KR20160046147A - Velocity control method and system in wind power generator - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a velocity control system for a wind power generator and a method thereof which can induce weight reduction of the wind power generator by controlling a power generation operation of the wind power generator preemptively by detecting an acceleration due to rotation of a blade rotating according to wind power, when rapid wind velocity change is generated by a gust or a typhoon in the wind power generator. The velocity control system for the wind power generator according to the present invention includes: the blade providing rotary force by wind power; a power generation part generating power using the rotary force provided from the blade; a velocity detection part which detects the acceleration by differentiating the rotation velocity of the power generation part; and a control part which controls to stop the power generation operation of the power generation part when the acceleration detected by the velocity detection part increases over a fixed reference value due to the rapid wind power change.

Description

풍력 발전기 속도 제어 시스템 및 방법{Velocity control method and system in wind power generator}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wind power generator,

본 발명은 풍력 발전기 속도 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 풍력 발전기에서 돌풍이나 태풍에 의해 급속한 풍속 변화가 발생할 때, 풍력에 따라 회전하는 블레이드의 회전에 의한 가속도를 검출하여 선제적으로 풍력 발전기의 발전 동작을 제어함으로써 풍력 발전기의 하중 저감을 유도할 수 있도록 하는 풍력 발전기 속도 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a wind turbine speed control system and method, and more particularly, to a wind turbine speed control system and method, and more particularly, to a wind turbine speed control system and method for detecting a wind turbine speed change in a wind turbine, And more particularly, to a wind power generator speed control system and method for controlling a power generation operation of a generator so as to induce load reduction of the wind power generator.

일반적으로 풍력 발전기는 바람 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 발전기로써, 자연적인 바람에 의한 대형 블레이드의 회전력을 전기 에너지로 전환할 수 있도록 구성된다.Generally, a wind power generator is a generator that generates electricity using wind energy, and is configured to convert the rotational force of a large blade due to natural wind into electric energy.

이때, 블레이드는 풍력 발전기의 가장 핵심 구성품으로써, 바람 에너지를 회전력으로 전환하여 발전기를 구동하는 역할을 한다.At this time, the blade is the most important component of the wind power generator, and it plays the role of driving the generator by converting wind energy into rotational power.

특히, 블레이드는 단면과 바람이 이루는 받음각에 따라 블레이드에 작용하는 하중이나 로터면에서 발생하는 출력의 양과 하중이 달라지게 된다. 이로 인해, 종래에는 블레이드의 전체 피치 제어를 통해 로터면에서 발생되는 출력과 하중의 제어가 이루어질 수 있도록 하고 있다. Particularly, the amount of the load acting on the blades or the output of the rotor varies depending on the angle of attack between the cross section and the wind. Thus, conventionally, the output and the load generated on the rotor surface can be controlled through the control of the overall pitch of the blades.

즉, 저풍속 상태일 경우 높은 받음각이 되도록 함으로써 보다 높은 출력이 생산될 수 있도록 하고, 고풍속 상태일 경우 낮은 받음각이 되도록 함으로써 정격 출력을 생산할 수 있도록 한 것이다. 이때, 받음각은 블레이드의 에어포일(airfoil)이 이루는 시위선(wing chord line)과 블레이드의 주위를 흐르는 자유류가 이루는 상대각을 의미한다.That is, in the case of a low wind speed state, a high output can be produced by a high angle of attack, and a low output angle can be produced by a low wind angle in a high wind speed state. At this time, the angle of attack refers to the relative angle between the wing chord line formed by the airfoil of the blade and the free flow flowing around the blade.

한편, 풍력 발전기를 제어할 때는 발전기의 속도, 출력 값을 사용한다. 설정한 기준값을 초과할 때 제어에서 정한 조건에 따라 풍력 발전기를 정지시킴으로써 제품의 건전성을 유지하고 있다.On the other hand, when controlling the wind turbine generator, the speed and output value of the generator are used. When the set reference value is exceeded, the wind turbine generator is stopped according to the conditions set by the control, thereby maintaining the soundness of the product.

그런데, 태풍과 같이 급격한 풍속 변화로 인해 발전기의 속도가 빠르게 증가하는 경우, 블레이드의 회전력이 급속하게 증가하게 되고, 풍속이 늘어났을 때의 과잉한 회전 상승은 풍력 발전기의 고장 및 파괴로 이어질 가능성이 있다.However, if the speed of the generator increases rapidly due to a sudden change in wind speed like a typhoon, the rotational force of the blade rapidly increases, and the excessive increase in rotation when the wind speed increases may lead to failure or destruction of the wind power generator have.

따라서, 급격한 풍속 변화가 발생할 때 선제적으로 풍력 발전기를 정지시킴으로써 해당 조건에서 풍력 발전기의 하중 저감을 유도할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
Therefore, there is a need for a technique capable of inducing a load reduction of a wind turbine under such conditions by stopping the wind turbine generator in advance when a sudden change in wind speed occurs.

