KR20230007233A - 풍력 터빈의 방위각 센서 - Google Patents

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벨트리 페드로 아로요
이소 에프렌 알비수
루이스 본드-스미스
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제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
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Abstract

본 개시는 풍력 터빈에 있는 방위각 측정 시스템의 신뢰도를 결정하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 작동 중에 하중 센서를 사용하여 하중을 측정하는 단계 및 측정된 하중에 기초하여 하나 이상의 블레이드의 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 풍력 터빈 로터의 방위각 위치를 측정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 면내 모멘트의 위상각이 측정된 방위각 위치로부터 제1 문턱값을 초과하여 벗어난 경우에 방위각 측정 시스템의 신뢰도가 감소한 것으로 결정하는 단계도 또한 포함한다. 본 개시는 또한 방위각 측정부를 포함하는 풍력 터빈 시스템과, 방위각 센서가 올바로 기능하고 있는지를 온라인 결정하는 방법에 관한 것이다.

Description

풍력 터빈의 방위각 센서{AZIMUTH SENSORS IN WIND TURBINES}
본 개시는 풍력 터빈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 풍력 터빈의 방위각 센서의 신뢰도와 이 방위각 센서가 올바로 기능하고 있는지 결정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최신 풍력 터빈은 전력망에 전력을 공급하는 데 사용된다. 풍력 터빈은 일반적으로 상부에서 나셀이 지지되는 타워를 포함한다. 허브 및 복수 개의 풍력 터빈 블레이드를 포함하는 풍력 터빈 로터는 나셀에 회전 가능하게 장착될 수 있다.
풍력 터빈 블레이드는 바람에 의해 동작하도록 설정될 수 있다. 풍력 터빈의 허브는 발전기의 로터에 작동 가능하게 커플링될 수 있다. 허브와 블레이드가 회전할 때, 바람의 운동 에너지가 풍력 터빈 로터의 기계적 운동 에너지로 그리고 궁극적으로 발전기의 전기 에너지 또는 파워로 변환된다. 발전기는 통상 나셀 내부에 배치될 수 있다.
풍력 터빈 로터는 소위 직접 구동 풍력 터빈의 발전기 로터에 직접 커플링될 수 있다. 또는 풍력 터빈 로터는 기어박스로 통하는 메인 로터 샤프트(소위 “저속 샤프트”)를 포함할 수 있다. 기어박스의 고속 샤프트는 이때 발전기를 구동할 수 있다. 풍력 터빈의 토폴로지(topology)와 무관하게, 발전기의 전력 출력이 전력망에 공급될 수 있다. 전력망에 대한 발전기의 접속부는, 예컨대 컨버터, 변환기, 중전압 라인 등을 포함할 수 있다.
풍력 터빈 제어기가 조성된 환경에 기초하여 풍력 터빈에 적합한 액추에이터 셋포인트를 결정하도록 구성된다. 최신 가변 속도 풍력 터빈을 위한 액추에이터 셋포인트는, 예컨대 발전기 토크 및 블레이드의 피치각을 포함한다. 블레이드(들)의 피치각(들)과 발전기 토크 제어를 통해, 로터의 속도뿐만 아니라 전력 출력, 공기역학적 추력 및 다른 기계적 하중도 또한 제어될 수 있다. 제어 시스템의 목적은 일반적으로 풍력 터빈의 하중을 허용 가능한 수준으로 유지함과 동시에 전력 출력을 최대화하는 것이다.
전술한 바와 같이, 토크 및 피치의 액추에이터[요(yaw)와 같은 다른 액추에이터] 셋포인트는 상황에 따라 변경될 수 있다. 액추에이터 셋포인트 결정에 있어서 중요한 입력은, 예컨대 풍속 및 풍향이다. 풍속은, 예컨대 (발전기) 로터 속도 센서의 사용을 통해 직접 또는 간접적으로 측정될 수 있다.
풍력 터빈은 또한, 예컨대 바람 및/또는 블레이드의 중량에 의해 유발되는 블레이드에 대한 하중을 측정하기 위해 블레이드 상에 또는 블레이드 내에 하중 센서를 포함할 수 있다. 블레이드에 대한 하중이 너무 높으면, 예컨대 블레이드가 손상될 수 있고/있거나, 바람직하지 않은 로터의 회전 속도가 야기될 수 있으며, 이는 풍력 터빈의 다른 구성요소를 손상시킬 수 있다. 블레이드 하중 센서는 고하중 검출을 허용하고, 예컨대 블레이드에 대한 하중이 감소될 수 있도록 하는 방식으로 피치 시스템에 작용하는 것에 의해 반응하는 것을 가능하게 한다. 피치 시스템을 통한 블레이드에 대한 이러한 조정은 풍력 터빈의 수명을 연장시킬 수 있고/있거나, 파워 생산비를 줄일 수 있다.
풍력 터빈, 구체적으로는 풍력 터빈 블레이드에 대한 하중을 측정하는 하중 센서는 저항 스트레인 게이지, 광섬유 스트레인 게이지 또는 임의의 기타 기지의 스트레인 감지 시스템을 포함할 수 있다.
풍력 터빈 블레이드에 대해서 상이한 블레이드 하중, 즉 에지방향(edge-wise) 하중, 스팬방향(spanwise) 하중 및 플랩방향(flap-wise) 하중이 규정될 수 있다. 스팬방향은 블레이드의 기저부에서 블레이드의 팁을 향해 연장되는 블레이드의 종축을 다른 방향을 일컫는다. 에지방항은 풍력 터빈 블레이드 단면의 현을 따른, 즉 선단 에지에서 후미 에지로 연장되는 방향을 일컫는다. 플랩방향은 에지방향 및 스팬방향 모두에 수직한다.
풍력 터빈 로터에 대하여, 하중은 면내(in-plane) 하중(로터 평면에 접선방향인 하중) 및 면외(out-of-plane) 하중(로터 평면에 수직한 하중)으로 분해될 수 있다. 로터 평면은 여기에서는 로터 회전축에 수직하고 블레이드 기저부에서 블레이드의 중심을 통과하는 평면으로서 정의될 수 있다.
풍력 터빈 작동(들)에서 사용 가능한 추가의 센서는 방위각 센서이다. 방위각은 로터 평면에서의 풍력 터빈 로터의 각도 위치를 나타낸다. 임의의 특별한 기준 위치가 선택될 수 있지만, 일례에서는 0 ° 위치에서 블레이드들 중 하나가 12시 방향 위치(직선 상향)에 위치할 수 있다. 3개 블레이드 로터에서, 나머지 2개의 블레이드는 4시 위치 및 8시 위치에 각각 위치할 수 있다. 동일한 기준 위치를 유지하면서, 로터의 90 ° 위치에서, 3개의 블레이드는 3시 위치(거의 수평방향), 7시 위치 및 11시 위치 각각에 위치할 것이다.
본 개시 전반에 걸쳐 사용되는 방위각 센서는 로터의 방위각 위치를 측정하는 데 사용 가능한 임의의 적절한 센서 또는 센서 시스템이다. 일례에서, 방위각 센서는 풍력 터빈 로터 샤프트 또는 발전기 로터에 고정된 엔코더일 수 있다.
