KR20150109675A - Control apparatus for wind power plant and control method for wind power plant - Google Patents

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Abstract

A wind power plant and a method for controlling the same are disclosed. According to one embodiment of the present invention, the wind power plant has a plurality of blades to convert a rotational force of a rotor rotated by wind into electrical energy. The wind power plant comprises a control device reducing rotation speed of the rotor from a first rated rotation speed to a second rated rotation speed in a section wherein the rotation speed of the rotor is increased in accordance with an increase of the wind speed so as to enable the wind speed to be increased from a first reference wind speed of a point where the rotation speed reaches a predetermined first rated rotation speed to the end-wind speed which is the wind speed.

Description

풍력 발전 장치 및 그 제어 방법{CONTROL APPARATUS FOR WIND POWER PLANT AND CONTROL METHOD FOR WIND POWER PLANT}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wind turbine generator,

본 발명은 풍력 발전 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍속에 관한 데이터를 근거로 로터의 회전속도 및 토크를 제어하는 풍력 발전 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a wind power generator and a control method thereof, and more particularly, to a wind power generator and a control method thereof for controlling the rotation speed and torque of a rotor based on data on wind speed.

전 세계적으로 화석 연료 고갈과 온실 가스 배출에 따른 문제에 대한 위기의식으로 재생에너지 개발 기술에 대한 관심이 높아졌다. 이러한 분위기 속에서 재생 에너지 중에 하나인 풍력 에너지는 에너지의 양적인 측면에서 방대한 잠재력을 가진 것으로 알려져 있으며 다른 재생 에너지원에 비해 경제성 및 기술 성숙도가 뛰어나 빠르게 성장하고 있다. There is a growing awareness of renewable energy development technology as a global crisis of concern about exhaustion of fossil fuels and greenhouse gas emissions. In this atmosphere, wind energy, one of the renewable energies, is known to have enormous potential in terms of quantity of energy, and it is growing faster than other renewable energy sources because of its economic and technological maturity.

풍력 발전 장치는 바람이 가진 에너지를 로터를 회전시켜 기계적 에너지로 변환한 후 발전기를 통해 전기적 에너지로 변환하여 우리가 실제 사용할 수 있는 에너지로 변환시키는 구조물이다. 이러한 풍력 발전 장치는 복수의 블레이드가 구비되어 바람에 의해 회전하며 토크를 발생시키는 로터, 발생한 토크를 전달하는 주축, 발전기에 전달되는 토크와 회전속도를 조절하는 기어박스, 실제 전기를 발생시키는 발전기 등으로 구성되는 것이 일반적이다. The wind power generator is a structure that converts the energy of the wind into mechanical energy by rotating the rotor and then converting it into electrical energy through the generator to convert it into energy that we can actually use. Such a wind power generator includes a rotor having a plurality of blades and rotating by wind to generate torque, a main shaft for transmitting a generated torque, a gear box for adjusting a torque and rotational speed transmitted to the generator, a generator for generating actual electricity As shown in FIG.

그런데, 로터의 회전속도가 증가하는 경우 또는 발전을 정지하기 위해 로터의 회전속도를 급격히 감속시키는 등의 경우에 풍력 발전 장치의 주축이나 증속기 등의 부품에는 관성에 의한 피로 하중이 작용한다. 풍력 발전 장치는 한번 설치되면 20년 이상의 장시간 설치 상태를 유지하기 때문에 풍력 발전 장치의 피로 하중을 최소화하는 것이 매우 중요하다.
However, in the case where the rotational speed of the rotor increases, or the rotational speed of the rotor is rapidly decelerated to stop the power generation, fatigue loads due to inertia act on parts such as the main shaft and the booster of the wind power generator. It is very important to minimize the fatigue load on the wind turbine because the wind turbine is installed for a long time more than 20 years once installed.

대한민국 특허공개공보 제10-2012-0053422호: 대형 수평축 풍력 발전 장치의 제작 단가 저감을 위한 고속 회전 로터 시스템(2012.05.25)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0053422: High-speed rotating rotor system for reducing production cost of a large horizontal-axis wind turbine generator (May 25, 2012)

본 발명은 전술된 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 풍속에 관한 데이터를 근거로 회전속도 또는 토크를 제어함으로써, 고풍속에서도 풍력 발전 장치에 작용하는 피로 하중에 의한 악영향을 최소화할 수 있는 풍력 발전 장치 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for controlling a rotational speed or torque of a wind turbine, And to provide a control method therefor.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The technical object of the present invention is not limited to the above-mentioned technical objects and other technical objects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

본 발명의 일 측면에 의하면, 복수의 블레이드가 구비되어 바람에 의해 회전하는 로터의 회전력을 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전 장치에 있어서, 풍속이 증가함에 따라 상기 로터의 회전속도가 증가하여 기 설정된 제1 정격 회전속도에 도달한 시점의 풍속인 제1 기준 풍속으로부터 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 상기 제1 정격 회전속도로부터 제2 정격 회전속도까지 저감시키는 제어를 수행하는 제어 장치를 포함하는, 풍력 발전 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wind turbine generator having a plurality of blades and converting a rotational force of a rotor rotating by wind into electric energy, wherein the rotational speed of the rotor increases as the wind speed increases, 1 control device for performing control to reduce the rotational speed of the rotor from the first rated rotational speed to the second rated rotational speed in a section where the wind speed at the time of reaching the rated rotational speed increases from the first reference wind speed to the terminal wind speed And a wind power generator.

또한, 상기 제어 장치는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속과 상기 종단 풍속 사이에 위치하는 제2 기준 풍속에 도달하지 않으면 상기 로터의 회전속도를 제1 정격 회전속도로 유지하고, 풍속이 상기 제2 기준 풍속에 도달하면 상기 제2 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 저감시킬 수 있다.The control device may be configured to maintain the rotational speed of the rotor at the first rated rotational speed when the wind speed does not reach the second reference wind speed that is located between the first reference wind speed and the terminal wind speed, When the reference wind speed is reached, the rotational speed of the rotor can be reduced in a section where the second reference wind speed is increased from the second reference wind speed to the terminal wind speed.

또한, 상기 제어 장치는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속에 도달한 시점에서 연산된 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제1 풍속 변화율보다 작을수록 상기 제2 기준 풍속을 증가시키고, 상기 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제1 풍속 변화율보다 클수록 상기 제2 기준 풍속을 저감시킬 수 있다.The controller may increase the second reference wind speed as the actual wind speed change rate calculated at the time when the wind speed reaches the first reference wind speed is smaller than a predetermined first wind speed change rate, The second reference wind speed can be reduced as the first wind speed change rate is larger.

또한, 상기 제어 장치는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속보다 작은 제3 기준 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 제1 정격 회전속도를 기 설정된 기울기로 증가시키고, 풍속이 상기 제3 기준 풍속에 도달하면, 풍속이 상기 제3 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 상기 증가된 제1 정격 회전속도로부터 제2 정격 회전속도까지 저감시킬 수 있다.The control device increases the first rated rotational speed of the rotor to a predetermined slope in a section where the wind speed increases from the first reference wind speed to the third reference wind speed that is lower than the terminal wind speed, When the reference wind speed is reached, the rotational speed of the rotor can be reduced from the increased first rated rotational speed to the second rated rotational speed in a section where the wind speed increases from the third reference wind speed to the terminal wind speed.

