KR20190032555A - 풍력 터빈에 대한 측정값의 기록 - Google Patents

풍력 터빈에 대한 측정값의 기록 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 측정값을 기록하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 측정값은 적어도 하나의 측정 드론(2)에 의해 기록되고, 측정값을 기록하기 위한 측정 드론(2)은 사전 설정 가능한 위치로 비행하고, 위치 제어기에 의해 사전 설정 가능한 위치에 유지되거나, 또는 사전 설정 가능한 위치에 대한 측정 드론의 변화가 기록되고, 측정 드론은 이 적어도 하나의 측정값을 기록하고, 이 적어도 하나의 기록된 측정값 또는 이를 나타내는 적어도 하나의 값을 평가 장치(10)에 전송하고 그리고/또는 상기 값을 저장한다.

Description

풍력 터빈에 대한 측정값의 기록
본 발명은 특히 풍력 터빈을 제어하는 데 사용하기 위해 적어도 하나의 측정값을 기록하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 기록된 측정값에 기초하여 적어도 하나의 풍력 터빈을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 측정 드론 및 복수의 측정 드론의 조립체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 풍력 터빈 및 하나 이상의 풍력 터빈을 갖는 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.
풍력 터빈은 일반적으로 공지되어 있으며, 바람으로부터 전기 에너지를 생산하기 위해 사용된다. 풍력 터빈을 제어하기 위해, 적어도 바람의 특성을 기록하는 것이 도움이 될 수 있다. 여기에는 특히 풍속 및 풍향이 포함되며, 이들은 이하에서 바람 값 또는 바람 값들이라고도 한다. 또한 풍력 터빈에 의한 소음 공해를 예를 들어 작동점을 조정함으로써 경우에 따라 감소시키기 위해, 특히 실제 작동 중에 풍력 터빈으로부터 방사되는 소리 배출을 파악하는 것이 도움이 된다.
예를 들어 전력 곡선을 결정하기 위한 측정이 수행될 수 있고, 이는 통상적으로 풍력 터빈의 상류에 배치된 바람 측정 마스트(mast)를 사용하여 수행된다.
그러나 이러한 바람 측정 마스트는 단단히 고정되어 있으며, 측정이 단일 풍향에 대해서만 정확할 수 있고 이와 상이한 풍향에 대해서는 보정을 필요로 하는 것을 전제로 한다. 또한, 바람 측정 마스트의 설치는 필요한 고정 및 가잉(guying)으로 인해 비용이 든다. 소리 측정의 경우, 일 방향으로의 소리 방출만이 측정값으로 검출될 수 있으므로, 음장(sound field)을 결정하기 위한 2 차원 또는 3 차원 측정이 불가능하다.
대안적으로 특히 바람 값을 결정하기 위한 측정은 관련 풍력 터빈 상에서의 측정 장치를 사용하여 수행될 수도 있다. 그러나 특히 소위 나셀 풍력계의 사용은 이 경우 풍력 터빈의 작동이 이러한 측정 장치, 즉 특히 로터 블레이드가 측정 장치를 통과하는 로터의 회전을 방해하는 것으로 인해 매우 부정확하다.
또한 풍력 터빈의 나셀에 측정 장치를 사용하면, 풍속이 나셀의 영역에서만 결정될 수 있고, 로터 표면의 전체 영역, 즉 풍력 터빈의 작동 중에 로터 블레이드가 위로 지나가는 영역에서는 결정될 수 없다는 문제가 정기적으로 발생한다. 따라서, 바람장(wind field)의 기록은 정기적으로 가능하지 않거나 또는 단지 불충분하게만 가능하게 된다.
또한 초음파 측정과 같은 기술적으로 복잡한 측정도 고려되지만, 그러나 매우 복잡하고 비용이 많이 든다.
따라서, 본 발명의 목적은 위에서 언급된 문제점들 중 적어도 하나를 해결하는 것이다. 특히, 상이한 방향으로부터의 풍력 터빈에 대한 바람장 또는 음장을 간단한 방식으로 기록할 수 있는 해결 방안이 제안되어야 한다. 이 경우 이러한 해결 방안은 가능한 한 유연하고 비용적으로 저렴해야 한다. 적어도 이전에 알려진 해결 방안에 대해 대안적인 해결 방안이 제안되어야 한다.
본 발명에 따르면, 본원의 청구범위 제 1 항에 따른 방법이 제안된다. 상기 방법은 적어도 하나의 측정값을 기록하도록 제공된다. 이러한 측정값은 풍속, 풍향, 돌풍과 같은 바람 값, 또는 음압(acoustic pressure) 레벨 또는 소리의 주파수와 같은 소리 측정값일 수 있다. 기록을 위해, 측정 드론을 사용하는 것이 제안된다. 측정 드론은 단순화를 위해 드론이라고도 할 수 있다.
복수 개가 또한 사용될 수 있는 이러한 측정 드론은 사전 설정 가능한 위치에서 바람 값 또는 복수의 바람 값을 기록하기 위해 비행할 수 있다. 이러한 사전 설정 가능한 위치는 예를 들어 풍력 터빈의 나셀의 높이 상에 위치할 수 있고, 이 경우 예를 들어 100 미터와 같은 사전 설정 가능한 거리가 유지된다. 풍력 터빈의 전방의 이러한 위치는 특히 이 위치가 풍력 터빈의 전방의 바람이 불어오는 곳(windward)에 직접적으로 있기 때문에 풍력 터빈은 그 순간에 존재하는 바람 방향에 대해 이 측정 드론 바로 후방에 위치한다는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 특히 바람장 또는 음장이 측정되어야 하는 경우, 또한 특히 상이한 위치에서 동시에 작동하는 복수의 측정 드론이 사용되는 경우 다른 위치가 고려될 수 있다.
현재 고려되는 측정 드론은 이제 위치 제어기에 의해 이러한 사전 설정 가능한 위치에 유지된다. 이를 통해 측정값은 이 위치에서 기록될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적로서, 또한 사전 설정 가능한 위치와 관련하여 측정 드론들의 위치 변화가 기록될 수도 있다. 이를 통해, 이러한 측정 드론의 위치의 이와 같은 변화는 평가 시 고려될 수 있으며, 필요하다면 바람 측정값을 결정하기 위해 계산될 수 있다. 이 경우 이것은 측정 드론의 위치에 의도적인 또는 의도하지 않은 변화와 관련될 수 있다. 예를 들어, 위치가 비행하여 나갈 위치 경로를 형성하는 것이 제안될 수도 있다.
이제 측정 드론에 의해 적어도 하나의 측정값은 기록되어 평가 장치로 전송된다. 이를 위해, 이미 측정 드론에서 기록된 값으로부터, 즉 미가공 데이터로부터, 바람 값, 즉 예를 들어 풍속 및/또는 풍향, 또는 소리 측정값, 즉 예를 들어 음압 레벨, 즉 소리의 음량 또는 주파수가 계산되어 전송될 수 있다. 이 경우 또한 미가공 데이터가 전송되고 평가 장치에서만 이로부터 상응하는 바람 값 또는 소리 측정값이 계산되는 것이 고려된다. 단지 몇 개의 예를 들면, 측정 드론에서 제 1 예비 평가가 이루어지거나 또는 바람 값 또는 소리 측정값의 일부만이 계산되거나 또는 표준화 없는 계산이 이루어지는 중간 해결 방안도 고려된다. 특히, 예를 들면 돌풍은 풍속의 복수의 값으로부터 평가 장치에서만 결정될 수 있다. 전송에 대해 대안적으로 또는 추가적으로, 드론의 메모리에 측정값을 저장하여 이를 드론이 착륙한 후에만 평가할 수 있는 것이 제안된다.
측정 드론은 또한 계획된 현장의 바람 조건을 결정하여 현장의 적합성을 결정하는 데 사용될 수 있으며, 이는 또한 현장 평가(site assessment)라고도 부를 수 있다. 이 경우 출력 예측, 고도 프로파일, 바람 전단 및 난류 강도와 같은 현장의 속성이 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 제 1 측정 드론의 배터리가 소모되는 즉시, 측정 드론을 추가의 측정 드론으로 자율적으로 교체하는 것을 제안한다. 이러한 주기적 변경을 통해 측정 드론의 비행 시간이 제한되어 있음에도 불구하고 임의적으로 긴 측정 단계가 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 측정 드론은 위치 제어기에 의해 사전 설정 가능한 위치에 유지되는 것이 제안된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 측정 드론은 자세 제어기에 의해 사전 설정 가능한 자세로 유지되는 것이 제안된다. 이는 특히 측정 드론이 배향되어 있는 방향, 즉 측정 드론이 향하고 있는 수평 방향으로 이해되어야 한다. 자세 제어기는 평면에서 측정 드론의 자세, 즉 측정 드론이 평면으로 기울어진 상태인지, 그리고 그렇다면 어느 방향으로 그리고 얼마나 강하게 틸팅되어 있는지와 관련될 수 있다.
위치 제어기 또는 자세 제어기의 경우, 예를 들어 측정 드론의 프로펠러의 추력 또는 프로펠러 또는 측정 드론의 배향과 같은 제어 변수 또는 조절 변수가 지속적으로 생성된다. 이러한 제어 변수들 또는 조절 변수들로부터, 풍속 및 풍향, 그리고 필요하다면 다른 바람 값을 추론하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 이를 통해, 적어도 하나의 기록될 측정값이 유도된다.
