KR20230129930A

KR20230129930A - 풍력 터빈에서의 진동

Info

Publication number: KR20230129930A
Application number: KR1020230027123A
Authority: KR
Inventors: 아모 아이삭 피네다
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
Priority date: 2022-03-02
Filing date: 2023-02-28
Publication date: 2023-09-11
Also published as: CN116696661A; US20230304472A1; EP4239189A1; JP2023129292A

Abstract

본 개시는, 하나 이상의 블레이드(20)를 포함하는 로터(18), 제1 작동 설정점에 따라 풍력 터빈을 작동하도록, 적어도 부분적으로 블레이드들 내의 진동에 기초하여 풍력 터빈을 위한 조절된 설정점을 결정하도록, 그리고 조절된 설정점으로 전이시키도록 구성되는, 제어 모듈(110)을 포함하는, 풍력 터빈에 관한 것이다. 추가로, 제어 모듈(110)은 또한, 블레이드들 내의 잔류 진동을 결정하도록, 그리고 잔류 진동에 기초하여 풍력 터빈을 위한 새로운 설정점을 결정하도록 구성된다. 본 개시는 추가로, 풍력 터빈을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

풍력 터빈에서의 진동{VIBRATIONS IN WIND TURBINES}

본 개시는, 풍력 터빈에 그리고 풍력 터빈을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 개시는, 더욱 구체적으로, 풍력 터빈에서 진동을 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

현대의 풍력 터빈들은, 일반적으로, 전력망에 전기를 공급하기 위해 사용된다. 이러한 종류의 풍력 터빈은, 일반적으로, 타워 및 타워 상에 배열되는 로터를 포함한다. 일반적으로 허브 및 복수의 블레이드를 포함하는 로터는, 블레이드 상에서의 바람의 영향 하에서 회전하도록 설정된다. 상기 회전은, 일반적으로 로터 샤프트를 통해 발전기로, 직접적으로 또는 기어박스를 통해, 전달되는, 토크를 생성한다. 이러한 방식으로, 발전기는, 전력망에 공급될 수 있는 전기를 생산한다.

풍력 터빈 허브는, 기관실의 전방에 회전 가능하게 커플링될 수 있을 것이다. 풍력 터빈 허브는, 로터 샤프트에 연결될 수 있으며, 그리고 로터 샤프트는 이어서, 기관실의 내부의 프레임에 배열되는 하나 이상의 로터 샤프트 베어링을 사용하여, 기관실에 회전 가능하게 장착될 수 있을 것이다. 기관실은, 예를 들어 기어박스(제공되는 경우) 및 발전기, 그리고, 풍력 터빈에 의존하여, 전력 컨버터 및 보조 시스템들과 같은 추가적 구성요소들을 수용 및 보호할 수 있는, 풍력 터빈 타워의 상부에 배열되는 하우징이다.

가변 속도 풍력 터빈들에서, 풍력 터빈 컨트롤러가, 변화하는 바람 상태에 적응하도록 풍력 터빈의 제어 설정을 변화시킬 수 있다. 특히, 블레이드들의 피치각들 및 발전기 토크가, 바람 상태에 적응하도록 변화될 수 있을 것이다. 공칭 또는 "정격" 풍속 아래의 풍속에서, 제어 목표는, 일반적으로, 풍력 터빈의 전력 출력을 최대화하는 것이고, 즉 피치 및 발전기 토크가, 최대 전력 출력이 전력망으로 운반될 수 있도록, 변화된다. 공칭 풍속 위에서(그리고 주변 상황에 의존하여 공칭 풍속 주위에서), 제어 목표는, 특히, 제어 하에서 부하를 유지하는 것일 수 있고, 즉 피치 및 발전기 토크가, (부하에 관한 주어진 제약 하에서) 전력 출력이 최고의 가능한 레벨에서 유지되는 가운데, 풍력 터빈 상의 부하를 용인 가능한 부하 레벨로 감소시키도록 변화된다.