국제 공개특허공보 제WO 2012/130761호(국제공개일 : 2012년10월04일)International Patent Publication No. WO 2012/130761 (International Publication Date: October 04, 2012)

전술한 요구사항에 부응하기 위한 본 발명의 목적은, 풍력 발전기에서 돌풍이나 태풍에 의해 급속한 풍속 변화가 발생할 때, 풍력에 따라 회전하는 블레이드의 회전에 의한 가속도를 검출하여 선제적으로 풍력 발전기의 발전 동작을 제어함으로써 풍력 발전기의 하중 저감을 유도할 수 있도록 하는 풍력 발전기 속도 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a wind turbine generator for detecting the acceleration due to rotation of a rotating blade in accordance with a wind force when a rapid wind speed change occurs due to a wind or a typhoon in a wind turbine, And controlling the operation of the wind turbine so as to induce a load reduction of the wind turbine generator.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력에 의한 회전력을 제공하는 블레이드; 상기 블레이드로부터 제공된 회전력을 이용하여 발전하는 발전부; 상기 발전부의 회전 속도를 미분하여 가속도를 검출하는 속도 검출부; 및 상기 속도 검출부에 의해 검출된 가속도가 급격한 풍속 변화로 일정 기준값 이상으로 증가하는 경우에 상기 발전부의 발전 동작이 정지되도록 제어하는 제어부를 포함하는 풍력 발전기 속도 제어 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a blade for providing rotational force by a wind force; A power generating unit generating power using a rotational force provided from the blade; A speed detector for detecting the acceleration by differentiating the rotational speed of the power generator; And a control unit for controlling the power generating unit to stop generating power when the acceleration detected by the velocity detecting unit increases to a predetermined reference value or more due to sudden change in wind speed.

또한, 상기 속도 검출부는 상기 발전부에 구비된 필터부의 시간에 따른 성능 변화를 나타내는 필터 타임(Filter Time)을 이용하여 가속도를 검출하게 된다.In addition, the velocity detector detects acceleration using a filter time that indicates a change in performance of the filter unit provided in the power unit over time.

또한, 상기 제어부는 상기 발전부의 필터값에 따른 스톱 로직(Stop Logic)에 따라 상기 발전부의 발전 동작을 정지시키게 된다.In addition, the control unit stops the power generation operation of the power generation unit according to a stop logic according to a filter value of the power generation unit.

또한, 상기 스톱 로직(Stop Logic)은 상기 발전부에 있는 터빈의 회전 동작을 정지시키기 위해, 각 회전 속도(Speed)에 따라 각각의 정지 단계로 구분하고, 각 정지 단계에 따라 각각의 정지 동작을 수행하게 된다.In order to stop the rotation operation of the turbine in the power generation section, the stop logic is divided into respective stop stages according to the respective rotation speeds, and each stop operation is performed according to each stop stage. .

그리고, 상기 스톱 로직은, 제1 정지 단계, 제2 정지 단계, , 제n 정지 단계로 구분하고, 상기 제1 정지 단계에서는 에어 브레이크(Air Brake)로 정지 동작을 수행하고, 상기 제2 정지 단계에서는 블레이드의 각도를 조정해 정지 동작을 수행하거나, 상기 제3 정지 단계에서는 샤프트를 제어해 정지 동작을 수행하거나, 상기 제n 정지 단계에서는 브레이크 패드를 제어해 정지 동작을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
The stop logic is divided into a first stop step, a second stop step, and an n-th stop step. In the first stop step, a stop operation is performed by an air brake, May include performing a stop operation by adjusting the angle of the blade, performing a stop operation by controlling the shaft in the third stop step, or performing a stop operation by controlling the brake pads in the n-th stop step .

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 블레이드, 속도 검출부, 발전부 및 제어부를 포함하는 풍력 발전기의 속도 제어 방법으로서, (a) 상기 블레이드가 풍력에 의한 회전력을 제공하는 단계; (b) 상기 발전부가 상기 블레이드로부터 제공된 회전력을 이용하여 발전하는 단계; (c) 상기 속도 검출부가 상기 발전부의 회전 속도를 미분하여 가속도를 검출하는 단계; 및 (d) 상기 제어부가 상기 검출된 가속도가 급격한 풍속 변화로 일정 기준값 이상으로 증가하는 경우에 상기 발전부의 발전 동작이 정지되도록 제어하는 단계를 포함하는 풍력 발전기 속도 제어 방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a speed control method for a wind turbine including a blade, a speed detector, a power generator, and a control unit, the method comprising: (a) step; (b) generating power by using a rotational force provided from the blade; (c) the speed detector detects the acceleration by differentiating the rotational speed of the power generator; And (d) controlling the power generator to stop generating power when the control unit increases the detected acceleration to a sudden change in the wind speed to a predetermined reference value or more.

또한, 상기 (c) 단계에서 상기 속도 검출부는 상기 발전부에 구비된 필터부의 시간에 따른 성능 변화를 나타내는 필터 타임(Filter Time)을 이용하여 가속도를 검출하게 된다.In the step (c), the velocity detector detects the acceleration using a filter time indicating a change in performance of the filter unit provided in the power generation unit with time.

또한, 상기 (d) 단계에서 상기 제어부는 상기 발전부의 필터값에 따른 스톱 로직(Stop Logic)에 따라 상기 발전부의 발전 동작을 정지시키게 된다.In the step (d), the control unit stops the power generation operation of the power generation unit according to a stop logic according to the filter value of the power generation unit.