예를 들어, 측정 드론이 그 프로펠러의 경사도 및 대응하는 스러스트를 바람에 대항하여 사전 설정 가능한 위치에 유지하는 방식으로 측정 드론의 위치가 제어되면, 경사도의 방향으로부터 풍향이 결정될 수 있다. 경사도의 정도 및 설정된 스러스트로부터 또한 풍력이나 풍속이 결정될 수 있다. 필요하다면, 공기 온도, 강수 유형, 강수량, 공기 습도 및/또는 공기 압력과 같은 다른 값들이 고려됨으로써 정확성을 향상시킬 수 있다. 그러나 이것은 단지 명백한 예시로서 설명되며, 예를 들어 측정 드론의 경사도 대신에 또는 이에 대해 추가적으로 하나 이상의 프로펠러가 경사지게 위치되어 이 데이터로부터 풍속 및 풍향에 대한 추론을 허용하는 측정 드론의 사용과 같은 다른 방법이 고려될 수도 있다. 특히, 바람 측정값으로 지칭될 수도 있는 이러한 방식으로 결정된 바람 값은 소리 측정값의 결정 시에도 고려될 수 있다. 특히, 풍력 터빈에 대한 특정한 상대적 위치에서의 음압 레벨은 실제로 지배적인 바람 값에 의존한다.
따라서, 적어도 하나의 드론의 위치 제어로부터 그리고 추가적으로 또는 대안적으로 자세 제어로부터 측정값이 유도될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 측정 드론은, 특히 적어도 하나의 측정 센서를 통해 바람 값 또는 그 일부를 기록하기 위해, 바람 값을 기록하기 위한 적어도 하나의 측정 센서를 측정 수단으로 포함한다. 이 측정 센서들 중 적어도 하나는 다른 실시예에 따르면 마이크로폰이다. 측정 드론의 작동이 이러한 측정 수단에도 영향을 미칠 수 있기 때문에, 필요한 경우 측정 드론의 이러한 작동은 가능한 모든 왜곡을 계산하기 위해, 측정 센서를 통해 적어도 하나의 바람 값을 기록할 때 고려될 수 있다.
측정 센서 중 적어도 하나가 마이크로폰으로서, 즉 소리 센서로서 설계되는 경우, 이는 다른 실시예에 따르면, 케이블 또는 스페이서에 의해, 프로펠러가 배치되어 있는 드론의 베이스 본체로부터 고정되고, 이에 따라 프로펠러로부터 이격된 상태로 배치된다. 이를 통해 마이크로폰에 부딪치는, 프로펠러에 의한 소리가 진폭 측면에서 감소된다.
다른 실시예에 따르면, 측정 센서, 즉 특히 적어도 하나의 마이크로폰과 베이스 본체 사이에 방음 플레이트가 케이블 또는 스페이서 상에 배치된다. 이를 통해 측정 센서에서 프로펠러의 소리가 더욱 감소된다.
중단 없이 측정값을 기록하기 위해 교호식으로 제공되는, 측정값을 기록하기 위한 적어도 2 개의 측정 드론이 사용되는 것이 바람직하다. 이것은 배터리 작동으로 측정 드론을 사용하기 위해 특히 고려된다. 이를 통해, 가장 간단한 경우, 측정 드론이 비행 중에 있고 측정값을 기록하고, 다른 측정 드론은 그 동안에 충전 스테이션에서 충전될 수 있다.
복수의 측정 드론이 동시에 사용되고, 상이한 사전 설정 가능한 위치에서 바람 값을 기록하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상이한 높이에서의 측정값을 기록할 수 있도록 하기 위해, 복수의 측정 드론이 서로 이격되어 중첩되어 배치되는 것이 특히 고려된다. 이를 통해, 특히 바람 또는 소리의 높이 프로파일이 기록될 수 있다.
바람의 특성이 기록되는 것이 바람직하며, 이것은 바람 시어(wind shear)의 기록을 포함하여, 고도에 따라 풍속의 변화를 기록하는 것을 포함한다. 이것은 바람 비어(wind veer)의 기록, 즉 고도에 따른 풍향의 변화를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 바람장이 또한 기록될 수도 있다. 이를 위해, 따라서 높이뿐만 아니라 수평 방향으로의 바람 값의 변화도 평가된다. 특히, 이러한 바람장은 로터 필드 또는 그 전방의 영역에 대해 기록될 수 있다. 이를 통해, 특히 관련 풍력 터빈에 대해 관련된 바람 조건을 구체적으로 측정할 수 있다.
측정 드론의 위치 제어는 GPS 데이터 평가 측정 시스템을 사용하여 수행하는 것이 바람직하다. 따라서 GPS 데이터를 통해 측정 드론의 위치를 기록할 수 있으므로, 이를 통해 측정 드론의 위치 제어가 수행될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이를 통해 측정 드론의 위치의 변화가 기록되고 고려될 수 있다. 추가적으로 또는 보완적으로, 하나 이상의 정지된 기준 수신기에 의해 보완되는 GPS 데이터 평가 측정 시스템이 사용될 수 있다. 이를 통해, 정확도가 크게 향상될 수 있으며, 이 시스템은 소위 차동 GPS로서 설계될 수 있거나 또는 작동될 수 있다. 이 시스템은 일반적으로 DGPS(Differential Global Positioning System)라는 명칭으로 공지되어 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 초음파 측정에 의해 위치 데이터를 기록하거나 제공하는 시스템, 즉 초음파 측정을 평가하는 측정 시스템이 사용될 수 있다. 레이더 측정을 평가하는 측정 시스템을 사용하는 것도 또한 이를 위해 고려될 수 있다. 이러한 초음파 측정 평가 측정 시스템 및 레이더 측정 평가 측정 시스템은 모두 원칙적으로 복잡하고 비용이 많이 들지만, 그러나 비용은 이러한 측정 시스템이 단지 적어도 하나의 측정 드론의 목표된 위치 기록을 위해 설계되기만 하면 된다는 사실에 의해 제한된다는 점에 유의해야 한다. 이것은 특히 시스템의 범위 및 방향 스펙트럼에 영향을 미친다.
바람장, 음장 또는 적어도 하나의 높이 프로파일의 기록은 복수의 측정 드론의 사용에 대해 대안적으로 또는 보완적으로, 측정 드론 또는 적어도 하나의 측정 드론이 그 위치를 변경함으로써 또한 수행될 수 있다. 즉, 여기서 측정 드론은 바람장, 음장 또는 그 일부를 비행하여, 이를 통해 바람장, 음장 또는 상응하는 부분을 측정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 방법은 적어도 하나의 측정 드론을 통해 또는 다른 방법으로 추가의 기상 정보가 기록되는 것을 특징으로 한다. 이를 통해 특히 측정 품질을 향상시킬 수 있다. 한편으로는, 특히 풍속이 위치 제어의 제어 변수 또는 조절 변수로부터 유도되는 경우에, 소리 또는 바람 값, 특히 풍속의 기록은 추가의 기상 정보에 의존할 수 있다. 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 기록된 바람 값의 데이터베이스를 개선하기 위해, 추가의 기상 정보를 바람 값에 할당하거나 또는 바람 값으로 사용하는 것도 고려될 수 있다. 이와 같이 추가로 기록된 기상 정보는 이 경우 필요에 따라 풍력 터빈의 그에 의존하는 조절 또는 제어를 향상시킬 수 있다.
이러한 추가의 기상 정보는 공기 온도, 강수 유형, 강수량, 공기 습도, 공기 밀도 및/또는 공기 압력일 수 있다.
바람직하게는, 복수의 측정 드론이 위치 제어기에 의해 서로 다른 높이에서 각각 유지되고, 각각의 측정 드론은 그들의 높이에서 측정값을 기록한다. 복수의 측정 드론의 이러한 일반적인 위치 제어는 특히 이러한 복수의 측정 드론이 함께 가상 측정 마스트를 형성하도록 수행된다. 이러한 측정 드론은 상이한 높이에서 측정값을 기록하며, 이 측정값은 그렇지 않으면 측정 마스트에 의해 기록된다. 이러한 측정 드론은 기계적으로 고정되어 있지 않고 서로 조정되거나 또는 조화된 위치 제어기에 의해서만 위치 설정되기 때문에, 이들은 가상 측정 마스트를 형성하거나 또는 그러한 가상 측정 마스트로서 간주될 수 있다. 여기에서, 측정 마스트를 설치할 필요 없이, 측정 마스트에서 일반적으로 알려진 것과 같이 평가를 수행하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 이러한 적어도 하나의 측정 드론, 특히 가상 측정 마스트가 특히 풍력 터빈의 바람이 불어오는 곳에서 풍향에 따라 위치된다. 바람직하게는, 이 경우 적어도 하나의 측정 드론 또는 가상 측정 마스트는 풍향이 변화하는 경우 풍향을 따라 추적되어, 특히 이들 적어도 하나의 측정 드론 또는 가상 측정 마스트는 실질적으로 풍력 터빈의 바람이 불어오는 곳에 유지된다. 이를 통해, 풍력 터빈의 전방의 바람 프로파일 또는 소리 프로파일 또는 풍력 터빈의 전방의 음장 또는 바람장을 평가하는 것은 풍향이 변경되는 경우에도 수행될 수 있다. 바람에 대해 추적될 수 없는 바람 마스트의 경우에 필요할 수 있는 보정 계산은 여기에서 필요하지 않다.
또한, 본 발명에 따르면 적어도 하나의 풍력 터빈을 작동하기 위한 방법이 제안된다. 이 경우, 풍력 터빈은 적어도 하나의 측정값에 따라 작동된다. 이를 위해, 적어도 하나의 측정값이 적어도 하나의 측정 드론에 의해 기록되는 것이 제안된다. 이 경우 기록은 바람직하게는 측정 드론에 의해 적어도 하나의 측정값을 기록하기 위한 방법의 위에서 설명된 실시예 중 하나에 따라 설명된 바와 같이 수행된다.