또한, 상기 제어 장치는, 로터의 회전속도에 따른 하중에 의한 손상이 발생하는 한계값 이하가 되도록 상기 제3 기준 풍속을 연산할 수 있다.Further, the control device may calculate the third reference wind speed so as to be less than or equal to a limit value at which damage caused by a load depending on the rotational speed of the rotor occurs.

또한, 상기 제어 장치는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속부터 상기 제3 기준 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 제1 정격 회전속도를 5~10% 증가시킬 수 있다.In addition, the control device may increase the first rated rotational speed of the rotor by 5 to 10% in a region where the wind speed increases from the first reference wind speed to the third reference wind speed.

또한, 상기 제어 장치는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속에 도달한 시점에서 연산된 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제2 풍속 변화율보다 클수록 상기 제2 정격 회전속도를 작게 설정할 수 있다. In addition, the control device may set the second rated rotational speed to be smaller as the actual wind speed change rate calculated at the time when the wind speed reaches the first reference wind speed is greater than a predetermined second wind speed change rate.

또한, 상기 제어 장치는, 상기 제2 정격 회전속도가 상기 제1 정격 회전속도의 90~95% 범위 내에 속하도록 저감할 수 있다.
Also, the control device may reduce the second rated rotational speed to fall within a range of 90 to 95% of the first rated rotational speed.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 복수의 블레이드가 구비되어 바람에 의해 회전하는 로터의 회전력을 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전 장치를 제어하는 방법에 있어서, 제어가 시작되면 풍속의 증가에 대응하여 정지 또는 최소 회전속도로 회전하는 상기 로터의 회전속도를 증가시키는 제1 단계, 풍속이, 상기 로터의 회전속도가 기 설정된 제1 정격 회전속도에 도달한 시점의 풍속인 제1 기준 풍속에 도달하였는지 판단하는 제2 단계 및 상기 제1 기준 풍속에 도달한 것으로 판단되면, 풍속이 상기 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 상기 제1 정격 회전속도로부터 제2 정격 회전속도까지 저감시키는 제어를 수행하는 제3 단계를 포함하는, 풍력 발전 장치의 제어방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a wind power generator having a plurality of blades and converting a rotational force of a rotor rotating by wind into electric energy, A first step of increasing the rotational speed of the rotor rotating at a minimum rotational speed and determining whether the wind speed has reached a first reference wind speed which is a wind speed at a point of time when the rotational speed of the rotor reaches a predetermined first rated rotational speed The controller controls to decrease the rotational speed of the rotor from the first rated rotational speed to the second rated rotational speed in a section where the wind speed is increased to the terminal wind speed And a third step of controlling the wind turbine generator.

또한, 상기 제3 단계는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속과 상기 종단 풍속의 사이에 위치하는 제2 기준 풍속에 도달하였는지 판단하는 제3-1 단계 및 풍속이 상기 제2 기준 풍속에 도달하지 않은 경우 상기 로터의 회전속도를 상기 제1 정격 회전속도로 유지하고, 풍속이 상기 제2 기준 풍속에 도달한 경우 상기 제2 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 상기 제1 정격 회전속도로부터 제2 정격 회전속도까지 저감시키는 제3-2 단계를 포함할 수 있다.The third step may include a third step of determining whether the wind speed has reached a second reference wind speed which is located between the first reference wind speed and the termination wind speed and whether the wind speed has reached the second reference wind speed The rotational speed of the rotor is maintained at the first rated rotational speed and the rotational speed of the rotor is increased from the second reference wind speed to the terminal wind speed when the wind speed reaches the second reference wind speed, And a third step (2-2) of reducing the speed from the first rated rotation speed to the second rated rotation speed.

또한, 상기 제3 단계는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속에 도달한 시점에서 실제 풍속 변화율을 연산하는 단계 및 상기 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제1 풍속 변화율보다 작을수록 상기 제2 기준 풍속을 증가시키고, 상기 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제1 풍속 변화율보다 클수록 상기 제2 기준 풍속을 저감시키는 단계를 더 포함할 수 있다.The third step may include calculating an actual wind speed change rate at a time point when the wind speed reaches the first reference wind speed and increasing the second reference wind speed as the actual wind speed change rate is smaller than a predetermined first wind speed change rate And reducing the second reference wind speed as the actual wind speed change rate is greater than a predetermined first wind speed change rate.

또한, 상기 제2 단계는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속보다 작은 제3 기준 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 제1 정격 회전속도를 기 설정된 기울기로 증가시키는 단계 및 풍속이 상기 제3 기준 풍속에 도달하였는지 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 단계는, 풍속이 상기 제3 기준 풍속에 도달하면 상기 제3 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 상기 증가된 제1 정격 회전속도로부터 제2 정격 회전속도까지 저감시킬 수 있다.The second step may include increasing the first rated rotational speed of the rotor to a predetermined slope in a section where the wind speed increases from the first reference wind speed to a third reference wind speed that is less than the terminal wind speed, Wherein the step of determining whether the third reference wind speed has reached the third reference wind speed includes the step of determining whether the rotational speed of the rotor is higher than the third reference wind speed Can be reduced from the increased first rated rotation speed to the second rated rotation speed.

또한, 상기 제2 단계는, 로터의 회전속도에 따른 하중에 의한 손상이 발생하는 한계값 이하가 되도록 상기 제3 기준 풍속을 연산하는 단계를 더 포함할 수 있다.The second step may further include a step of calculating the third reference wind speed so as to be less than or equal to a limit value at which damage due to a load due to a rotational speed of the rotor occurs.

또한, 상기 제3 단계는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속부터 상기 제3 기준 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 제1 정격 회전속도를 5~10% 증가시킬 수 있다.The third step may increase the first rated rotational speed of the rotor by 5 to 10% in a section where the wind speed increases from the first reference wind speed to the third reference wind speed.

또한, 상기 제2 단계는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속에 도달한 시점에서 실제 풍속 변화율을 연산하는 단계 및 상기 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제2 풍속 변화율보다 클수록 상기 제2 정격 회전속도를 작게 설정하는 단계더 를 포함할 수 있다.The second step may include calculating an actual wind speed change rate at a time point when the wind speed reaches the first reference wind speed and setting the second rated speed to be smaller as the actual wind speed change rate is greater than a predetermined second wind speed change rate Or more.

또한, 상기 제3 단계는, 상기 제2 정격 회전속도가 상기 제1 정격 회전속도의 90~95% 범위 내에 속하도록 저감할 수 있다.
In the third step, the second rated rotational speed may be reduced to fall within a range of 90 to 95% of the first rated rotational speed.

본 발명의 일 실시예에 따르면 풍속에 관한 데이터를 근거로 회전속도 또는 토크를 제어함으로써, 고풍속에서도 풍력 발전 장치에 작용하는 피로 하중에 의한 악영향을 최소화할 수 있는 풍력 발전 장치 및 그 제어 방법을 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a wind power generator and a control method thereof, which can minimize adverse effects due to fatigue load acting on the wind power generator even in an old wind by controlling the rotation speed or the torque based on wind speed data can do.

또한, 풍속을 여러 개의 구간으로 나누어 각 구간에서의 제어에 반영함으로써 풍력 발전 장치를 보다 정밀하게 제어할 수 있다.In addition, the wind speed can be controlled more precisely by dividing the wind speed into several sections and reflecting the control in each section.

