련해서 이 경우에도 문제가 되는 길이방향 진동을 포함하는 풍력 발전 설비의 전력 특성 곡선도 변경되고 또는 회전 속도도 변경될 것이다.
바람직하게 현재 피치각의 유지 및/또는 사용된 피치 조절 알고리즘의 교체는 전부하 운전 시 이루어진다. 전부하 운전이란 이 경우, 탁월 풍속이 공칭 속도이고, 생성된 전력은 공칭 전력이고 및/또는 회전 속도는 대략 공칭 회전 속도인 상황을 말한다. 이러한 전부하 운전 시 피치각은, 회전 속도를 일정하게 유지하기 위해 규칙적으로 사용된다. 실제 회전 속도와 설정 회전 속도, 즉 대개 공칭 회전 속도의 편차가 최소인 경우에, 피치각의 조절에 의해 역제어 또는 역조절이 야기된다. 즉, 이로 인해 발생하는 길이방향 진동은 피치각의 유지에 의해 및/또는 변경된 피치 알고리즘의 교체에 의해 감소되거나 제거될 수 있고, 따라서 전부하 운전 시 이러한 조치들이 제안된다.
추가로 또는 대안으로서 아지무스 위치의 조절 조치, 제 1 풍력 발전 설비의 운전의 전환 및/또는 제 1 풍력 발전 설비의 회전 속도의 변동은 부분 부하 운전 시 이루어진다. 탁월 풍속이 공칭 속도보다 낮은 경우에, 부분 부하 운전이 이루어진다. 이러한 부분 부하 운전 시 피치각은 일정한 값으로 설정될 수 있다. 피치각의 유지 또는 이 경우 유효하지 않은 피치 알고리즘의 교체는 적절하지 않은 한편, 다른 회전 속도가 설정될 수 있고 및/또는 다른 전력 특성 곡선이 선택될 수 있다. 이러한 부분 부하 운전 시 실제 회전 속도 및 실제 전력은 각각 탁월풍에 의존하고, 상기 탁월풍에 따라 지속적으로 변경된다. 이 경우 이러한 지속적인 회전 속도 및/또는 전력 변동이 고려되고, 따라서 운전의 전환 및/또는 회전 속도의 변경이 제안된다.
특히 더 약한 풍력이 존재하기 때문에, 이 경우에도 아지무스 위치의 조절이 바람직할 수 있다. 그러나 아지무스 위치의 조절은 전부하 운전 시에도 이루어질 수 있다.
바람직하게 부분 부하 범위로부터 전부하 범위를 향한 이행 범위에서 전력 특성 곡선의, 특히 제 2 전력 특성 곡선의 시프트가 제안된다. 이로써 이행 범위에서도, 제안된 조치들 중 몇 개가 작용하지 않거나 양호하지 않게 작용하면, 상기 범위에서 특성 곡선의 상기 시프트에 의해 개입의 개선된 또는 추가 가능성이 제공될 수도 있다.
또한 전술한 실시예들 중 적어도 하나의 실시예에 따른 방법을 이용하며, 풍력으로부터 전기 에너지를 생성하기 위한 풍력 발전 설비가 제안된다.
바람직하게 이러한 풍력 발전 설비는 동기 발전기를 포함하고, 상기 발전기는 직류로 여기되고, 진동 저감을 위해 예정된 값만큼, 즉 예정된 여기 전류값만큼 변동된다. 여기 전류 및 동기 발전기의 여기의 변동에 의해 상기 발전기는 회전 속도가 동일할 때 상응하게 많든 적든 간의 전력을 생성할 수 있다. 이로써 로터의 회전을 저지하는 토크의 증가도 수반한다. 이로 인해 로터의 회전 속도는 감소할 수 있고 또는 여기의 감소 시 회전 속도는 증가할 수 있다. 여기에 의한 이러한 개입은 다른 설비 유형에 의해 그와 같이 실행될 수 없거나 그와 같이 양호하게 실행될 수 없는 바람직한 실시예이다. 이로 인해 바람직하게 직류 여기가 이루어지는 동기 발전기를 포함하는 풍력 발전 설비가 제안된다.
또한, 적어도 하나의 풍력 발전 설비를 포함하는, 특히 상기 실시예들 중 하나의 실시예에 따라 제시된 및/또는 적어도 하나의 전술한 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 방법으로 운전되는 적어도 하나의, 바람직하게는 적어도 2개의 풍력 발전 설비를 포함하는 풍력 발전 단지가 제안된다.
