KR20220145279A

KR20220145279A - 요 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20220145279A
Application number: KR1020220046992A
Authority: KR
Inventors: 벨트리 페드로 알로요; 루카 비타
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
Priority date: 2021-04-21
Filing date: 2022-04-15
Publication date: 2022-10-28
Also published as: US11668280B2; US20220341391A1; EP4080042A1; CN115217715A; JP2022166830A

Abstract

본 개시는 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하는 단계, 필터링된 풍향 신호를 결정하기 위해 풍향 신호를 필터링하는 단계, 및 풍력 터빈의 요 각도와 필터링된 풍향 신호가 나타내는 순간 풍향 간의 차이를 나타내는 풍력 터빈의 요 에러 신호를 결정하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 요 에러 신호에 기초하여 풍력 터빈의 요 시스템에 대한 제어 신호를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 풍향 신호를 필터링하는 단계는 가변 시간 상수를 갖는 저역 통과 필터를 적용하는 단계를 포함하며, 가변 시간 상수는 바람 조건에 의존한다. 본 개시는 추가로, 이러한 방법을 구현하도록 구성되는 풍력 터빈용 제어 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 추가로, 풍력 터빈을 작동시키는 방법에 관한 것이다.

Description

요 시스템 및 방법{YAW SYSTEMS AND METHODS}

본 개시는 풍력 터빈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력 터빈용 요 시스템 및 방법에 관한 것이다.

최신 풍력 터빈은 흔히, 전력망에 전기를 공급하는 데 사용된다. 이러한 종류의 풍력 터빈은 일반적으로, 타워 및 이 타워 상에 배치된 로터를 포함한다. 전형적으로 허브와 복수의 블레이드를 포함하는 로터는 블레이드에 대한 바람의 영향 하에 회전하도록 설정된다. 상기 회전에 의해 토크가 발생되며, 이 토크는 정상적으로는 로터 샤프트를 통해 발전기로, 직접적으로 또는 기어박스를 통해 전달된다. 이러한 방식으로, 발전기가 전력망에 공급될 수 있는 전기를 생산한다.

풍력 터빈 허브는 나셀(nacelle)의 전방에 회전 가능하게 결합될 수도 있다. 풍력 터빈 허브가 로터 샤프트에 연결될 수도 있으며, 그런 다음 로터 샤프트가 나셀 내부의 프레임에 배열된 하나 이상의 로터 샤프트 베어링을 사용하여 나셀에 회전 가능하게 장착될 수도 있다. 나셀은, 예를 들어, 기어박스(존재하는 경우)와 발전기를, 그리고 풍력 터빈에 따라, 전력 변환기와 같은 추가의 구성 요소 및 보조 시스템을 내포하며 보호하는, 풍력 터빈 타워 상단에 배치된 하우징이다.

풍력 터빈은 언제든지 우세한 풍향과 정렬되는 경우, 즉, 풍력 터빈 로터의 로터 축선이 유입 바람의 방향과 일치하거나 가까운 경우에 가장 효율적으로 작동할 것이다. 바람 감지 시스템이 나셀 또는 다른 곳에 제공될 수도 있으며, 바람 감지 시스템으로부터의 측정값에 기초하여, 나셀이 요 시스템을 사용하여 바람과 정렬되도록 회전될 수도 있다.

요 시스템(yaw system)은 타워에 부착되는 제 1 베어링 링, 및 나셀, 특히, 나셀의 받침판이나 프레임에 부착되는 제 2 베어링을 포함할 수도 있다. 나셀을 회전시키는 요 액추에이터가 제공될 수도 있다. 요 액추에이터는. 환형 기어와 맞물리는 피니언을 감속 기어 장치를 통해 구동시켜 나셀을 회전시키는, 전기 모터일 수도 있다.

그러나, 실제로는, 풍향은 지속적으로 변한다. 바람과의 지속적인 정렬은 요 시스템의 과도한 마모 및 요 시스템의 수명 감소로 이어질 수 있다. 이 때문에, 개선된 풍력 터빈 작동에는 전력 출력을 최대화하기 위한 바람과의 지속적인 정렬과 요 시스템의 과도한 사용 회피 사이의 최적의 또는 양호한 균형을 찾는 것이 포함된다.

본 개시의 일 양태에서, 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하는 단계, 및 필터링된 풍향 신호를 결정하기 위해 풍향 신호를 필터링하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 이 방법은 풍력 터빈의 요 각도와 필터링된 풍향 신호가 나타내는 순간 풍향 간의 차이를 나타내는 풍력 터빈의 요 에러(yaw error) 신호를 결정하는 단계, 및 이 요 에러 신호에 기초하여 풍력 터빈의 요 시스템에 대한 제어 신호를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 본원에서, 상기 풍향 신호를 필터링하는 단계는 가변 시간 상수를 갖는 저역 통과 필터를 적용하는 단계를 포함하며, 상기 가변 시간 상수는 바람 조건에 의존한다.

이 양태에 따르면, 요 시스템의 과잉 작동 회피와 풍력 터빈의 전력 출력 최적화 사이에서 요 시스템의 양호한 평형 상태를 찾는 방법이 제공된다. 바람 조건에 기초하여 저역 통과 필터의 시간 상수를 변경함으로써, 요 시스템이 바람 조건에 기초하여 반응성이 더 높아지게 되거나 반응성이 더 떨어지게 될 수 있다. 동시에, 예를 들어, PID 제어 또는 최대 허용 가능 바람 편차의 관점에서의 전체 제어가 상이한 바람 조건에 대해 동일할 수 있다. 임계값이 상이한 바람 조건에 맞게 조정될 필요가 없으며, 따라서, 풍력 터빈이 오랜 기간 동안 비교적 큰 값으로 오정렬되는 것을 피할 수 있다.

추가의 양태에서, 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하며, 가변 시간 상수를 갖는 저역 통과 필터를 적용함으로써 풍향 신호를 필터링하여 필터링된 풍향 신호를 결정하도록 구성될 수도 있는, 풍력 터빈용 제어 시스템이 제공되며, 상기 가변 시간 상수는 바람 조건에 의존한다. 상기 제어 시스템은 풍력 터빈의 요 각도와 필터링된 풍향 신호가 나타내는 순간 풍향 간의 차이를 나타내는 풍력 터빈의 요 에러 신호를 결정하며; 및 상기 요 에러 신호에 기초하여 풍력 터빈의 요 시스템에 대한 제어 신호를 결정하도록 추가로 구성된다.