또한, 현대의 풍력 터빈들은, 그들의 수명 전체에 걸쳐 더욱 많은 에너지를 포획하기 위해 그리고 에너지 비용을 감소시키기 위해, 점증적으로 더 큰 로터 직경을 갖는다. 로터 크기가 증가함에 따라, 블레이드들의 강도는, 동적 섭동(dynamic perturbations)에 더욱 민감한 더욱 유연한 블레이드들로 이어지도록, 비례하여 증가되지 않는다. 상기 동적 섭동은, 블레이드 길이 방향 및 에지 방향 진동을 포함하는, 진동으로 이어질 수 있을 것이다. 에지 방향 진동은 일반적으로, 상당하지 않은 공기역학적 댐핑과 연관되며 그리고 그에 따라 큰 동적 응답으로 이어질 수 있을 것이다. 따라서, 에지 방향 진동의 완화는, 풍력 터빈 블레이드의 피로 수명이 연장되어야 할 때, 특히 중요하다.

특정 레벨의 진동이 검출될 때의 고정된 출력 낮춤 또는 고정된 속도 감소, 또는 잠재적인 공진 시나리오에서 풍력 터빈 작동을 회피하기 위한 (로터 속도 도메인에서의) 고정된 배제 구역과 같은, 진동 완화를 위한 상이한 방법들이, 공지된다. 그러나, 공지의 접근법들은 일반적으로, 연간 에너지 생산(AEP)에서 상당한 손실을 초래한다.

본 개시의 일 양태에서, 풍력 터빈이 제공된다. 풍력 터빈은, 하나 이상의 블레이드를 포함하는 로터 및 제어 모듈을 포함한다. 풍력 터빈의 제어 모듈은, 하나 이상의 센서로부터 신호를 수신하도록 그리고 블레이드들 내의 진동을 결정하도록 구성된다. 추가로, 제어 모듈은, 적어도 부분적으로 결정된 진동에 기초하여 풍력 터빈 작동 설정점을 선택하도록, 그리고 선택된 작동 설정점에 따라 풍력 터빈을 작동하도록 구성된다. 부가적으로, 제어 모듈은, 풍력 터빈 작동 설정점을 선택한 이후에, 진동을 결정하는 것을 계속하도록 구성되고, 따라서 새로운 작동 설정점이 그에 따라 선택될 수 있다.

이러한 양태에 따르면, 제공되는 풍력 터빈은, 결정된 진동에, 그리고 더욱 정확하게 진동의 진화에 기초하여 선택된 작동 설정점을 조절하는 것을 허용한다. 이것은, 진동의 상승으로 인한 작동 설정점에서의 요구되는 진동이, 과도한 부하로 인한 풍력 터빈 고장의 잠재적 위험을 감소시키도록 그리고 또한 전력 생산에서 진동의 해로운 영향을 완화시키도록, 더욱 정확하게 식별될 수 있다는 것을, 의미한다. 더욱 정확하게, 제어 모듈은, 적어도 부분적으로 진동에 기초하여 풍력 터빈 작동 설정점을 선택할 수 있으며, 그리고 이어서, 진동의 진화에 의존하여, 제어 모듈은, 작동 설정점을 더 높은 전력 작동 레벨로 또는 더 낮은 전력 작동 레벨로 조절할 수 있다.

추가의 양태에서, 풍력 터빈을 작동하기 위한 방법이 개시된다. 방법은, 제1 작동 설정점에 따라 풍력 터빈을 작동하는 것을 포함한다. 추가로, 방법은, 적어도 부분적으로 블레이드들 내의 진동에 기초하여 조절된 설정점을 결정하는 것을 포함한다. 이때, 방법은 추가로, 풍력 터빈을 조절된 설정점으로 전이시키는 것, 및 조절된 설정점으로 전이시키는 것을 시작한 이후에 블레이드들 내의 잔류 진동을 결정하는 것을 포함한다. 추가로, 방법은, 또한, 적어도 부분적으로 잔류 진동에 기초하여 새로운 설정점을 결정하는 것으로서, 새로운 설정점은 제1 작동 설정점과 그리고 조절된 설정점과 상이한 것인, 새로운 설정점을 결정하는 것을 포함한다.