여기서 특히, 대응하는 측정값이 적어도 하나의 측정 드론으로부터 풍력 터빈으로 직접 또는 간접적으로 전송되는 것이 고려된다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 소리 값 또는 바람 값, 특히 풍속 및/또는 풍향을 기록하기 위한 측정 드론이 또한 제안된다. 이러한 측정 드론은 측정 드론이 사전 설정 가능한 위치에 접근하여 거기에서 사전 설정 가능한 위치에 유지되도록 준비되는 비행 제어 장치를 포함한다. 이 경우 비행 제어 장치는 위치 제어를 수행한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 측정 드론이 대략 사전 설정 가능한 위치에 도달하는 즉시, 사전 설정 가능한 위치에 대한 측정 드론의 위치의 변화가 기록될 수 있다.
비행 제어 장치는 이 경우 특히 3 개의 좌표 방향에서의 특히 위치 기록 및 위치 편차를 포함할 수 있다. 이 경우 이로부터, 예를 들어 대응하는 목표-실제-값 비교에 의해 3 개의 위치 방향 모두에 대해 제어 에러가 결정될 수 있고, 제어 알고리즘에 입력되며, 제어 알로리즘은 이로부터 각 방향에 대한 대응하는 추력 목표 값을 결정할 수 있다. 수직 방향으로의 이러한 목표 추력 값은 이 경우 주로 측정 드론의 자체 중량을 극복하는 것과 관련된다. 그러나, 특히 궁극적으로, 적어도 짧은 시간 동안, 위치 제어에 대한 변하지 않는 정확성이 제공되는 경우, 수평면에서 상이한, 특히 데카르트 방향의 다른 2 개의 목표 추력 값은 풍향 및 강도에 대한 정보를 제공할 수 있다.
수직 방향으로의 목표 추력에 대한 구현은 특히 프로펠러의 추력 강도, 특히 그 회전 속도를 통해 구현될 수 있다. 수평면에서의 방향으로의 다른 2 개의 목표 추력은, 단지 2 개의 예를 들면, 예를 들어 측정 드론의 프로펠러의 대응하는 경사도 또는 측정 드론의 경사도에 의해 달성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 드론은 3 개의 공간 방향으로의 위치뿐만 아니라, 또한 또는 대안적으로 이들 방향에 대한 회전의 의미에서의 그 기울기를 결정할 수 있다. 이 기울기는 수직 및 수평 위치가 동시에 유지될 때, 풍향 및 풍력과 상호 관련되는 척도인 것으로 인식되었다. 이를 위해, 이러한 기울기가 기록되고, 이로부터 풍향 및 추가적으로 또는 대안적으로 풍속이 유도되고, 수평 위치는 유지되는 것이 제안된다.
비행 제어 장치는 추가적으로 또는 대안적으로 사전 설정 가능한 위치에 대한 측정 드론의 위치의 변화를 기록할 수 있다. 위치 제어기가 활성화된 경우, 이러한 변화는 어쨌든 제어 에러로 존재할 가능성이 있으며 평가될 수 있다. 그러나, 그러한 제어가 활성화되지 않은 경우에도, 그러한 제어 에러는, 그와 무관하게 측정 드론의 위치를 반드시 변경하지 않고도, 편차로서 기록될 수 있다.
또한, 측정 드론은 적어도 하나의 바람 값을 기록하기 위해, 바람 측정값 기록 수단으로도 불릴 수 있는 바람 기록 수단을 포함한다. 이것은, 비행 제어 장치가 기록하여 특히 위치 제어를 위해 사용하는 변수를 평가함으로써 수행될 수 있다. 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 측정 센서가 또한 측정 드론 상에 존재할 수도 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 측정 드론은 소리 측정값을 기록하기 위한 마이크로폰을 포함한다.
또한, 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 기록된 측정값을 평가 장치에 전송하기 위한 전송 수단이 제공된다. 측정값 대신에 또는 이에 대해 추가적으로, 예를 들어, 측정 드론에 의해 기록된 미가공 데이터와 같은, 측정값에 대한 대표값이 전송될 수 있다. 전송은 유선으로 또는 무선으로 이루어질 수 있다. 특히 측정 드론이 트레일링 케이블(trailing cable)에 의해 전류가 공급되는 변형예가 선택되면, 이러한 트레일링 케이블은 데이터 전송 외에, 예를 들어 d- 네트워크의 경우와 유사하게 사용될 수 있다. 측정 드론이 전기 배터리로 자유롭게 비행하는 경우, 무선 전송이 고려된다. 풍력 터빈 또는 풍력 터빈 제어 장치를 최종적으로 구성하기 위해, 측정값이 오프라인으로 기록되는 경우, 기록 값을 우선 기록하고 저장한 다음 측정 드론의 착륙 시 전송하는 것이 또한 고려될 수도 있다. 특히 측정 드론이 평가 장치에 또는 평가 장치 상에 착륙하여 거기에서 예를 들어 그 배터리를 충전하기 위해 연결될 수 있다.
측정 드론은 바람직하게는 실질적으로 수직인 회전축을 갖는 하나 이상의 전기 구동 프로펠러를 포함한다. 비행 제어 장치는 이 경우 적어도 하나의 액추에이터를 제어하도록 준비될 수 있다. 이러한 액추에이터는 하나 또는 복수의 프로펠러일 수 있으며, 특히 각 프로펠러의 대응하는 구동 모터가 그에 의해 제어될 수 있다. 이러한 의미에서 액추에이터는, 사용된 측정 드론이 이러한 조정 가능한 회전축을 포함하는 경우, 각 프로펠러의 수직 회전축의 배향을 조정하기 위한 조정 수단일 수도 있다. 단지 하나의 예를 든다면, 이러한 수직 회전축의 적은 조정, 즉 예를 들어 5 내지 10도의 적은 조정을 통해, 이러한 회전축의 틸팅 방향으로의 측정 드론의 대응하는 전진이 발생할 수 있다. 이러한 적은 경사도의 경우 리프트 추력은 거의 변하지 않지만, 필요한 경우 프로펠러 또는 모터를 적절하게 제어함으로써 조정될 수 있다.
또한, 액추에이터는 측정 드론의 자세를 제어하기 위한 자세 제어 수단일 수도 있다. 여기에는 배플과 같은 공기 역학적 요소가 포함될 수 있다. 또한, 액추에이터는 측정 드론의 비행 방향을 제어하기 위한 방향 제어 수단일 수도 있다. 간단히 말하면, 여기서 예를 들어 테일 로터(tail rotor)와 같은 헬리콥터와 같은 구성이 고려될 수 있다. 그러나 측정 드론은 쿼드로콥터(quadrocopter)로서 설계되고 전체 제어는 적절하게 제공된 4 개의 프로펠러의 제어 장치를 통해 수행되는 것이 또한 고려될 수 있다.
바람직하게는, 측정 드론은 그 내부에 요구되는 전기 에너지를 저장하기 위해, 전기 공급을 위한 전기 배터리를 포함하는 것이 제공된다. 이는 특히 비행에 필요한 전기 에너지와 관련된다. 그러나, 배터리에 기초하여, 측정값을 기록하는 것을 포함하여, 컴퓨터가 또한 제어될 수도 있다.
대안적으로, 측정 드론이 전기 에너지를 공급하기 위한 트레일링 케이블을 포함하는 것이 제안된다. 풍력 터빈에 대한 바람 프로파일 또는 바람장을 측정하기 위해 그러한 측정 드론을 사용함으로써, 측정 드론의 작동 반경이 매우 명확하게 표시되므로, 이에 따라 최대 케이블 길이 및 따라서 계산될 이 케이블의 중량은 잘 알려지게 된다. 따라서 측정 드론은 해당 트레일링 케이블을 들어 올릴 수 있도록 설계될 수 있다. 이러한 구성은 측정 드론이 영구적으로 작동될 수 있다는 장점이 있다.
일 실시예에 따르면, 측정 드론은 실질적으로 수직인 회전축을 갖는, 적어도 하나의 내연 기관에 의해 구동되는 하나 이상의 프로펠러를 특징으로 하며, 이 경우 비행 제어 장치는 적어도 하나의 액추에이터를 제어하도록 준비된다. 액추에이터로서, 여기서 하나 또는 복수의 프로펠러, 각 프로펠러의 수직 회전축의 배향을 조정하기 위한 조정 수단, 측정 드론의 자세를 제어하기 위한 자세 제어 수단, 및 측정 드론의 비행 방향을 제어하기 위한 방향 제어 수단이 또한 사용될 수 있다. 하나 또는 복수의 전기 구동 프로펠러와 관련하여 제조된 액추에이터에 대한 설명은 여기서 하나 이상의 내연 기관을 갖는 실시예에 대해서도 마찬가지로 적용된다.
따라서, 측정 드론은 하나 이상의 내연 기관에 의해 구동되어, 하나 이상의 내연 기관에 의해 구동되는 하나 이상의 프로펠러를 포함하는 것이 또한 고려된다. 이를 통해, 이는 또한 자율적으로 작동할 수 있다. 이는 이 경우 기본적으로 전기적으로 구동 가능한 측정 드론과 관련하여 위에서 설명되었거나 또는 아래에 설명되는 각 기능을 포함할 수 있다. 특히 전기 배터리를 포함하는 경우, 전기 구동식 측정 드론에 대한 위의 설명 및 다음의 설명은 하나 이상의 내연 기관에 의해 구동되는 측정 드론에 대해서도 마찬가지로 적용된다.
