KR20220060448A - 피치 제어 방식을 이용한 풍력 발전 장치 - Google Patents

피치 제어 방식을 이용한 풍력 발전 장치 Download PDF

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Abstract

피치 제어 방식을 이용한 풍력 발전 장치를 개시한다.
본 실시예는 피치제어 방식의 소형풍력발전기는 회전속도의 제곱에 비례하는 원심력을 이용하여 구동전원이 필요없이 수동형으로 피치제어가 가능하며, 태풍으로 인한 과풍속시 시스템을 보호할 수 있도록 하는 피치 제어 방식을 이용한 풍력 발전 장치를 제공한다.

Description

피치 제어 방식을 이용한 풍력 발전 장치{Wind Generator Using Pitch Control}
본 발명의 일 실시예는 피치 제어 방식을 이용한 풍력 발전 장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.
풍력발전은 그 특성상 출력이 풍속의 3제곱에 비례하여 과풍속에서 매우 민감하게 작용하여 태풍, 돌풍 등 과풍속시에 출력제한의 어려움 있다.
풍력발전은 크게 MW급 이상의 대형풍력과 kW급의 소형풍력을 나눌 수 있다. 소형풍력은 가정용이나, 계통전력이 공급되지 않는 지역에 독립전원으로 많이 이용되고 있다. 소형풍력은 출력제어로 대부분 펄링(Furling)시스템이나, 발전기의 단락제동을 이용하므로 과풍속에서 고장의 가능성이 높다. 소형풍력에서도 효율적이고 신뢰성 높은 피치제어 출력제어 시스템이 필요하다.
본 실시예는 피치제어 방식의 소형풍력발전기는 회전속도의 제곱에 비례하는 원심력을 이용하여 구동전원이 필요없이 수동형으로 피치제어가 가능하며, 태풍으로 인한 과풍속시 시스템을 보호할 수 있도록 하는 피치 제어 방식을 이용한 풍력 발전 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 블레이드(Blade)와 체결되어 고정시키는 블레이드 체결부; 상기 블레이드 체결부와 연결되어 피치(Pitch)가 조절되도록 하는 상단 베어링; 상기 상단 베어링을 상단에 위치시키며, 상기 상단 베어링과 연결되어 이어지는 축을 내부에 포함하는 하우징 형태를 갖는 베어링 하우스; 상기 베어링 하우스의 하단에 위치하며, 상기 상단 베어링과 연결되어 이어지는 축과 연결되어 외부로 돌출되도록 하는 형태를 갖는 하단 베어링; 및 상기 상단 베어링과 연결되는 이어지는 축 형태로서, 상기 하단 베어링을 통과하여 외부로 돌출되는 형태를 갖는 피치축;을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 피치제어 방식의 소형풍력발전기는 회전속도의 제곱에 비례하는 원심력을 이용하여 구동전원이 필요없이 수동형으로 피치제어가 가능하며, 태풍으로 인한 과풍속시 시스템을 보호할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 블레이드 결합모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 블레이드 결합모듈 세트를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 원형 베이스에 결합된 블레이드 결합모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 블레이드 결합모듈 간의 결합 방식을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 블레이드 결합모듈에 결합된 무게축을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 각 블레이드와 체결된 결합모듈을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 피치 제어 방법을 나타낸 도면이다.
이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 실시예에 따른 블레이드 결합모듈을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 제1 블레이드 결합모듈(100)은 일단이 제1 블레이드(610)에 결합되고, 타단이 결합부를 이용하여 제2 블레이드 결합모듈(200) 및 제3 블레이드 결합모듈(300)과 서로 연결된다.
본 실시예에 따른 제1 블레이드 결합모듈(100)은 제1 블레이드 체결부(110), 제1 무게축 결합바(120), 제1 상단 베어링(130), 제1 베어링 하우스(140), 제1 하단 베어링(150), 제1 피치축(160)을 포함한다. 제1 블레이드 결합모듈(100)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 블레이드 체결부(110)는 내측에 제1 블레이드 체결홀(112)을 형성하고, 복수의 제1 블레이드 체결홀(112)을 이용하여 제1 블레이드(610)와 체결한다. 제1 블레이드 체결부(110)는 한쪽방향으로만 돌출된 제1 무게축 결합바(120)를 포함한다.