하기에서 본 발명은 실시예를 참고로 첨부된 도면과 관련해서 예를 들어 설명된다.
도 1은 풍력 발전 설비를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 진동 저감을 설명하기 위한 간단하게 도시한 흐름도.
도 3은 상호 영향을 설명하기 위해 2개의 풍력 발전 설비를 개략적으로 도시한 평면도.
도 1은 타워(102)와 나셀(104)을 구비한 풍력 발전 설비(100)를 도시한다. 나셀(104)에 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 가진 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 작동 시 풍력에 의해 회전 운동하고, 이로 인해 나셀(104) 내의 발전기를 구동한다.
도 2는 측정 블록(4)에 의해 시작하는 간단한 흐름도(2)를 도시한다. 측정 블록(4)에서 길이방향 진동이 예를 들어 가속 진폭으로부터 검출되고, 상기 가속 진폭은 타워 헤드에 있는 적절한 가속 센서에 의해 측정될 수 있다. 검출된 길이방향 진동은 측정 블록(4)에 알파벳 S로 표시된다.
S에 대한 검출된 상기 값은 초과 검사 블록(6)이라고도 할 수 있는 제 1 검사 블록(6)에서 여기에서 Smax라고 하는 예정된 한계값과 계속해서 비교된다. 가로방향 진동의 가능한 검출은 도 2에 도시된 구현 시 고려되지 않는다.
제 1 검사 블록(6)에서, 검출된 길이방향 진동(S)이 예정된 한계값(Smax)보다 큰 것이 확인되면, 계속해서 진행되지 않고, 방법은 로직에 의해 측정 블록(4) 내의 길이방향 진동 측정(S)으로 복귀한다.
제 1 검사 블록(6)에서, 길이방향 진동(S)이 예정된 한계값(Smax)을 초과하는 것이 검출되면, 상징적으로 S-Red로 표시된 진동 저감 블록(8)에서 진동 저감이 실시된다. 거기에서 구현된 상기 진동 저감 조치는 하나 이상의 조치와 관련될 수 있다. 상기 조치는 피치각의 유지, 피치각 조절 알고리즘의 교체, 아지무스 위치의 조절, 제 1 운전 모드로부터 제 2 운전 모드로 제 1 풍력 발전 설비의 운전의 전환 및/또는 2개의 인접한 풍력 발전 설비의 회전 속도의 매칭에 관한 것일 수 있다.
상기 진동 저감 조치들 중 적어도 하나의 조치가 실시되거나 도입된 후에, 대기 블록이라고도 할 수 있는 유지 블록(10)에서 예정된 대기 시간(T)이 대기된다. 후속해서 정규화 검사 블록(12)이라고 할 수도 있는 제 2 검사 블록(12)에서, 검출된 길이방향 진동(S)이 예정된 한계값(Smax)보다 작은지 여부를 검사한다. 이 경우 또한 제 1 검사 블록(6)에 기초하는 예정된 한계값(Smax) 대신 더 작은 다른 값, 예를 들어 정규화 한계치(SN)가 사용될 수도 있다. 흐름도(2)는 설명된 과정의 시작에 위치한 측정 블록(4)을 도시하지만, 그럼에도 불구하고 진동 진폭은 연속적으로 검출되어 상징적으로 도시된 대기 블록(10)에 따라 대기 시간 동안에도 계속해서 검출된다. 제 2 검사 블록(12)에서 검사 시 이로써 길이방향 진동(S)의 현재값이 제공된다. 이는 측정 블록(4)으로부터 제 2 검사 블록(12)을 향한 파선 화살표로 설명된다.
제 2 검사 블록(12)이, 길이방향 진동(S)의 진폭이 정규화 한계치(SN) 아래로 감소하지 않은 것을 확인하면, 블록(8)에 따라 진동 저감 조치가 우선적으로 유지된다. 따라서 과정은 제 2 검사 블록(12)으로부터 진동 저감 블록(8)으로 되돌아간다.
진동 진폭이 정규화 한계값(SN)보다 작으면, 과정은 정규화 블록(14)에 의해 속행한다. 설명을 위해 Norm으로 표시된 정규화 블록(14)은 진동 저감 블록(8)에서 도입된 조치 또는 거기에서 도입된 조치들을 종료한다. 과정은 측정 블록(4)에 의해 표시된 시작으로 복귀한다.