또한, 풍속의 시간당 변화율을 고려함으로써, 단순히 풍속만을 기준으로 제어하는 방식에 비하여 외부 환경에 더욱 적응적인(adaptive) 제어 방법을 제공할 수 있다.
Further, by considering the rate of change of the wind speed per hour, it is possible to provide a more adaptive control method to the external environment than a method of simply controlling based on the wind speed.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도 및 토크의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도 및 토크의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도 및 토크의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도 및 토크의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도 및 토크의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 제어 방법에 포함된 각 단계를 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 제어 방법에 포함된 각 단계를 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 제어 방법에 포함된 각 단계를 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 제어 방법에 포함된 각 단계를 순차적으로 도시한 순서도이다.1 is a graph showing changes in rotor rotational speed and torque with respect to wind speed in a wind power generator according to a first embodiment of the present invention.
2 is a graph showing changes in rotor rotational speed and torque with respect to wind speed in a wind power generator according to a second embodiment of the present invention.
3 is a graph showing changes in rotor rotational speed and torque with respect to wind speed in a wind power generator according to a third embodiment of the present invention.
4 is a graph showing changes in rotor rotational speed and torque with respect to wind speed in a wind power generator according to a fourth embodiment of the present invention.
5 is a graph showing changes in rotor rotational speed and torque with respect to wind speed in a wind power generator according to a fifth embodiment of the present invention.
6 is a flowchart sequentially showing the steps involved in the control method of the wind power generator according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart sequentially showing each step included in the control method of the wind power generator according to the second and third embodiments of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart sequentially showing each step included in the control method of the wind power generator according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart sequentially showing each step included in the control method of the wind power generator according to the fifth embodiment of the present invention.

본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상, 임의의 실시예는 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.The embodiments disclosed herein should not be construed or interpreted as limiting the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art that the description including the embodiments of the present specification has various applications. Accordingly, it is intended that the scope of the invention be limited not by the claims, but rather by the appended claims, rather than by the claims. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 실시예들에 따른 풍력 발전 장치는 나셀(naccelle) 내에 구비되어 있는 제어 장치(20)에 의해 제어될 수 있다. 이러한, 제어 장치(20)는 발전량 제어부 및 피치각 제어부를 포함할 수 있다. The wind turbine generator according to embodiments of the present invention may be controlled by a controller 20 provided in a nacelle. The control device 20 may include a power generation amount control unit and a pitch angle control unit.

구체적으로, 발전량 제어부는 전력 계통으로부터 요구되는 발전량, 현재의 발전기의 발전량, 로터의 회전속도, 블레이드의 피치각, 풍향 또는 풍속 등에 근거하여 발전기의 발전량을 제어하기 위한 신호를 생성하여 발전기 측으로 송신할 수 있다. Specifically, the power generation amount control section generates a signal for controlling the power generation amount of the generator based on the power generation amount required from the power system, the current generation amount of the generator, the rotor rotation speed, the pitch angle of the blade, the wind direction or the wind speed, .

피치각 제어부는 현재의 피치각, 블레이드에 인가되는 풍속 및 로터의 회전속도 등에 근거하여 블레이드의 피치각을 제어하기 위한 신호를 생성한다.The pitch angle control section generates a signal for controlling the pitch angle of the blade based on the current pitch angle, the wind speed applied to the blade, and the rotation speed of the rotor.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도 및 토크의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 제어 방법에 포함된 각 단계를 순차적으로 도시한 순서도이다. 여기서, 풍속은 실시간으로 변화하는 바람의 속도이거나 일정 시간 동안의 평균 속도를 의미할 수 있다.FIG. 1 is a graph showing changes in rotor rotational speed and torque with respect to wind speed in a wind power generator according to a first embodiment of the present invention. FIG. And FIG. 5 is a flowchart showing the steps sequentially included in the flowchart of FIG. Here, the wind speed may be a wind speed changing in real time or an average speed during a certain time.

우선 도 1a는 풍속에 대한 제1 실시예에서의 로터 회전속도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 1b는 로터 회전속도에 대한 제1 실시예에서의 토크의 변화를 나타낸 그래프이다. 점선은 종래기술에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도의 변화를 도시한 것이고, 실선은 본 발명의 제1 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도의 변화를 도시한 것이다.1A is a graph showing changes in rotor rotation speed in the first embodiment with respect to the wind speed, and FIG. 1B is a graph showing changes in torque in the first embodiment with respect to the rotor rotation speed. The dotted line shows the change in the rotor rotational speed with respect to the wind speed in the wind power generator according to the prior art and the solid line shows the change in the rotor rotational speed with respect to the wind speed in the wind power generator according to the first embodiment of the present invention It is.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 풍속이 시작 풍속(Vin) 이하인 구간에서 로터는 일정한 시동 회전속도(nin)로 회전한다. 이때, 시동 회전속도(nin)의 값은 0일 수 있으며, 이는 로터가 회전하지 않고 정지된 상태임을 의미한다. 한편, 토크는 풍속이 시작 풍속(Vin) 이하인 구간에서 토크는 증가함을 확인할 수 있다.Referring to FIGS. 1A and 1B, the rotor rotates at a constant starting rotation speed (n in ) in a section where the wind speed is equal to or lower than the starting wind speed (V in ). At this time, the value of the starting rotation speed (n in ) may be 0, which means that the rotor is in a stopped state without rotating. On the other hand, it can be seen that the torque increases in the section where the wind speed is less than the start wind speed (V in ).

풍속이 시작 풍속(Vin)으로부터 제1 기준 풍속(Vr1)까지 증가하는 구간에서, 로터는 시동 회전속도(nin)로부터 제1 정격 회전속도(nr1)까지 증가한다(S1100). 여기서, 제1 정격 회전속도(nr1)란 풍력 발전 장치의 터빈이 정격 발전량을 공급하는 시점에서의 로터 회전속도를 의미한다. 도 1a에는 시작 풍속-제1 기준 풍속 구간(Vin - Vr1)에서 로터의 회전속도가 직선 형태의 일정한 기울기를 갖도록 변화하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명 상 편의를 위한 것일 뿐 실제로 측정된 값은 곡선 또는 리플이 발생할 수 있다. 도1 b를 참조하면 시작 풍속-제1 기준 풍속 구간(Vin - Vr1)에 토크는 소정의 기울기를 가지고 증가함을 확인할 수 있다.In a section where the wind speed increases from the start wind speed V in to the first reference wind velocity V r1 , the rotor increases from the starting rotation speed n in to the first rated rotation speed n rl (S1100). Here, the first rated rotation speed n r1 means the rotor rotation speed at the time when the turbine of the wind power generator supplies the rated power generation amount. In FIG. 1A, the rotational speed of the rotor changes in a linear manner in the starting wind speed-first reference wind speed range V in - V r1 . However, The curve or ripple may occur. Referring to FIG. 1B, it can be seen that the torque increases with a predetermined slope at the start wind speed-first reference wind speed section (V in - V r1 ).