다시 말해, 제1 블레이드 체결부(110)는 제1 블레이드(610)와 체결되어 제1 블레이드(610)를 고정시킨다. 제1 블레이드 체결부(110)의 일단이 제1 블레이드(610)와 체결되어 고정시키며, 제1 블레이드 체결부(110)의 타단이 제1 상단 베어링(130)에 연결된다. 제1 블레이드 체결부(110)는 한쪽방향으로만 돌출되는 바형태의 제1 무게축 결합바(120)를 포함한다.
제1 블레이드 체결홀(112)은 제1 블레이드 체결부(110) 상에 형성되어 제1 블레이드(610)와 체결된다.
제1 무게축 결합바(120)에는 제1 무게축 결합홀(122)이 형성되어 제1 무게축(512)이 체결된다. 제1 무게축 결합바(120) 상에는 제1 무게축(512)이 체결되는 제1 무게축 결합홀(122)이 형성된다. 제1 무게축 결합홀(122)은 제1 무게축 결합바(120) 상에 형성되어 제1 무게축(512)과 체결한다.
제1 상단 베어링(130)은 제1 블레이드 체결부(110)와 체결되어 제1 블레이드 체결부(110)의 피치를 조절한다. 제1 상단 베어링(130)은 제1 베어링 하우스(140) 내에 위치하는 제1 피치축(160)과 연결된다. 제1 상단 베어링(130)은 제1 블레이드 체결부(110)와 연결되어 피치(Pitch)가 조절되도록 한다.
제1 상단 베어링(130)의 일단이 제1 블레이드 체결부(110)와 연결되며, 제1 상단 베어링(130)의 타단이 제1 피치축(160)과 연결되어, 제1 피치축(160)의 회전에 따라 제1 블레이드 체결부(110)의 피치가 조절되도록 한다.
제1 베어링 하우스(140)는 제1 상단 베어링(130)을 상단에 위치시키며, 제1 상단 베어링(130)과 연결되어 이어지는 축을 내부에 포함하는 하우징 형태를 갖는다. 제1 베어링 하우스(140)의 상단에 제1 상단 베어링(130)이 위치하도록 하며, 제1 베어링 하우스(140)의 하단에 제1 하단 베어링(150)이 위치하도록 하며, 내부에 제1 피치축(160)이 이어지는 형태로 포함한다. 제1 베어링 하우스 체결홀(142)은 제1 베어링 하우스(140)의 끝단에 형성되어 원형 베이스(310)에 체결된다.
제1 하단 베어링(150)은 제1 베어링 하우스(140)의 하단에 위치하며, 제1 상단 베어링(130)과 연결되어 이어지는 축과 연결되어 외부로 돌출되도록 하는 형태를 갖는다. 제1 하단 베어링(150)은 제1 상단 베어링(130)에 연결된 제1 피치축(160)과 연결되며, 제1 상단 베어링(130)에 연결된 제1 피치축(160)이 통과하여 외부로 돌출되는 형태를 갖도록 한다.
제1 피치축(160)은 제1 베어링 하우스(140) 내에 삽입되어 제1 상단 베어링(130)과 연결된다. 제1 피치축(160)은 회전에 따라 제1 상단 베어링(130)과 연결된 제1 블레이드 체결부(110)의 피치가 조절되도록 한다. 제1 피치축(160)은 제1 상단 베어링과 연결되는 이어지는 축 형태로서, 제1 하단 베어링(150)을 통과하여 외부로 돌출되는 형태를 갖는다.
제1 피치축(160)의 일단이 제1 상단 베어링(130)에 연결되며, 제1 피치축(160)의 타단이 제1 하단 베어링(150)에 연결되며, 제1 하단 베어링(150)을 통과하여 외부로 돌출되는 형태로 이어진다.
제1 피치홀(162)은 제1 피치축(160) 상에 형성된다. 제1 피치홀(162)에는 제1 기둥(412)이 삽입되어 일단이 제1 결합바(422)와 제3 결합바(426)와 이어져서 제2 블레이드 결합모듈(200) 내의 제2 피치축과 제3 블레이드 결합모듈(300) 내의 제3 피치축과 연결된다.
도 2는 본 실시예에 따른 블레이드 결합모듈 세트를 나타낸 도면이다.
제1 블레이드 결합모듈(100), 제2 블레이드 결합모듈(200), 제3 블레이드 결합모듈(300) 3개가 한 세트로 구현된다.