특히 적어도 하나의 내연 기관을 갖는 복수의 측정 드론을 사용하는 변형예의 경우에도, 적어도 하나의 측정 드론이 비행하여 측정값을 기록하고 적어도 하나의 다른 측정 드론은 기지국에서 연료가 공급되는 방식으로 2 개 이상의 측정 드론이 교호식으로 제공되는 것이 제안된다. 이를 위해 위에서 또는 아래에서 배터리 작동 측정 드론의 사용에 대해 설명된 것과 동일한 변형예가 마찬가지로 제안된다. 또한, 여기서 기지국은 지상에 또는 풍력 터빈의 나셀 상에 제공될 수 있다.
적어도 하나의 내연 기관을 사용하는 것의 특별한 장점은 특히 하나 또는 복수의 풍력 터빈이 전기 공급 네트워크에 아직 연결되어 있지 않은 경우, 측정 드론, 및 또한 적어도 하나의 측정값을 기록하기 위한 방법이 원격 영역에 특히 양호하게 적합하다는 것이다.
어떤 경우든, 측정 드론이 실질적으로 자율적으로 그 위치를 제어하고 필요한 경우 이를 유지하는 것이 제안된다. 필요한 경우 서비스 담당자와 같은 사용자가 새 위치를 지정할 수 있다. 그러나 원칙적으로 사람이 측정 드론의 제어에 영구적으로 관여하도록 제안되지 않고, 측정 드론은 특히 설명된 위치 제어를 통해 자율적으로 비행하고 자율적으로 위치, 필요한 경우 위치 경로를 유지할 수 있다.
바람직하게는, 측정 드론은 위에서 설명한 실시예들 중 적어도 하나에 따른 방법에서 사용되도록 준비되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 측정 드론은 적어도 하나의 측정값을 기록하기 위한 방법의 상술한 실시예들 중 적어도 하나와 관련하여 설명된 바와 같이 동작하도록 준비된다.
또한, 본 발명에 따르면, 복수의 측정 드론을 사용하여 적어도 하나의 측정값을 기록하기 위한 측정 조립체가 제안된다. 이러한 측정 조립체는 전술한 실시예 중 하나에 따른 복수의 측정 드론을 포함한다. 또한 이 측정 조립체는 기지국을 포함한다. 이 기지국은 측정 드론에 전기 에너지를 공급하기 위해 제공될 수 있다. 이를 위해, 측정 드론이 유선으로 작동하는 경우, 측정 드론의 트레일링 케이블은 기지국에 연결될 수 있다. 대안적으로, 기지국은 측정 드론을 위한 충전 스테이션으로서 작동하거나 또는 그러한 충전 스테이션을 제어함으로써 공급을 달성할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 기지국은 평가 장치를 형성할 수 있고, 기록된 측정값을 기록하는 역할을 할 수 있다. 이는 측정 드론이 기지국을 제어할 때, 트레일링 케이블을 통해 또는 무선으로 또는 오프라인을 통해 수행될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 기지국은 측정 드론들의 서로에 대한 조정을 수행할 수 있다. 여기에는 특히 그 높이가 다른 상이한 위치를 측정 드론에 대해 지정하는 것이 포함된다. 측정 드론이 배터리로 작동되고 특히 기지국에서 충전 스테이션을 교호식으로 제어해야 하는 경우에도, 이 변경은 기지국에 의해 조정될 수 있다.
특히, 측정 조립체는 전체적으로, 기지국이 기록된 데이터를 평가하고 복수의 측정 드론은 높이를 통해 분포되는 복수의 측정 센서의 방식으로 측정값, 즉 바람 값을 기록하는 가상 측정 마스트를 형성할 수 있다.
기지국은 차량, 특히 서비스 차량으로 설계될 수 있다. 대안적으로, 풍력 터빈이 또한 기지국을 형성할 수도 있다.
본 발명에 따르면, 바람으로부터 전력을 발생하기 위한 하나 이상의 로터 블레이드를 갖는 로터 및 나셀을 갖는 풍력 터빈이 또한 제안된다. 이러한 풍력 터빈은 적어도 하나의 측정값에 따라 제어될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 측정 드론의 측정값을 수신하도록 구성된 데이터 전송 수단을 갖는다. 이것은 또한 또는 대안적으로 측정값에 대한 대표값과 관련이 있을 수 있다. 예를 들어, 풍력 터빈은 또한 적어도 하나의 측정 드론이 측정값을 무선을 통해 풍력 터빈으로 보낼 수 있도록 하기 위해, 무선 수신기를 포함할 수 있다. 그러나 측정 드론이 트레일링 케이블을 갖는 경우, 풍력 터빈이 하나 또는 복수의 측정 드론과 트레일링 케이블에 의해 연결되는 것이 또한 고려된다. 이 경우 이를 통해 데이터 전송이 이루어질 수 있으며, 또한 풍력 터빈은 이를 통해 적어도 하나의 측정 드론에 전기 에너지를 공급할 수 있다. 물론, 일반적으로 적용되는 바와 같이, 측정 드론은 트레일링 케이블을 사용함에도 불구하고 측정값을 무선으로 전송하는 것이 또한 고려된다.
바람직하게는, 풍력 터빈은 데이터 전송 수단이 전술한 실시예에 따른 측정 드론으로부터 측정값 또는 그에 대한 대표값을 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 전술한 측정 드론의 유리한 특성은 풍력 터빈에 상응하는 바람 값을 공급하는 데 사용될 수 있다.
바람직하게는, 복수의 측정 드론과 함께 풍력 터빈은 가상 측정 마스트를 형성할 수 있다. 이를 위해 측정 드론은 풍력 터빈과 결합되어, 측정 드론은 상이한 위치, 특히 상이한 높이 위치에 대한 측정값을 기록하여 추가의 처리를 위해 풍력 터빈으로 전송한다.
바람직하게는, 풍력 터빈은 적어도 하나의 측정 드론을 전기적으로 충전하기 위한 충전 스테이션을 포함한다. 바람직하게는, 충전 스테이션은 풍력 터빈의 나셀 상에 배치된다. 이를 통해, 풍력 터빈의 설계에 따라, 충전 스테이션과, 측정 드론의 각각의 접근될 위치 사이의 비교적 짧은 비행 거리가 달성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 드론은 고정 설치된 배터리로 충전된다. 그러나, 바람직하게는 교환을 위한 복수의 배터리를 제공하고 드론으로부터 사용된 배터리를 제거하여, 이를 새로 충전된 배터리로 교체하는 것이 제공된다. 이것은 단일 배터리의 충전 시간이 드론의 비행 시간보다 더 길 수 있지만 그럼에도 불구하고 2 개의 드론만이 필요하고 복수의 배터리가 요구된다는 장점이 있다.
또한, 바람으로부터 전력을 생성하기 위한 풍력 발전 시스템이 제안되며, 상기 풍력 발전 시스템은 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 풍력 터빈을 포함하고 또한 전술한 실시예 중 적어도 하나에 따라 설명된 바와 같이 적어도 하나의, 바람직하게는 복수의 측정 드론을 포함한다. 일 실시예에 따르면, 풍력 발전 시스템은 복수의 풍력 터빈을 갖는 풍력 발전 지역으로서 설계된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 대응하는 실시예에 따라 위에서 설명한 바와 같이, 복수의 측정 드론, 특히 복수의 측정 드론을 갖는 측정 조립체를 사용하는 것이 제공될 수 있다. 바람직하게는, 위에서 설명한 가상 측정 마스트가 사용된다.
이제 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 기초하여 본 발명을 예시적으로 보다 상세히 설명한다.
도 1은 풍력 터빈의 사시도를 도시한다.
도 2는 풍력 발전 지역을 개략도로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 예시적인 제어 스키마를 도시한다.
도 4 내지 도 7은 풍력 터빈과 복수의 측정 드론을 구비하는 풍력 발전 시스템의 다양한 구성을 도시한다.
도 8은 마이크로폰을 구비하는 측정 드론을 도시한다.
도 1은 타워(102) 및 나셀(104)을 갖는 풍력 터빈(100)을 도시한다. 나셀(104)에는, 3 개의 로터 블레이드(108) 및 스피너(110)를 갖는 로터(106)가 배치되어 있다. 로터(106)는 작동 시 바람을 통해 회전 운동하도록 설정되고, 이에 따라 나셀(104) 내의 발전기를 구동한다.
도 2는 동일하거나 또는 상이할 수 있는 예시적인 3 개의 풍력 터빈(100)을 갖는 풍력 발전 지역(112)을 도시한다. 3 개의 풍력 터빈(100)은 따라서 기본적으로 풍력 발전 지역(112)의 임의의 개수의 풍력 터빈을 나타낸다. 풍력 터빈(100)은 그 전력, 즉 특히 발생된 전류를 특히 전기 발전 지역 네트워크(14)를 통해 제공한다. 이 경우, 개개의 풍력 터빈(100)의 각각 생성된 전류 또는 전력은 가산되고, 일반적으로 변압기(116)가 제공되며, 이 변압기는 발전 지역 내의 전압을 변환하여, 그 후 일반적으로 PCC로도 지칭되는 공급 지점(118)에서 공급 네트워크(120)로 공급한다. 도 2는, 일반적으로 제어 장치가 있음에도 불구하고, 예를 들어 제어 장치를 도시하지 않는 풍력 발전 지역(112)의 단순화된 표현이다. 또한, 예를 들어 발전 지역 네트워크(114)는 다르게 설계될 수도 있는데, 예를 들어, 단지 다른 실시예를 언급하기 위해, 또한 각 풍력 터빈(100)의 출력부에 변압기가 존재할 수도 있다.