한편, 도 1a를 참조하면, 종래 기술에 따른 풍력 발전 장치에서는 로터의 회전속도가 제1 정격 회전속도(nr1)에 도달하면, 블레이드에 가해지는 바람의 속도가 종단 풍속(Vout)까지 증가하는 구간에서 로터의 회전속도를 제1 정격 회전속도(nr1)로 유지한다. 또한, 바람의 속도가 종단 풍속(Vout)에 도달하면 발전을 정지힌다. 이는, 풍속이 종단 풍속(Vout)의 크기를 초과하는 경우까지 발전을 계속하면 주축에 작용하는 하중이 과도해져 설계 하중을 넘어서서 풍력 발전 장치에 손상을 끼치기 때문이다.1A, when the rotational speed of the rotor reaches the first rated rotational speed n r1 in the conventional wind power generation apparatus, the speed of the wind applied to the blade increases to the longitudinal wind speed V out The rotational speed of the rotor is maintained at the first rated rotational speed n r1 . Further, when the wind speed reaches the termination wind speed (V out ), the power generation is stopped. This is because, if the power continues to be generated until the wind speed exceeds the magnitude of the termination wind speed (V out ), the load acting on the main spindle becomes excessive, which exceeds the design load and damages the wind power generator.

그러나, 종래 기술에 따라 종단 풍속에서 발전을 정지하더라도, 제1 기준 풍속-종단 풍속 구간(Vr1 - Vout)에서는 풍속이 커질수록 그로 인한 피로 하중이 풍력 발전 장치에 지속적으로 작용하여 결국 수명이 단축된다는 문제가 있었다. 또한, 종단 풍속(Vout)에서 발전을 정지함에 따라 로터의 회전속도를 급격히 감속시키면 관성에 의한 피로 하중이 과도하게 발생하여 블레이드 벤딩(bending)과 같은 손상을 끼칠 가능성이 높아지는 문제가 있다.However, even if power generation is stopped in the terminal wind speed according to the related art, as the wind speed becomes larger in the first reference wind speed-termination wind speed range (V r1 - V out ), the resulting fatigue load continuously acts on the wind power generator, There is a problem in that it is shortened. Also, if the rotational speed of the rotor is rapidly decelerated as the power generation is stopped at the terminal wind speed (V out ), there is a problem that the fatigue load due to inertia is excessively generated, and there is a high possibility of damages such as blade bending.

본 발명의 제1 실시예에 따른 제어 장치(20)는, 풍속이 제1 기준 풍속(Vr1)까지 증가하였는지 판단하고(S1200), 제1 기준 풍속(Vr1)까지 증가한 것으로 판단되면, 풍속이 제1 기준 풍속-종단 풍속 구간(Vr1 - Vout)에서 제1 정격 회전속도(nr1)를 지속적으로 저감하는 제어를 실행한다(S1300). 구체적으로, 제어 장치(20)는 로터의 회전속도를 제1 정격 회전속도(nr1)로부터 제2 정격 회전속도(nr2)까지 저감시키는 것이다. 이때, 저감되는 제1 정격 회전속도(nr1)로 인하여 발전량이 줄어들지 않도록 동일한 구간에서 토크를 빠르게 증가시키는 제어가 동시에 수행될 수 있다. The control device 20 according to the first embodiment of the present invention determines whether the wind speed has increased to the first reference wind speed V r1 at step S1200 and if it is determined that the wind speed has increased to the first reference wind speed V r1 , The first reference rotational speed n r1 is continuously reduced in the first reference wind speed-terminated wind speed range V r1 - V out (S 1300). Specifically, the control device 20 reduces the rotational speed of the rotor from the first rated rotational speed n r1 to the second rated rotational speed n r2 . At this time, control to rapidly increase the torque in the same section can be performed simultaneously so that the power generation amount is not reduced due to the first rated rotation speed n r1 to be reduced.

즉, 도 2b를 참조하면, 풍속이 제1 기준 풍속(Vr1)에 도달한 시점에서는 종래 기술 및 제1 실시예에 따른 로터 회전속도와 토크가 동일하지만, 종단 풍속(Vout)에 가까워짐에 따라 실선으로 표시된 본 발명의 제1 실시예에 따른 토크가 점선으로 표시된 종래 기술에 따른 토크에 비하여 더 큰 값에 도달하는 것을 확인할 수 있다.That is, referring to FIG. 2B, at the time when the wind speed reaches the first reference wind speed V r1 , the rotor rotational speed and torque according to the prior art and the first embodiment are equal to each other, but approaches the termination wind speed V out It can be seen that the torque according to the first embodiment of the present invention indicated by the solid line reaches a larger value as compared with the torque according to the prior art indicated by the dotted line.

이에 따라, 본 발명의 제1 실시예의 경우, 풍속이 제1 기준 풍속-종단 풍속(Vr1 - Vout)인 구간에서 로터는 제1 정격 회전속도(nr1)보다 작은 제2 정격 회전속도(nr2)까지 감소함과 동시에 토크는 증가하므로, 과도한 회전속도로 인한 하중을 줄이면서도 증가된 토크에 의해 종래기술과 비슷한 발전량을 유지할 수 있다.Accordingly, in the first embodiment of the present invention, in the section where the wind speed is the first reference wind speed-termination wind speed (V r1 - V out ), the rotor rotates at the second rated rotation speed (n r1 ) n r2 ) and at the same time the torque is increased, so that the power generation amount similar to the prior art can be maintained by the increased torque while reducing the load due to the excessive rotation speed.

아울러, 본 발명의 제1 실시예의 경우에 풍속이 종단 풍속(Vout)에 도달한 경우에서 로터는 제1 정격 회전속도(nr1)보다 작은 제2 정격 회전속도(nr2)로 회전하므로, 풍속이 종단 풍속(Vout)을 넘어서는 일부 구간에서도 발전을 계속할 수 있어, 보다 더 많은 발전량을 얻을 수 있다는 장점이 있다.
Further, in the case of the first embodiment of the present invention, when the wind speed reaches the longitudinal wind speed V out , the rotor rotates at the second rated rotation speed n r2 , which is smaller than the first rated rotation speed n r1 , It is possible to continue to generate power even in a section where the wind speed exceeds the wind speed at the end (V out ), and thus it is possible to obtain more power generation.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도 및 토크의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도의 변화를 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 제어 방법에 포함된 각 단계를 순차적으로 도시한 순서도이다. 시작 풍속-제1 기준 풍속 구간(Vin - Vr1)에 대한 제어는 전술한 제1 실시예와 동일하므로 그에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.FIG. 2 is a graph showing changes in the rotor rotational speed and torque with respect to the wind speed in the wind power generator according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph showing changes in the wind speed in the wind power generator according to the third embodiment of the present invention FIG. 7 is a flowchart sequentially illustrating the steps included in the method of controlling the wind turbine generator according to the second and third embodiments of the present invention. Referring to FIG. The control of the start wind speed-first reference wind speed section (V in - V r1 ) is the same as that of the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted below.

구체적으로, 도 2a는 풍속에 대한 제2 실시예에서의 로터 회전속도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 2b는 로터 회전속도에 대한 제2 실시예에서의 토크의 변화를 나타낸 그래프이다. 점선은 제1 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 로터 회전속도 및 토크의 변화를 도시한 것이고, 실선은 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도의 변화를 도시한 것이다.Specifically, FIG. 2A is a graph showing changes in rotor rotational speed in the second embodiment with respect to the wind speed, and FIG. 2B is a graph showing changes in torque in the second embodiment with respect to the rotor rotational speed. The dotted line shows changes in the rotor rotational speed and torque in the wind power generator according to the first embodiment and the solid line shows the change in the rotor rotational speed with respect to the wind speed in the wind power generator according to the second embodiment of the present invention Respectively.