일반적인 풍력 터빈 작동 및 특히 고유한 유지 관리 작동의 경우, 이에 따라 방위각 센서의 정확한 기능이 중요하다. 예컨대, 개별 블레이드 피치 제어는 방위각 센서로부터의 신호에 기초할 수 있다. 로터 로킹 작동 시, 풍력 터빈 로터는 복수 개의 미리 정해진 위치 중 어느 하나에 정확히 위치 설정되어야만 하며, 이에 따라 나셀 상의 로킹 기구가 풍력 터빈 로터(허브)와 맞물리고, 유지 관리가 수행될 수 있다.
방위각 센서는 그 정확도롤 보존하기 위해 교정될 수 있다. 교정은 통상 방위각 센서에 의해 생성되는 표지와 교정 패턴(즉, 교정을 위한 특별한 조건)에 따른 기준값 사이의 대응관계를 형성하는 것을 포함한다. 상기한 교정은 일반적으로 오프라인으로(즉, 풍력 터빈이 작동하지 않을 때에) 수행되고, 특정 조건(바람이 없거나 풍속이 매우 낮을 것)을 요구한다. 예에서, 교정은 로터가 특별한 작동 중인지를 결정하기 위해 사람에 의한 시각적인 검사를 필요로 할 수 있다.
방위각 센서는 시간 경과에 따라 성능이 저하될 수 있는 것으로 알려져 있다. 특히, 방위각 센서는 오류 시 “드리프트” 거동, 즉 로터의 실제 각도 위치와 지시된 위치 간의 차이의 시간 경과에 따른 증가를 나타낼 수 있다. 또한, 유지 관리 작동 후, 시스템에 오프셋이 도입될 수 있는 것으로 확인되었다.
방위각 센서로부터의 잘못된 표지는 잘못되거나 차선의 하중 제어 및/또는 잘못되거나 차선의 개별 또는 집합적인 피치 제어를 초래할 수 있고, 이는 결국 보다 높은 (피로) 하중 및/또는 감소된 에너지 출력을 초래할 수 있다. 방위각 센서로부터의 잘못된 표지는 유지 관리 작동에 있어서의 복잡성과 증가된 유지 관리 시간을 초래할 수 있다.
본 개시는 전술한 단점 중 적어도 일부를 해결하는, 방위각 센서의 신뢰도와 방위각 센서가 올바로 기능하고 있는지를 결정하는 방법 및 시스템의 예를 제공한다.
제1 양태에서, 풍력 터빈의 방위각 측정 시스템의 신뢰도를 결정하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 풍력 터빈의 작동 중에 하중 센서를 사용하여 하중을 측정하는 단계 및 측정된 하중에 기초하여 하나 이상의 블레이드의 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 로터 회전 속도 주파수에 있어서 면내 모멘트에 기초하여 풍력 터빈 로터의 각도 위상을 결정하는 단계와, 로터 회전 속도 주파수에 있어서 면내 모멘트의 각도 위상이 방위각 측정 시스템으로 측정한 각도 위상으로부터 제1 문턱값을 초과하여 벗어난 경우에 방위각 측정 시스템이 감소된 신뢰도를 갖는지를 결정하는 단계를 더 포함한다.
이 양태에 따르면, 방위각 센서의 신뢰도 또는 올바른 기능 수행은 풍력 터빈의 작동 중에 결정될 수 있는데, 즉 방위각 측정 시스템이 방위각 위치를 정확히 나타내는지를 결정할 수 있도록 하기 위해 풍력 터빈의 작동을 단속하거나 특정 조건으로 할 필요가 없다. 측정된 하중은 면내 모멘트로 측정될 수도 있고 면내 모멘트로 변환될 수도 있다. 작동 중에 임의의 주어진 모멘트에서 면내 모멘트는 공기역학적 하중와 블레이드의 질량으로 인한 하중의 조합일 것이다. 그러나, 블레이드의 질량은 블레이드의 모든 회전에 걸쳐 동일한 모멘트를 제공할 것이다. 12시 위치 및 6시 위치에서, 블레이드의 질량은 굴곡 모멘트에 기여하지 않을 것이다. 3시 위치 및 9시 위치에서, 블레이드의 질량으로 인한 굴곡 모멘트는 (일방향 및 반대 방향 각각에서) 최대일 것이다. 블레이드의 질량은 1p 주파수에 있어서 명확히 기여하며, 즉 질량으로 인한 모멘트의 변화는 로터 회전 속도와 동일한 주파수를 가질 것이다. 이에 관하여, 로터는 풍력 터빈 로터를 말하는 것이지, 발전기 로터를 말하는 것이 아니다. 발전기 로터는 직접 구동 풍력 터빈의 경우에 동일한 회전 속도를 가질 수 있지만, 기어박스를 지닌 풍력 터빈의 경우에는 매우 다른 속도를 가질 수 있다.
“1p 주파수”및 “로터 회전 속도 주파수”라는 용어는 본 개시 전반에 걸쳐 호환 가능하게 사용될 수 있다.
로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트를 선택하고, 선택된 면내 모멘트의 각도 위상을 측정된 방위 위상각과 비교함으로써, 둘 사이의 편차가 방위각 측정 시스템의 가능한 오작동을 나타낸다. 일단 그러한 가능한 오작동이 검출되고 나면, 방위각 측정 시스템이 오작동할 위험을 줄이기 위해 다른 행동을 취할 수 있다.
본 개시의 비제한적인 예가 첨부도면을 참고로 하여 아래에서 설명될 것이다.
도 1은 일례에 따른 풍력 터빈의 사시도.
도 2는 일례에 따른 풍력 터빈의 나셀의 상세한 내부도.
도 3은 풍력 터빈의 방위각 측정 시스템의 신뢰도를 결정하는 방법의 예를 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 로터 블레디으듸 질량과 측정된 방위각 위치로 인한 면내 모멘트들 간의 비교에 관한 예를 개략적으로 보여주는 도면.
도 5은 풍력 터빈의 방위각 측정 시스템의 신뢰도를 결정하는 방법의 다른 예를 개략적으로 도시한 도면.
도 6은 풍력 터빈 제어기에서 구현될 수 있는, 방위각 센서가 올바로 기능하고 있는지를 온라인 결정하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면.
도 7a 및 도 7b는 측정된 면내 모멘트와 측정된 방위각 각도에 기초한 면내 모멘트의 비교를 개략적으로 보여주는 도면.
이제, 본 발명의 실시예 - 이 실시예의 하나 이상의 예가 도면에 도시되어 있음 - 를 상세히 참고하겠다. 각각의 예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라, 본 발명을 설명하기 위해 제공된다. 사실상, 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 벗어나는 일 없이 본 발명에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 점이 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 일실시예의 부분으로서 예시되거나 설명되는 피쳐는 다른 실시예와 함께 사용되어 또 다른 실시예를 구성할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 속하는 한 그러한 수정 및 변형을 포함한다.