제1 블레이드 결합모듈(100)은 제1 블레이드 체결부(110), 제1 상단 베어링(130), 제1 베어링 하우스(140), 제1 하단 베어링(150), 제1 피치축(160)을 포함한다. 제2 블레이드 결합모듈(200)은 제2 블레이드 체결부, 제2 상단 베어링, 제2 베어링 하우스, 제2 하단 베어링, 제2 피치축을 포함한다. 제3 블레이드 결합모듈(300)은 제3 블레이드 체결부, 제3 상단 베어링, 제3 베어링 하우스, 제3 하단 베어링, 제3 피치축을 포함한다.
제1 블레이드 결합모듈(100), 제2 블레이드 결합모듈(200), 제3 블레이드 결합모듈(300)은 하나의 세트로 구현된다.
도 3은 본 실시예에 따른 원형 베이스에 결합된 블레이드 결합모듈을 나타낸 도면이다.
제1 블레이드 결합모듈(100), 제2 블레이드 결합모듈(200), 제3 블레이드 결합모듈(300)은 서로 간에 결합부로 체결되어 원형 베이스(310)에 결합된다.
원형 베이스(310)에 제1 블레이드 결합모듈(100)이 체결될 때, 제1 베어링 하우스(140), 제1 하단 베어링(150), 제1 피치축(160)이 원형 베이스(310) 내부에 위치한다. 원형 베이스(310)에 제1 블레이드 결합모듈(100)이 체결될 때, 제1 상단 베어링(130), 제1 블레이드 체결부(110)는 원형 베이스(310)를 벗어나는 형태로 체결된다. 제1 베어링 하우스(140)가 원형 베이스(310) 내부에 체결될 때, 제1 베어링 하우스(140)에 형성된 제1 베어링 하우스 체결홀(142)을 이용하여 원형 베이스(310)와 체결된다.
원형 베이스(310)에 제2 블레이드 결합모듈(200)이 체결될 때, 제2 베어링 하우스, 제2 하단 베어링, 제2 피치축이 원형 베이스 내부에 위치한다. 원형 베이스(310)에 제2 블레이드 결합모듈(200)이 체결될 때, 제2 상단 베어링, 제2 블레이드 체결부는 원형 베이스(310)를 벗어나는 형태로 체결된다. 제2 베어링 하우스가 원형 베이스(310) 내부에 체결될 때, 제2 베어링 하우스에 형성된 제2 베어링 하우스 체결홀을 이용하여 원형 베이스(310)와 체결된다.
원형 베이스(310)에 제3 블레이드 결합모듈(300)이 체결될 때, 제3 베어링 하우스, 제3 하단 베어링, 제3 피치축이 원형 베이스 내부에 위치한다. 원형 베이스(310)에 제3 블레이드 결합모듈(300)이 체결될 때, 제3 상단 베어링, 제3 블레이드 체결부는 원형 베이스(310)를 벗어나는 형태로 체결된다. 제3 베어링 하우스가 원형 베이스(310) 내부에 체결될 때, 제3 베어링 하우스에 형성된 제3 베어링 하우스 체결홀을 이용하여 원형 베이스(310)와 체결된다.
제1 블레이드 결합모듈(100), 제2 블레이드 결합모듈(200), 제3 블레이드 결합모듈(300)은 결합부를 이용하여 서로 간에 연결된다.
도 4는 본 실시예에 따른 블레이드 결합모듈 간의 결합 방식을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 제1 블레이드 결합모듈(100), 제2 블레이드 결합모듈(200), 제3 블레이드 결합모듈(300)은 서로 간에 연결된 결합부는 제1 기둥(412), 제1 결합바(422), 제2 기둥(414), 제2 결합바(424), 제3 기둥(416), 제3 결합바(426)를 포함한다. 제1 블레이드 결합모듈(100)에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 블레이드 결합모듈(100), 제2 블레이드 결합모듈(200), 제3 블레이드 결합모듈(300)은 결합부를 이용하여 서로 간에 연결된다.
제1 피치축(160) 상에 형성된 제1 피치홀(162)에 제1 기둥(412)을 삽입한다. 제1 기둥(412)과 연결된 ㄱ자 형상의 제1 결합바(422)로 제1 블레이드 결합모듈(100)을 제2 블레이드 결합모듈(200)과 제3 블레이드 결합모듈(300)과 각각 연결한다.