또한, 상기 스톱 로직(Stop Logic)은 상기 발전부에 있는 터빈의 회전 동작을 정지시키기 위해, 각 회전 속도(Speed)에 따라 각각의 정지 단계로 구분하고, 각 정지 단계에 따라 각각의 정지 동작을 수행할 수 있다In order to stop the rotation operation of the turbine in the power generation section, the stop logic is divided into respective stop stages according to the respective rotation speeds, and each stop operation is performed according to each stop stage. Can do it

그리고, 상기 스톱 로직은, 제1 정지 단계, 제2 정지 단계, , 제n 정지 단계로 구분하고, 상기 제1 정지 단계에서는 에어 브레이크(Air Brake)로 정지 동작을 수행하고, 상기 제2 정지 단계에서는 블레이드의 각도를 조정해 정지 동작을 수행하거나, 상기 제3 정지 단계에서는 샤프트를 제어해 정지 동작을 수행하거나, 상기 제n 정지 단계에서는 브레이크 패드를 제어해 정지 동작을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
The stop logic is divided into a first stop step, a second stop step, and an n-th stop step. In the first stop step, a stop operation is performed by an air brake, May include performing a stop operation by adjusting the angle of the blade, performing a stop operation by controlling the shaft in the third stop step, or performing a stop operation by controlling the brake pads in the n-th stop step .

본 발명에 의하면, 태풍과 같이 급격한 풍속 변화로 인해 발전기의 속도가 빠르게 증가하는 경우에, 선제적으로 풍력 발전기를 정지시킴으로써 해당 조건에서 풍력 발전기의 하중 저감을 유도할 수 있다.According to the present invention, when the speed of a generator increases rapidly due to a sudden change in wind speed such as a typhoon, the load of the wind power generator can be reduced under the corresponding conditions by preliminarily stopping the wind power generator.

따라서, 급격한 풍속 변화로 블레이드의 회전력이 급속하게 증가하게 될 때, 풍력 발전기의 발전 동작을 일시적으로 정지시키게 됨으로써 풍력 발전기의 고장 및 파괴를 미연에 방지할 수 있다.
Therefore, when the rotational force of the blade is rapidly increased due to a sudden change in wind speed, the power generation operation of the wind power generator is temporarily stopped, thereby preventing the breakdown and failure of the wind power generator in advance.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기 속도 제어 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기의 외관 구조 및 블레이드 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 블레이드의 외관 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기 속도 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 돌풍에 의해 발전부의 회전 가속도가 갑자기 증가하는 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발전부의 기능 블록을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 저역필터를 이용하여 예측 오차를 구분하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 발전부의 실제 출력과 출력 예측으로부터 발생한 출력 예측 오차가 저역필터를 통과하여 에너지 저장 장치와 전력 계통부 내의 발전설비에 할당되는 예를 나타낸 도면이다.1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a wind turbine speed control system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an outer structure and a blade structure of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing an outer structure of a blade according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a method of controlling a speed of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing an example in which the rotation acceleration of the power generation portion is suddenly increased by a gust according to an embodiment of the present invention.
6 is a functional block diagram of a power generation unit according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a process of classifying prediction errors using a low-pass filter according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an example in which an output prediction error generated from an actual output and an output prediction of a power generation unit according to an embodiment of the present invention is passed through a low-pass filter and allocated to an energy storage device and a power generation facility in a power system section.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that it is not intended to be limited to the particular embodiments of the invention but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명에 따른 풍력 발전기 속도 제어 시스템 및 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Embodiments of a wind turbine speed control system and method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components will be denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기 속도 제어 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a wind turbine speed control system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 풍력 발전기 속도 제어 시스템(100)은, 블레이드(110), 속도 검출부(120), 발전부(130), 제어부(140) 및 전력 계통부(150)를 포함한다.1, a wind turbine speed control system 100 according to the present invention includes a blade 110, a speed detection unit 120, a power generation unit 130, a control unit 140, and a power system unit 150 do.

블레이드(110)는 바람에 의한 풍력에 따라 회전하게 되고, 그 회전에 따른 회전력을 제공한다. The blade 110 is rotated in accordance with the wind force by the wind and provides a rotational force according to the rotation.

즉, 블레이드(110)는 바람 에너지를 회전력으로 전환하여 발전부(130)에 전달하고, 허브(112)의 둘레 면을 따라 방사 방향을 향해 설치된다. 따라서, 발전부(130)는 그 회전력을 제공받아 발전 동작을 수행할 수 있도록 하는 역할을 한다.That is, the blade 110 converts the wind energy into rotational force and transmits it to the power generation unit 130, and is installed in the radial direction along the circumferential surface of the hub 112. Therefore, the power generation unit 130 is provided with the rotational force to perform the power generation operation.

여기서, 블레이드(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 허브(112)에 다수 개로 연결된 구조를 이룬다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기의 외관 구조 및 블레이드 구조를 나타낸 도면이다. 도 2에서, 풍력 발전기는 블레이드(110)가 바람의 영향에 의해 회전되면서 그 회전력을 이용해 전기 에너지를 발생시키는 일련의 구성으로써, 허브(112) 및 복수의 블레이드(110)를 포함한다. 블레이드(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 루트(root) 부위(310)로부터 팁(tip) 부위(320)에 이르기까지 점진적으로 축소되는 형상으로 형성됨과 더불어 각 부위별 단면은 에어포일(airfoil)의 형상을 이루도록 형성된다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 블레이드의 외관 구조를 나타낸 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이 블레이드(110)의 각 부위 중 뒷전(trailling edge) 부위에는 장착홈이 요입 형성될 수 있다.Here, the plurality of blades 110 are connected to the hub 112 as shown in FIG. FIG. 2 is a view showing an outer structure and a blade structure of a wind turbine according to an embodiment of the present invention. 2, the wind turbine includes a hub 112 and a plurality of blades 110, as a series of configurations in which the blade 110 is rotated by the influence of the wind to generate electrical energy using its rotational force. The blade 110 is formed in such a shape as to gradually decrease from the root portion 310 to the tip portion 320 as shown in Fig. 3, and the cross section of each portion is formed by an airfoil As shown in Fig. FIG. 3 is a view showing an outer structure of a blade according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, a mounting groove may be recessed in a trailing edge portion of each portion of the blade 110.