도 1은 풍력 터빈(10)의 일례의 사시도이다. 이 예에서, 풍력 터빈(10)은 수평축형 풍력 터빈이다. 대안으로서, 풍력 터빈(10)은 수직축형 풍력 터빈일 수 있다. 상기예에서, 풍력 터빈(10)은 지면(11)으로부터 연장되는 타워(100), 타워(100) 상에 장착되는 나셀(16), 및 나셀(16)에 커플링되는 로터(18)를 포함한다. 로터(18)는 회전식 허브(20)와, 이 허브(20)에 커플링되고, 허브로부터 외측방향으로 연장되는 적어도 하나의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 상기 예에서, 로터(18)는 3개의 로터 블레이드(22)를 갖는다. 변형예에서, 로터(18)는 3개보다 많거나 적은 로터 블레이드(22)를 포함한다. 타워(100)는 지지 시스템(14)과 나셀(16) 사이에 공동(도 1에는 도시되어 있지 않음)을 획정하는 관형 강으로 제조될 수 있다. 변형예에서, 타워(100)는 임의의 적절한 높이를 갖는 임의의 적절한 타입의 타워이다. 변형예에 따르면, 타워는 콘크리트로 형성된 부분과 관형 강 부분을 포함하는 하이브리드 타워일 수 있다. 또한, 타워는 부분적인 또는 완전한 래티스 타워(lattice tower)일 수 있다.
로터 블레이드(22)는 로터(18)의 회전을 용이하게 하도록 허브(20) 둘레에서 이격되어, 운동 에너지가 바람으로부터 가용 기계 에너지로 그리고 이어서 전기 에너지로 변환되게 한다. 로터 블레이드(22)는 복수 개의 하중 전달 영역(26)에서 블레이드 기저부(24)를 허브(20)에 커플링하는 것에 의해 허브(20)에 결합된다. 하중 전달 영역(26)은 허브 하중 전달 영역과 블레이드 하중 전달 영역(도 1에는 양자 모두가 도시되어 있지 않음)을 가질 수 있다. 로터 블레이드(22)에 도입되는 하중은 하중 전달 영역(26)을 통해 허브(20)로 전달된다.
예에서, 로터 블레이드(22)는 약 15 미터(m) 내지 약 90 m 이상의 범위의 길이를 가질 수 있다. 로터 블레이드(22)는 풍력 터빈(10)이 여기에서 설명하는 것과 같이 기능하게 할 수 있는 임의의 적절한 길이를 가질 수 있다. 예컨대, 블레이드 길이의 비제한적인 예로는 20 m 미만, 37 m, 48.7 m, 50.2m, 52.2 m, 또는 91 m보다 긴 길이가 있다. 바람이 풍향(28)으로부터 로터 블레이드(22)를 가격하면, 로터(18)는 로터축(30)을 중심으로 회전한다. 로터 블레이드(22)가 회전하고 원심력을 받을 때, 로터 블레이드(22)는 다양한 힘 및 모멘트도 또한 받는다. 이와 같이, 로터 블레이드(22)는 중립 또는 비편향 위치에서 편향 위치로 편향 및/또는 회전할 수 있다.
더욱이, 로터 블레이드(22)의 피치각, 즉 풍향에 대한 로터 블레이드(22)의 방위를 결정하는 각은, 바람 벡터에 대하여 적어도 하나의 로터 블레이드(22)의 각도 위치를 조정하는 것에 의해 풍력 터빈(10)에 의해 생성되는 하중 및 전력을 제어하는 피치 시스템(32)에 의해 변경될 수 있다. 로터 블레이드(22)의 피치축(34)이 도시되어 있다. 풍력 터빈(10)의 작동 중에, 피치 시스템(32)은 특히 로터 블레이드(22)의 피치각을 변경할 수 있고, 이에 따라 로터 블레이드의 (부분의) 어택각(angle of attack)이 감소되고, 이는 회전 속도 감소를 용이하게 하고/하거나, 로터(18)의 정지(stall)를 용이하게 한다.
예에서, 각각의 로터 블레이드(22)의 블레이드 피치는 풍력 터빈 제어기(36)에 의해 또는 피치 제어 시스템(80)에 의해 개별 제어된다. 대안으로서, 모든 로터 블레이드(22)를 위한 블레이드 피치는 상기 제어 시스템에 의해 동시에 제어될 수 있다.
더욱이, 예에서 풍향(28)이 변하면, 나셀(16)의 요(yaw) 방향이 요축(38)을 중심으로 회전하여, 풍향(28)에 대해 로터 블레이드(22)를 위치 설정할 수 있다.
예에서, 풍력 터빈 제어기(36)는 나셀(16) 내에서 중심 배치된 것으로 도시되어 있지만, 풍력 터빈 제어기(36)는 풍력 발전 단지 내에 풍력 터빈(10) 전체에 있어서 지지 시스템(14) 상의 분배형 시스템일 수도 있고/있거나 원격 제어 센터에 마련될 수도 있다. 풍력 터빈 제어기(36)는 여기에서 설명하는 방법 및/또는 단계를 수행하도록 구성된 프로세서(40)를 포함한다. 더욱이, 여기에서 설명하는 여러 기타 구성요소는 프로세서를 포함한다.
여기에서 사용되는 바와 같이, “프로세서”라는 용어는 당업계에서 컴퓨터라고 하는 집적 회로로만 제한되는 것이 아니라, 넓게는 제어기, 마이크로제어기, 마이크로컴퓨터, 프로그램 가능 논리 제어 장치(Programmable Logic Controller; PLC), 주문형 집적 회로, 및 기타 프로그램 가능 회로를 일컫고, 이들 용어는 여기에서 교환 가능하게 사용된다. 프로세서 및/또는 제어 시스템은 메모리, 입력 채널 및/또는 출력 채널도 또한 포함할 수 있다는 점을 이해해야만 한다.
도 2는 풍력 터빈(10)의 부분에 관한 확대 단면도이다. 예에서, 풍력 터빈(10)은 나셀(16)과 나셀(16)에 회전 가능하게 커플링되는 로터(18)를 포함한다. 보다 구체적으로, 로터(18)의 허브(20)는 메인 샤프트(44), 기어박스(46), 고속 샤프트(48) 및 커플링(50)에 의해 나셀(16) 내에 위치 설정되는 발전기(42)에 회전 가능하게 커플링된다. 예에서, 메인 샤프트(44)는 나셀(16)의 종축(도시하지 않음)과 적어도 부분적으로 동축으로 배치된다. 메인 샤프트(44)의 회전은 기어박스(46)를 구동하고, 기어박스는 후속하여 로터(18)와 메인 샤프트(44)의 상대적으로 저속 회전 동작을 고속 샤프트(48)의 상대적으로 고속 회전 동작으로 전환하는 것에 의해 고속 샤프트(48)를 구동한다. 고속 샤프트는 커플링(50)에 의해 전기 에너지를 생산하는 발전기(42)에 접속된다. 더욱이, 변압기(90) 및/또는 적절한 전자기기, 스위치 및/또는 인버터가, 발전기(42)에 의해 생산되고 전압이 400 V 내지 1000 V인 전기 에너지를 중간 전압(10 내지 35 Kv) 또는 그 이상, 예컨대 66 kV의 전기 에너지로 변환하기 위해 나셀(16) 내에 배치될 수 있다. 상기 전기 에너지는 전선(160)을 통해 나셀(16)에서 타워(100)로 전달된다.