제1 기둥(412)은 원형 기둥 형태로서, 제1 피치축(160) 내에 형성된 제1 피치홀(162)을 통과하는 형태로 체결된다. 제1 기둥(412)의 상단에 연결된 제1 결합바(422)는 ㄱ자로 꺽인 형상으로 제2 블레이드 결합모듈(200)의 제2 기둥(414)의 하단에 연결된다.
제1 기둥(412)의 하단에 연결된 제1 결합바(422)는 ㄱ자로 꺽인 형상으로 제3 블레이드 결합모듈(300)의 제3 기둥(416)의 상단에 연결된다.
제1 피치축(160)이 회전하면 제1 피치홀(162)에 체결된 제1 기둥(412)이 함께 회전하면서 동력을 제2 블레이드 결합모듈(200)에 포함된 제2 피치축과 제3 블레이드 결합모듈(300)에 포함된 제3 피치축으로 전달한다.
제1 기둥(412)은 제1 피치축(160) 내에 형성된 제1 피치홀(162)을 통과하는 형태로 체결된다. 제1 기둥(412)은 원형 기둥 형태를 가진다.
제1 결합바(422)는 제1 기둥(412)과 제2 기둥(414) 사이에 연결된다. 제1 결합바(422)는 ㄱ자로 꺽인 형상을 갖는다. 제1 결합바(422)는 일단이 제1 기둥(412)의 상단에 연결된다. 제1 결합바(422)는 타단이 제2 기둥(414)의 하단에 연결된다. 제1 결합바(422)는 제1 피치축(160)이 회전하면 제1 피치홀(162)에 체결된 제1 기둥(412)이 함께 회전하면서 동력을 제2 블레이드 결합모듈(200)에 포함된 제2 피치축으로 전달되도록 한다.
제2 기둥(414)은 제2 블레이드 결합모듈(200)에 포함된 제2 피치축 내에 형성된 제2 피치홀을 통과하는 형태로 체결된다. 제2 기둥(414)은 원형 기둥 형태를 가진다.
제2 결합바(424)는 제2 기둥(414)과 제3 기둥(416) 사이에 연결된다. 제2 결합바(424)는 ㄱ자로 꺽인 형상을 갖는다. 제2 결합바(424)는 일단이 제2 기둥(414)의 상단에 연결된다. 제2 결합바(424)는 타단이 제3 기둥(416)의 하단에 연결된다. 제2 결합바(424)는 제2 블레이드 결합모듈(200)에 포함된 제2 피치축이 회전하면, 제2 피치축에 형성된 제2 피치홀에 체결된 제2 기둥(414)이 함께 회전하면서 동력을 제3 블레이드 결합모듈(300)에 포함된 제3 피치축으로 전달되도록 한다.
제3 기둥(416)은 제3 블레이드 결합모듈(300)에 포함된 제3 피치축 내에 형성된 제3 피치홀을 통과하는 형태로 체결된다. 제3 기둥(416)은 원형 기둥 형태를 가진다.
제3 결합바(426)는 제3 기둥(416)과 제1 기둥(412) 사이에 연결된다. 제3 결합바(426)는 ㄱ자로 꺽인 형상을 갖는다. 제3 결합바(426)는 일단이 제3 기둥(416)의 상단에 연결된다. 제3 결합바(426)는 타단이 제1 기둥(412)의 하단에 연결된다. 제3 결합바(426)는 제3 블레이드 결합모듈(300)에 포함된 제3 피치축이 회전하면, 제3 피치축에 형성된 제3 피치홀에 체결된 제3 기둥(416)이 함께 회전하면서 동력을 제1 피치축(160)으로 전달되도록 한다.
도 5는 본 실시예에 따른 블레이드 결합모듈에 결합된 무게축을 나타낸 도면이다.
제1 블레이드 체결부(110)는 한쪽방향으로만 돌출된 제1 무게축 결합바(120)를 포함한다. 제1 무게축 결합바(120)에는 제1 무게축 결합홀(122)이 형성된다. 제1 무게축 결합홀(122)에 제1 무게축(512)이 체결된다.
제1 무게축(512)은 제1 블레이드 체결부(110)에 결합된 제1 블레이드(610)의 회전을 위해 제1 블레이드 체결부(110)의 한쪽에만 제1 무게축(512)이 결합된다. 제1 무게축(512)의 상단에는 무게를 담당하는 축가 형성된다. 제1 무게축(512)의 축 하단에는 원통 형상의 기둥이 제1 무게축 결합홀(122)에 체결된다.