속도 검출부(120)는 블레이드(110)가 바람에 따라 회전하여 발전부(130)에 회전력을 제공하는 경우, 발전부(130)가 그 회전력으로 터빈을 돌려 발전 동작을 수행함에 따른 회전 속도가 증가할 때, 그 회전 속도를 미분하여 회전 가속도를 검출한다. When the blade 110 rotates according to the wind to provide the rotational force to the generator 130, the rotational speed of the generator 130 is increased by rotating the turbine with the rotational force, , The rotation speed is differentiated to detect the rotation acceleration.

제어부(140)는 갑작스런 돌풍으로 속도 검출부(120)에 의해 검출된 회전 가속도가 일정 기준값 이상으로 증가하는 경우에, 발전부(130)의 발전 동작이 정지되도록 제어한다.The control unit 140 controls the power generation unit 130 to stop generating power when the rotation acceleration detected by the speed detection unit 120 increases to a predetermined reference value or higher due to a sudden blast.

이때, 제어부(140)는 필터값에 따른 스톱 로직(Stop Logic)에 따라 발전부(130)의 터빈의 회전을 중지시켜 발전 동작을 정지시키게 된다.At this time, the control unit 140 stops the rotation of the turbine of the power generation unit 130 according to the stop logic according to the filter value to stop the power generation operation.

전력 계통부(150)는 발전부(130)에서 발생된 전력 에너지를 전력 계통에 공급한다.
The power system unit 150 supplies the power system generated by the power generation unit 130 to the power system.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전기 속도 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.4 is a flowchart illustrating a method of controlling a speed of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 풍력 발전기 속도 제어 시스템(100)은, 먼저 블레이드(110)가 바람에 의해 회전하여 회전력을 제공한다(S410).Referring to FIG. 4, in the wind turbine speed control system 100 according to the present invention, the blade 110 is rotated by wind to provide rotational force (S410).

이에, 발전부(130)가 블레이드(110)의 회전력에 따라 발전 동작을 실행하게 된다.Thus, the power generation section 130 performs the power generation operation in accordance with the rotational force of the blade 110. [

즉, 발전부(130)는 블레이드(110)에 의한 회전력을 통해 터빈을 회전시키고, 그 회전력을 이용해 전기 에너지를 발생시킨다. That is, the power generator 130 rotates the turbine through the rotational force of the blade 110, and generates electric energy using the rotational force.

이때, 갑자기 돌풍이 발생하게 되면, 일반적인 풍력에 의해 터빈이 회전하여 발생하는 회전 가속도보다 갑작스런 돌풍에 의해 발생되는 급격한 풍속 변화로 도 5에 도시된 바와 같이 회전 가속도가 일정 기준값 이상으로 갑자기 증가하는 현상이 발생한다.At this time, when a sudden blast occurs, sudden increase in wind speed rather than rotation acceleration caused by rotation of the turbine due to general wind power causes sudden increase in rotation acceleration beyond a predetermined reference value as shown in FIG. 5 Lt; / RTI >

이어, 속도 검출부(120)는 블레이드(110)의 회전력 제공에 따른 발전부(130)의 회전 가속도를 검출한다(S420).Next, the speed detector 120 detects the rotation acceleration of the power generator 130 according to the rotation force of the blade 110 (S420).

즉, 속도 검출부(120)는 필터 타임(Filter Time)을 이용하여 블레이드(110)의 회전력 제공에 따른 발전부(130)의 터빈 회전에 따른 회전 속도를 미분하여 회전 가속도를 검출하게 된다.That is, the speed detector 120 detects the rotational acceleration by differentiating the rotational speed according to the turbine rotation of the power generator 130 according to the rotational force of the blade 110 using the filter time.

여기서, 태풍이나 돌풍과 같이 급하고 강한 바람이 순간적으로 강력하게 부는 경우에, 갑작스런 강한 풍력에 의해 블레이드(110)의 회전력이 갑자기 커지게 되고, 그 회전력을 전달받은 발전부(130)는 터빈이 갑자기 급하게 회전하게 됨에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 그 회전력에 의한 회전 가속도가 기준값 이상으로 증가하게 된다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 돌풍에 의해 발전부의 회전 가속도가 갑자기 증가하는 예를 나타낸 도면이다. 도 5에서, 블레이드(110)의 회전에 따른 발전부의 회전 가속도(Generator acceleration) 값이 일정한 상태를 유지하는 평상 시의 발전부의 회전 가속도 값을 기준값으로 선정하고, 이때의 필터 타임(Filter Time)을 대응시켜 저장해 둘 수 있다.Here, when sudden and strong winds such as a typhoon or a gust of wind suddenly blow strongly, the sudden strong wind force suddenly increases the rotational force of the blades 110. The power generation unit 130, which receives the rotational force, As shown in FIG. 5, the rotational acceleration due to the rotational force increases beyond the reference value. 5 is a diagram showing an example in which the rotation acceleration of the power generation portion is suddenly increased by a gust according to an embodiment of the present invention. 5, the rotational acceleration value of the power generation section in the normal state in which the rotational acceleration value of the generator section is kept constant as the blade 110 rotates is selected as the reference value, and the filter time at this time is set to It can be stored in correspondence.