다른 추가의 양태에서, 풍력 터빈을 작동시키기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 측정하는 단계, 및 가변 시간 상수를 갖는 저속 저역 통과 필터를 적용함으로써 풍향 신호를 필터링하는 단계를 포함하며, 상기 가변 시간 상수는 바람 조건에 의존한다. 상기 방법은 측정된 순간 풍향에 대한 풍력 터빈의 요 에러를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 요 에러가 요 에러 임계값보다 높으면, 상기 방법은 요 에러를 감소시키기 위한 풍력 터빈의 요잉(yawing) 단계를 포함한다.

도 1에는 풍력 터빈의 일 예의 사시도가 개략적으로 도시되어 있으며;
도 2에는 도 1의 풍력 터빈의 나셀의 일 예의 단순화된 내부도가 도시되어 있으며;
도 3에는 주어진 장소에 대한 풍속의 함수로서 풍향 변화가 도시되어 있으며;
도 4에는 요 명령을 생성하기 위한 방법의 일 예가 개략적으로 도시되어 있으며;
도 5에는 도 4의 예에서 저역 통과 필터에 대한 시간 상수 변화의 일 예가 개략적으로 도시되어 있으며;
도 6에는 요 명령을 생성하기 위한 추가의 예가 개략적으로 도시되어 있으며; 및
도 7에는 저역 통과 필터에 대한 가변 시간 상수를 사용하는 요잉 방법과 고정 시간 상수를 사용하는 요잉 방법의 비교가 개략적으로 도시되어 있다.

이제, 하나 이상의 예가 도면에 도시된 본 발명의 실시예가 상세히 참조될 것이다. 각각의 예는 본 발명의 설명을 위해 제공된 것으로서, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다. 사실, 본 발명의 범위나 정신을 벗어나지 않고 본 발명의 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 도시되거나 설명된 특징부가 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 산출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 것으로서 이러한 수정 및 변형을 포함하는 것으로 의도된다.

도 1은 풍력 터빈(10)의 일 예의 사시도이다. 이 예에서, 풍력 터빈(10)은 수평축 풍력 터빈이다. 대안으로서, 풍력 터빈(10)이 수직축 풍력 터빈일 수도 있다. 이 예에서, 풍력 터빈(10)은 지면(12) 상의 지지 시스템(14)으로부터 연장되는 타워(100), 타워(100) 상에 장착된 나셀(16), 및 나셀(16)에 결합된 로터(18)를 포함한다. 로터(18)는 회전 가능한 허브(20), 및 이 허브(20)에 결합되어 허브로부터 외측으로 연장되는 적어도 하나의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 이 예에서, 로터(18)는 3 개의 로터 블레이드(22)를 구비한다. 대안의 실시예에서는, 로터(18)가 3 개보다 많거나 적은 로터 블레이드(22)를 포함한다. 타워(100)는 지지 시스템(14)과 나셀(16) 사이에 공동(도 1에 도시되지 않음)을 획정하기 위해 관형 강철로 제조될 수도 있다. 대안의 실시예에서는, 타워(100)가 임의의 적절한 높이를 갖는 임의의 적절한 유형의 타워이다. 대안에 따르면, 타워는 콘크리트로 형성된 부분과 관형 강철 부분을 포함하는 복합재 타워(hybrid tower)일 수 있다. 또한, 타워가 부분적으로 또는 전체적으로 격자형의 타워일 수 있다.

로터 블레이드(22)는 로터(18)의 회전을 용이하게 하여 바람으로부터의 운동 에너지가 사용 가능한 기계적 에너지로 그리고 후속적으로, 전기 에너지로 전달될 수 있도록 하기 위해 허브(20)의 주위에 이격 배치된다. 로터 블레이드(22)는 복수의 하중 전달 영역(26)에서 블레이드 뿌리 부분(24)을 허브(20)에 결합함으로써 허브(20)와 짝을 이룬다. 하중 전달 영역(26)은 허브 하중 전달 영역 및 블레이드 하중 전달 영역(둘 다 도 1에는 도시되지 않음)을 구비할 수도 있다. 로터 블레이드(22) 상에 유도된 하중은 하중 전달 영역(26)을 통해 허브(20)로 전달된다.

예를 들어, 로터 블레이드(22)는 약 15 미터(m) 내지 약 90m 또는 그 이상의 범위의 길이를 가질 수도 있다. 로터 블레이드(22)는 풍력 터빈(10)이 본원에 설명된 바와 같이 기능할 수 있게 하는 임의의 적절한 길이를 가질 수도 있다. 예를 들어, 블레이드 길이의 비제한적인 예에는 20m 이하, 37m, 48.7m, 50.2m, 52.2m, 또는 91m보다 긴 길이가 포함된다. 바람이 풍향(28)으로부터 로터 블레이드(22)에 부딪침에 따라, 로터(18)가 로터 축선(30)을 중심으로 회전된다. 로터 블레이드(22)가 회전되어 원심력을 받음에 따라, 로터 블레이드(22)에도 다양한 힘과 모멘트가 가해진다. 이와 같이, 로터 블레이드(22)는 중립 또는 비편향 위치로부터 편향 위치로 편향 및/또는 회전할 수도 있다.

더욱이, 로터 블레이드(22)의 피치각(pitch angle), 즉, 풍향에 대한 로터 블레이드(22)의 배향을 결정하는 각도가 바람 벡터에 대해 적어도 하나의 로터 블레이드(22)의 각방향 위치를 조정함으로써 풍력 터빈(10)에 의해 발생되는 하중 및 전력을 제어하기 위해 피치 시스템(32)에 의해 변경될 수도 있다. 로터 블레이드(22)의 피치 축선(34)이 도시되어 있다. 풍력 터빈(10)의 작동 동안, 피치 시스템(32)은 특히, 로터 블레이드(의 일부)의 공격각(attack angle)이 감소되도록 로터 블레이드(22)의 피치각을 변경할 수도 있으며, 이것은 회전 속도 감소를 용이하게 하며 및/또는 로터(18)의 스톨(stall)을 용이하게 한다.

이 예에서, 각각의 로터 블레이드(22)의 블레이드 피치가 풍력 터빈 제어기(36)에 의해 또는 피치 제어 시스템(80)에 의해 개별적으로 제어된다. 대안으로서, 모든 로터 블레이드(22)에 대한 블레이드 피치가 상기 제어 시스템에 의해 동시에 제어될 수도 있다.