또한, 도 3a는 풍속에 대한 제3 실시예에서의 로터 회전속도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3b는 로터 회전속도에 대한 제3 실시예에서의 토크의 변화를 나타낸 그래프이다. 3A is a graph showing the change in rotor speed in the third embodiment with respect to the wind speed, and FIG. 3B is a graph showing a change in torque in the third embodiment with respect to the rotor rotation speed.

우선 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 풍력 발전 장치에 포함되는 제어 장치(20)는 풍속이 제1 기준 풍속(Vr1)에 도달한 것으로 판단되는 시점에서 실제 풍속 변화율을 연산한다(S1310). 연산된 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제1 풍속 변화율보다 작을수록 제2 기준 풍속(Vr2)을 증가시킬 수 있다(S1320). 반면, 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제1 풍속 변화율보다 클수록 제2 기준 풍속(Vr2)을 저감시킬 수 있다(S1320). 여기서, 제2 기준 풍속(Vr2)은 제1 기준 풍속-종단 풍속 구간 내에 위치하는 풍속으로서, 실제 풍속 변화율에 근거하여 산출되는 값일 수 있다.7, the control device 20 included in the wind power generator according to the second embodiment of the present invention calculates the actual wind speed change rate at a time when it is determined that the wind speed has reached the first reference wind velocity V r1 (S1310). The second reference wind speed V r2 can be increased as the calculated actual wind speed change rate is smaller than the predetermined first wind speed change rate at step S1320. On the other hand, the second reference wind speed V r2 can be reduced as the actual wind speed change rate is larger than the predetermined first wind speed change rate (S1320). Here, the second reference wind velocity V r2 may be a wind velocity located within the first reference wind speed-termination wind speed section and calculated based on the actual wind speed change rate.

풍속이 제1 기준 풍속(Vr1)에 도달한 시점에서 연산된 실제 풍속의 변화율이 크다는 것(도 3a 및 도 3b의 A 참조)은 바람의 속도가 동일한 시간 동안 비교적 급격하게 증가하고 있다는 것을 뜻하므로, 제2 기준 풍속(Vr2)을 작게함으로써 로터의 회전속도를 저감시키는 제어가 시작되는 시점을 보다 앞당겨 하중을 효과적으로 줄일 수 있다.The fact that the rate of change of the actual wind speed calculated at the time when the wind speed reaches the first reference wind speed (V r1 ) (see A in FIGS. 3A and 3B) means that the wind speed increases relatively rapidly during the same time Therefore, by reducing the second reference wind speed V r2, it is possible to shorten the time to start the control for reducing the rotational speed of the rotor to effectively reduce the load.

반대로, 제1 기준 풍속(Vr1)에서 연산되는 실제 풍속의 변화율이 작다는 것(도 3a 및 도 3b의 B 참조)은 바람의 속도가 동일한 시간 동안 비교적 완만하게 증가하고 있다는 것을 뜻한다. 따라서, 제2 기준 풍속(Vr2)을 크게함으로써 로터의 회전속도를 저감시키는 시점을 늦춤으로써, 실제 풍속의 변화율이 더 큰 경우에 비하여 더 많은 발전량을 얻을 수 있다.Conversely, the fact that the rate of change of the actual wind speed calculated in the first reference wind speed V r1 is small (see B in Figs. 3A and 3B) means that the wind speed is relatively slowly increasing during the same time. Therefore, by increasing the second reference wind speed V r2 , the rotational speed of the rotor is reduced to a lower value, so that a larger amount of power can be obtained as compared with a case where the rate of change of the actual wind speed is larger.

제2 기준 풍속(Vr2)에 대한 산출이 완료되면, 제어 장치(20)는 풍속이 제2 기준 풍속(Vr2)에 도달하였는지 여부를 판단한다(S1330). When the calculation of the second reference wind speed V r2 is completed, the controller 20 determines whether the wind speed has reached the second reference wind speed V r2 (S1330).

도 2a, 도 3a 및 도 7을 참조하면, 풍속이 제2 기준 풍속(Vr2)에 도달하지 않은 것으로 판단되면, 제어 장치(20)는 로터의 회전속도를 제1 정격 회전속도(nr1)로 유지한다(S1340). 이때, 제어 장치(20)는 제1 기준 풍속-제2 기준 풍속 구간(Vr1 - Vr2)에서 로터 회전속도가 제1 정격 회전속도(nr1)로 유지하면서 토크는 지속적으로 증가하도록 제어할 수 있다.2A, 3A, and 7, when it is determined that the wind speed does not reach the second reference wind speed V r2 , the controller 20 sets the rotation speed of the rotor to the first rated rotation speed n r1 , (S1340). At this time, the controller 20 controls the torque to continuously increase while maintaining the rotor rotational speed at the first rated rotational speed n r1 in the first reference wind speed-second reference wind speed range V r1 - V r2 .

만약, 풍속이 제2 기준 풍속(Vr2)에 도달하면, 풍속이 제2 기준 풍속-종단 풍속 구간(Vr2 - Vout)에서 로터의 회전속도를 제1 정격 회전속도(nr1)로부터 제2 정격 회전속도(nr2)까지 저감시킨다(S1350). If the wind speed reaches the second reference wind speed V r2 , the rotational speed of the rotor is decreased from the first rated rotational speed n r1 at the second reference wind speed-termination wind speed range V r2 - V out 2 to the rated rotational speed (n r2 ) (S1350).

한편, 도 2b에는 풍속이 종단 풍속(Vout)에 도달한 시점에서 제1 실시예의 토크와 제2 실시예의 토크가 동일한 것으로 도시되어 있고, 도 3b에는 풍속이 종단 풍속(Vout)에 도달한 시점에서 A 경우의 토크와 B 경우의 토크가 동일한 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 풍속, 풍속 변화율, 기온, 공기 밀도 또는 목표 발전량 등에 따라 서로 다른 값을 가지도록 제어할 수 있음은 당연하다.
On the other hand, Fig. 2b had a first embodiment of the torque to the second embodiment of the torque at the time when the wind speed reaches the end velocity (V out) is shown to be the same, Figure 3b is a wind speed is reached at the end velocity (V out) The torque of the A case and the torque of the B case are shown to be the same at the starting point of time, but the present invention is not limited thereto and it is of course possible to control them to have different values depending on the wind speed, the wind speed change rate, the air temperature, the air density, .

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도 및 토크의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 제어 방법에 포함된 각 단계를 순차적으로 도시한 순서도이다. FIG. 4 is a graph showing changes in the rotor rotational speed and torque with respect to the wind speed in the wind power generator according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. And FIG. 5 is a flowchart showing the steps sequentially included in the flowchart of FIG.

구체적으로, 도 4a는 풍속에 대한 제4 실시예에서의 로터 회전속도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 4b는 로터 회전속도에 대한 제4 실시예에서의 토크의 변화를 나타낸 그래프이다. 시작 풍속-제1 기준 풍속 구간(Vin - Vr1)에 대한 제어는 전술한 제1 내지 제3 실시예와 동일하므로 그에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.Specifically, FIG. 4A is a graph showing the change in rotor rotational speed in the fourth embodiment with respect to the wind speed, and FIG. 4B is a graph showing a change in torque in the fourth embodiment with respect to the rotor rotational speed. The control of the start wind speed-first reference wind speed section (V in - V r1 ) is the same as that of the first to third embodiments described above, and a description thereof will be omitted below.