따라서, 속도 검출부(120)는 필터 타임을 이용하여 돌풍이나 태풍에 의한 블레이드(110)의 갑작스런 회전력 증가에 따른 발전부(130)의 회전 가속도의 증가를 검출할 수 있다.Accordingly, the speed detector 120 can detect an increase in the rotational acceleration of the power generator 130 due to sudden turning of the blade 110 due to gust and wind by using the filter time.

다음으로, 필터 타임에 대해 설명한다.Next, the filter time will be described.

발전부(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 계산부(610)와 필터부(620), 제어부(630) 및 발전기(640)를 포함한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발전부의 기능 블록을 나타낸 도면이다. 계산부(610)는 발전기(640)의 실제 출력과 출력 예측으로부터 출력 예측 오차를 도출한다. 계산부(610)의 출력 예측 오차는 계통 운영 시 에너지 저장 장치와 계통 내 발전설비가 대비하도록 하기 위해 필터부(620)의 저역필터를 통과한다. 필터부(620)의 저역필터(830)에는 미리 결정된 차단 주파수가 설정되어 있다. 제어부(630)는 필터부(620)를 통과한 출력 예측 오차에 기초하여 에너지 저장 장치와 전력 계통 내 발전설비가 대비해야 하는 설비의 용량을 산정한다.The power generation unit 130 includes a calculation unit 610, a filter unit 620, a control unit 630, and a generator 640, as shown in FIG. 6 is a functional block diagram of a power generation unit according to an embodiment of the present invention. The calculation unit 610 derives an output prediction error from the actual output of the generator 640 and the output prediction. The output prediction error of the calculation unit 610 passes through the low-pass filter of the filter unit 620 in order to make the energy storage device and the in-system power generation facility in contrast with each other during the grid operation. A predetermined cut-off frequency is set in the low-pass filter 830 of the filter unit 620. The control unit 630 calculates the capacity of the energy storage device and the facility to be prepared by the power generation facility in the power system based on the output prediction error that has passed through the filter unit 620.

발전부(130)는 실제 출력과 출력예측으로부터 발생한 출력 예측 오차가 필터부(620)(이를 테면, 저역 통과 필터)를 통과하면, 제어부(630)가 필터링된 출력 예측 오차에 기초하여 에너지 저장 장치와 전력 계통부 내의 발전설비의 출력을 제어한다.When the output prediction error generated from the actual output and the output prediction passes through the filter unit 620 (for example, a low-pass filter), the power generation unit 130 generates the output prediction error based on the filtered output prediction error, And the output of the power generation facility in the power system section.

제어부(630)는 필터부(620)를 통과한 출력 예측 오차에 대해 계통 내 발전설비가 보유한 여유 공급 능력으로 대응이 가능한지에 대한 여부를 확인하고, 계통 내 발전설비가 보유한 여유 공급능력으로 대응이 가능한 경우, 차단 주파수 이상의 주파수 영역에 포함되는 출력 예측 오차를 이용하여 발전설비의 출력과 에너지 저장 장치의 출력 및 저장용량을 산정한다.The control unit 630 checks whether the output prediction error that has passed through the filter unit 620 can be handled by the margin supply capability possessed by the in-system power generation facility, and responds to the margin supply capability held by the in- If possible, the output of the power generation facility and the output and storage capacity of the energy storage device are estimated using the output prediction error included in the frequency range above the cutoff frequency.

반대로, 계통 내 발전설비가 보유하고 있는 여유 공급능력으로 대비가 불가능한 경우, 차단 주파수의 갱신을 통해 저역필터의 차단 주파수를 감소시킴으로써 발전설비가 대비해야 하는 출력 예측 오차를 감소시킨다. 차단 주파수의 갱신은 저역필터를 통과한 출력 예측 오차에 대해 발전설비로 대비가 가능한 차단 주파수를 찾을 때까지 반복한다.On the other hand, if it is impossible to compensate for the margin supply capability of the power generation facility in the system, the cutoff frequency of the low-pass filter is reduced by updating the cutoff frequency, thereby reducing the output prediction error to be prepared by the power generation facility. The renewal of the cut-off frequency is repeated until the cut-off frequency that can be compared to the power generation facility is found for the output prediction error passed through the low-pass filter.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 저역필터를 이용하여 예측 오차를 구분하는 과정을 나타낸 도면이다. 계산부(610)에서 산출된 출력 예측 오차를 차단 주파수가 설정된 필터부(620)의 저역필터(830)에 통과시킴으로써, 발전 설비를 제어하는 제1 제어 정보 및 에너지 저장 장치를 제어하는 제2 제어 정보를 추출한다. 출력 예측 오차가 저역필터의 입력으로 들어가면 도 7에서 도시된 바와 같이 저주파 성분(느린 성분 또는 제1 정보)과 고주파 성분(빠른 성분 또는 제2 정보)으로 구분된다. 저주파 성분은 저역필터의 차단 주파수보다 낮은 주파수 성분이며, 고주파 성분은 저역필터의 차단 주파수보다 높은 주파수 성분이다.7 is a diagram illustrating a process of classifying prediction errors using a low-pass filter according to an embodiment of the present invention. By passing the output prediction error calculated by the calculation unit 610 to the low-pass filter 830 of the filter unit 620 for which the cut-off frequency is set, the first control information for controlling the power generation facility and the second control for controlling the energy storage device Information is extracted. When the output prediction error enters the input of the low pass filter, it is divided into a low frequency component (slow component or first information) and a high frequency component (fast component or second information) as shown in FIG. The low frequency component is a frequency component lower than the cutoff frequency of the low pass filter, and the high frequency component is a frequency component higher than the cutoff frequency of the low pass filter.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 발전부의 실제 출력과 출력 예측으로부터 발생한 출력 예측 오차가 저역필터를 통과하여 에너지 저장 장치와 전력 계통부 내의 발전설비에 할당되는 예를 나타낸 도면이다. 도 8에서, 발전부(130)의 실제 출력(810)과 출력 예측(820)으로부터 출력 예측 오차가 도출되고, 출력 예측 오차는 저역필터(830)에 입력된다. 에너지 저장 장치가 전력 계통부에 연결되어 발전부(130)에서 발생하는 출력 예측 오차를 보상하고, 전력 계통부 내 발전설비와 함께 계통의 효율적이고 안정적인 운영을 돕는다. 저역필터(830)는 미리 설정된 차단 주파수가 설정되어 있어, 계통 내 발전 설비와 에너지 저장 장치가 대비해야 하는 출력 예측 오차를 주파수 영역에서 차단 주파수를 기준으로 구분한다.8 is a diagram illustrating an example in which an output prediction error generated from an actual output and an output prediction of a power generation unit according to an embodiment of the present invention is passed through a low-pass filter and allocated to an energy storage device and a power generation facility in a power system section. 8, the output prediction error is derived from the actual output 810 and the output prediction 820 of the power generation unit 130, and the output prediction error is input to the low-pass filter 830. [ The energy storage device is connected to the power system part to compensate the output prediction error generated in the power generation part 130 and helps the efficient and stable operation of the system together with the power generation facility in the power system part. The low-pass filter 830 divides an output prediction error to be compared between the in-system power generation facility and the energy storage device based on the cutoff frequency in the frequency domain.