또한, 이 예에서는, 풍향(28)이 변경됨에 따라, 풍향(28)에 대해 로터 블레이드(22)를 위치시키기 위해 나셀(16)의 요 방향(yaw direction)이 요 축선(38)을 중심으로 회전될 수도 있다.

이 예에서, 풍력 터빈 제어기(36)가 나셀(16)의 내부에 중앙으로 위치되는 것으로 도시되어 있지만, 풍력 터빈 제어기(36)가 풍력 발전 단지 내에서 및/또는 원격 제어 센터에서 지지 시스템(14) 상에서 풍력 터빈(10) 전체에 걸쳐 분포될 수도 있다. 풍력 터빈 제어기(36)는 본원에 설명된 방법 및/또는 단계를 수행하도록 구성된 프로세서(40)를 포함한다. 또한, 본원에 설명된 다른 구성 요소 중 다수가 프로세서를 포함한다.

본원에 사용된 바와 같이, "프로세서"라는 용어는 당업계에서 컴퓨터로 지칭되는 집적 회로로 제한되는 것이 아니라, 제어기, 마이크로제어기, 마이크로컴퓨터, 프로그래밍 가능 논리 제어기(PLC), 애플리케이션 특정, 집적 회로, 및 기타 프로그래밍 가능 회로를 광범위하게 지칭하며, 이들 용어는 본원에서 호환 가능하게 사용된다. 프로세서 및/또는 제어 시스템이 또한 메모리, 입력 채널, 및/또는 출력 채널을 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

도 2는 풍력 터빈(10)의 일부의 확대 단면도이다. 이 예에서, 풍력 터빈(10)은 나셀(16) 및 나셀(16)에 회전 가능하게 결합된 로터(18)를 포함한다. 보다 구체적으로, 로터(18)의 허브(20)가 메인 샤프트(44), 기어박스(46), 고속 샤프트(48) 및 커플링(50)에 의해 나셀(16)의 내부에 위치된 발전기(42)에 회전 가능하게 결합된다. 이 예에서, 메인 샤프트(44)는 나셀(16)의 중축선(도시되지 않음)에 적어도 부분적으로 동축으로 배치된다. 메인 샤프트(44)의 회전이 기어박스(46)를 구동시켜, 기어박스가 후속적으로, 로터(18)와 메인 샤프트(44)의 상대적으로 느린 회전 운동을 고속 샤프트(48)의 상대적으로 빠른 회전 운동으로 변환함으로써 고속 샤프트(48)를 구동시킨다. 고속 샤프트가 커플링(50)의 도움으로 전기 에너지를 생성하기 위한 발전기(42)에 연결된다. 또한, 변압기(90) 및/또는 적절한 전자 장치, 스위치, 및/또는 인버터가, 400V 내지 1000V의 전압을 갖는 발전기(42)에 의해 생성된 전기 에너지를 중간 전압(10KV 내지 35KV)의 전기 에너지로 변환하기 위해, 나셀(16) 내에 배열될 수도 있다. 상기 전기 에너지는 전력 케이블(160)을 통해 나셀(16)로부터 타워(100)로 전달된다.

변압기(90)의 기어박스(46), 발전기(42)는, 선택적으로 메인 프레임(52)으로서 구현되는, 나셀(16)의 메인 지지 구조 프레임에 의해 지지될 수도 있다. 기어박스(46)는 하나 이상의 토크 암(103)에 의해 메인 프레임(52)에 연결되는 기어박스 하우징을 포함할 수도 있다. 이 예에서, 나셀(16)은 또한, 메인 전방 지지 베어링(60) 및 메인 후방 지지 베어링(62)을 포함한다. 또한, 발전기(42)는 특히, 발전기(42)의 진동이 메인 프레임(52)으로 유입되어 이에 의해 소음 방출원을 유발하는 것을 방지하기 위해, 지지 수단(54)을 분리함으로써 메인 프레임(52)에 장착될 수 있다.

선택적으로, 메인 프레임(52)은 로터(18) 및 나셀(16)의 구성 요소의 중량에 의해 그리고 바람과 회전 하중에 의해 야기되는 전체 하중을 지탱하도록 구성되며, 또한, 이러한 하중을 풍력 터빈(10)의 타워(100)에 도입하도록 구성된다. 로터 샤프트(44), 발전기(42), 기어박스(46), 고속 샤프트(48), 커플링(50), 및 지지부(52), 전방 지지 베어링(60) 및 후방 지지 베어링(62)을 포함하지만 이것으로 제한되지 않는 임의의 관련 체결, 지지 및/또는 고정 장치가 때때로 구동 트레인(64)으로 지칭된다.

나셀(16)은 또한, 풍향(28)에 대한 로터 블레이드(22)의 원근을 제어하기 위해 요 축선(38)을 중심으로 나셀(16)을 그리고 이에 의해 또한 로터(18)를 회전시키는 데 사용될 수도 있는 요 구동 기구(56)를 포함할 수도 있다.

풍향(28)에 대해 적절하게 나셀(16)을 위치시키기 위해, 나셀(16)은 또한, 풍향 풍속계(vane anemometer)를 포함할 수도 있는 적어도 하나의 기상 측정 시스템을 포함할 수도 있다. 기상 측정 시스템(58)은 풍향(28) 및/또는 풍속을 포함할 수도 있는 정보를 풍력 터빈 제어기(36)에 제공할 수 있다. 이 예에서, 피치 시스템(32)은 허브(20)의 피치 조립체(66)로서 적어도 부분적으로 배열된다. 피치 조립체(66)는 하나 이상의 피치 구동 시스템(68) 및 적어도 하나의 센서(70)를 포함한다. 각각의 피치 구동 시스템(68)은 피치 축선(34)을 따라 로터 블레이드(22)의 피치각을 조절하기 위해 개개의 로터 블레이드(22)(도 1에 도시됨)에 결합된다. 3 개의 피치 구동 시스템(68) 중 하나만이 도 2에 도시되어 있다.