기어박스(46), 발전기(42) 및 변압기(90)는 선택적으로 메인 프레임(52)으로 구현되는, 나셀(16)의 메인 지지 구조체 프레임에 의해 지지될 수 있다. 기어박스(46)는, 하나 이상의 토크 아암(103)에 의해 메인 프레임(52)에 접속되는 기어박스 하우징을 포함할 수 있다. 예에서, 나셀(16)은 메인 전방 지지 베어링(60) 및 메인 후방 지지 베어링(62)도 또한 포함한다. 더욱이, 발전기(42)는, 특히 발전기(42)의 진동이 메인 프레임(52)으로 도입되고, 이에 의해 소음 방출 소스를 유발하는 것을 방지하기 위해 지지 수단(54)을 분리함으로써 메인 프레임(52)에 장착될 수 있다.
선택적으로, 메인 프레임(52)은 로터(18)와 나셀(16)의 구성요소 그리고 바람과 회전 하중에 의해 유발되는 전체 하중을 지탱하고, 더욱이 이들 하중을 풍력 터빈(10)의 타워(100)로 전달하도록 구성된다. 로터 샤프트(44), 발전기(42), 기어박스(46), 고속 샤프트(48), 커플링(50) 및 임의의 관련 체결, 지지 및/또는 고정 디바이스 - 지지체(52)와, 전방 지지 베어링(60) 및 후방 지지 베어링(62)을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않음 - 는 이따금 구동 트레인(64)이라고 한다.
나셀(16)은 요 구동 기구(56)를 포함할 수 있고, 이 요 구동 기구는 풍향(28)에 대해 로터 블레이드(22)의 균형을 제어하기 위해, 나셀(16) 그리고 이에 따라 로터(18)를 요축(38)을 중심으로 회전시키는 데 사용될 수 있다.
풍향(28)에 대해 나셀(16)을 적절히 위치 설정하기 위해, 나셀(16)은 또한 풍항계 및 풍속계를 포함할 수 있는 적어도 하나의 기상 관측 시스템도 또한 포함할 수 있다. 기상 관측 시스템(58)은 풍력 터빈 제어기(36)에 풍향(28) 및/또는 풍속을 포함할 수 있는 정보를 제공할 수 있다. 예에서, 피치 시스템(32)은 적어도 부분적으로 허브(20) 내의 피치 조립체(66)로서 구성된다. 피치 조립체(66)는 하나이상의 피치 구동 시스템(68)과 적어도 하나의 센서(70)를 포함한다. 각각의 피치 구동 시스템(68)은 피치축(34)을 따라 로터 블레이드(22)의 피치각을 조절하기 위해 각각의 로터 블레이드(22)(도 1에 도시함)에 커플링된다. 3개의 피치 구동 시스템(68) 중 단 하나만이 도 2에 도시되어 있다.
예에서, 피치 조립체(66)는 피치축(34)을 중심으로 각각의 로터 블레이드(22)를 회전시키기 위해, 허브(20)와 각각의 로터 블레이드(22)(도 1에 도시함)에 커플링된 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)는 피치 구동 기어박스(76)에 커플링되어, 피치 구동 기어박스(76)에 기계적인 힘을 가한다. 피치 구동 기어박스(76)는 피치 구동 피니언(78)에 커플링되어, 피치 구동 피니언(78)이 피치 구동 기어박스(76)에 의해 회전된다. 피치 베어링(72)이 피치 구동 피니언(78)에 커플링되어, 피치 구동 피니언(78)의 회전이 피치 베어링(72)의 회전을 유발한다.
피치 구동 시스템(68)은, 풍력 터빈 제어기(36)로부터 하나 이상의 신호 수신 시에 로터 블레이드(22)의 피치각을 조정하기 위해 풍력 터빈 제어기(36)에 커플링된다. 예에서, 피치 구동 모터(74)는 피치 조립체(66)가 여기에서 설명하는 바와 같이 구동하게 할 수 있는 전력 및/또는 유압 시스템에 의해 구동되는 임의의 적절한 모터이다. 대안으로서, 피치 조립체(66)는 임의의 적절한 구조, 구성, 배열 및/또는 제한하는 것은 아니지만 유압 실린더, 스프링 및/또는 서보기구와 같은 구성요소를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 피치 구동 모터(74)는 허브(20)의 회전 관성 및/또는 풍력 터빈(10)의 구성요소에 에너지를 공급하는 저장된 에너지 소스(도시하지 않음)로부터 추출된 에너지에 의해 구동된다.
피치 조립체(66)는 특정 우선 순위 상황의 경우 및/또는 로터(18) 과속 중에 풍력 터빈 제어기(36)로부터의 제어 신호에 따라 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위해 하나 이상의 피치 제어 시스템(80)도 또한 포함할 수 있다. 예에서, 피치 조립체(66)는 풍력 터빈 제어기(36)와 무관하게 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위해 각각의 피치 구동 시스템(68)에 통신 가능하게 커플링되는 적어도 하나의 피치 제어 시스템(80)을 포함한다. 예에서, 피치 제어 시스템(80)은 피치 구동 시스템(68)과 센서(70)에 커플링된다. 풍력 터빈(10)의 상시 작동 중에, 풍력 터빈 제어기(36)는 로터 블레이드(22)의 피치각을 조정하기 위해 피치 구동 시스템(68)을 제어할 수 있다.
실시예에 따르면, 예컨대 배터리와 전기 커패시터를 포함하는 전원(84) 또는 허브(20)의 회전에 의해 구동되는 전기 발전기가 허브(20)에 또는 허브 내에 배치되고, 센서(70), 피치 제어 시스템(80) 및 피치 구동 시스템(68)에 커플링되어 이들 구성요소에 대한 전력 소스를 제공한다. 예에서, 전원(84)은 풍력 터빈(10)의 작동 중에 피치 조립체(66)에 연속적인 전력 소스를 제공한다. 변형예에서, 전원(84)은 풍력 터빈(10)의 전력 손실 이벤트 중에만 피치 조립체(66)에 전력을 제공한다. 전력 손실 이벤트는 전력망 손실 또는 악화, 풍력 터빈(10)의 전기 시스템의 오작동 및/또는 풍력 터빈 제어기(36)의 고장을 포함할 수 있다. 전력 손실 이벤트 중에, 전원(84)은 피치 조립체(66)에 전력을 제공하도록 작동되고, 이에 따라 피치 조립체(66)가 전력 손실 이벤트 동안에 작동할 수 있다.
예에서, 피치 구동 시스템(68), 센서(70), 피치 제어 시스템(80), 케이블 및 전원(84)은 각각 허브(20)의 내면(88)에 의해 획정된 공동(86) 내에 위치 설정된다. 변형예에서, 상기 구성요소는 허브(20)의 외면에 대하여 위치 설정되고, 외면에 직접 또는 간접적으로 커플링될 수 있다.