제1 무게축(512)이 제1 무게축 결합홀(122)에 체결되어 제1 블레이드 체결부(110)에 결합된 제1 블레이드(610)가 한쪽방향으로 회전되도록 한다. 제1 무게축(512)의 상단에는 무게를 담당하는 축이 형성되고, 축 하단에는 원통 형상의 기둥이 형성되어 제1 무게축 결합홀(122)에 체결된다.
도 6은 본 실시예에 따른 각 블레이드와 결합된 결합모듈을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 풍력 발전 장치는 바람의 에너지를 이용하여 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)를 회전시켜 사용 가능한 전기 에너지로 변환하는 장치를 의미한다.
풍력 발전 장치는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)와 결합되어 바람의 힘에 의해 회전하는 로터(Rotor), 로터에 연결된 메인 샤프트(Main Shaft)로부터 회전력을 전달받아 전기에너지로 변환하는 발전설비들을 포함하는 나셀 및 로터와 나셀을 지지하는 타워를 포함하여 구현될 수 있다.
제1 블레이드(610)는 제1 블레이드 결합모듈(100)과 체결된다. 제1 블레이드 결합모듈(100)의 한쪽으로 제1 무게축(512)이 체결된다. 제1 블레이드 결합모듈(100)은 일단이 제1 블레이드(610)에 결합되고, 타단이 결합부를 이용하여 제2 블레이드 결합모듈(200) 및 제3 블레이드 결합모듈(300)과 서로 연결된다.
제2 블레이드(620)는 제2 블레이드 결합모듈(200)과 체결된다. 제2 블레이드 결합모듈(200)의 한쪽으로 제2 무게축(514)이 체결된다. 제2 블레이드 결합모듈(200)은 일단이 제2 블레이드(620)에 결합되고, 타단이 결합부를 이용하여 제3 블레이드 결합모듈(300) 및 제1 블레이드 결합모듈(100)과 서로 연결된다.
제3 블레이드(630)는 제3 블레이드 결합모듈(300)과 체결된다. 제3 블레이드 결합모듈(300)의 한쪽으로 제3 무게축(516)이 체결된다. 제3 블레이드 결합모듈(300)은 일단이 제3 블레이드(630)에 결합되고, 타단이 결합부를 이용하여 제2 블레이드 결합모듈(200) 및 제1 블레이드 결합모듈(100)과 서로 연결된다.
도 7은 본 실시예에 따른 피치 제어 방법을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 풍력 발전 장치는 메인 제어부(710), 피치 제어부(720), 제1 피치 모터(732), 제2 피치 모터(734), 제3 피치 모터(736)를 포함한다. 풍력 발전 장치에 포함된 구성요소는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
메인 제어부(710)는 전력안정상태에서 피치 제어부(720)로부터 전력과 회전명령을 받은 각각의 블레이드를 일정각도로 운전하여 바람에너지를 회전에너지로 변환시키고 안정적인 전력을 공급하도록 한다.
메인 제어부(710)는 피치 제어부(720)로 명령을 전송하여 지락이나 단락 등의 계통에 이상 발생시 주 전원과의 연결이 단절되는 비상 상황 발생시 전력라인으로부터 전력을 받을 수 없는 경우, 배터리의 비상 전원을 이용하여 블레이드를 위치를 조절하여 공기역학적 브레이크로서 역할을 하도록 제어한다.
메인 제어부(710)는 미리 지정된 멀티 드룹 제어 곡선을 이용하여 주파수의 변동량에 상응하는 터빈 출력을 결정한다. 메인 제어부(710)는 결정된 터빈 출력을 발생시키는 피치 제어 신호를 피치 제어부(720)로 출력한다. 메인 제어부(710)는 풍력 발전 장치 내의 동기기(synchronous machine)의 회전수는 일정하게 유지하고 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 피치 조절을 통해 터빈 출력을 변동하도록 제어한다.
메인 제어부(710)는 풍속에 따라 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 피치를 독립적으로 제어하기 위한 명령을 피치 제어부(720)로 인가한다.
메인 제어부(710)는 주파수 측정값을 이용하여 전력계통 주파수의 변동량을 산출한다. 메인 제어부(710)는 기 설정된 멀티 드룹 제어 곡선을 이용하여 전력계통 주파수의 변동량에 상응하는 터빈 출력을 결정한다. 메인 제어부(710)는 결정된 터빈 출력을 발생시키기 위한 피치 제어 신호를 상응하는 피치 제어부(720)로 출력한다.