도 4 및 8을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 풍력 발전 장치에 포함되는 제어 장치(20)는, 풍속이 제1 기준 풍속(Vr1)으로부터 제3 기준 풍속(Vr3)까지 증가하는 구간에서 로터의 제1 정격 회전속도(nr1)를 기 설정된 비율만큼(또는 기울기) 증가시킬 수 있다(S1220). 이때, 제3 기준 풍속(Vr3)은 제1 기준 풍속-종단 풍속 구간(Vr1 -Vout) 내에 위치하는 풍속을 의미한다. 제1 정격 회전속도(nr1)가 증가된 부분은 도 4a 및 도 4b에서 굵은 실선으로 도시되어 있다.Referring to FIGS. 4 and 8, the control device 20 included in the wind power generator according to the fourth embodiment of the present invention determines whether the wind speed varies from the first reference wind speed V r1 to the third reference wind speed V r3 The first rated rotational speed n r1 of the rotor may be increased by a predetermined ratio (or slope) in step S1220. At this time, the third reference wind speed V r3 means a wind velocity located within the first reference wind speed-termination wind speed range V r1 - V out . The portion where the first rated rotational speed n r1 is increased is shown by thick solid lines in Figs. 4A and 4B.

여기서, 기 설정된 비율은 단계 S1220 이전에, 로터의 회전속도에 따른 하중에 의한 손상이 발생하는 한계값 이하가 되는 값을 가지도록 제어 장치(20)에 의해 연산(S1210)된 것일 수 있다. Here, the predetermined ratio may be calculated (S1210) by the control device 20 so that the predetermined ratio is equal to or less than the threshold value at which damage due to the load due to the rotational speed of the rotor occurs before step S1220.

일 예로서, 제1 정격 회전속도(nr1)는 제1 기준 풍속-제3 기준 풍속 구간에서 제1 정격 회전속도(nr1)의 5~10%에 해당하는 속도만큼 증가시킬 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. In one example, the first rated rotational speed (n r1) is a first reference wind speed - but can be increased by a rate corresponding to 5-10% of the third reference first rated rotational speed (n r1) in the wind speed range, whereby But is not limited thereto.

제어 장치(20)는 풍속이 제3 기준 풍속(Vr3)에 도달하였는지 판단할 수 있다(S1230). 판단 결과 풍속이 제3 기준 풍속(Vr3)에 도달하면, 제3 기준 풍속-종단 풍속 구간(Vr3 - Vout)에서 로터의 회전속도를 상기 증가된 제1 정격 회전속도(nr1')로부터 제2 정격 회전속도(nr2)까지 저감시킬 수 있다(S1360).The control device 20 can determine whether the wind speed has reached the third reference wind speed V r3 (S1230). As a result of the determination, when the wind speed reaches the third reference wind speed V r3 , the rotational speed of the rotor at the third reference wind speed-termination wind speed range V r3 - V out is increased to the increased first rated speed n r1 ' To the second rated rotational speed n r2 (S1360).

이와 같은 본 발명의 제4 실시예에 따르면, 제1 기준 풍속-제3 기준 풍속 구간(Vr1 - Vr3)에서 로터의 회전속도를 제1 내지 제3 실시예에서의 제1 정격 회전속도(nr1)를 기준으로 소정 비율만큼 증가시켜 풍력 발전 장치의 발전량이 정격 출력까지 비교적 빠르게 도달하도록 제어함으로써 보다 많은 발전량을 얻을 수 있다는 장점이 있다.According to the fourth embodiment of the present invention, the rotational speed of the rotor at the first reference wind speed-the third reference wind velocity range V r1 - V r3 is set at the first rated rotational speed n r1 ) is increased by a predetermined ratio to control the amount of power generated by the wind power generator to reach a rated output relatively quickly, thereby obtaining a greater amount of power.

한편, 도 4b에는 풍속이 종단 풍속(Vout)에 도달한 시점에서 제1 실시예의 토크와 제4 실시예의 토크가 동일한 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 풍속, 풍속 변화율, 기온, 공기 밀도 또는 목표 발전량 등에 따라 서로 다른 값을 가지도록 제어할 수 있음은 당연하다.
4B, the torque of the first embodiment is the same as the torque of the fourth embodiment at the time when the wind speed reaches the longitudinal wind speed V out . However, the present invention is not limited to this, and the wind speed, the wind speed change rate, Or to have different values depending on the target power generation amount and the like.

도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 풍력 발전 장치에서의 풍속에 대한 로터 회전속도 및 토크의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 풍력 발전 장치의 제어 방법에 포함된 각 단계를 순차적으로 도시한 순서도이다.FIG. 5 is a graph showing changes in rotor rotational speed and torque with respect to wind speed in a wind power generator according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. And FIG. 5 is a flowchart showing the steps sequentially included in the flowchart of FIG.

구체적으로, 도 5a는 풍속에 대한 제5 실시예에서의 로터 회전속도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 로터 회전속도에 대한 제5 실시예에서의 토크의 변화를 나타낸 그래프이다. 시작 풍속-제1 기준 풍속 구간(Vin - Vr1)에 대한 제어는 전술한 제1 내지 제4 실시예와 동일하므로 그에 대한 설명은 이하 생략하기로 한다.Specifically, FIG. 5A is a graph showing a change in rotor rotational speed in the fifth embodiment with respect to the wind speed, and FIG. 5B is a graph showing a change in torque in the fifth embodiment with respect to the rotor rotational speed. The control of the starting wind speed-first reference wind speed section (V in - V r1 ) is the same as that of the first to fourth embodiments described above, and a description thereof will be omitted below.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 풍력 발전 장치에 포함되는 제어 장치(20)는 풍속이 제1 기준 풍속(Vr1)에 도달한 시점에서 연산된 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제2 풍속 변화율보다 클수록 상기 제2 정격 회전속도(nr2)를 작게 설정하는 제어를 수행한다(S1250).5A and 5B, the controller 20 included in the wind power generator according to the fifth embodiment of the present invention calculates the actual wind speed change rate calculated at the time when the wind speed reaches the first reference wind speed V r1 The second rated rotational speed n r2 is set to be smaller as the predetermined second rate of change of the wind speed is greater than the preset second rate of change of the wind speed in step S 1250.

구체적으로, 제어 장치(20)는 풍속이 제1 기준 풍속(Vr1)에 도달한 시점(즉, 로터가 제1 정격 회전속도인 시점)에서 연산된 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제2 풍속 변화율보다 작을수록 제2 정격 회전속도를 크게 설정(nr2 ')할 수 있다. 반면, 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제2 풍속 변화율보다 클수록 제2 정격 회전속도를 작게 설정(nr2 '')할 수 있다.Specifically, the controller 20 determines whether the actual wind speed change rate calculated at the time when the wind speed reaches the first reference wind speed V r1 (i.e., when the rotor is at the first rated rotation speed) The second rated rotational speed can be set to a large value (n r2 ' ). On the other hand, the second rated rotational speed can be set to be smaller (n r2 '' ) as the actual wind speed change rate is larger than the predetermined second wind speed change rate.