다음 표 1은 발전부(130)의 출력 예측 값인 풍력 예측과, 1시간 내의 일정 시간 간격 Δt로 측정된 실제 출력을 나타낸다. 즉, 20시부터 20시 59분 사이의 발전부(130)의 출력 예측값과 1분 간격으로 측정된 실제 출력을 나타낸다.Table 1 below shows the predicted wind power, which is the output predicted value of the power generation unit 130, and the actual output measured at a predetermined time interval DELTA t in one hour. That is, it represents the actual output measured at intervals of one minute from the output predicted value of the power generation unit 130 from 20:00 to 20:59.

시간time 20:0020:00 20:0120:01 20:0220:02 ...... 20:5820:58 20:5920:59 실제출력(MW)Actual Output (MW) 5.15.1 5.55.5 3.83.8 ...... 4.84.8 3.23.2 풍력예측(MW)Wind Forecast (MW) 55 55 55 ...... 55 55

풍력발전 예측 오차는 실제 출력에서 풍력발전 예측을 뺀 값으로 아래 표 2에서 20시부터 20시 59분까지 1분 간격으로 풍력발전 예측 오차를 산정할 수 있다.The wind power generation prediction error is the actual output minus the wind power generation prediction, and the wind power generation prediction error can be calculated at 1 minute intervals from 20:00 to 20:59 in Table 2 below.

시간time 20:0020:00 20:0120:01 20:0220:02 ...... 20:5820:58 20:5920:59 설비용량(MW)Facility Capacity (MW) 5.15.1 5.55.5 3.83.8 ...... 4.84.8 3.23.2 풍력예측(MW)Wind Forecast (MW) 55 55 55 ...... 55 55 예측오차(MW)Predictive Error (MW) 0.10.1 0.50.5 -1.2-1.2 ...... -0.2-0.2 -1.8-1.8

△t 간격의 풍력발전설비의 예측 오차가 저역필터를 통과하여 느린 변동성을 갖는 성분이 발전기 설비에 할당되었다고 할 경우 발전 설비가 이에 대한 대비가 가능한지의 여부를 확인하여야 한다.If the forecast error of the wind power generation equipment at intervals of Δt passes through the low-pass filter and a component having slow fluctuation is assigned to the generator facility, it should be confirmed whether or not the power generation facility can prepare for it.

따라서, 전술한 필터부의 저역필터의 시간에 따른 성능 변화를 필터 타임이라 하고, 이러한 필터 타임을 이용하여 돌풍이나 태풍에 의한 블레이드(110)의 갑작스런 회전력 증가에 따른 발전부(130)의 회전 가속도의 증가를 검출할 수 있는 것이다.Therefore, a change in the performance of the low-pass filter of the above-described filter unit over time is referred to as a filter time, and the filter time is used to determine a change in the rotational acceleration of the power generation unit 130 due to sudden turning of the blade 110 due to gust Can be detected.

한편, 로터(114)에 제공되는 풍력에 의한 블레이드(110)의 회전 속도를 알게 되면, 블레이드(110)의 각 부위별 적용 하중을 계산할 수 있으며, 이러한 계산을 통해 블레이드(110)의 동작도 제어함으로써 블레이드(110)의 모든 부위에 대한 하중이 균일하게 이루어지도록 할 수도 있다.When the rotational speed of the blade 110 is determined by the wind force provided to the rotor 114, the application load of each part of the blade 110 can be calculated. Through the calculation, the operation of the blade 110 can be controlled So that the load on all the portions of the blade 110 can be made uniform.