도 3은 풍력 터빈의 방위각 측정 시스템의 신뢰도를 결정하는 방법의 예를 개략적으로 보여준다. 상기 방법은 블럭 200의 풍력 터빈의 작동 중에 하중 센서를 사용하여 하중을 측정하는 단계를 포함한다. 블럭 210에서, 측정된 하중에 기초한 면내 모멘트가 결정된다. 그 후, 블럭 220에서, 1p 주파수에 있어서의 면내 모멘트가 선택된다.
블럭 250에서, 풍력 터빈 로터의 방위각 각도가 측정된다. 블럭 230에서, 선택된 면내 모멘트의 위상각이 블레이드 질량으로 인한 이론적인 면내 모멘트의 위상각과 비교될 수 있다. 그 후, 블럭 240에서, 선택된 면내 모멘트의 위상각이 이론적인 면내 모멘트의 위상각으로부터 제1 문턱값을 초과하여 벗어난 경우에 방위각 측정 시스템의 신뢰도가 감소한 것으로 결정할 수 있다.
예에서, (감소된) 신뢰도를 결정하기 위해 방위 위상각으로부터 유도된 하나 이상의 블레이드의 질량으로 인한 이론적인 면내 모멘트는 선택된 면내 모멘트의 위상각과 비교될 수 있다.
몇몇 예에서, 블럭 200의 하중 측정은 플랩방향 및 에지방향 모멘트 측정을 포함할 수 있다. 표준 풍력 터빈 블레이드는 적절한 하중 센서를 포함할 수 있다. 하중 센서는 스트레인 게이지일 수 있다. 하중 센서 장착 위치 및 방법에 따라 스트레인은 상이한 방향으로 측정될 수 있다. 허브 또는 임의의 다른 (간접) 블레이드 지지부에 배치된 센서도 또한 하중을 결정하는 데 사용될 수 있다.
에지방향 및 플랩방향 하중은 풍력 터빈의 제어에 사용될 수 있다. 에지방향 및 플랩방향 모멘트는 블럭 210에서 블레이드의 피치각에 기초하여 면내 모멘트 및 면외 모멘트로 변환될 수 있다. 본 발명의 방법에서는 면내 모멘트만을 고려해야만 하는데, 그 이유는 로터 풍력 터빈 블레이드의 질량의 하중이 면외 하중이 아니라 면내 하중이기 때문이다.
블럭 220에서, 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트를 선택하는 단계는 피크 필터를 사용하여 결정된 면내 모멘트를 필터링하는 단계를 포함할 수 있다. 피크 필터는 좁은 주파수 대역을 통과시키고 나머지 다른 주파수를 차단하도록 구성된 주파수 필터이다. 이러한 점에서 피크 필터는 사실상 매우 좁은 대역 통과 필터이다. 필터의 결과는 도 4의 상단에서 볼 수 있으며, 도 4에는 풍력 터빈 로터의 다수의 완전한 회전 중에 풍력 터빈의 3개의 블레이드에 대한, 1p 주파수에 있어서의 면내 모드가 도시되어 있다.
선택된 면내 모멘트로부터, 개별 블레이드 각각의 위상각이 유도될 수 있다. 개별 블레이드 각각에 있어서, 최대 모멘트는 블레이드의 대응하는 3시 위치에 상응하고, 최소 모멘트(또는 최대 음의 모멘트)는 블레이드의 9시 위치에 상응한다.
방위각 측정 시스템이 올바로 작동하면, 블레이드의 질량으로 인한 모멘트는 측정된 방위각 위치에서의 블레이드 질량에 의해 유발되는 이론적인 모멘트에 상응해야만 한다. 다시 말해서, 방위각 측정 시스템이 올바로 작동하면, 블레이드의 질량으로 인한 모멘트의 위상각이 측정된 방위각에 상응해야만 한다. 측정된 방위각은 도 4의 중간에 도시되어 있다.
도 4의 저부에는, 개별 블레이드 각각에 있어서의 위상각 차이가 도시되어 있다. 위상각 차이는 연속적으로 결정되거나, 도 4의 예에서와 같이 완전 회전당 한번 결정될 수 있다.
도 4의 예에서, 개별 로터 블레이드가 나타내는 측정된 방위각과 하중 분석으로부터 유도된 방위각 불일치는 -2 °내지 5 °이다. 이러한 특정예에서, 2개의 상이한 각도 문턱값이 정해졌다.
블럭 240에서, 선택된 면내 모멘트의 위상각이 이론적인 면내 모멘트의 위상각으로부터 제1 문턱값을 초과하여 벗어난 경우에 방위각 측정 시스템의 신뢰도가 감소한 것으로 결정할 수 있다.
몇몇 예에서, 제1 문턱값은 6 내지 15 °, 특히 8 내지 15 °일 수 있다. 도 4에서, 제1 문턱값은 10 °로 선택된다.
몇몇 예에서, 각각의 블레이드에 있어서의 각도차의 비교가 개별적으로 결정될 수 있다. 개별 블레이드에 있어서 각도차는 허용 가능한 최대값이나 문턱값과 비교될 수 있다. 다른 예에서, 블레이드에 있어서의 위상각 차이의 평균은 문턱값과 비교될 수 있다.
몇몇 예에서, 상기 방법은 방위각 측정 시스템의 신뢰도가 감소한 것으로 결정했을 때에 경고 신호를 생성하는 단계나 풍력 터빈의 작동을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다. 풍력 터빈의 작동을 변경하는 단계는, 풍력 터빈의 디레이팅(derating), 방위각 측정 시스템의 측정에 따라 하나 이상의 제어 알고리즘의 비활성화 또는 변경을 포함할 수 있다.
몇몇 예에서, 상기 방법은, 방위각 측정 시스템의 신뢰도가 감소한 경우에 제1 경고 신호를 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 오작동을 나타내는 제1 문턱값이 정해질 수 있다. 문턱값을 초과한 경우, 상이한 행동이 취해질 수 있다. 센서를 교체 또는 재교정하기 위한 유지 관리가 계획될 수 있다. 또는 풍력 터빈의 작동이 다운레이팅(downrating)될 수 있는데, 즉 풍력 터빈에 대한 하중이 전력 생산을 희생시키면서 의식적으로 감소될 수 있는데, 그 이유는 센서의 측정을 기대만큼 신뢰할 수 없기 때문이다. 또 다른 예에서, 방위각 센서로부터의 입력에 좌우되는 제어 알고리즘 및 방법은 비활성화될 수 있고/있거나, 다른 알고리즘 및 방법으로 대체될 수 있다. 다른 예에서, 풍력 터빈 작동은 방위각 센서가 신뢰할 수 없는 것으로 결정된 경우에 정지될 수 있다. 예에서, 상이한 문턱값 레벨(2개 이상)과, 경고 신호, 유지 관리 또는 재교정 계획, 제어 기능 비활성화 또는 조정, 하중 감소 제어, 작동 중단 및 기타를 포함하는 각각의 문턱값에 대한 상이한 행동이 정해질 수 있다.