제1 기준 풍속(Vr1)에서 연산되는 실제 풍속의 변화율이 크다는 것(도 5의 C 그래프 참조)은 바람의 속도가 동일한 시간 동안 비교적 급격하게 증가하고 있다는 것을 뜻한다. 이 경우, 제2 정격 회전속도가 상대적으로 작은 값(nr2 '')을 갖도록 설정함으로써 로터의 회전속도가 저감되는 기울기를 비교적 크게 하여 로터 정지 시 관성에 의한 하중을 단시간 내에 분산할 수 있다.The large rate of change of the actual wind speed calculated at the first reference wind speed (V r1 ) (see graph C in FIG. 5) means that the wind speed is increasing relatively rapidly during the same time. In this case, by setting the second rated rotational speed to have a relatively small value (n r2 '' ), the inclination at which the rotational speed of the rotor is reduced can be relatively increased, and the load due to inertia can be dispersed within a short period of time at the time of stopping the rotor.

반대로, 제1 기준 풍속(Vr1)에서 연산되는 실제 풍속의 변화율이 작다는 것(도 5의 D 그래프 참조)은 바람의 속도가 동일한 시간 동안 비교적 완만하게 증가하고 있다는 것을 뜻한다. 이 경우, 제2 정격 회전속도가 상대적으로 큰 값(nr2 ')을 갖도록 설정하여 로터의 회전속도가 저감되는 기울기를 비교적 작게 함으로써, 실제 풍속의 변화율이 더 큰 경우에 비하여 동일한 토크에서 더 많은 발전량을 얻을 수 있다. 또한, 실제 풍속의 변화율이 큰 경우(도 5의 C 그래프 참조)에는 실제 풍속의 변화율이 작은 경우(도 5의 D 그래프 참조)보다 종단 풍속(Vout)까지 토크를 더 많이 증가시켜 회전속도의 저감에 따라 발전량이 줄어드는 것을 보상할 수 있다.
Conversely, the fact that the rate of change of the actual wind speed calculated in the first reference wind speed V r1 is small (see the graph D in FIG. 5) means that the wind speed is relatively slowly increasing over the same time. In this case, by setting the second rated rotational speed to have a relatively large value ( nr2 ' ) and reducing the slope of the rotational speed of the rotor to be relatively small, it is possible to obtain more The power generation amount can be obtained. Further, when the rate of change of the actual wind speed is large (see the graph C of FIG. 5), the torque is further increased to the terminal wind speed V out than when the rate of change of the actual wind speed is small Reductions in power generation can be compensated for by the reduction.

이상에서 기재된 "포함하다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. It is to be understood that the term "comprising" and / or " comprising " as used herein means that the constituent element may be implanted unless specifically stated to the contrary, .

위에서 설명된 본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 이들에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정 및 변경을 가할 수 있을 것이며, 이러한 수정 및 변경은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
The embodiments of the present invention described above are disclosed for the purpose of illustration, and the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

10: 로터
11: 블레이드
20: 제어 장치
Vin: 시작 풍속
Vr1: 제1 기준 풍속
Vr2: 제2 기준 풍속
Vr3: 제3 기준 풍속
Vout: 종단 풍속
nin: 시동 회전속도
nr1: 제1 정격 회전속도
nr2: 제2 정격 회전속도10: Rotor
11: Blade
20: Control device
V in : Start wind speed
V r1 : first reference wind speed
V r2 : second reference wind speed
V r3 : Third baseline wind speed
V out : termination wind speed
n in : Starting rotation speed
n r1 : first rated rotational speed
n r2 : second rated rotational speed

Claims (16)