도 3은 풍속 및 풍향과 같은 측정값을 기록하기 위한 제어기의 제어 값의 평가를 포함하는, 측정 드론의 위치 제어를 위한 일 실시예의 단순화된 제어 구조를 도시한다. 거기에서 측정 드론은 시스템(302)으로서 포함된다. 비행 작동 중에, 측정 드론(302)은 실제적으로 공간에서 임의의 위치에 위치될 수 있고, 그 위치는 여기서 좌표(x, y 및 z)를 통해 표시된다. 여기서, 예를 들어 좌표(x)는 남북 방향의 위치를 나타낼 수 있고, 좌표(y)는 동서 방향의 위치를 나타낼 수 있으며, 좌표(z)는 수직 방향을 나타낼 수 있고 따라서 측정 드론(302)의 높이를 나타낼 수 있다. 이와 같은 3 개의 좌표(x, y 및 z)는 위치 제어를 위한 시스템의 출력 변수에 대응한다.
사전 설정된 위치는 대응하는 설정 값(xs, ys 및 zs)에 의해 사전 결정될 수 있다. 이제 좌표(x, y 및 z) 각각에 대해, 합산 요소(311, 312 및 313)에서 목표-실제-값 비교가 발생하며, 여기서 실제 값(x, y 및 z)는 음의 부호로 수신된다.
그런 다음 각각의 경우 제어 에러, 즉 ex, ey 및 ez가 발생한다. 이 제어 에러는 이 경우 제 1 서브 제어기(320)에 입력된다. 제 1 서브 제어기(320)는 각각의 좌표에 대해 단일 스로틀, 즉 X 스로틀(321), Y 스로틀(322) 및 Z 스로틀(323)을 포함한다. 제 1 서브 제어기(320)의 이들 3 개의 스로틀 각각은 설정될 추력, 즉 대응하는 좌표 방향으로 설정될 스러스트, 즉 추력 또는 스러스트(Sx, Sy 및 Sz)를 출력한다. 인덱스는 각각 해당 방향을 나타낸다. 이 3 개의 추력(Sx, Sy 및 Sz)은 이와 관련해서 제어 변수 또는 조절 변수라고 한다. 제어 변수라는 용어는 아래에서 명확해 지는 바와 같이 액추에이터의 직접적인 물리적 제어가 아니기 때문에 여기에서 선호된다.
도 3의 이러한 예시적인 시스템에서 구현을 위해, 측정 드론(302)이 기초가 되며, 이 측정 드론의 제어는 그 프로펠러가 회전 속도(n) 및 2 개의 틸팅 방향으로의, 즉 틸팅 방향(α 및 β)으로의 프로펠러의 회전축의 틸팅이 제어될 수 있음으로써 이루어진다.
측정 드론(302)의 수직 위치(z)를 제어하기 위해, 단순화를 위해 회전 속도(n)를 설정함으로써 이를 달성할 수 있다고 가정할 수 있다. 따라서, 회전 속도 제어기(333)가 제공된다. 이것은 원하는 수직 추력(Sz)을 입력으로 수신하고, 이로부터 목표 회전 속도(ns)를 계산한다.
x- 방향 및 y- 방향의 위치 제어를 위해 제어 요소로서 두 틸팅 각도(α 및 β)에 대한 프로펠러의 수직축의 설정이 제공되고, 이 경우 이들 2 개의 틸팅 각도(α 및 β)는 서로에 대해 수직 방향으로 조정될 수 있다. 이들 2 개의 틸팅 각도(α 및 β)는 특히 측정 드론(302)의 배향이 x 방향 및 y 방향에 대해 변할 수 있는 경우 함께 조정되어야 한다. 따라서, 도 3의 예시적인 구조에서, 다중 변수 제어기(331)가 제공된다. 이것은 x 또는 y 방향으로의 2 개의 추력(Sx 및 Sy)을 함께 고려하여, 2 개의 틸팅 각도(α 및 β)에 대한 목표 값을 공통 결과로서 출력하는데, 즉 목표 각도(αs 및 βs)를 출력한다. 예를 들어 남북 방향으로의 측정 드론(302)의 정확한 배향의 경우에, 틸팅 각도(α)가 정확하게 남북 방향을 가리키고 틸팅 각도(ß)가 정확히 동서 방향을 가리키면, 이 다중 변수 제어기(331)를 2 개의 단일의 제어기로 디커플링하는 것이 고려될 것이고, 이에 따라 x 방향으로 제공되는 추력(Sx)은 직접적으로 틸팅 각도(α)만을 변화시키고 y 방향으로의 추력(Sy)은 직접적으로 틸팅 각도(β)에만 영향을 미친다. 그러나, 이러한 가정은 통상적으로 주어지지 않기 때문에, 여기서 자세(L)로서 나타내어지는 측정 드론(302)의 배향을 고려함으로써, 다중 변수 제어기(331)로의 대응하는 변환이 이루어지거나 또는 고려될 수 있다. 이를 위해, 이 자세(L)는 다중 변수 제어기(331)에 입력된다.
다중 변수 제어기(331)는 이와 관련해서 회전 속도 제어기(333)와 함께 제 2 서브 제어기(330)를 형성한다.
어떤 경우든, 다중 변수 제어기(331) 및 회전 속도 제어기(333)의 도 3의 이와 같은 단순화되고 예시적인 구조의 결과는 프로펠러의 2 개의 틸팅 각도에 대한 목표 값(αs 및 βs) 및 프로펠러의 회전 속도에 대한 목표 회전 속도(ns)이다. 이들 3 개의 목표 변수는 대응하여 시스템(302)에 입력되어, 이들은 구현을 위해 측정 드론(302)으로 전달되거나, 또는 이들은 프로펠러 축을 조정하기 위해 대응하는 제어 요소 및 회전 속도를 설정하기 위한 모터로 전달된다. 물론, 이들 제어 요소 자체는 또한 내부 제어 캐스케이드로서 각각 제어 구조를 포함할 수도 있다.
측정 드론(302)이 목표 좌표(xs, ys 및 zs)에 의해 사전 결정된 그 사전 설정 가능한 위치에 정확히 그리고 움직이지 않게 위치하는 이상적인 경우, 이러한 위치 제어를 위해 고정된 정확도가 이용 가능하고 따라서 제어 에러(ex, ey 및 ez)는 0이다. 이러한 상황에서 이 경우 3 개의 좌표 방향, 즉 Sx, Sy 및 Sz의 추력으로부터 풍속(Vw) 및 풍향(Rw)이 유도될 수 있다. 이 경우 물론, 바람이 없는 경우가 아니라면, 이들 추력(Sx, Sy 및 Sz)은 0이 아닌 다른 값을 포함하는 것으로 가정한다. 따라서, 제 1 서브 제어기(320)는 각각의 블록에 일체형 부분을 포함한다. 따라서, x 스로틀(321), y 스로틀(322) 및 z 스로틀(323)은 각각 일체형 또는 일체형으로 작용하는 부분을 포함한다.
풍속(Vw) 및 풍향(Rw)을 계산하기 위해, 측정 기록 블록(340)은 3 개의 추력 값(Sx, Sy 및 Sz)을 수신한다. 그로부터 계산된 바람 값, 즉 풍속(Vw) 및 풍향(Lw)을, 이들이 기록되는 각각의 좌표에 할당하기 위해, 이들 좌표(x, y 및 z)는 측정 기록 블록(340)에 또한 입력된다. 따라서 바람 값은 이와 같은 좌표(x, y 및 z)에 할당될 수 있다. 따라서, 측정 기록 블록(340)은 풍속(Vw(x, y, z)) 및 풍향(Rw(x, y, z))을 출력한다. 그런 다음 이러한 바람 값은 추가로 처리될 수 있으며, 또한 바람장을 기록하기 위해 이들에게 할당되어 있는 좌표를 고려하여 사용될 수 있다. 이 경우 바람 프로파일을 기록하기 위해, 수직 좌표(z)만을 고려하는 것으로 충분할 수 있다. 특히 전체 로터 평면에 대해 바람장이 기록되어야 한다면, 좌표(x 및 y)도 또한 필요하고, 이 경우 좌표(x 및 y)는 단지 변하는 수평 좌표만을 갖는 표현으로 변환될 수 있다.
수직 추력(Sz)으로부터 예를 들어 공기 밀도를 추론할 수 있으며, 이는 일 양태로서 제안되는 것이다.
도 3의 단순화된 제어 구조에 따른 이러한 제어에 대해 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 풍속 및 풍향은 측정 드론의 기울기로부터 유도될 수 있다. 구동 로터가 측정 드론과 움직이지 않게 연결될 때, 각 개별 로터의 회전 속도 및 그에 따른 추력은 원하는 기울기 및 이동 방향이 설정되는 방식으로 조정된다. 2 차 조건으로서, 수직 위치를 유지하기 위한 개별 로터 추력의 합이 비행 중량에 정확하게 대응하거나 또는 위 또는 아래로의 원하는 가속을 발생시키는 요구 사항이 수반될 수 있다.
구현을 위해 사용된 소프트웨어는 위치 데이터 및 기울기 각도를 출력할 수 있다. 이 데이터는 저장되어 지상국에 원격으로 전송될 수 있다. 평가는 예를 들면 지상국에서 수행될 수 있다.