메인 제어부(710)는 풍속계로부터 수집된 현재 풍속이 기 설정된 과풍속을 초과하는 지의 여부를 확인한다. 메인 제어부(710)는 풍속이 기 설정된 과풍속을 초과하는 경우 풍속 정보를 포함하는 제어 명령을 피치 제어부(720)로 출력한다.
메인 제어부(710)는 풍력 발전 장치의 운용 중 풍속에 따라 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 피치를 독립적으로 제어하기 위한 명령을 피치 제어부(720)로 출력한다.
풍속에 따라 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 피치를 독립적으로 제어하기 위한 명령에는 피치 제어부(720)의 선택적인 동작 제어를 위해 현재 풍속 정보, 과풍속 정보가 포함될 수 있다.
피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각에 대응되어 개별 피치각을 조절하는 피치 인버터와 주 전원이 차단되었을 때 긴급 운전을 위해 비상 전원을 공급하는 배터리, 슬립링을 통해 전달되는 전력을 각 피치 인버터로 공급하거나 배터리를 충전하고 이들의 전반적인 동작을 제어한다. 피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)의 피치를 조절하는 액츄에이터의 작동을 제어한다.
피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)를 각기 다른 피치 각도로 조절하는 독립 피치 제어를 한다. 피치 제어부(720)는 제어 명령이 인가되면 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 서로 다른 피치 각도 차이를 로터 임발란스를 발생시키지 않는 일정한 제1 피치 각도 범위 내로 조절한다. 피치 제어부(720)는 피치 제어시 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 간의 피치 각도 차이를 조절된 제1 피치 각도 범위 내로 유지시키면서 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각을 독립적으로 제어한다.
피치 제어부(720)는 메인 제어부(710)로부터 실시간으로 업데이트되는 로터 스피드 설정정보에 따라 제1 피치 모터(732), 제2 피치 모터(734), 제3 피치 모터(736) 각각에 토크 제어 신호를 인가하여 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)의 각도를 독립적으로 제어한다.
피치 제어부(720)는 각각 다른 피치 각도로 제어되는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 중 상대적 피치 각도의 차이가 가장 적은 중간 피치 각도에 있는 제1 블레이드(610)의 피치 각도를 기준으로 나머지 제2 블레이드(620) 및 제3 블레이드(630)의 피치 각도 차이를 피치 각도 범위 내로 줄인다.
피치 제어부(720)는 메인 제어부(710)로부터 수신된 명령을 분석한다. 피치 제어부(720)는 풍속정보가 과풍속을 초과하거나 전력계통 관련 이벤트인 것으로 판단되면, 제1 피치 모터(732), 제2 피치 모터(734), 제3 피치 모터(736) 각각을 제어한다.
피치 제어부(720)는 서로 다른 피치 각도에 있는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)들의 피치 각도를 로터 임발란스를 발생시키지 않는 피치각도 범위(0.1˚~2˚) 내로 조절한다.
피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)가 피치각도 범위(0.1˚~2˚)에 들어오면, 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)를 피치각도 범위(0.1˚~2˚)로 일정하게 유지시키면서 기 설정된 위치로 제어한다.
피치 제어부(720)는 풍속정보가 과풍속을 초과하는 이벤트인 것으로 판단되면, 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 위치에 따른 풍속차가 크기 때문에 독립적으로 피치를 제어한다.
피치 제어부(720)는 서로 다른 피치 각도에 있는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)들의 피치 각도를 로터 임발란스를 발생시키지 않는 피치각도 범위(0.1˚~2˚)로 조절한다.
피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각이 피치각도 범위(0.1˚~2˚)에 들어오면, 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)를 피치각도 범위(0.1˚~2˚)로 유지시키면서 독립적으로 피치 제어를 수행하여 기 설정된 위치로 이동시킨다.
피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 동작이 완료되면, 로터락 장비를 통해 로터가 임의로 회전하지 않도록 고정함으로써 풍력 발전 장치를 안전하게 운영한다.
피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각이 서로 다른 각도로 독립 제어되는 블레이드를 최소한의 각도 차이를 유지하는 각도로 동작하여 로터 임발란스로부터 발생되는 하중을 최소화할 수 있다.