따라서, 로터(114)에 제공되는 블레이드(110)의 풍력에 의한 회전 속도와 그에 따른 가속도, 기준값, 그리고 이러한 회전 속도와 가속도에 따른 블레이드(110)의 각 부위별 적용 하중은 해당 블레이드(110)에 대한 설계 과정에서 미리 계산하여, 제어부(140)와 연계된 데이터베이스(미도시)에 테이블화 된 상태로 저장할 수 있다.Therefore, the rotational speed of the blade 110 provided to the rotor 114 and the corresponding acceleration, the reference value, and the applied load of each part of the blade 110 according to the rotational speed and the acceleration, And may be stored in a table (not shown) in a database (not shown) associated with the control unit 140. [

이어, 속도 검출부(120)에 의해 검출된 회전 가속도가 기준값 이상으로 증가하는 경우에(S430-예), 제어부(140)는 발전부(130)의 발전 동작을 정지시키게 된다(S440).When the rotational acceleration detected by the speed detector 120 increases to be equal to or greater than the reference value (S430-YES), the controller 140 stops the power generation of the power generator 130 (S440).

이때, 제어부(140)는 필터값에 따른 스톱 로직(Stop Logic)에 따라 발전부(130)의 터빈(Turbine)에 의한 발전 동작을 정지시키게 된다.At this time, the control unit 140 stops the power generation operation by the turbine of the power generation unit 130 according to the stop logic according to the filter value.

여기서, 스톱 로직(Stop Logic)은 발전부(130)에 있는 터빈의 회전 동작을 정지시키기 위해, 각 회전 속도(Speed)에 따라 각각의 정지 단계로 구분하고, 각 정지 단계에 따라 각각의 정지 동작을 수행하도록 하는 것이다.In order to stop the rotation operation of the turbine in the power generation unit 130, the stop logic is divided into the respective stop stages according to the respective rotation speeds (Speed), and each stop operation .

예를 들면, 제1 정지 단계, 제2 정지 단계, , 제n 정지 단계로 나누고, 제1 정지 단계에서는 에어 브레이크(Air Brake)로 정지 동작을 수행하고, 제2 정지 단계에서는 블레이드의 각도를 조정해 정지 동작을 수행하거나, 제3 정지 단계에서는 샤프트를 제어해 정지 동작을 수행하거나, 제n 정지 단계에서는 브레이크 패드를 제어해 정지 동작을 수행하는 것 등이 될 수 있다.For example, it is divided into a first stopping step, a second stopping step, and an n-th stopping step. In the first stopping step, a stopping operation is performed by an air brake. In the second stopping step, Or performing a stop operation by controlling the shaft in the third stop phase, or performing a stop operation by controlling the brake pads in the n-th stop phase, or the like.

따라서, 급격한 풍속 변화로 인해 발전기의 속도가 빠르게 증가하는 경우에 선제적으로 풍력 발전기의 발전 동작을 정지시킴으로써 해당 조건에서 하중 저감을 유도할 수 있다.Therefore, when the speed of the generator increases rapidly due to a rapid change in the wind speed, the power generation operation of the wind turbine generator is stopped in advance, thereby reducing the load under the corresponding conditions.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 태풍과 같이 급속한 풍속 변화가 발생할 때, 풍력에 따라 회전하는 블레이드의 회전에 의한 가속도를 검출하여 선제적으로 풍력 발전기의 발전 동작을 제어함으로써 풍력 발전기의 하중 저감을 유도할 수 있도록 하는 풍력 발전기 속도 제어 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.As described above, according to the present invention, when a rapid change in wind speed occurs, such as a typhoon, by detecting the acceleration caused by the rotation of the rotating blades in accordance with the wind power, the power generation operation of the wind power generator is controlled in advance, The wind turbine speed control system and method can be realized.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. Only. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.

본 발명은 풍력 발전기에서 돌풍이나 태풍에 의해 급속한 풍속 변화가 발생할 때, 선제적으로 풍력 발전기의 발전 동작을 제어함으로써 풍력 발전기의 하중 저감을 유도할 수 있도록 하는 풍력 발전기 속도 제어 시스템 및 방법에 적용할 수 있다.
The present invention can be applied to a wind turbine speed control system and method that can reduce the load of a wind turbine generator by controlling the power generation operation of the wind turbine generator in advance when rapid wind speed change occurs due to wind or typhoon in the wind turbine generator .

100 : 풍력 발전기 속도 제어 시스템 110 : 블레이드
112 : 허브 114 : 로터
120 : 속도 검출부 130 : 발전부
140 : 제어부 150 : 전력 계통부
310 : 루트 부위 320 : 팁 부위100: Wind turbine speed control system 110: Blade
112: hub 114: rotor
120: speed detection unit 130:
140: control unit 150: power system unit
310: root portion 320: tip portion

Claims (10)