도 4는 풍력 터빈(100) 및 복수의 측정 드론(2)을 갖는 풍력 발전 시스템(1)을 개략적으로 도시한다. 측정 드론(2)은 도 4의 이러한 개략적인 도면에서, 여기서 상응하는 화살표로 나타내어지는 개략적으로 지시된 바람(4)에 대해, 풍력 터빈(100)의 전방에서, 즉 풍력 터빈(100)의 바람이 불어오는 쪽에 배치된다. 이 경우 측정 드론(2)은 서로 실질적으로 수직으로 중첩되어 배열되어, 이를 통해 가상 측정 마스트(6)를 형성한다. 도 4의 이러한 변형예에 따르면, 공급 케이블(8)이 제공되고, 이 공급 케이블을 통해 측정 드론(2)에는 전기 에너지가 공급된다. 측정 드론은 이 경우 공통 공급 케이블(8)을 공유하며, 이 공급 케이블은 또한 트레일링 케이블이라고도 한다. 이러한 공통 공급 케이블(8)의 사용을 통해, 측정 드론(2)에 의해 전체적으로 추가적으로 공급 케이블(8)을 통해 지지되어야 하는 중량은 전체적으로 가능한 한 낮게 유지될 수 있다. 공급은 여기서 서비스 차량으로서 설계되는 기지국(10)을 통해 이루어진다. 따라서, 공급 케이블(8) 및 기지국(10)과 함께 측정 드론들(2)은 측정 드론들(2)에 의해 적어도 하나의 측정값을 기록하기 위한 측정 조립체(12)를 형성한다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 풍력 터빈(100)에 대한 원하는 위치에서의 측정값의 측정이 간단한 방식으로 달성될 수 있다. 특히, 이를 통해 항상 풍력 터빈(100)의 바람이 불어오는 쪽에서 개별 측정값뿐만 아니라 바람 프로파일 또는 바람장 또는, 마이크로폰이 제공되는 경우에는, 소리 프로파일 또는 음장을 기록하는 것도 간단한 방식으로 가능하다. 이는, 오직 측정 드론(2)이 풍력 터빈의 바람이 불어오는 쪽의 대응하는 위치로 제어되어야 한다는 점에서, 각각의 발생하는 풍향에 대해 원칙적으로 가능하다. 이것들은 바람에 대해 간단한 방식으로 추적할 수 있기 때문에, 풍향의 변화 후에도 바람이 불어오는 쪽에서의 측정이 이루어질 수 있다. 선택적으로, 여기서 서비스 차량으로서 설계되고 특히 측정 드론(2)의 전기 공급을 수행하는 기지국(10)은 풍향이 변할 때 마찬가지로 그들의 위치를 변화시킬 수 있다. 대안적으로, 특히 기지국(10)과 가장 낮은 측정 드론(2) 사이의 공급 케이블(8)의 대응되는 섹션이 너무 길어서, 풍향의 변화가 적은 경우에 기지국(10)이 그 위치가 변경될 필요가 없거나 또는 적어도 변경될 필요가 없는 것이 또한 제공될 수도 있다.
도 5는 복수의 측정 드론(2)이 또한 공급 케이블(8)을 통해 전력이 공급되는 실시예를 도시한다. 그러나 공급은 여기서 풍력 터빈(100)을 통해 이루어지고, 이 경우 공급 케이블(8)은 나셀(104)에 연결되거나 또는 나셀(104)의 영역에서 대응하는 공급 유닛에 연결되어 있다.
여기서도 또한 다양한 측정 드론(2)이 바람(4)에 대해 풍력 터빈(100)의 전방에 배치되어 있다. 원칙적으로, 필요한 경우, 풍력 터빈의 바람이 불어오는 쪽에서 측정을 수행하지 않는 것이 또한 고려된다.
어떤 경우든, 도 5에 따른 이러한 실시예에 따르면, 측정값을 기록하고 또한 특히 바람(4)의 높이 프로파일을 기록할 수 있는 가상 측정 마스트(6)가 측정 드론(2)에 의해 간단한 방식으로 형성될 수 있다. 공급 케이블(8)의 케이블 가이드를 위해, 공급 케이블을 나셀(104)로부터 로터(106)를 통해 측정이 이루어져야 하는 원하는 위치로, 즉 이 예에서 풍력 터빈(100)의 바람이 불어오는 쪽에서 안내하는 추가의 측정 드론(2)이 제공된다. 공급 케이블 및 트레일링 케이블이라는 용어는 여기에서 동의어로 사용할 수 있다.
기록된 데이터, 특히 측정값 또는 이에 대응하는 값은 풍력 터빈(100)으로 또는 추가적으로 또는 대안적으로 서비스 차량(11)으로 전송될 수 있다. 서비스 차량(11)에 의해, 측정 드론(2) 및 특히 또한 가상 측정 마스트(6)의 조정이 이와 관련해서 수행될 수도 있다. 기지국의 부분 작업, 즉 에너지 공급은 여기서 풍력 터빈(100), 특히 나셀(104)에서의 대응하는 장치에 의해 수행될 수 있다.
도면에 대한 이 상세한 설명에서, 특히 도 4 내지 도 7에 대한 상세한 설명에서, 유사한, 가능하게는 동일하지 않은 요소들에 대해 동일한 참조 번호들이 사용된다는 것을 주목해야 한다. 예를 들어, 서비스 차량(11)은 도 4 및 도 5와 다른 도면들 사이에서 상이할 수 있는데, 왜냐하면 이 서비스 차량은 일 경우에 측정 드론(2)의 전기 공급을 수행하지만, 다른 경우에는 그렇지 않기 때문이다. 또한 측정 드론(2)은 도 4 내지 도 7의 실시예에서 동일할 수 있지만, 그러나 또한 다를 수 있다. 예를 들어, 도 5의 실시예에 따르면, 풍력 터빈(100)의 전방에 배치된 측정 드론(2)은 본질적으로 단지 공급 케이블(8)을 안내하기 위해 제공되는 측정 드론(2)과 상이한 평가 기능을 갖는 것이 제공될 수 있다. 또한, 필요한 경우 측정 드론은 그 크기가 다를 수 있다. 특히 트레일링 케이블을 운반할 필요가 없는 측정 드론(2)은 필요한 경우 케이블을 운반해야 하는 측정 드론(2)보다 작게 구성될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 특히 측정 조립체(12)의 취급을 단순화하기 위해, 각각의 위치에 대해 동일한 측정 드론(2)이 사용된다.
본질적으로 단지 즉 풍력 터빈(100)의 나셀(104) 및 로터(106)로부터 풍력 터빈(100)의 전방의 가상 측정 마스트(6)의 위치까지 공급 케이블(8)의 다른 가이드가 제공된다는 점에서, 도 6의 측정 조립체(12) 및 이에 따라 풍력 발전 시스템(1)은 도 5의 측정 조립체(12) 또는 풍력 발전 시스템(1)과 다르다. 그 밖의 점에서는 추가 설명을 위해 도 5의 실시예를 참조하도록 한다.
마지막으로, 도 7은 측정 드론(2)이 공급 케이블 없이 작동하는 풍력 발전 시스템(1) 및 따라서 또한 측정 조립체(12)를 도시한다. 이를 위해, 각각의 측정 드론(2)은 어큐뮬레이터 또는 유사한 전기 에너지의 저장 장치를 포함한다. 측정 드론(2)은 이 경우 공간에서 서로 독립적으로 배치될 수 있다. 그러나, 이에 의해 또한 가상 측정 마스트(6)를 형성하는 것은 가능하다. 이러한 가상 측정 마스트(6)는 또한 여기서, 즉 본 예에서는 4 개의 측정 드론(2)으로부터 형성되며, 이들 4 개의 측정 드론은 또한 예시적으로 바람(4)에 대해 풍력 터빈(100)의 전방에 위치된다. 따라서, 도 7의 이들 측정 드론(2)은 도 4 내지 도 6의 실시예에 따른 공급 케이블(8)을 갖는 측정 드론(2)이 수행할 수 있는 것과 동일한 작업을 수행할 수 있다. 그러나, 도 4 내지 도 6의 실시예의 측정 드론(2)은 기본적으로 그 위치에서 임의적으로 오랫동안 비행할 수 있고, 이를 통해 측정을 영구적으로 수행하고 측정 결과를 전달할 수 있다.
그 대신에, 2 개의 충전 스테이션(14)이 측정 드론(2)에 대해 제공된다. 이들 충전 스테이션(14)에서 각각 하나의 측정 드론(2), 즉 총 2 개의 측정 드론(2)이 충전될 수 있다. 적어도 하나의 측정 드론(2)이 충전되면, 교환 프로세스(16)가 수행될 수 있는데, 이 교환 프로세스에서 충전된 측정 드론(2)은 충전 스테이션(14) 중 하나를 떠나서, 충전 스테이션(14)에 접근하여 거기에서 충전이 수행될 수 있는 측정 드론(2)의 위치를 차지한다. 조정은 또한 여기서 서비스 차량(1)에 의해 수행될 수 있다. 서비스 차량(11)과 함께 충전 스테이션(14)은 측정 드론(2) 및 따라서 전체 측정 조립체(12)에 대한 기지국(10)을 형성할 수 있다.
일 변형예에 따르면, 가장 단순한 경우에는 충전 스테이션으로도 충분할 수 있는 충전 스테이션이 풍력 터빈(100)의 나셀에 배치된다. 이를 통해, 특히 충전 스테이션이 이를 통해 권한이 없는 액세스로부터 보호되는 것이 또한 달성될 수 있다. 측정 드론은 이 경우 또한 완전히 자율적으로 작동할 수 있으므로 모니터링이 필요하지 않을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 측정 드론들이 충전을 위해 교환되는 어큐뮬레이터 또는 전기 에너지의 유사한 저장 장치를 포함하는 해결 방안이 제공될 수 있다. 이를 위해, 배터리라고도 언급될 수 있는 일련의 복수의 어큐뮬레이터, 예를 들어 5 개 이상의 배터리가 동일한 개수의 충전 스테이션에서 충전될 수 있다. 하나 이상의 각각의 완전히 충전된 배터리는 시리즈의 단부에서 드론에 도킹할 준비가 된다. 사용된 배터리는 드론에서 제거되어, 시리즈의 후방 단부에서 충전 스테이션으로 배치되어 거기에서 충전된다. 따라서 동일한 기능에서 드론이 더 적게 필요하며 충전을 위한 시간이 더 길어, 배터리의 수명이 연장된다. 이러한 조립체는 또한 풍력 터빈의 나셀에 제공될 수도 있다.