도 3은 제 1 풍력 발전 설비(31)와 제 2 풍력 발전 설비(32)를 개략적으로 평면도에 도시한다. 그러한 점에서 2개의 상기 풍력 발전 설비들은 하나의 풍력 발전 단지(34)를 형성하고 또는 풍력 발전 단지(34)의 다수의 풍력 발전 설비들 중 적어도 2개의 풍력 발전 설비를 형성할 수 있다.
도 3은 풍력(36) 또는 풍향(36)이 제 2 풍력 발전 설비(32)를 향하므로, 상기 풍향(36)에서 볼 때 제 1 풍력 발전 설비(31)가 정확히 제 2 풍력 발전 설비(32) 후방에서 운전되는 매우 구체적인 상황을 도시한다.
설명을 위해 개략적으로만 파선으로 2개의 나선 라인(38)이 도시되고, 상기 나선 라인은 제 2 풍력 발전 설비(32)에 부딪히는 풍력(36)이 상기 제 2 풍력 발전 설비(32)에 의해 어떻게 변화되는지 그리고 제 1 풍력 발전 설비(31)를 향한 상기 바람의 흐름이 증가하는 것을 설명한다. 실제로 이 경우 매우 많은 와류가 발생할 수도 있고, 나선 라인(38)은 실질적으로, 제 1 풍력 발전 설비(31)가 제 2 풍력 발전 설비(32)의 윈드 쉐도우에 위치하는 것 뿐만 아니라, 제 2 풍력 발전 설비(32)를 통과하는 바람 흐름의 품질 또는 기질이 변동되고, 상응하게 변경된 상태로 제 1 풍력 발전 설비(31)에 도달하는 것을 도시한다.
이로 인해 제 1 풍력 발전 설비(31)에서 진동이 트리거될 수 있거나 증폭될 수 있다. 길이방향 진동(40)은 제 1 풍력 발전 설비(31)에서 이중 화살표로 도시된다.
제 1 풍력 발전 설비(31)는 도 3에서 추가로 파선으로 회전된 제 1 풍력 발전 설비(41)로서 도시된다. 이러한 회전, 즉 아지무스 위치에서 또는 아지무스 방향으로 이러한 회전 또는 조절은 설명을 위해 이용된다. 실제로 도시된 각도는 비교적 크고, 실제 구현 시 대부분 더 작게 설정될 수 있다. 파선으로 도시된 회전된 풍력 발전 설비(41)에 의해 특히 도시된 나선 라인(38)을 고려하여, 제 2 풍력 발전 설비(32)에 의해 변경된 풍력이 아지무스 위치가 변경된 풍력 발전 설비(41)에 완전히 다르게 도달하는 것이 설명된다. 특히 가능한 와류는 풍력 발전 설비에 상이한 시간에 도달한다. 이는, 해당하는 나선 라인(38)에 대한 간격에 의해 설명된바와 같이, 하나의 나선 라인은 파선으로 도시된 제 1 로터 블레이드(42)에 보다 일찍 도달하는 한편, 파선으로 도시된 제 2 로터 블레이드(44)에는 변동된 풍력에 의해 보다 이후에 도달됨으로써 설명된다. 도 3은 각각의 제 1 및 제 2 풍력 발전 설비(31, 32)의 2개의 로터 블레이드만을 도시하는 것이 참조되고, 이 경우 바람직한 실시예에 따라 풍력 발전 설비는 도 1에 도시된 바와 같이 3개의 로터 블레이드를 포함한다.
이로써 본 발명에 따라 풍력 발전 설비의 과도한 길이방향 진동의 저감, 방지 또는 중단 또는 종료를 위한 조치가 제안되고, 상기 조치는 실질적으로 풍력 발전 설비의 운전 거동의 단시간 변경을 제안하는 해결 방법에 기초하고, 이 경우 이러한 조치가 성공적으로 완료된 후에 해당 풍력 발전 설비는 이전의 운전 모드로 다시 복귀할 수 있고 또는 정상적으로 계속해서 운전된다. 이 경우 길이방향 진동의 한계값이 기초가 될 수 있고, 상기 한계값들은 예를 들어 강 타워의 타워 헤드에서 400 내지 500 mm의 진동 거리일 수 있고, 콘크리트 타워의 타워 헤드에서 대략 40 내지 50 mm의 진동 거리일 수 있다. 설비들이 탁월풍과 관련해서 정확히 앞뒤로 위치하지 않는 경우에, 특수한 문제가 확인되었다. 풍력 발전 설비의 사용된 동기 발전기의 여기를 높일 수도 있다. 이는 여기 전류의 상승에 의해 또는 발전기 내로 무효 전력 성분의 공급에 의해서도 이루어질 수 있는데, 그 이유는 이것은 또한 여기 증가의 효과를 제공할 수 있기 때문이다.