이 예에서, 피치 조립체(66)는 피치 축선(34)을 중심으로 개개의 로터 블레이드(22)를 회전시키기 위해 허브(20) 및 개개의 로터 블레이드(22)(도 1에 도시됨)에 결합된 적어도 하나의 피치 베어링(72)을 포함한다. 피치 구동 시스템(68)은 피치 구동 모터(74), 피치 구동 기어박스(76), 및 피치 구동 피니언(78)을 포함한다. 피치 구동 모터(74)가 피치 구동 기어박스(76)에 기계적 힘을 부여하도록 피치 구동 모터(74)가 피치 구동 기어박스(76)에 결합된다. 피치 구동 기어박스(76)는 피치 구동 피니언(78)이 피치 구동 기어박스(76)에 의해 회전되도록 피치 구동 피니언(78)에 결합된다. 피치 베어링(72)은 피치 구동 피니언(78)의 회전이 피치 베어링(72)의 회전을 야기하도록 피치 구동 피니언(78)에 결합된다.

피치 구동 시스템(68)은 풍력 터빈 제어기(36)로부터 하나 이상의 신호를 수신하면 로터 블레이드(22)의 피치각을 조절하기 위해 풍력 터빈 제어기(36)에 결합된다. 이 예에서, 피치 구동 모터(74)는 피치 조립체(66)가 본원에 설명된 바와 같이 기능할 수 있게 하는 전력 및/또는 유압 시스템에 의해 구동되는 임의의 적절한 모터이다. 대안으로서, 피치 조립체(66)는 임의의 적절한 구조, 구성, 배열, 및/또는 유압 실린더, 스프링, 및/또는 서보 기구와 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 구성 요소를 포함할 수도 있다. 특정 실시예에서, 피치 구동 모터(74)는 허브(20)의 회전 관성 및/또는 풍력 터빈(10)의 구성 요소에 에너지를 공급하는 저장된 에너지 공급원(도시되지 않음)으로부터 추출된 에너지에 의해 구동된다.

피치 조립체(66)는 또한, 특정 우선 순위 상황의 경우 및/또는 로터(18)의 과속 동안 풍력 터빈 제어기(36)로부터의 제어 신호에 따라 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위한 하나 이상의 피치 제어 시스템(80)을 포함할 수도 있다. 이 예에서, 피치 조립체(66)는 풍력 터빈 제어기(36)와 독립적으로 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위해 개개의 피치 구동 시스템(68)에 통신 가능하게 결합된 적어도 하나의 피치 제어 시스템(80)을 포함한다. 이 예에서, 피치 제어 시스템(80)은 피치 구동 시스템(68) 및 센서(70)에 결합된다. 풍력 터빈(10)의 정상 작동 동안, 풍력 터빈 제어기(36)가 로터 블레이드(22)의 피치각을 조절하도록 피치 구동 시스템(68)을 제어할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 예를 들어, 배터리, 전기 커패시터, 또는 허브(20)의 회전에 의해 구동되는 발전기를 포함하는 전력 발전기(84)가 허브(20)에 또는 허브의 내부에 배치되며, 센서(70), 피치 제어 시스템(80), 및 피치 구동 시스템(68)에 결합되어 이들 구성 요소에 전력 공급원을 제공한다. 이 예에서, 전력 발전기(84)는 풍력 터빈(10)의 작동 동안 피치 조립체(66)에 지속적인 전력 공급원을 제공한다. 대안의 실시예에서, 전력 발전기(84)는 풍력 터빈(10)의 전력 손실 이벤트 동안에만 피치 조립체(66)에 전력을 제공한다. 전력 손실 이벤트는 전력망 손실 또는 급강하, 풍력 터빈(10)의 전기 시스템의 오작동, 및/또는 풍력 터빈 제어기(36)의 고장을 포함할 수도 있다. 전력 손실 이벤트 동안, 전력 발전기(84)는 피치 조립체(66)가 전력 손실 이벤트 동안 작동할 수 있도록 전력을 피치 조립체(66)에 제공하도록 작동한다.

이 예에서, 피치 구동 시스템(68), 센서(70), 피치 제어 시스템(80), 케이블 및 전력 발생기(84)는 각각, 허브(20)의 내부 표면(88)에 의해 획정된 공동(86)에 위치된다. 대안의 실시예에서는, 상기 구성 요소가 허브(20)의 외부 표면에 대해 위치되며, 외부 표면에 직접적으로 또는 간접적으로 결합될 수도 있다.

도 3에는 주어진 장소에 대한 풍속의 함수로서 풍향 변화가 도시되어 있다. 이 도면에서, 주어진 시간 간격(예를 들어, 10분)에 걸친 풍향의 표준 편차가 동일한 시간 간격에 걸친 평균 풍속에 대해 플롯으로 도시되어 있다. 도 3의 특정 장소에서 풍향이 더 높은 풍속에서보다 더 낮은 풍속에서 훨씬 더 가변적이라는 것을 알 수도 있다. 이것은 바람이 부는 많은 상이한 장소에서 발견될 수도 있는 현상이다. 이것은 일반적으로, 풍력 터빈을 유입 바람과 정렬 상태로 유지하기 위해서는 풍속이 낮을수록 요 시스템의 활동성이 더 커야한다는 것을 의미한다. 요 시스템의 활동성이 증가하면 요 시스템의 마모 및 조기 고장 가능성이 야기되며, 또한 풍력 터빈 작동 중 에너지 사용이 증가한다.

동시에, 풍향과 정렬됨으로써 획득될 수 있는 전력 출력은 더 높은 풍속에서보다 더 낮은 풍속에서 낮아진다. 이 때문에, 요 시스템의 작동과 풍향에 대한 풍력 터빈의 특정 편차를 허용하는 것 사이에서 평형 상태를 찾아야 한다.

도 4에는 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하는 단계, 필터링된 풍향 신호를 결정하기 위해 풍향 신호를 필터링하는 단계, 및 풍력 터빈의 요 각도와 필터링된 풍향 신호가 나타내는 순간 풍향 간의 차이를 나타내는 풍력 터빈의 요 에러 신호를 결정하는 단계를 포함하는 방법의 일 예가 개략적으로 도시되어 있다. 이 방법은 요 에러 신호에 기초하여 풍력 터빈의 요 시스템에 대한 제어 신호를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 풍향 신호를 필터링하는 단계는 가변 시간 상수를 갖는 저역 통과 필터를 적용하는 단계를 포함하며, 가변 시간 상수는 바람 조건에 의존한다.

풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호는 절대 풍향 신호일 수도 있으며, 또는 상대 신호, 즉, 현재 요(yaw) 위치에 대한 풍향을 나타낼 수도 있다. 풍향 신호는 나셀 장착 풍향계 또는 기타 장치에 의해 직접 측정될 수도 있으며, 또는 측정 신호에 기초할 수도 있다. 후자의 경우, 풍향 신호는 측정된 신호 및 추가의 상수, 인자 또는 추가의 신호로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 풍향 신호가 나셀 장착 바람 측정 장치(상대 신호 제공)로부터의 측정 신호와 실제 요 위치로 구성될 수도 있다. 이 경우, 풍향 신호가 절대 신호일 수도 있다.