따라서 풍향이 변화되어도 풍력 터빈의 전방에서 바람 측정을 수행할 수 있는 해결 방안이 제공된다. 따라서, 본 발명은 고정적으로 설치된 바람 측정 마스트가 요구되지 않고, 풍력 터빈의 전방의 유동 방향으로 동일한 거리에서 자동 자세 및 위치 제어를 갖는 자율 비행 장치가 사용됨으로써, 고정식 바람 측정 마스트로부터 공지되어 있는 문제점을 회피한다. 이러한 자율 비행 장치는 여기서 측정 드론이라고 한다.
비행 물체, 즉 측정 드론에는 바람직하게는 필요한 리프트(lfit)를 제공하는 수직 회전축을 갖는 전기 구동 프로펠러가 장착되어 있다. 이러한 측정 드론은 멀티콥터의 원리에 따라 설계될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 목적을 위한 자유 비행 드론의 기술과 상이하게 배터리 또는 어큐뮬레이터를 에너지 소스로 동반시키는 것을 생략하고 그 대신에 에너지 공급이 유선으로 이루어질 수도 있다. 그러나 이 경우 비행 높이는 이러한 케이블의 중량, 즉 공급 케이블의 중량에 의해 제한되며, 비행 시간은 이 경우 무제한일 수 있다.
대안적으로 어큐뮬레이터로 작동하는 비행 물체, 즉 특히 어큐뮬레이터가 구비된 드론을 사용할 수도 있다. 비행 시간이 제한되어 있기 때문에, 비행 물체를 다른 새로 충전된 물체로 주기적으로 교체하는 것이 수행될 수 있다. 이 경우에, 교체하는 물체, 즉 측정 드론은 지상에 또는 나셀 상에 장착된 충전 스테이션, 예를 들어 충전 스테이션(14)으로부터 교체될 물체의 위치로 비행하고, 한편 교체될 물체는 충전 스테이션으로 다시 비행한다. 여기에 설명된 비행 물체는 또한 측정 드론이라고도 하며, 이러한 용어는 이와 관련해서 동의어로 사용될 수 있다. 충전 시간이 비행 시간보다 길면, 가능한 한 시간적으로 갭이 없는 작동을 유지하기 위해, 그에 상응하게 물체 위치당 더 많은 충전 스테이션 및 물체를 배치하는 것이 제안된다.
자세 제어를 위해, 예를 들어 전자식 자이로스코프를 포함하는 자이로스코프와 같은 종래의 시스템 및 광학 시스템 또는 이들의 조합이 제안된다.
위치 제어는 물체를 사전 설정된 위치 및 높이에 견고하게 유지하며, 이 경우 위치는 여전히 변경될 수 있다. 이를 위해 GPS 기반 시스템이 사용되고, 높이 측정을 위해 가능하다면 초음파 및 레이더 장치가 사용된다. GPS 기반 시스템의 정확성은 풍력 터빈 위에 또는 그 근처에서 고정 기준 수신기를 사용함으로써 크게 향상될 수 있다. 이는 또한 차동 GPS라는 용어로도 알려져 있다.
풍향 및 풍속이 주로 요구되는 측정 변수이기 때문에, 비행 제어기에 의해 위치 유지를 위해 계산된 제어 변수는 측정 신호로 직접 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 비행 물체는 또한 종래의 측정 센서를 보유할 수도 있다.
특히, 이러한 복수의 물체, 즉 이들 비행 물체를 기하학적 위치에, 그러나 상이한 높이에 배치하여 가상 바람 측정 마스트, 즉 특히 도 4 내지 도 7에 도시된 가상 바람 측정 마스트(6)를 형성하는 것이 제안된다.
바람의 방향으로 변할 때 풍력 터빈의 바람 추적이 수행되는 경우, 위에서 언급된 가상 바람 측정 마스트를 형성할 수 있는 비행 물체로 이루어진 그러한 칼럼은 상응하는 새로운 위치, 특히 풍력 터빈의 바람이 불어오는 쪽의 새로운 위치로 전환될 수 있다.
이러한 추적에서의 단점은 여기에도 마찬가지로 추적되는 유선 연결되는 에너지 공급이 존재할 수 있다는 것이다. 이것은 비행 물체, 즉 측정 드론(2)의 에너지 공급이 나셀로부터 수행되는 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 회피될 수 있다. 도 5 및 도 6은 케이블이 로터 둘레로 안내되는 그러한 변형예를 도시한다. 이것은 예를 들어 로터 위 또는 아래, 즉 로터 직경 아래 또는 로터 표면 아래에서 이루어질 수 있다.
배터리 작동식 비행 물체, 즉 배터리 작동식 측정 드론을 주기적으로 교체하면 케이블 작동의 단점을 전반적으로 회피할 수 있지만, 그러나 경우에 따라 더 많은 개수의 비행 물체 및 추가의 충전 스테이션을 필요로 할 수 있어 그에 상응하게 비용이 더 높아진다. 이러한 주기적인 교체는 예를 들어 도 7에 설명되어 있다.
본 발명은 특히 풍력 터빈의 사용을 위한 측정을 위해 설명되었다. 그러나 지상의 0 내지 300 미터의 범위의 유동에 관한 것인 분위기에서 필수적으로 정지되어야 하는 다른 측정 작업도 이를 통해 필요한 경우 또한 수행될 수 있다.
그러나 특히, 고정식 바람 측정 마스트를 대체하기 위한 것으로서 본 발명을 사용하는 것이 제안된다.
따라서 측정 목적을 위해 고정 위치, 특히 즉 사전 설정 가능한 위치에 비행 플랫폼 조립체, 즉 소위 비행 물체 또는 측정 드론을 배치하는 것이 특히 제안된다. 이러한 복수의 플랫폼을 가상 바람 측정 마스트에 결합하는 것이 유리한다. 유선 에너지 공급을 통해 무제한 비행 시간이 이론적으로는 달성 가능하다. 에너지 공급은 이 경우 지상으로부터 또는 풍력 터빈의 나셀로부터 수행될 수 있다. 위치 제어 신호 또는 자세 제어 신호가 측정값으로 사용될 수 있다. 특히 바람직하게는 중앙 기지국에 대한 원격 무선 데이터 전송이 이루어진다. 이러한 중앙 기지국은 설명된 기지국의 일부일 수 있다. 그러나, 전송된 데이터의 평가는 또한 그 대신에 또는 추가적으로 다른 위치에서 수행될 수 있는데, 예를 들어 풍력 터빈의 프로세스 컴퓨터에서 또는 풍력 발전 지역의 발전 지역 제어기에서 중앙 평가 유닛에서 수행될 수 있으며, 이들은 측정 드론 또는 위에서 언급된 비행 플랫폼 바로 근처에 있을 필요는 없다. 여기서 주목해야 할 점은, 비행 플랫폼이라는 용어는 비행 플랫폼이 자신의 목적을 위해 비행하는 것이 아니라, 이 경우 특히 측정 작업을 수행하고 이와 관련해서 이러한 측정 작업을 수행하기 위한 플랫폼을 형성한다는 점을 강조하기 위해 여기에 사용된다는 것이다.
도 8은 마이크로폰(80)을 구비한 측정 드론(2)을 도시한다. 마이크로폰(80)은 소리의 음압 또는 주파수와 같은 측정값, 즉 소리 측정값을 기록하는 데 사용된다. 마이크로폰(80)은 드론(2)의 베이스 본체(84)에서 드론(2) 아래의 케이블(82)에 의해 매달려 있다. 드론(2)의 베이스 본체(84)라 함은 프로펠러(85)가 배치되어 있는 드론의 일부를 지칭한다. 케이블(82) 상에는 마이크로폰(80) 위에 반향 플레이트(86)가 위치하고, 이 반향 플레이트는 드론(2)의 소음을 차폐한다.