피치 제어부(720)는 독립적으로 피치를 제어하여 갑작스런 돌풍뿐만아니라 로터의 상하 풍속차에 의한 하중 발생을 예방하고, 불안전한 로터 거동을 줄임으로써 보다 안정적으로 동작할 수 있도록 한다.
피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)를 각각 서로 다른 피치 각도로 독립적으로 조절한다.
피치 제어부(720)는 메인 제어부(710)로부터 수신된 명령에 근거하여 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 서로 다른 피치 각도 차이를 로터 임발란스를 발생시키지 않는 일정한 제1 피치 각도 범위 또는 제2 피치 각도 범위 내로 조절한다.
피치 제어부(720)는 피치 각도 제어시 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 간의 피치 각도 차이를 조절된 제1 피치 각도 범위 또는 제2 피치 각도 범위 내로 유지시킨다.
피치 제어부(720)는 메인 제어부(710)로부터 실시간으로 업데이트되는 로터 스피드 설정정보에 따라 각 피치모터에 토크 제어 신호를 인가하여 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 각도를 독립적으로 제어한다.
피치 제어부(720)는 각각 서로 다른 피치 각도로 제어되는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 중에서 상대적 피치 각도의 차이가 가장 적은 중간 피치 각도에 있는 블레이드의 피치 각도를 기준으로 나머지 블레이드의 피치 각도 차이를 피치 각도 범위 내로 줄이도록 제어한다.
메인 제어부(710)는 풍속에 따라 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 피치를 독립적으로 제어하기 위한 명령을 출력한다. 피치 제어부(720)는 메인 제어부(710)로부터 명령이 인가되면 현재 풍속정보가 기 설정된 과풍속을 초과하는지의 여부를 판단한다.
피치 제어부(720)는 현재 풍속정보가 과풍속 이하인 경우, 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)의 서로 다른 피치 각도 차이를 일정한 제2 피치 각도 범위 내로 조절한다. 피치 제어부(720)는 제1 피치 모터(732), 제2 피치 모터(734), 제3 피치 모터(736) 제어시 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 간의 피치 각도 차이를 조절된 제2 피치 각도 범위 내로 유지시키면서 독립적으로 피치 제어를 수행한다.
피치 제어부(720)는 서로 다른 피치 각도에 있는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)들의 피치각도를 제2 피치각도 범위(2˚ 이내)로 조절한다.
피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)가 제2 피치각도 범위(2˚ 이내)에 들어오면, 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)를 제2 피치각도 범위(2˚ 이내)로 유지시킴과 동시에 독립적으로 피치를 제어한다.
피치 제어부(720)는 현재 풍속정보가 과풍속을 초과하면, 안전한 운용을 위해 각 블레이드의 서로 다른 피치 각도 차이를 로터 임발란스를 발생시키지 않는 일정한 제1 피치 각도 범위 내로 조절한다. 피치 제어부(720)는 피치 제어시 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 간의 피치 각도 차이를 조절된 제1 피치 각도 범위 내로 유지시킨다.
피치 제어부(720)는 서로 다른 피치 각도에 있는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)의 피치 각도를 제1 피치각도 범위(0.1˚~ 1˚) 내로 조절한다. 피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)가 제1 피치각도 범위(0.1˚ ~ 1˚)에 들어오면, 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각을 제1 피치 각도 범위(0.1˚ ~ 1˚)로 일정하게 유지시킨다.
메인 제어부(710)는 과풍속 상황 발생시 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각의 피치를 독립적으로 제어하기 위한 명령을 출력한다.
피치 제어부(720)는 메인 제어부(710)로부터 수신된 명령을 분석하여 현재 풍속정보가 과풍속을 초과하는 지의 여부에 따라 복수의 블레이드의 각도를 각각 독립적으로 각각 제어하도록 한다.
제1 피치 모터(732), 제2 피치 모터(734), 제3 피치 모터(736)는 피치 제어부(720)의 제어에 따라 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)와 연결되어, 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)의 각도를 제어한다. 피치 제어부(720)는 현재 풍속정보가 과풍속을 초과하는 경우, 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)의 각도를 제1 피치 각도 범위(0.1˚ ~ 1˚)로 각각 조절한다.