가변 시간 상수를 사용함으로써, 최대 허용 가능 편차(임계값) 및 기타 제어 양태가 변경될 필요가 없다. 장기간에 걸친 더 높은 수준의 오정렬로 인한 높은 하중을 피할 수 있다. 유사하게, 과잉 요잉(상대적으로 낮은 편차 임계값을 갖는)도 피할 수 있다.

도 4의 예에서, 현재 요 위치에 대한 순간 풍향을 나타내는 신호가 풍향계(58), 예를 들어, 나셀 장착 풍향계의 측정값으로부터 파생될 수도 있다. 측정 신호가 상대적인 풍향일 수도 있다. 블록(120)에서, 이 상대적인 풍향에 현재 요 위치가 추가될 수도 있다. 이 경우, 블록(120)의 풍향 신호는 풍향을 나타내는 절대 신호이다. 블록(150)에서, 블록(120)의 풍향 신호가 저속 저역 통과 필터를 적용함으로써 필터링될 수도 있다.

블록(150)의 저역 통과 필터는 가변 시간 상수를 가질 수도 있다. 보다 구체적으로, 저역 통과 필터의 시간 상수는 바람 조건에 따라 다를 수도 있다.

일부 예에서는, 시간 상수가 의존하는 바람 조건은 풍속이다. 가변 시간 상수는 제 1 풍속 범위에서 높아질 수도 있으며, 제 2 풍속 범위에서 낮아질 수도 있으며, 여기서 제 1 풍속 범위가 제 2 풍속 범위보다 낮다.

블록(170)에서, 요(제어) 시스템(56)에 의해 제공되는 현재 요 위치와 현재 풍향(필터링된 풍향 신호에 의해 표시됨)을 비교함으로써 요 에러 신호가 결정될 수도 있다. 요 에러 신호는 현재 풍향에 대한 풍향의 평균 편차를 나타낼 수도 있다. 요 에러 신호가 요 제어 시스템 또는 메인 풍력 터빈 제어기에 공급될 수도 있다. 요 에러 신호에 기초하여, 그리고 요 알고리즘(180)에 기초하여, 적절한 요 명령이 생성될 수도 있다. 본 개시의 범위 내에서, 상이한 요 알고리즘이 사용될 수도 있다. 특정한 일 예에서, 요 알고리즘은 요 에러 신호를 (최대) 임계값과 비교하는 단계를 포함한다. 요 에러 신호가 임계값 미만이라면, 요잉 작업이 수행되지 않는다. 요 에러 신호가 임계값보다 높다면, 요 시스템이 활성화되어 요 에러를 0으로 감소시킨다.

다른 예에서는, 요 알고리즘이 PID 제어를 포함할 수도 있다. 비례 적분 미분 제어기(PID 제어기)는 피드백을 채용하는 제어 루프 기구로서, 원하는 설정값(이 경우, 풍향과의 정렬)과 측정된 프로세스 변수 간의 차이(이 경우, 요 각도와 풍향 간의 차이)로서 에러 값을 지속적으로 산출하며, 비례 항, 적분 항, 및 미분 항(각각 P, I 및 D로 나타내어짐)에 기초하여 보정을 적용한다. PID 제어가 3 개의 항(비례, 적분 및 미분)이 반드시 모두 사용되는 것으로 본원에서 이해되어야 하는 것은 아니다. 본 개시의 예에서, 상기 항들 중 1 개 또는 2 개는 0의 이득 인자를 가질 수도 있으며, 즉, PID 제어가, 예를 들어, PI 제어 또는 PD 제어일 수도 있다.

대안으로서, PID 제어로서 구현된 본원의 피드백 제어가 모델 예측 제어(MPC), H-무한 방법, 선형-2차(LQ) 조절기 중 어느 하나로서 구현될 수도 있다. 피드백 제어를 위한 추가의 적절한 알고리즘이 또한 사용될 수도 있다.

일부 예에서, 가변 시간 상수는 낮은 제 1 풍속으로부터 높은 제 2 풍속으로 갈수록 선형적으로 감소한다. 다른 예에서, 바람 조건이 바람의 난류일 수도 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 시간 상수가 의존하는 바람 조건은 풍속일 수도 있다. 가변 시간 상수는 제 1 풍속 범위에서 더 높아질 수도 있으며, 제 2 풍속 범위에서 더 낮아질 수도 있으며, 여기서 제 1 풍속 범위가 제 2 풍속 범위보다 낮다. 풍속이 낮아질수록 풍향이 더 가변적일 수도 있다. 시간 상수가 더 높아질 수도 있으며, 이것은 요 시스템이 풍향 변화에 더 느리게 반응한다는 것을 의미한다. 따라서, 불필요한 요잉을 피할 수 있다. 풍속이 높아질수록 풍향이 더 일정하며, 추가적으로, 바람과 정렬됨으로써 풍속이 높아질수록 최대의 효율성 개선이 이루어질 수 있다. 따라서, 시간 상수가 낮아질 수도 있으며, 따라서, 요 시스템은 풍속이 높아질수록 더 빠르게 반응한다.

도 5에 도시된 예에서, 제 1 풍속 범위는 컷인(cut-in) 풍속(예를 들어, 약 3 m/s)으로부터 공칭 풍속까지의 또는 공칭 풍속(예를 들어, 약 10 m/s) 바로 아래까지의 범위일 수도 있다. 제 2 풍속 범위는 대략 공칭 풍속 또는 그 바로 아래로부터 대략 컷아웃(cut-out) 풍속, 예를 들어, 대략 25 m/s까지의 범위일 수도 있다. 더 높은 풍속 범위에서는, 시간 상수가 60초 내지 120초, 특히, 75초 내지 110초일 수도 있다. 더 낮은 풍속 범위에서는, 시간 상수가, 예를 들어, 90초 내지 300초일 수도 있다.

일부 예에서는, 가변 시간 상수가 제 1 풍속과 제 2 풍속 사이에서 점진적으로 또는 지속적으로 변할 수도 있다. 일부 예에서, 특히, 도 5에서, 가변 시간 상수가 낮은 제 1 풍속으로부터 높은 제 2 풍속으로 갈수록 선형적으로 감소한다. 도 5의 선형 예와 같은 지속적이거나 점진적인 변화는 각각의 상이한 풍속에 대해 상이한 반응 속도가 제공되는 것을 설정할 수 있다.