몇몇 예에서, 도 4에서와 같이 상기 방법은 하나 이상의 블레이드의 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트의 각도 위상이 이론적인 면내 모멘트의 각도 위상으로부터 제2 문턱값 - 이 제2 문턱값은 제1 문턱값보다 높음 - 을 초과하여 벗어나는지의 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제2 문턱값은 10 ° 내지 20 °일 수 있다. 도 4의 특정예에서, 제2 문턱값은 15 °로 고정된다. 예에서, 상기 방법은, 블레이드의 선택된 면내 모멘트의 위상각이 이론적인 면내 모멘트의 위상각으로부터 제2 문턱값을 초과하여 벗어난 경우에 풍력 터빈의 작동을 중단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이들 예에서, 제1 문턱값은 경고 신호를 생성할 수 있고(오퍼레이터가 가능한 문제를 인지하고, 정상 작동이나 일부 변경을 적용한 작동을 계속할 수 있음), 제2 문턱값 초과는 하나 이상의 심각한 경고(예컨대, 작동 중단, 작동의 다운레이팅 또는 기타)를 나타내다.
다른 양태에서, 풍력 터빈 시스템이 제공된다. 도 1을 참고하면, 풍력 터빈 시스템은 복수 개의 블레이드(22)를 포함하는 풍력 터빈 로터(18), 블레이드(22)에 대한 하중을 측정하는 복수 개의 하중 센서, 및 로터 평면 내에서 풍력 터빈 로드(18)의 각도 위치를 결정하는 방위각 측정 시스템을 포함하는 풍력 터빈(10)을 포함한다.
풍력 터빈 시스템은 여기에 예시한 방법들 중 임의의 방법을 수행하도록 구성된 제어 시스템을 더 포함한다.
특히 도 6을 참고하면, 제어 시스템은 블럭 400에서 작동 중에 하중 센서로부터 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템은 또한 블럭 410에서 하나 이상의 블레이드에 대한 면내 모멘트를 결정할 수 있다. 특히, 블럭 410에서, 1p 주파수에 있어서의 면내 모멘트가 결정 또는 선택될 수 있다.
제어 시스템은 또한 블럭 420에서 하나 이상의 방위각 센서로부터 방위각 위치를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템은 또한 선택된 면내 모멘트의 위상각을 측정된 방위 위상각과 비교하도록; 그리고 선택된 면내 모멘트의 위상각이 측정된 방위 위상각으로부터 미리 정해진 문턱값을 초과하여 벗어났는지를 결정하도록 구성될 수 있다. 이러한 결정이 이루어지면, 블럭 440에서 방위각 센서의 신뢰도가 감소된 것이 탐지된다. 제어 시스템은 또한 감소된 신뢰도가 탐지된 경우에 경고 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 경고 신호는 상이한 형태를 취할 수 있고, 예정된 유지 관리, 센서의 교체 또는 재교정, 작동 중단, 원격 운영 센터에 경고를 송달 등을 포함하는 다양한 활동을 야기할 수 있다. 다른 예에서, 여전히 신뢰 가능한 것으로 간주될 수 있는 방위각 센서로부터의 입력이 입력으로서 선택될 수 있다(다른 방위각 센서로부터의 입력은 무시함).
도 7a 및 도 7b는 측정된 면내 모멘트와 측정된 방위각 각도에 기초한 면내 모멘트의 비교를 개략적으로 보여준다.
도 7a의 경우, 3개의 개별 블레이들에 대해서 측정된 면내 모멘트(두꺼운 선)와, 측정된 방위각 각도에 기초한 이론적인 면내 모멘트(상한 및 하한을 나타내는 점선)가 비교된다. 즉, 측정된 면내 모멘트로부터 유도될 수 있는 위상각과 방위각 센서에 의해 측정된 위상각이 간접 비교된다. 도 7a의 경우, 위상각이 일반적으로 +5 ° 내지 -5 ° 범위인 것을 알 수 있다(도면의 우측부). 특정예에서, 제1 문턱값은 10 °로 정해지고, 제2 문턱값은 15 °로 정해진 것으로 제시된다. 개별 블레이들 간의 결과적인 차이는 일반적으로 정확도 또는 측정 오차로 설명될 수 있다.
도 7b의 경우, 대신, 측정된 방위각 각도와 하중 측정값에서 유도될 수 있는 각도 간에 약 30 °의 상당한 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 편차는 개별 블레이드뿐만 아니라(잠재적으로 개별 블레이드 측정에 관한 문제를 타나낼 수 있음), 3개의 블레이드 각각에 대해서도 확인된다는 사실을 알 수 있다.
하중 센서가 가끔 그 신뢰도가 감소될 수 있더라도, 그러한 감소된 신뢰도는 대체로 측정치 절대값에는 영향을 주지만, 위상각에는 그다지 영향을 주지 않는 것으로 확인되었다. 따라서, 여기에서 제공되는 방법의 예는 심지어는 하중 센서가 감소된 신뢰도를 갖는 경우에도 어느 정도 사용될 수 있다.
몇몇 예에서, 각각의 블레이드는 스트레인 게이지를 포함할 수 있다. 특히, 일부 스트레인 게이지는 플랩방향 모멘트를 측정하도로 구성될 수 있고, 다른 스트레인 게이지는 에지방향 모멘트를 측정하도록 구성될 수 있다. 스트레인 게이지는 블레이드의 기저부에 또는 그 근처에 위치할 수 있고, 이 위치에서 굴곡 모멘트가 최대일 것이다. 다른 예에서, 스트레인 게이지는 기저부로부터 소정 거리를 두고 스팬방향 위치에 배치될 수 있다. 상기한 스트레인 게이지의 측정값은 몇몇 예에서는 블레이드 기저부에서의 모멘트로 변환될 수 있다. 예에서, 블레이드 - 블레이드의 기저부가 아님 - 상의 하중 센서로부터의 측정값은 블레이드 기저부에서의 측정값을 나타내도록 외삽될 수 있다. 예에서, 센서는 블레이드 대신에 허브 상의 적절한 위치에 장착될 수 있다.
다른 예에서, 다른 센서 또는 시스템이 응력이나 스트레인을 측정하기 위해 및/또는 블레이드에서의 굴곡 모멘트를 유도하기 위해 사용될 수 있다. 적절한 스트레인 게이지는 저항 호일 스트레인 게이지를 포함할 수 있다. 저항 스트레인 게이지는 적절한 접착제, 예컨대 에폭시계 접착제로 블레이드에 부착될 수 있다. 예컨대 압전 저항, 용량형 스트레인 게이지 또는 광섬유를 따라 스트레인을 측정하는 광섬유, 또는 가속도계와 같은 다른 타입의 스트레인 게이지 및 센서도 또한 사용될 수 있다.
몇몇 예에서, 방위각 측정 시스템은 회전식 엔코더를 포함한다. 상기한 회전식 엔코더는 저속 샤프트를 포함하는 풍력 터빈 로터 또는 허브와 함께 배치될 수 있다. 회전식 엔코더는 또한 발전기 로터 또는 고속 샤프트와 함께 배치될 수 있다. 다른 예에서, 방위각 측정 시스템은, 예컨대 허브와 함께 배치된 커패시턴스, 인덕턴스, 자기 또는 간접 센서에 기초할 수 있다. 방위각을 결정하기 위해, 허브와 나셀 장착 요소의 상호 작용이 상기한 센서로 측정될 수 있다.