풍력에 의한 회전력을 제공하는 블레이드;
상기 블레이드로부터 제공된 회전력을 이용하여 발전하는 발전부;
상기 발전부의 회전 속도를 미분하여 가속도를 검출하는 속도 검출부; 및
상기 속도 검출부에 의해 검출된 가속도가 급격한 풍속 변화로 일정 기준값 이상으로 증가하는 경우에 상기 발전부의 발전 동작이 정지되도록 제어하는 제어부;
를 포함하는 풍력 발전기 속도 제어 시스템.
A blade for providing a rotational force by wind force;
A power generating unit generating power using a rotational force provided from the blade;
A speed detector for detecting the acceleration by differentiating the rotational speed of the power generator; And
A control unit for controlling the power generating unit to stop generating power when the acceleration detected by the speed detecting unit increases to a predetermined reference value or more due to sudden change in wind speed;
The wind turbine speed control system comprising:
청구항 1에 있어서,
상기 속도 검출부는 상기 발전부에 구비된 필터부의 시간에 따른 성능 변화를 나타내는 필터 타임(Filter Time)을 이용하여 가속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 속도 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the velocity detector detects an acceleration using a filter time that indicates a change in performance of the filter unit of the power unit over time.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는 상기 발전부의 필터값에 따른 스톱 로직(Stop Logic)에 따라 상기 발전부의 발전 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 속도 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the control unit stops the power generation operation of the power generation unit according to a stop logic according to a filter value of the power generation unit.
청구항 3에 있어서,
상기 스톱 로직(Stop Logic)은 상기 발전부에 있는 터빈의 회전 동작을 정지시키기 위해, 각 회전 속도(Speed)에 따라 각각의 정지 단계로 구분하고, 각 정지 단계에 따라 각각의 정지 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 속도 제어 시스템.
The method of claim 3,
In order to stop the rotating operation of the turbine in the power generation unit, the stop logic is divided into respective stopping steps according to the respective rotation speeds, and each stopping operation is performed according to each stopping step And the wind turbine speed control system.
청구항 4에 있어서,
상기 스톱 로직은, 제1 정지 단계, 제2 정지 단계, , 제n 정지 단계로 구분하고, 상기 제1 정지 단계에서는 에어 브레이크(Air Brake)로 정지 동작을 수행하고, 상기 제2 정지 단계에서는 블레이드의 각도를 조정해 정지 동작을 수행하거나, 상기 제3 정지 단계에서는 샤프트를 제어해 정지 동작을 수행하거나, 상기 제n 정지 단계에서는 브레이크 패드를 제어해 정지 동작을 수행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 속도 제어 시스템.
The method of claim 4,
The stop logic is divided into a first stopping step, a second stopping step, and an n-th stopping step. In the first stopping step, a stop operation is performed by an air brake. In the second stopping step, And performing a stop operation by controlling the shaft in the third stop step or performing a stop operation by controlling the brake pads in the n-th stop step. Wind turbine speed control system.
블레이드, 속도 검출부, 발전부 및 제어부를 포함하는 풍력 발전기의 속도 제어 방법으로서,
(a) 상기 블레이드가 풍력에 의한 회전력을 제공하는 단계;
(b) 상기 발전부가 상기 블레이드로부터 제공된 회전력을 이용하여 발전하는 단계;
(c) 상기 속도 검출부가 상기 발전부의 회전 속도를 미분하여 가속도를 검출하는 단계; 및
(d) 상기 제어부가 상기 검출된 가속도가 급격한 풍속 변화로 일정 기준값 이상으로 증가하는 경우에 상기 발전부의 발전 동작이 정지되도록 제어하는 단계;
를 포함하는 풍력 발전기 속도 제어 방법.
A speed control method for a wind turbine generator including a blade, a speed detection section, a power generation section, and a control section,
(a) providing the blade with rotational force by wind force;
(b) generating power by using a rotational force provided from the blade;
(c) the speed detector detects the acceleration by differentiating the rotational speed of the power generator; And
(d) controlling the power generator to stop generating power when the detected acceleration increases to a predetermined reference value or more due to sudden change in wind speed;
Wherein the wind turbine speed control method comprises the steps of:
청구항 6에 있어서,
상기 (c) 단계에서 상기 속도 검출부는 상기 발전부에 구비된 필터부의 시간에 따른 성능 변화를 나타내는 필터 타임(Filter Time)을 이용하여 가속도를 검출하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 속도 제어 방법.
The method of claim 6,
Wherein the speed detector detects the acceleration using a filter time that represents a change in performance of the filter unit provided in the power generation unit in the step (c).
청구항 6에 있어서,
상기 (d) 단계에서 상기 제어부는 상기 발전부의 필터값에 따른 스톱 로직(Stop Logic)에 따라 상기 발전부의 발전 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 속도 제어 방법.
The method of claim 6,
Wherein the controller stops the power generation operation of the power generator according to a stop logic according to a filter value of the power generator in the step (d).
청구항 8에 있어서,
상기 스톱 로직(Stop Logic)은 상기 발전부에 있는 터빈의 회전 동작을 정지시키기 위해, 각 회전 속도(Speed)에 따라 각각의 정지 단계로 구분하고, 각 정지 단계에 따라 각각의 정지 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 속도 제어 방법.
The method of claim 8,
In order to stop the rotating operation of the turbine in the power generation unit, the stop logic is divided into respective stopping steps according to the respective rotation speeds, and each stopping operation is performed according to each stopping step Wherein the wind turbine speed control method comprises the steps of:
청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
상기 스톱 로직은, 제1 정지 단계, 제2 정지 단계, , 제n 정지 단계로 구분하고, 상기 제1 정지 단계에서는 에어 브레이크(Air Brake)로 정지 동작을 수행하고, 상기 제2 정지 단계에서는 블레이드의 각도를 조정해 정지 동작을 수행하거나, 상기 제3 정지 단계에서는 샤프트를 제어해 정지 동작을 수행하거나, 상기 제n 정지 단계에서는 브레이크 패드를 제어해 정지 동작을 수행하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기 속도 제어 방법.
The method according to claim 8 or 9,
The stop logic is divided into a first stopping step, a second stopping step, and an n-stopping step. In the first stopping step, a stop operation is performed by an air brake. In the second stopping step, And performing a stop operation by controlling the shaft in the third stop step or performing a stop operation by controlling the brake pads in the n-th stop step. Wind turbine speed control method.
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