도 6에는 요 명령 신호를 결정하기 위한 방법의 추가의 예가 개략적으로 도시되어 있다. 도 4의 예에서와 유사하게, 나셀 장착 풍향계(58)가 순간 상대 풍향의 표시를 제공할 수도 있다. 요 시스템(56)은 풍력 터빈의 현재 요 방향에 관한 정보를 제공할 수 있다. 블록(120)에서, 측정값이 추가되어 풍향 신호를 생성할 수도 있다.

도 6의 예에서는, 풍향 신호의 필터링 단계가 로터 블레이드로 인한 신호 편차를 필터링하는 단계를 추가로 포함할 수도 있다. 특히, 로터 블레이드로 인한 신호 편차를 필터링하는 단계는, 이 예에서, 3p 노치 필터를 적용하는 단계(130)를 포함한다. 노치 필터(notch filter)(밴드스톱 필터(bandstop filter) 또는 거부 필터(reject filter)로도 알려짐)는 특정 주파수 범위 내에서 신호 전송을 거부하거나 차단하며 해당 범위 밖의 주파수를 허용하는 필터이다. 1p 주파수는 풍력 터빈 로터의 회전 주파수에 해당한다. 3p 노치 필터를 적용함으로써, 3 개의 로터 블레이드에 의해 야기되는 영향에 해당하는 신호 편차가 필터링될 수도 있다. 나셀 장착 측정 시스템의 경우, 회전 블레이드가 기류에 영향을 미치기 때문에 풍향 측정 편차를 유발할 수 있다. 대안의 (3p) 필터가 사용될 수도 있다.

예를 들어, 풍향 신호를 필터링하는 단계는 저속 저역 통과 필터를 적용하여 요잉 작동 시작을 결정하는 단계(150), 및 요잉 작동 동안 고속 저역 통과 필터를 적용하여 요잉 작동의 중지를 결정하는 단계(140)를 포함한다. 도 6의 예에서, 고속 저역 통과 필터가 사용되어 요잉 작동 동안 요잉 작동을 중지할 때를 결정할 수도 있다. 저속 저역 통과 필터가 사용되어 요잉 작동을 시작할 때를 결정할 수도 있다. 요잉 작동 동안, 요 에러 신호(노드(160)에서, 필터링된 순간 풍향 신호와 현재 요 각도의 차이)가 비교적 빠르게 변할 수도 있으며, 요 에러 신호가 작거나 0에 가까울 때 요잉 작동이 중지될 수 있다. 고속 저역 통과 필터의 시간 상수가, 예를 들어, 5초 내지 30초일 수도 있다. 저속 저역 통과 필터의 시간 상수는 이전에 언급한 바와 같이 가변적일 수도 있다. 저속 저역 통과 필터의 시간 상수는 풍속 또는 다른 바람 조건에 따라 달라질 수도 있다. 도 5의 예에서 저속 저역 통과 필터의 시간 상수는 90초와 270초 사이에서 변할 수도 있다. 고속 저역 통과 필터의 시간 상수는, 예를 들어, 저속 저역 통과 필터의 시간 상수의 5% 내지 15%일 수도 있다.

시간 상수(들)는 주어진 바람이 부는 장소에 맞게 조정될 수도 있다. 측정값에 기초하여, 바람 조건(예를 들어, 풍속)의 함수로서 풍향 변화가 주어진 장소에 대해 결정될 수도 있다. 적절한 시간 상수 및 이러한 상수가 사용될 수도 있는 적절한 풍속 범위는 이러한 측정값에 기초할 수 있다.

도 6의 예에서, 요 시스템에 대한 제어 신호 또는 풍력 터빈의 "요 명령(yaw command)"이 (노드(160)에서의 또는 노드(170)에서의) 요 에러 신호에 기초하여 블록(180)에서 요 알고리즘에 의해 결정될 수도 있다. 일부 예에서는, 노드(170)의 요 에러 신호가 최대 허용 가능 풍향 편차를 나타내는 임계값과 비교될 수도 있다. 요 에러 신호가 임계값을 초과하면, 요잉 작동이 시작될 수도 있다. 요잉 작동 동안, 노드(160)에서 요 에러 신호가 모니터링될 수도 있다. 요 에러 신호가 0으로 감소되는 즉시, 요잉 작동이 중지될 수도 있다. 요 에러 신호가 0보다 큰 경우에 한해, 요잉 작동이 계속되며, 필터링된 요 에러 신호를 임계값과 비교하는 단계를 포함한다.

추가의 예에서는, 더 정교한 요 알고리즘을 포함한, 상이한 요 알고리즘이 사용될 수도 있다.

본원에 예시된 방법이 또한, 풍력 터빈이 전력망으로부터 전력을 수신하지 않는 경우 수행될 수도 있다. 풍력 터빈이 전력망으로부터 분리되면, 배터리 또는 기타 백업 공급원이 상이한 보조 시스템에 전력을 공급하여야 한다. 이러한 상황 동안에도 요잉 작동이 계속될 수도 있다. 풍력 터빈이 전력망에 다시 연결될 수 있으며 풍력 터빈 작동이 재개될 수 있는 경우, 풍력 터빈이 지배적인 풍향과 실질적으로 정렬되는 것이 유리하다. 본 개시의 예를 사용하여, 요잉 작동이, 요잉 작동이 가질 수 있는 하중 감소 효과의 관점에서, 최적화될 수도 있다(풍속이 높아지거나, 예를 들어, 난류가 심해질 때 더 낮은 시간 상수가 사용될 수도 있으며, 풍속이 낮아질수록 더 높은 시간 상수가 사용될 수도 있다).

본원에 개시된 방법이 제공하는 바와 같이, 요 시스템은 종래 기술의 방법에서와 실질적으로 동일한 정렬을 유지할 수 있다. 그러나, 풍속이 낮아질수록 더 느리게 반응함으로써, 요잉에 소요되는 시간과 에너지가 감소될 수 있다. 이 때문에, 배터리, 울트라캡(울트라커패시터), 디젤 발전기, 태양광 패널 기타 등등과 같은 백업 전력 공급원이 제공하여야 하는 전력이 감소한다.