Claims (12)

  1. 적어도 하나의 제 1 풍력 발전 설비(31)의 운전 방법으로서, 하기 단계들 즉,
    - 타워 진동을 검출하는 단계,
    - 검출된 타워 진동이 길이방향 진동(40)이거나 길이방향 진동을 포함하고, 상기 길이방향 진동(40)의 진폭이 예정된 한계값을 초과하는 경우에, 진동 저감을 위한 조치를 도입하는 단계를 포함하고,
    진동 저감을 위한 조치는,
    - 예정된 유지 시간 주기 동안 현재 피치각을 현재값으로 유지하는 단계,
    - 특히 조절 속도가 감소하도록, 사용된 피치-조절 알고리즘을 교체하는 단계,
    - 예정된 아지무스 각도만큼 아지무스 위치를 조절하는 단계,
    - 제 1 전력 특성 곡선에 기초한 운전 모드로부터 제 2 전력 특성 곡선에 기초한 제 2 운전 모드로 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)의 운전을 전환하는 단계 및/또는
    - 풍력 발전 단지(34)에서 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)가 현재 풍향과 관련해서 제 2 풍력 발전 설비(32) 후방에 배치된 경우에, 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)의 회전 속도가 적어도 예정된 차동 회전 속도만큼 제 2 풍력 발전 설비(32)의 회전 속도와 편차를 갖도록 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)의 회전 속도를 상기 제 2 풍력 발전 설비의 회전 속도에 따라 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 예정된 유지 시간 주기는 5초 내지 1분, 특히 10초 내지 20초인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 예정된 아지무스 각도는 2˚내지 8˚, 특히 4˚ 내지 5˚인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 예정된 차동 회전 속도는 적어도 0.2 r/min, 바람직하게는 적어도 0.5 r/min 인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 풍력 발전 설비(31)는 피치 조절 방식이고 및/또는 회전 속도 가변적인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 및 제 2 전력 특성 곡선은 각각 제공된 출력을 회전 속도에 따라서 제시하고, 각각의 회전 속도값이 동일할 때 제 2 전력 특성 곡선의 전력값은 제 1 전력 특성 곡선의 전력값보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 풍력 발전 단지(34) 내의 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)가 현재 풍향에 대해서 상기 제 2 풍력 발전 설비(32)의 후방에 배치된 경우에, 제 1 운전 모드로부터 제 2 운전 모드로 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)의 운전의 전환 시 상기 제 2 풍력 발전 설비(32)는 운전 모드를 변경하지 않고, 특히 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)의 제 1 전력 특성 곡선은 공칭 전력 특성 곡선 및/또는 최적의 전력 특성 곡선에 상응하고, 상기 제 2 풍력 발전 설비(32)는 공칭 및/또는 최적 전력 특성 곡선을 갖는 운전 모드에서 운전되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 현재 피치각의 유지 및/또는 사용된 피치 알고리즘의 교체는 전부하 운전 시, 즉 탁월 풍속이 공칭 풍속이거나 그보다 높은 경우에 실시되고 및/또는
    - 아지무스 위치의 조절, 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)의 운전의 전환 및/또는 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)의 회전 속도의 변동은 부분 부하 운전 시, 즉 탁월 풍속이 공칭 풍속보다 낮은 경우에 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 전력 특성 곡선은 부분 부하 범위로부터 전부하 범위를 향한 이행 범위에서 시프트되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 풍력으로부터 전기 에너지를 생성하는 풍력 발전 설비(31)에 있어서,
    상기 풍력 발전 설비는 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 운전되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)는 직류 여기식 동기 발전기를 사용하고, 상기 제 1 풍력 발전 설비(31)의 여기 전류는 예정된 값만큼 변경되고, 바람직하게는 2-8% 만큼 증가 또는 감소하고, 특히 4-5%만큼 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 설비.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 따른 적어도 하나의 풍력 발전 설비(31)를 포함하는 풍력 발전 단지.
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