Claims (28)

  1. 적어도 하나의 측정값을 기록하기 위한 방법에 있어서,
    상기 측정값은 적어도 하나의 측정 드론(2)에 의해 기록되고,
    상기 측정 드론(2)은
    - 측정값을 기록하기 위해 사전 설정 가능한 위치로 비행하고,
    - 위치 제어기에 의해 상기 사전 설정 가능한 위치에 유지되거나 또는 상기 사전 설정 가능한 위치에 대한 변화가 기록되며,
    - 상기 적어도 하나의 측정값을 기록하고,
    - 기록된 상기 적어도 하나의 측정값 또는 이에 대한 적어도 하나의 대표값을 저장하고 그리고/또는 평가 장치(10)로 전송하는 것인, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    측정값으로서 적어도 하나의 소리 측정값이, 특히 마이크로폰(80)으로 설계된 상기 측정 드론(2)의 측정 센서에 의해 기록되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 측정값을 기록한 후, 상기 측정 드론은, 다른 사전 설정 가능한 위치로 비행하고, 위치 제어기에 의해 상기 다른 사전 설정 가능한 위치에 유지되거나 또는 상기 다른 사전 설정 가능한 위치에 대한 변화가 기록되고, 상기 측정 드론은 적어도 하나의 다른 측정값을 기록하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    측정값으로서 적어도 하나의 바람 측정값이, 특히 바람 측정값 기록 수단으로서 설계된 상기 측정 드론(2)의 측정 센서에 의해 기록되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 바람 측정값으로서
    - 풍속,
    - 풍향 및
    - 돌풍
    을 포함하는 리스트로부터 적어도 하나의 값이 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 측정 드론은
    - 위치 제어기에 의해 상기 사전 설정 가능한 위치에 유지되고 그리고/또는
    - 자세 제어기에 의해 사전 설정 가능한 자세로 유지되고,
    - 상기 위치 제어기 또는 상기 자세 제어기로부터 또는 둘 모두로부터 상기 적어도 하나의 바람 측정값이 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    중단 없이 상기 측정값을 기록하기 위해, 상기 측정값을 기록하는 동안 적어도 2 개의 측정 드론(2)이 교호식으로 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 측정 드론(2)이 동시에 사용되고, 상이한 사전 설정 가능한 위치에서 상기 측정값을 기록하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 적어도 하나의 바람 시어(wind shear),
    - 적어도 하나의 바람 비어(wind veer), 및
    - 바람장(wind field)
    을 포함하는 리스트로부터 선택되는 적어도 하나의 바람 특성이 기록되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 드론(2)의 위치 제어는
    - GPS 데이터 평가 측정 시스템,
    - 하나 이상의 정지된 기준 수신기에 의해 보완되는 GPS 데이터 평가 측정 시스템,
    - 초음파 측정 평가 측정 시스템, 및
    - 레이더 측정 평가 측정 시스템
    을 포함하는 리스트로부터 선택되는 적어도 하나의 측정 시스템에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가의 기상 정보가 상기 적어도 하나의 측정 드론에 의해 또는 다른 방법으로 기록되고, 상기 추가의 기상 정보는
    - 공기 온도,
    - 강수 유형,
    - 강수량,
    - 공기 습도,
    - 공기 밀도 및
    - 공기 압력
    을 포함하는 리스트로부터 선택되는 적어도 하나의 기상 정보에 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 측정 드론(2)은 위치 제어기에 의해 각각 서로 다른 높이에 유지되고, 각각의 상기 측정 드론(2)은 높이의 측정값을 기록하여, 특히 상기 복수의 측정 드론(2)은 함께 가상 측정 마스트(6)를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 측정 드론(2)은 특히 상기 풍력 터빈(100)의 바람이 불어오는 곳(windward)에서, 풍향에 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 적어도 하나의 풍력 터빈(100)을 작동하기 위한 방법에 있어서,
    상기 풍력 터빈(100)은 적어도 하나의 바람 값에 따라 작동되고, 상기 적어도 하나의 바람 값은 적어도 하나의 측정 드론(2)에 의해 기록되고, 특히, 상기 적어도 하나의 바람 값은 측정 드론(2)에 의해 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 기록되는, 방법.
  15. 적어도 하나의 측정값을 기록하기 위한 측정 드론(2)에 있어서,
    상기 측정 드론(2)은
    - 상기 측정 드론(2)이 사전 설정 가능한 위치에 접근하고 거기에서 상기 사전 설정 가능한 위치에 유지되도록 그리고/또는 상기 사전 설정 가능한 위치에 대한 상기 측정 드론(2)의 위치의 변화가 기록되도록 준비되는 비행 제어 장치,
    - 상기 적어도 하나의 측정값을 기록하기 위한 측정 수단, 및
    - 기록된 상기 적어도 하나의 측정값 또는 이에 대한 적어도 하나의 대표값을 저장하기 위한 저장 수단 또는 평가 장치(10)에 전송하기 위한 전송 수단
    을 포함하는 것인, 측정 드론.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 측정 수단은 소리 측정값을 기록하기 위한 적어도 하나의 마이크로폰(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 드론.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 측정 수단은 케이블(82) 또는 스페이서, 예를 들어 로드에 의해, 특히 프로펠러(85)가 배치되어 있는 베이스 본체(84)와 연결되어, 상기 기록 시 상기 프로펠러(85)에 대한 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 드론.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 측정 수단과 상기 베이스 본체(84) 사이의 상기 케이블(82) 또는 상기 스페이서 상에 플레이트(86)가 배치되고, 상기 플레이트(86)는 바람직하게는 반향 플레이트인 것을 특징으로 하는 측정 드론.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 수단은 적어도 하나의 바람 측정값 기록 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 드론.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실질적으로 수직인 회전축을 갖는 하나 이상의 전기 구동 프로펠러
    를 포함하며,
    상기 비행 제어 장치는
    - 하나의 또는 복수의 프로펠러,
    - 각 프로펠러의 상기 실질적으로 수직인 회전축의 배향을 조정하기 위한 조정 수단,
    - 상기 측정 드론의 자세를 제어하기 위한 자세 제어 수단, 및
    - 상기 측정 드론의 비행 방향을 제어하기 위한 방향 제어 수단
    을 포함하는 리스트로부터 선택되는 적어도 하나의 액추에이터를 제어하도록 준비되는 것을 특징으로 하는 측정 드론.
  21. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 드론은, 전기 공급을 위해,
    - 필요한 전기 에너지를 저장하기 위한 전기 배터리, 또는
    - 전기 에너지를 공급하기 위한 트레일링 케이블(trailing cable)(8)
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 드론.
  22. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 내연 기관에 의해 구동되고 실질적으로 수직인 회전축을 갖는 하나 이상의 프로펠러
    를 포함하고,
    상기 비행 제어 장치는
    - 하나의 또는 복수의 프로펠러,
    - 각각의 프로펠러의 상기 실질적으로 수직인 회전축의 배향을 조정하기 위한 조정 수단,
    - 상기 측정 드론의 자세를 제어하기 위한 자세 제어 수단, 및
    - 상기 측정 드론의 비행 방향을 제어하기 위한 방향 제어 수단
    을 포함하는 리스트로부터 선택되는 적어도 하나의 액추에이터를 제어하도록 준비되는 것을 특징으로 하는 측정 드론.
  23. 제 15 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 거기에 설명된 측정 드론(2)으로서 사용되도록 준비되는 것을 특징으로 하는 측정 드론.
  24. 복수의 측정 드론(2)에 의해 적어도 하나의 측정값, 특히 소리 측정값 또는 바람 측정값을 기록하기 위한 측정 조립체에 있어서,
    상기 측정 조립체는
    - 제 15 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 측정 드론(2), 및
    - 상기 측정 드론(2)에 전기 에너지의 공급 기능, 기록 측정값의 기록 기능, 및 상기 측정 드론(2)의 서로에 대한 조정 기능을 포함하는 리스트로부터의 적어도 하나의 기능을 수행하기 위한 기지국(10)
    을 포함하는 것인, 측정 조립체.
  25. 바람으로부터 전력을 생성하기 위한 로터 블레이드(108)를 갖는 로터(106) 및 나셀(104)을 갖는 풍력 터빈(100)에 있어서,
    상기 풍력 터빈(100)은
    - 적어도 하나의 측정값에 따라 제어될 수 있고,
    - 적어도 하나의 측정 드론(2)에 의해 기록되고 전송되는 측정값 또는 이에 대한 대표값을 수신하도록 구성되는 데이터 전송 수단
    을 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 데이터 전송 수단은 상기 측정값 또는 이에 대한 상기 대표값을 제 15 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 측정 드론(2)으로부터 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 측정 드론(2)을 전기적으로 충전하기 위한 충전 스테이션(14)이 제공되고,
    상기 충전 스테이션(14)은 바람직하게는 상기 풍력 터빈(100)의 상기 나셀(104) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 풍력 터빈.
  28. 바람으로부터 전력을 생성하기 위한 풍력 발전 시스템(1), 특히 풍력 발전 지역(112)에 있어서,
    - 제 25 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 풍력 터빈(100), 및
    - 제 15 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 따른 측정 드론(2)
    을 포함하는, 풍력 발전 시스템.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6759435B1 (ja) * 2019-09-17 2020-09-23 株式会社かもめや 飛行装置、測定システム及び測定方法
CN110550526B (zh) * 2019-09-19 2020-12-25 日立楼宇技术（广州）有限公司 一种电梯钢丝绳的检测方法、装置及系统
CN112730881B (zh) * 2020-12-15 2023-11-10 苏州西热节能环保技术有限公司 一种除尘器进口烟道内气流分布状态的检测方法
US11854411B2 (en) 2020-12-22 2023-12-26 Florida Power & Light Company Coordinating drone flights in an operating wind farm
CN113093188B (zh) * 2021-04-02 2022-01-11 滁州学院 一种基于无人机遥感的农作物种类识别系统
JP7336621B1 (ja) * 2021-09-30 2023-08-31 Ｊｆｅアドバンテック株式会社 音波受信装置及び音源方位標定装置並びに音源方位標定方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001020848A (ja) * 1999-07-02 2001-01-23 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 翼発生音計測装置
JP2005247008A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Yamaha Motor Co Ltd 無人ヘリコプタ用制御装置
DE102005045516A1 (de) * 2005-09-22 2007-03-29 Daubner & Stommel GbR Bau-Werk-Planung (vertretungsberechtigter Gesellschafter: Matthias Stommel, 27777 Ganderkesee) Verfahren zur Anpassung einer Windenergieanlage an gegebene Windverhältnisse
EP2525243A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-21 Siemens Aktiengesellschaft Method to collect meteorological data
DE102012213261B4 (de) * 2012-07-27 2022-08-11 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zum Betreiben einer Luftfahrzeugeinrichtung und zur Durchführung von Messungen sowie Luftfahrzeugeinrichtung, Basisstation und Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens
CN103399169B (zh) * 2013-08-09 2016-01-20 哈尔滨工业大学深圳研究生院 一种用于风力机的风速测量装置
EP3020963A1 (en) * 2014-11-13 2016-05-18 Siemens Aktiengesellschaft Method to measure free wind parameters
MX357901B (es) * 2014-12-10 2018-07-05 Atecsur Alta Tecnologia Del Sureste S A De C V Dispositivo retráctil para la determinación telemétrica del potencial eólico en zonas de difícil acceso con vuelo x-y-z.

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