도 7에는 저역 통과 필터에 대해 가변 시간 상수를 사용하는 요잉 방법과 고정 시간 상수를 사용하는 요잉 방법의 비교가 개략적으로 도시되어 있다. 도 7에서, 기준 방법은 요 에러 신호를 입력으로 하는 요 알고리즘에 기초한 방법이다. 요 에러 신호는 순간 풍향을 나타내는 필터링된 풍향 신호로부터 파생된다. 기준 방법은 고정 시간 상수를 갖는다. 신규 전략을 나타내는 선은 동일한 요 알고리즘에 기초하지만, 요 에러 신호가 가변 시간 상수를 갖는 필터링된 풍향 신호로부터 파생되며, 특히, 풍속이 높아질수록 시간 상수가 낮아지며, 풍속이 낮아질수록 시간 상수가 높아진다.

도 7의 상부 부분에서는, 상이한 풍속에서 요잉 작동에 소요되는 시간이 비교된다. 본 개시에 따른 방법에 의하면, 풍속이 낮아질수록 요잉에 더 적은 시간이 소요되는 반면, 풍속이 높아질수록 요잉 작동에 약간 더 많은 시간이 소요된다는 것을 알 수도 있다. 도 7의 하부 부분에서는, 상이한 풍속에서의 평균 오정렬이 비교된다(본원에서 오정렬은 요 각도와 순간 풍향 사이의 편차로서 간주될 수도 있다). 풍속이 낮아질수록, 본원에 설명된 방법이 약간 더 높은 평균 오정렬을 허용하긴 하지만, 풍속이 높아질수록 오정렬은 약간 감소된다. 그 결과, 요잉에 소요되는 시간이 동일하면(그리고 따라서 요잉에 소요되는 에너지가 대략 동일하면), 풍력 터빈에 의해 발생되는 전체 전력이 증가될 수 있다. 또는, 풍력 터빈에 의해 발생되는 전체 전력이 일정할 수 있지만, 요잉에 더 적은 시간이 소요된다.

추가의 양태에서, 본원에 개시된 방법 중 어느 하나를 수행하도록 구성된, 풍력 터빈용 제어 시스템이 제공된다. 제어 시스템은 구체적으로, 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하며, 가변 시간 상수를 갖는 저역 통과 필터를 적용함으로써 풍향 신호를 필터링하여 필터링된 풍향 신호를 결정하도록 구성될 수도 있으며, 여기서 가변 시간 상수는 바람 조건에 의존한다. 제어 시스템은 풍력 터빈의 요 각도와 필터링된 풍향 신호가 나타내는 순간 풍향 간의 차이를 나타내는 풍력 터빈의 요 에러 신호를 결정하며, 요 에러 신호에 기초하여 풍력 터빈의 요 시스템에 대한 제어 신호를 결정하도록 추가로 구성될 수도 있다.

다른 추가의 양태에서, 본 개시는 타워, 타워 상에 회전 가능하게 장착된 나셀, 및 제어 시스템과 같은 타워의 종축선을 중심으로 나셀을 회전시키기 위한 요 시스템을 포함하는 풍력 터빈을 제공한다.

예를 들어, 풍력 터빈은 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 신호를 제어 시스템에 제공하기 위한 풍향 풍속계를 포함할 수도 있다. 다른 예에서는, 풍력 터빈이 LIDAR를 포함할 수도 있으며, 바람 조건(풍속, 난류, 기타 등등)이 LIDAR 시스템의 측정값으로부터 파생될 수도 있다. 또 다른 예에서는, 바람 측정값이 멧 마스트(met mast)와 같은 원격 측정 시스템으로부터 제공될 수도 있다. LIDAR는 상이한 높이에서 상이한 풍향을 결정하는 것이 가능할 수도 있다. 로터가 휩쓸고 지나가는 영역("풍향 전환(wind veer)")에 걸쳐 풍향이 변하는 경우, 평균 또는 보통의 풍향이 결정될 수도 있다.

일부 예에서, 바람 조건(풍속과 같은)이 풍력 터빈의 전력 출력, 로터 속도, 및 하나 이상의 풍력 터빈 블레이드의 피치각 중 하나 이상에 기초하여 결정될 수도 있다. 전력 출력, 로터 속도 및 피치각이 풍력 터빈에서 일상적으로 측정되거나 제어되는 제어 변수이다. 이러한 변수의 조합으로부터, 풍속과 같은 바람 조건이 산출될 수 있다. 추가의 예에서, 풍력 터빈이 경험하는 하중이 바람 조건을 결정하기 위해 및/또는 유입 바람에 대한 나셀의 풍향 또는 편차를 결정하기 위해 측정될 수도 있다.

또 다른 추가의 양태에서, 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 측정하는 단계 및 가변 시간 상수를 갖는 저속 저역 통과 필터를 적용함으로써 풍향 신호를 필터링하는 단계를 포함하는, 풍력 터빈을 작동시키기 위한 방법이 제공되며, 여기서 가변 시간 상수는 바람 조건에 의존한다. 이 방법은 측정된 순간 풍향에 대한 풍력 터빈의 요 에러를 결정하는 단계를 추가로 포함하며, 요 에러가 요 에러 임계값보다 높다면, 방법은 요 에러를 줄이기 위한 풍력 터빈의 요잉 단계를 포함한다.

본 개시 전체에 걸쳐, 시간 상수가 특히 풍속의 함수로 변하더라도, 동일하거나 유사한 방법이, 예를 들어, 난류와 같은 다른 바람 조건에 대해 사용될 수도 있다. 또한 난류 수준이 높아질수록, 더 낮은 난류 수준에서보다 풍향이 더 많이 변할 수도 있다. 이 때문에, 시간 상수가 바람의 난류 함수로서도 맞추어질 수도 있다. 예를 들어, 시간 상수가 풍속과 바람의 난류 모두의 함수일 수도 있다.

당업자라면 본원의 개시 내용과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 및 알고리즘 단계가 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들 양자의 조합으로서 구현될 수도 있다는 것을 추가로 이해할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 호환성을 명확하게 예시하기 위해, 다양한 예시적인 구성 요소, 블록, 모듈, 회로, 및 단계가, 일반적으로 그 기능의 관점에서, 위에 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어로서 구현되는지 소프트웨어로서 구현되는지는 전체 시스템에 부과되는 특정 용례 및 설계 제약에 따라 다르다. 숙련된 기술자는 각각의 특정 용례에 대해 설명된 기능을 다양한 방식으로 구현할 수도 있다.