몇몇 예에서, 제어 시스템은 풍력 터빈으로부터 원격 위치에 있을 수 있다. 제어 시스템은 풍력 단지에 있는 SCADA 시스템의 부분일 수도 있고, 원격 작동 센터에 있을 수도 있다. 몇몇 예에서, 풍력 터빈 제어기 자체는 하중 센서의 가능한 오작동 또는 신뢰도 상실을 결정하는 기능을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 또한 풍력 터빈 제어기의 부분, 즉 풍력 터빈 자체에 마련되는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 조합을 형성할 수 있다.
도 5는 풍력 터빈의 방위각 측정 시스템의 신뢰도를 결정하는 방법의 다른 예를 개략적으로 보여준다. 도 5는 풍력 터빈의 방위각 센서가 올바로 기능하고 있는지 온라인 결정하는 방법을 개략적으로 보여준다. “온라인” 결정은 여기에서는 풍력 터빈의 상시 작동 중에 거의 실시간으로 일어나는 결정으로서 간주될 수 있다. 따라서, 결정은 고유한 작동 시퀀스 또는 고유한 작동 조건을 요구하지 않는다.
상기 방법은 블럭 300의 풍력 터빈 블레이드에서의 에지방향 및 플랩방향 스트레인을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 블럭 310의 측정된 스트레인에 기초하여 풍력 터빈 블레이드의 에지방향 및 플랩방향 굴곡 모멘트를 결정하는 단계를 포함한다.
블럭 320에서, 결정된 에지방향 및 플랩방향 굴곡 모멘트는 풍력 터빈 블레이드에 대해 측정된 면내 모멘트 및 측정된 면외 모멘트로 변환될 수 있다. 에지방향 및 플랩방향을 면내방향 및 면외방향으로 변환하는 것은 특별히 개별 블레이드의 피치각에 기초할 수 있다. 블럭 330에서, 피크 필터는 1p 주파수에 있어서 측정된 면내 모멘트를 결정하는 데 적용될 수 있다. 블럭 340에서, 1p 주파수에 있어서의 면내 모멘트의 위상각이 결정된다.
상기 방법은, 블럭 350의 방위각 센서로 로터 블레이드의 방위각을 측정하는 단계를 포함한다. 그 후, 블럭 360에서 1p 주파수에 있어서 측정된 면내 모멘트에 기초하여 결정된 위상각을 측정된 방위각과 비교할 수 있다
블럭 370에서, 방위각 센서는, 1p 주파수에 있어서 측정된 면내 모멘트의 각도 위상이 측정된 방위각으로부터 문턱 위상각 미만으로 차이가 나면 올바르게 기능하는 것으로 결정된다. 풍력 터빈의 작동은 도 5에 개략적으로 나타낸 바와 같이 정상적으로 계속될 수 있다. 각도차가 문턱값을 넘으면, 방위각 센서의 오작동에 대응하는 행동을 취할 수 있고/있거나, 경고를 생성할 수 있다.
도 5가 풍력 터빈의 단일 블레이드를 위한 방법을 예시하고 있지만, 해당 방법은 동일한 풍력 터빈의 다수의 블레이드에도 적용될 수 있다.
몇몇 예에서, 상기 방법은, 경고가 생성되는 경우 작동을 중단시키거나 경고가 생성된 경우에 풍력 터빈을 다운레이팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 3, 도 5 및 도 6에서 나타낸 방법 단계의 순서는 반드시 이 차례인 것으로 간주해서는 안 된다. 특히, 방위각의 결정은 하중 측정과 비교하여 임의의 특정 시기에 이루어질 필요는 없다. 측정된 하중 및 방위각은 의미 있는 비교를 위해 단지 시간과만 관련이 있으면 된다. 또한, 상기 방법은 풍력 터빈의 작동 중에 연속적으로 수행될 수 있다. 단계들은 1 Hz가 넘는 주파수, 구체적으로 10 Hz보다 높은 주파수에서 수행될 수 있다.
본 개시 전반에 걸쳐 측정된 방위 위상각과, 1p 주파수에 있어서의 면내 굴곡 모멘트(즉, 이론적으로 블레이드의 중량이나 질량에만 기여할 수 있는 모멘트)로부터 유도 가능한 위상각의 비교를 참고하였다. 몇몇 경우, 상기한 비교는 직접 이루어질 수 있다. 다른 경우, 1p 주파수에 있어서 측정된 면내 굴곡 모멘트의 각도 위상과 블레이드의 질량에 의해 야기되는 이론적인 모멘트를 비교할 수 있고, 이론적인 모멘트는 측정된 방위각에 기초하여 계산될 수 있다.
본 개시 전반에 걸쳐, 문턱값과의 비교를 참고하였다. 상기한 비교는 풍력 터빈 로터의 단일 회전에 기초할 수 있다. 다른 예에서, 문턱값(또는 다수의 문턱값)과의 비교는 복수 회, 예컨대 5회 또는 10회 이상의 로터 회전에 기초할 수 있다.
여기에 개시된 방법의 예는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 및 그 조합에 의해 구현될 수 있다.
당업자라면, 여기에서 본 개시와 연계되어 설명되는 다양한 예시적인 논리 블럭, 모듈, 회로 및 알고리즘 단계가 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어 또는 이들 양자 모두의 조합으로서 구현될 수 있다는 것을 더욱 이해할 것이다. 이러한 하드웨어 및 소프트웨어의 호환성을 명확히 예시하기 위해, 다양한 예시적인 구성요소, 블럭, 모듈, 회로 및 단계가 일반적으로 그 기능 관점에서 전술되었다. 상기한 기능이 하드웨어로 구현되는지 소프트웨어로 구현되는지 여부는 특정 어플리케이션과 전체 시스템에 부여되는 설계 제약에 좌우된다. 당업자는 각각의 특정 어플리케이션을 위해 다양한 방식으로 전술한 기능을 구현할 수 있다.
여기에서 본 개시와 연계하여 설명되는 다양한 예시적인 논리 블럭, 모듈 및 회로는 하나 이상의 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 클라우드 컴퓨팅 아키텍쳐, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array), 또는 다른 프로그램 가능한 논리 디바이스, 별개의 게이트 또는 트랜지스터 로직, 별개의 하드웨어 구성요소, 또는 여기에서 설명한 기능을 수행하도록 구성된 이들의 임의의 조합에 의해 구현되거나 수행될 수 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있고, 변형예에서 프로세서는 임의의 종래의 프로세서, 제어기, 마이크로제어기 또는 상태 기계(state machine)일 수도 있다. 프로세서는 또한 컴퓨팅 디바이스들의 조합, 예컨대 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수 개의 마이크로 프로세서, DSP와 연계된 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 상기한 임의의 기타 구성으로 구현될 수 있다.
본 개시는 또한 여기에 개시한 방법들 중 임의의 방법을 실행하도록 구성된 컴퓨팅 시스템에 관한 것이다.
본 개시는 또한, 실행 시에 여기에 개시한 방법들 중 임의의 방법을 수행하는 명령(코드)을 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
컴퓨터 프로그램은 소스 코드, 객체 코드, 부분 컴파일된 형태나 프로세스의 구현에 사용하기에 적합한 임의의 다른 형태와 같은 코드 중간 소스 및 객체 코드 형태일 수 있다. 캐리어는 컴퓨터 프로그램을 저장할 수 있는 임의의 개체 또는 디바이스일 수 있다.