피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 간의 피치 각도 차이를 조절된 제1 피치 각도 범위 내로 유지시킨다. 피치 제어부(720)는 현재 풍속정보가 과풍속 이하인 경우, 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630)의 각도를 제2 피치 각도 범위(2˚이내)로 각각 조절한다. 피치 제어부(720)는 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 간의 피치 각도 차이를 조절된 제2 피치 각도 범위 내로 유지시킨다.
피치 제어부(720)는 제1 피치 모터(732), 제2 피치 모터(734), 제3 피치 모터(736)를 각각 독립적으로 제어하여 제1 피치 각도 범위 및 제2 피치 각도 범위로 피치를 고정시킨다.
제1 피치 모터(732), 제2 피치 모터(734), 제3 피치 모터(736) 각각은 피치 제어부(720)의 제어에 따라 제1 블레이드(610), 제2 블레이드(620), 제3 블레이드(630) 각각에 대응되어 개별 피치 각도를 조절한다.
제1 피치 모터(732)는 제1 피치축(160)에 연결되어 피치 제어부(720)의 명령을 근거로 풍속에 따라 제1 블레이드(610)의 각도를 회전시킨다. 제2 피치 모터(734)는 제2 블레이드 결합모듈(200)에 포함된 제2 피치축에 연결되어 피치 제어부(720)의 명령을 근거로 풍속에 따라 제2 블레이드(620)의 각도를 회전시킨다. 제3 피치 모터(736)는 제3 블레이드 결합모듈(300)에 포함된 제3 피치축에 연결되어 피치 제어부(720)의 명령을 근거로 풍속에 따라 제3 블레이드 결합모듈(300)에 결합된 제3 블레이드(630)의 각도를 회전시킨다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 제1 블레이드 결합모듈
110: 제1 블레이드 체결부
120: 제1 무게축 결합바
130: 제1 상단 베어링
140: 제1 베어링 하우스
150: 제1 하단 베어링
160: 제1 피치축

Claims (5)

  1. 블레이드(Blade)와 체결되어 고정시키는 블레이드 체결부;
    상기 블레이드 체결부와 연결되어 피치(Pitch)가 조절되도록 하는 상단 베어링;
    상기 상단 베어링을 상단에 위치시키며, 상기 상단 베어링과 연결되어 이어지는 축을 내부에 포함하는 하우징 형태를 갖는 베어링 하우스;
    상기 베어링 하우스의 하단에 위치하며, 상기 상단 베어링과 연결되어 이어지는 축과 연결되어 외부로 돌출되도록 하는 형태를 갖는 하단 베어링; 및
    상기 상단 베어링과 연결되는 이어지는 축 형태로서, 상기 하단 베어링을 통과하여 외부로 돌출되는 형태를 갖는 피치축;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블레이드 체결부의 일단이 상기 블레이드(Blade)와 체결되어 고정시키며, 상기 블레이드 체결부의 타단이 상기 상단 베어링에 연결되며,
    상기 상단 베어링의 일단이 상기 블레이드 체결부와 연결되며, 상기 상단 베어링의 타단이 상기 피치축과 연결되어, 상기 피치축의 회전에 따라 상기 블레이드 체결부의 피치가 조절되도록 하며,
    상기 베어링 하우스의 상단에 상기 상단 베어링이 위치하도록 하며, 상기 베어링 하우스의 하단에 상기 하단 베어링이 위치하도록 하며, 내부에 상기 피치축이 이어지는 형태로 포함하며,
    상기 하단 베어링은 상기 상단 베어링에 연결된 상기 피치축과 연결되며, 상기 상단 베어링에 연결된 상기 피치축이 통과하여 외부로 돌출되는 형태를 갖도록 하며,
    상기 피치축의 일단이 상기 상단 베어링에 연결되며, 상기 피치축의 타단이 상기 하단 베어링에 연결되며, 상기 하단 베어링을 통과하여 외부로 돌출되는 형태로 이어지는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 블레이드 체결부는,
    한쪽방향으로만 돌출되는 바형태의 무게축 결합바를 포함하며,
    상기 무게축 결합바 상에는 무게축이 체결되는 무게축 결합홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 무게축이 상기 무게축 결합홀에 체결되어 상기 블레이드 체결부에 결합된 상기 블레이드가 한쪽방향으로 회전되도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 무게축의 상단에는 무게를 담당하는 축이 형성되고,
    상기 축 하단에는 원통 형상의 기둥이 형성되어 상기 무게축 결합홀에 체결되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 장치.
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