본원의 개시 내용과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈, 및 알고리즘은 본원에 설명된 기능을 수행하도록 설계된 하나 이상의 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 클라우드 컴퓨팅 아키텍처, 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 프로그래밍 가능 논리 제어기(PLC) 또는 기타 프로그래밍 가능 논리 디바이스, 이산형 게이트 또는 트랜지스터 논리, 이산형 하드웨어 구성 요소, 이들의 임의의 조합으로 구현되거나 수행될 수도 있다. 범용 프로세서가 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안으로서, 프로세서가 임의의 통상의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 또는 상태 기계일 수도 있다. 프로세서가 또한, 컴퓨팅 장치의 조합, 예를 들어, DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 함께 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 이러한 구성으로서 구현될 수도 있다.

본 개시는 또한, 본원에 개시된 방법 중 어느 하나를 수행하도록 구성된 컴퓨팅 시스템에 관한 것이다.

본 개시는 또한, 실행 시에 본원에 개시된 방법 중 하나를 수행하는 명령어(코드)를 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

컴퓨터 프로그램은 소스 코드 형태, 오브젝트 코드 형태, 부분적으로 편집된 형태와 같은 코드 중간 소스 및 오브젝트 코드 형태, 또는 프로세스의 구현에 사용하기에 적합한 임의의 다른 형태일 수도 있다. 캐리어는 컴퓨터 프로그램을 전달할 수 있는 임의의 개체 또는 디바이스일 수도 있다.

소프트웨어/펌웨어로 구현된다면, 기능이 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 하나 이상의 명령어 또는 코드로서 저장되거나 전송될 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 컴퓨터 프로그램을 한 장소에서 다른 장소로 전송하는 것을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체를 모두 포함한다. 저장 매체는 범용 또는 특수 목적 컴퓨터가 접근할 수 있는 임의의 사용 가능한 매체일 수도 있다. 비제한적인 예시로서, 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD/DVD 또는 기타 광 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 기타 자기 저장 장치, 또는 명령어 또는 데이터 구조 형태로 원하는 프로그램 코드 수단을 전달하거나 저장하는 데 사용될 수 있으며 범용 또는 특수 목적 컴퓨터, 또는 범용 또는 특수 목적 프로세서가 접근할 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 연결을 적절하게 컴퓨터 판독 가능 매체라 칭한다. 예를 들어, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어(twisted pair), 디지털 가입자 회선(DSL), 또는 적외선, 무선(radio), 및 마이크로파와 같은 무선 기술을 사용하여 웹사이트, 서버, 또는 기타 원격 공급원으로부터 소프트웨어/펌웨어를 전송하는 경우, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어, DSL, 또는 적외선, 무선 및 마이크로파와 같은 무선 기술이 매체의 정의에 포함된다. 본원에 사용된 바와 같은, 디스크(disk) 및 디스크(disc)에는, 디스크(disk)가 일반적으로 자기적인 방식으로 데이터를 재생하는 반면 디스크(disc)는 레이저를 사용하여 데이터를 광학적으로 재생하는 경우, CD(컴팩트 디스크), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 다목적 디스크(DVD), 플로피 디스크 및 블루-레이(Blu-ray) 디스크가 포함된다. 위의 조합이 또한, 컴퓨터 판독 가능 매체의 범위에 포함되어야 한다.

단지 다수의 예가 본원에 개시되었지만, 다른 대안, 수정, 사용 및/또는 그 등가물이 가능하다. 또한, 설명된 예의 모든 가능한 조합도 포함된다. 따라서, 본 개시의 범위가 특정 예에 의해 제한되어서는 안 되며, 다음의 청구범위를 공정하게 읽음으로써만 결정되어야 한다.

Claims

풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하는 단계;
필터링된 풍향 신호를 결정하기 위해 풍향 신호를 필터링하는 단계;
풍력 터빈의 요 각도(yaw angle)와 필터링된 풍향 신호가 나타내는 순간 풍향 간의 차이를 나타내는 풍력 터빈의 요 에러(yaw error) 신호를 결정하는 단계(170); 및
상기 요 에러 신호에 기초하여 풍력 터빈의 요 시스템에 대한 제어 신호를 결정하는 단계(180)
를 포함하는 방법에 있어서,
상기 풍향 신호를 필터링하는 단계는 가변 시간 상수를 갖는 저역 통과 필터를 적용하는 단계(150)를 포함하며, 상기 가변 시간 상수는 바람 조건에 의존하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 바람 조건은 풍속인 것인, 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 가변 시간 상수는 제 1 풍속 범위에서 높아지며, 제 2 풍속 범위에서 낮아지며, 상기 제 1 풍속 범위가 상기 제 2 풍속 범위보다 낮은 것인, 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 가변 시간 상수는 제 1 풍속으로부터 더 높은 제 2 풍속으로 갈수록 선형적으로 감소하는 것인, 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가변 시간 상수는 60초 내지 360초, 구체적으로 75초 내지 300초의 범위에 있는 것인, 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 바람 조건은 바람의 난류인 것인, 방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터링하는 단계는 로터 블레이드(22)로 인한 신호 편차를 필터링하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 로터 블레이드로 인한 신호 편차를 필터링하는 단계는 3p 노치 필터를 적용하는 단계(130)를 포함하는 것인, 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 필터링하는 단계는 저속 저역 통과 필터를 적용하여 요잉 작동의 시작을 결정하는 단계(150) 및 요잉 작동 동안 고속 저역 통과 필터를 적용하여 요잉 작동의 중지를 결정하는 단계(160)를 포함하는 것인, 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 요 에러 신호에 기초하여 풍력 터빈의 요 시스템에 대한 제어 신호를 결정하는 단계는 요 에러 신호를 임계값과 비교하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풍력 터빈(10)은 전력망으로부터 전력을 수신하지 않는 것인, 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 바람 조건은 풍력 터빈의 전력 출력, 로터 속도, 및 하나 이상의 풍력 터빈 블레이드(22)의 피치각 중 하나 이상에 기초하여 결정되는 것인, 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 풍력 터빈용 제어 시스템.
타워(100), 타워(100) 상에 회전 가능하게 장착된 나셀(16), 및 타워의 종축선을 중심으로 나셀을 회전시키기 위한 요 시스템, 및 제 13 항의 제어 시스템을 포함하는 풍력 터빈(10).
제 14 항에 있어서,
풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 신호를 제어 시스템에 제공하기 위한 풍향 풍속계(vane anemometer)(58)를 추가로 포함하는 풍력 터빈.