기능은 소프트웨어/펌웨어로 구현되는 경우, 하나 이상의 명령 또는 코드로서 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장되거나 전송된다. 컴퓨터 판독가능 매체는 한 위치에서 다른 위치로의 컴퓨터 프로그램 전달을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체 모두를 포함한다. 저장 매체는 범용 또는 전용 컴퓨터에 의해 액세스 가능한 임의의 가용 매체일 수 있다. 예컨대, 제한하는 것은 아니지만, 그러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD/DVD 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치, 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 명령 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드 수단을 수용하거나 저장하는 데 사용될 수 있고 범용이나 전용 컴퓨터 또는 범용이나 전용 프로세서에 의해 액세스될 수 있다. 또한, 임의의 접속은 적절하게 컴퓨터 판독 가능 매체로 지칭된다. 예컨대, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어, 디지털 가입자 회선(DSL) 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술을 사용하여 웹 사이트, 서버 또는 기타 원격 소스로부터 소프트웨어/펌웨어를 전송하면, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 연선, DSL 또는 적외선, 무선 및 마이크로파와 같은 무선 기술은 매체의 정의에 포함된다. 여기에서 사용되는 디스크는 CD, 레이저 디스크, 광학 디스크, DVD(Digital Versatile Disc), 플로피 디스크 및 블루레이 디스크를 포함하며, 디스크는 일반적으로 데이터를 자기적으로 재생하지만, 디스크는 레이저로 광학적으로 데이터를 재생하기도 한다 . 상기의 조합 또한 컴퓨터 판독 가능 매체의 범위 내에 포함되어야만 한다.
이 서술된 설명은 바람직한 실시예를 포함하여 본 발명을 개시하고, 또한 임의의 디바이스 또는 시스템을 제작 및 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위한 예를 사용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 규정되며, 당업자에게 떠오르는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는, 사실상 청구범위와 다르지 않은 구조 요소를 갖거나, 사실상 청구범위와 대단치 않은 차이를 지닌 등가의 구조 요소를 포함하는 경우 청구범위의 범주 내에 속하는 것으로 의도된다. 설명한 다양한 실시예로부터의 양태와, 상기한 각각의 양태에 대한 다른 기지의 등가물이 본 출원의 원리에 따라 추가의 실시예 및 기술을 구성하기 위해 당업자에 의해 혼합되고 매칭될 수 있다. 도면에 관련된 참조부호는 청구범위에 병기되는 경우에 청구범위의 이해를 높이고자 하는 것이며, 청구범위의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (15)

  1. 풍력 터빈에 있는 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법으로서,
    풍력 터빈의 작동 중에 하중 센서로 하중을 측정하는 단계(200);
    측정된 하중에 기초하여 하나 이상의 블레이드의 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트를 결정하는 단계(210); 및
    로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트의 각도 위상이 방위각 측정 시스템에 의해 측정된 각도 위상으로부터 제1 문턱값을 초과하여 벗어난 경우, 방위각 측정 시스템의 신뢰도가 감소한 것으로 결정하는 단계(240)
    를 포함하는 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하중 측정 단계(200)는 플랩방향(flap-wise) 및 에지방향(edge-wise) 모멘트를 측정하는 단계(300)를 포함하는 것인 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 플랩방향 및 에지방향 모멘트는 블레이드의 피치각에 기초하여 면내 모멘트 및 면외 모멘트로 변환(320)되는 것인 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트를 결정하는 단계는
    측정된 하중에 기초하여 면내 모멘트를 결정하는 단계(210); 및
    로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트를 선택하는 단계(340)
    를 포함하는 것인 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  5. 제4항에 있어서, 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트를 선택하는 단계(340)는 피크 필터를 사용하여 결정된 면내 모멘트를 필터링하는 단계(330)를 포함하는 것인 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 문턱값은 6 내지 15 °, 특히 8 내지 15 °의 각도인 것인 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 블레이드의 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트를 풍력 터빈 로터의 측정된 방위각 위치에 기초한 개별 블레이드의 질량으로 인한 이론적인 면내 모멘트와 비교하는 단계를 더 포함하는 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 하나 이상의 블레이드를 위한 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트의 각도 위상이 이론적인 면내 모멘트의 각도 위상으로부터 제1 문턱값을 초과하여 벗어난 경우, 방위각 측정 시스템의 신뢰도가 감소한 것으로 결정하는 단계를 포함하는 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 시스템의 신뢰도가 감소한 것으로 결정했을 때에 경고 신호를 생성하거나 풍력 터빈의 작동을 변경하는 단계를 더 포함하는 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 풍력 터빈의 작동을 변경하는 단계는, 풍력 터빈의 디레이팅(derating), 방위각 측정 시스템의 측정에 따른 하나 이상의 제어 알고리즘의 비활성화 또는 변경 중 하나 이상을 포함하는 것인 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 블레이드의 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트의 각도 위상이 측정된 각도 위상으로부터 제2 문턱값 - 이 제2 문턱값은 제1 문턱값보다 높음 - 을 초과하여 벗어나는지의 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  12. 제11항에 있어서, 블레이드의 선택된 면내 모멘트가 블레이드의 이론적인 면내 모멘트로부터 제2 문턱값을 초과하여 벗어난 경우에 풍력 터빈의 작동을 중단하는 단계를 더 포함하는 방위각 측정 시스템의 신뢰도 결정 방법.
  13. 풍력 터빈 시스템으로서,
    복수 개의 블레이드(22)를 지닌 풍력 터빈 로터(18)를 포함하는 풍력 터빈(10),
    블레이드(22)에 대한 하중을 측정하는 복수 개의 하중 센서,
    로터 평면에서의 풍력 터빈 로터(18)의 각도 위치를 결정하는 방위각 측정 시스템, 및
    제어 시스템
    을 포함하고, 상기 제어 시스템은
    작동 중에 하중 센서로부터 신호를 수신하도록(400),
    방위각 측정 시스템으로부터 신호를 수신하도록(420),
    하나 이상의 블레이드에 대한 면내 모멘트를 결정하도록(410),
    블레이드를 위한 로터 회전 속도 주파수에 있어서의 면내 모멘트를 선택하도록,
    선택된 면내 모멘트의 위상각을 측정된 방위 위상각과 비교하도록(430), 그리고
    선택된 면내 모멘트의 위상각이 측정된 방위 위상각으로부터 미리 정해진 문턱값을 초과하여 벗어난 경우, 경고 신호를 생성하도록
    구성되는 것인 풍력 터빈 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 각각의 블레이드(22)는 스트레인 게이지를 포함하고, 선택적으로 스트레인 게이지는 에지방향 및 플랩방향 하중을 측정하도록 장착되며, 선택적으로 센서가 블레이드(22)의 기저부에 또는 그 근처에 장착되는 것인 풍력 터빈 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 방위각 측정 시스템은 회전식 엔코더를 포함하는 것인 풍력 터빈 시스템.
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