복수의 블레이드가 구비되어 바람에 의해 회전하는 로터의 회전력을 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전 장치에 있어서,
풍속이 증가함에 따라 상기 로터의 회전속도가 증가하여 기 설정된 제1 정격 회전속도에 도달한 시점의 풍속인 제1 기준 풍속으로부터 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 상기 제1 정격 회전속도로부터 제2 정격 회전속도까지 저감시키는 제어를 수행하는 제어 장치;
를 포함하는, 풍력 발전 장치.
1. A wind turbine generator comprising a plurality of blades and converting the rotational force of a rotor rotating by wind into electric energy,
The rotational speed of the rotor increases from the first reference wind speed, which is the wind speed at the time when the rotational speed of the rotor reaches the first predetermined rated rotational speed to the terminal wind speed, as the wind speed increases, A control device for performing control to reduce the speed to a second rated rotation speed;
And the wind turbine generator.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는,
풍속이 상기 제1 기준 풍속과 상기 종단 풍속 사이에 위치하는 제2 기준 풍속에 도달하지 않으면 상기 로터의 회전속도를 제1 정격 회전속도로 유지하고, 풍속이 상기 제2 기준 풍속에 도달하면 상기 제2 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 저감시키는, 풍력 발전 장치.
The method according to claim 1,
The control device includes:
If the wind speed does not reach a second reference wind speed that is located between the first reference wind speed and the terminal wind speed, the rotation speed of the rotor is maintained at a first rated rotation speed, and when the wind speed reaches the second reference wind speed, And the rotational speed of the rotor is reduced in a section where the reference wind speed is increased from the reference wind speed to the terminal wind speed.
제2항에 있어서,
상기 제어 장치는,
풍속이 상기 제1 기준 풍속에 도달한 시점에서 연산된 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제1 풍속 변화율보다 작을수록 상기 제2 기준 풍속을 증가시키고,
상기 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제1 풍속 변화율보다 클수록 상기 제2 기준 풍속을 저감시키는, 풍력 발전 장치.
3. The method of claim 2,
The control device includes:
The second reference wind speed is increased as the actual wind speed variation rate calculated at the time when the wind speed reaches the first reference wind speed is smaller than the predetermined first wind speed variation rate,
Wherein the second reference wind speed is reduced as the actual wind speed change rate is greater than a predetermined first wind speed change rate.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는,
풍속이 상기 제1 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속보다 작은 제3 기준 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 제1 정격 회전속도를 기 설정된 기울기로 증가시키고,
풍속이 상기 제3 기준 풍속에 도달하면, 풍속이 상기 제3 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 상기 증가된 제1 정격 회전속도로부터 제2 정격 회전속도까지 저감시키는, 풍력 발전 장치.
The method according to claim 1,
The control device includes:
Increases the first rated rotational speed of the rotor to a predetermined slope in a section where the wind speed increases from the first reference wind speed to a third reference wind speed that is smaller than the terminal wind speed,
When the wind speed reaches the third reference wind speed, the rotational speed of the rotor is reduced from the increased first rated rotational speed to the second rated rotational speed in a region where the wind speed increases from the third reference wind speed to the terminal wind speed , Wind power equipment.
제4항에 있어서,
상기 제어 장치는,
로터의 회전속도에 따른 하중에 의한 손상이 발생하는 한계값 이하가 되도록 상기 제3 기준 풍속을 연산하는, 풍력 발전 장치.
5. The method of claim 4,
The control device includes:
And the third reference wind speed is calculated so that the third reference wind speed is equal to or less than a limit value at which damage due to a load due to the rotational speed of the rotor occurs.
제4항에 있어서,
상기 제어 장치는,
풍속이 상기 제1 기준 풍속부터 상기 제3 기준 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 제1 정격 회전속도를 5~10% 증가시키는, 풍력 발전 장치.
5. The method of claim 4,
The control device includes:
And increases the first rated rotational speed of the rotor by 5 to 10% in a region where the wind speed increases from the first reference wind speed to the third reference wind speed.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는,
풍속이 상기 제1 기준 풍속에 도달한 시점에서 연산된 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제2 풍속 변화율보다 클수록 상기 제2 정격 회전속도를 작게 설정하는, 풍력 발전 장치.
The method according to claim 1,
The control device includes:
And sets the second rated rotational speed smaller as the actual wind speed change rate calculated at the time when the wind speed reaches the first reference wind speed is greater than a predetermined second wind speed change rate.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 제2 정격 회전속도가 상기 제1 정격 회전속도의 90~95% 범위 내에 속하도록 저감하는, 풍력 발전 장치.The method according to claim 1,
The control device includes:
And the second rated rotational speed is reduced to fall within a range of 90 to 95% of the first rated rotational speed. 복수의 블레이드가 구비되어 바람에 의해 회전하는 로터의 회전력을 전기 에너지로 변환하는 풍력 발전 장치를 제어하는 방법에 있어서,
제어가 시작되면, 풍속의 증가에 대응하여 정지 또는 최소 회전속도로 회전하는 상기 로터의 회전속도를 증가시키는 제1 단계;
풍속이, 상기 로터의 회전속도가 기 설정된 제1 정격 회전속도에 도달한 시점의 풍속인 제1 기준 풍속에 도달하였는지 판단하는 제2 단계; 및
상기 제1 기준 풍속에 도달한 것으로 판단되면, 풍속이 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 상기 제1 정격 회전속도로부터 제2 정격 회전속도까지 저감시키는 제어를 수행하는 제3 단계;
를 포함하는, 풍력 발전 장치의 제어방법.
1. A method for controlling a wind power generator having a plurality of blades to convert rotational force of a rotor rotating by wind into electric energy,
A first step of increasing the rotational speed of the rotor rotating at a stop or a minimum rotational speed corresponding to an increase in the wind speed when the control starts;
A second step of determining whether the wind speed has reached a first reference wind speed, which is a wind speed at a time point when the rotational speed of the rotor reaches a predetermined first rated rotational speed; And
A third step of performing control to reduce the rotational speed of the rotor from the first rated rotational speed to the second rated rotational speed in a section where the wind speed is increased to the terminal wind speed when it is determined that the first reference rotational speed has been reached;
And controlling the wind turbine.
제9항에 있어서,
상기 제3 단계는,
풍속이 상기 제1 기준 풍속과 상기 종단 풍속의 사이에 위치하는 제2 기준 풍속에 도달하였는지 판단하는 제3-1 단계; 및
풍속이 상기 제2 기준 풍속에 도달하지 않은 경우 상기 로터의 회전속도를 상기 제1 정격 회전속도로 유지하고, 풍속이 상기 제2 기준 풍속에 도달한 경우 상기 제2 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 상기 제1 정격 회전속도로부터 제2 정격 회전속도까지 저감시키는 제3-2 단계;
를 포함하는, 풍력 발전 장치의 제어방법.
10. The method of claim 9,
In the third step,
A third step of determining whether the wind speed has reached a second reference wind speed located between the first reference wind speed and the terminal wind speed; And
When the wind speed does not reach the second reference wind speed, the rotational speed of the rotor is maintained at the first rated rotational speed, and when the wind speed reaches the second reference wind speed, the second reference wind speed (3-2) reducing the rotation speed of the rotor from the first rated rotation speed to the second rated rotation speed in a period in which the first rated rotation speed is lower than the first rated rotation speed;
And controlling the wind turbine.
제10항에 있어서,
상기 제3 단계는,
풍속이 상기 제1 기준 풍속에 도달한 시점에서 실제 풍속 변화율을 연산하는 단계; 및
상기 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제1 풍속 변화율보다 작을수록 상기 제2 기준 풍속을 증가시키고, 상기 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제1 풍속 변화율보다 클수록 상기 제2 기준 풍속을 저감시키는 단계;
를 더 포함하는, 풍력 발전 장치의 제어방법.
11. The method of claim 10,
In the third step,
Calculating an actual wind speed change rate at a time point when the wind speed reaches the first reference wind speed; And
Increasing the second reference wind speed as the actual wind speed change rate is smaller than a predetermined first wind speed change rate and reducing the second reference wind speed as the actual wind speed change rate is greater than a predetermined first wind speed change rate;
Further comprising the steps of:
제9항에 있어서,
상기 제2 단계는, 풍속이 상기 제1 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속보다 작은 제3 기준 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 제1 정격 회전속도를 기 설정된 기울기로 증가시키는 단계; 및
풍속이 상기 제3 기준 풍속에 도달하였는지 판단하는 단계;
를 더 포함하고,
상기 제3 단계는, 풍속이 상기 제3 기준 풍속에 도달하면 상기 제3 기준 풍속으로부터 상기 종단 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 회전속도를 상기 증가된 제1 정격 회전속도로부터 제2 정격 회전속도까지 저감시키는, 풍력 발전 장치의 제어방법.
10. The method of claim 9,
Increasing the first rated rotational speed of the rotor to a predetermined slope in a section where the wind speed increases from the first reference wind speed to a third reference wind speed that is less than the terminal wind speed; And
Determining whether the wind speed has reached the third reference wind speed;
Further comprising:
Wherein the third step includes changing the rotation speed of the rotor from the increased first rated rotation speed to the second rated rotation speed in a section where the wind speed increases from the third reference wind speed to the terminal wind speed when the wind speed reaches the third reference wind speed Of the wind turbine.
제12항에 있어서,
상기 제2 단계는,
로터의 회전속도에 따른 하중에 의한 손상이 발생하는 한계값 이하가 되도록 상기 제3 기준 풍속을 연산하는 단계;
를 더 포함하는, 풍력 발전 장치의 제어방법.
13. The method of claim 12,
The second step comprises:
Computing the third reference wind speed so that the third reference wind speed is less than or equal to a limit value at which damage due to a load due to a rotational speed of the rotor occurs;
Further comprising the steps of:
제12항에 있어서,
상기 제3 단계는,
풍속이 상기 제1 기준 풍속부터 상기 제3 기준 풍속까지 증가하는 구간에서 상기 로터의 제1 정격 회전속도를 5~10% 증가시키는, 풍력 발전 장치의 제어방법.
13. The method of claim 12,
In the third step,
Wherein the first rated rotational speed of the rotor is increased by 5 to 10% in a section where the wind speed increases from the first reference wind speed to the third reference wind speed.
제9항에 있어서,
상기 제2 단계는,
풍속이 상기 제1 기준 풍속에 도달한 시점에서 실제 풍속 변화율을 연산하는 단계; 및
상기 실제 풍속 변화율이 기 설정된 제2 풍속 변화율보다 클수록 상기 제2 정격 회전속도를 작게 설정하는 단계;
더 를 포함하는, 풍력 발전 장치의 제어방법.
10. The method of claim 9,
The second step comprises:
Calculating an actual wind speed change rate at a time point when the wind speed reaches the first reference wind speed; And
Setting the second rated rotational speed smaller as the actual wind speed change rate is greater than a predetermined second wind speed change rate;
Further comprising the step of controlling the wind turbine.
제9항에 있어서,
상기 제3 단계는,
상기 제2 정격 회전속도가 상기 제1 정격 회전속도의 90~95% 범위 내에 속하도록 저감하는, 풍력 발전 장치의 제어방법.10. The method of claim 9,
In the third step,
So that the second rated rotational speed falls within a range of 90 to 95% of the first rated rotational speed.
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