이러한 양태에 따른 방법과 더불어, 풍력 터빈 작동 설정점은, 진동의 진화의 함수로서 능동적으로 적응될 수 있다. 따라서, 블레이드들 내의 진동을 결정함으로써, 방법은, 풍력 터빈 작동을 과도하게 낮추거나 또는 불필요하게 긴 기간 도중에 풍력 터빈 작동을 낮추지 않는 가운데, 반작용할 수 있다. 추가로, 본 방법은, 풍력 터빈 작동 설정점에 대한 잘못된 결정을 식별하는 것을 허용할 수 있으며, 그리고 블레이드들 내의 잔류 진동에 따라 잘못된 결정을 정정할 수 있을 것이다.

도 1은 풍력 터빈의 하나의 예의 사시도를 개략적으로 예시하고;
도 2는 도 1의 풍력 터빈의 기관실의 하나의 예의 단순화된 내부 도면을 예시하며;
도 3은 본 개시에 따른 풍력 터빈의 예를 개략적으로 예시하고;
도 4는 본 개시에 따른 풍력 터빈의 다른 예의 블록도를 개략적으로 예시하며;
도 5는 풍력 터빈 블레이드들 내의 에지 방향 진동을 제어하기 위한 방법의 예를 예시하고; 그리고
도 6은 풍력 터빈을 작동하기 위한 다른 방법의 예를 예시한다.

지금부터, 그의 하나 이상의 예가 도면들에 예시되는, 본 개시의 실시예들에 대해, 상세하게 참조될 것이다. 각각의 예는, 제한으로서가 아니라, 단지 설명으로 제공된다. 사실, 다양한 수정들 및 변형들이 본 개시 내에서 이루어질 수 있다는 것이, 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예의 일부로서 예시되거나 설명되는 특징들은, 또 다른 실시예를 생성하기 위해 다른 실시예와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 개시는 첨부 청구항들 및 그들의 균등물의 범위 이내에 속하는 것으로서 그러한 수정들 및 변형들을 커버하는 것으로 의도된다.

도 1은 풍력 터빈(10)의 예의 사시도이다. 상기 예에서, 풍력 터빈(10)은, 수평-축 풍력 터빈이다. 대안적으로, 풍력 터빈(10)은, 수직-축 풍력 터빈일 수 있을 것이다. 상기 예에서, 풍력 터빈(10)은, 지면(12) 상의 지지 시스템(14)으로부터 연장되는 타워(15), 타워(15) 상에 장착되는 기관실(16), 및 기관실(16)에 커플링되는 로터(18)를 포함한다. 로터(18)는, 회전 가능한 허브(20) 및, 허브(20)에 커플링되며 그리고 허브(20)로부터 외향으로 연장되는, 적어도 하나의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 상기 예에서, 로터(18)는, 3개의 로터 블레이드(22)를 구비한다. 대안적인 실시예에서, 로터(18)는, 3개 초과 또는 3개 미만의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 타워(15)는, 지지 시스템(14)과 기관실(16) 사이에 캐비티(도 1에 도시되지 않음)를 한정하기 위해, 튜브형 강재로 제작될 수 있을 것이다. 대안적인 실시예에서, 타워(15)는, 임의의 적절한 높이를 갖는 임의의 적절한 유형의 타워이다. 대안예에 따르면, 타워는, 콘크리트로 이루어지는 부분 및 튜브형 강재 부분을 포함하는, 하이브리드 타워일 수 있다. 또한, 타워는, 부분적인 또는 완전한 격자 타워일 수 있다.

로터 블레이드들(22)은, 운동 에너지가, 바람으로부터, 사용 가능한 기계적 에너지로, 그리고 후속적으로 전기적 에너지로, 변환되는 것을 가능하게 하도록, 로터(18)를 회전시키는 것을 가능하게 하기 위해, 허브(20) 둘레에서 이격된다. 로터 블레이드들(22)은, 블레이드 루트 부분(24)을 복수의 부하 전달 구역(26)에서 허브(20)에 커플링함에 의해, 허브(20)에 접속된다. 부하 전달 구역들(26)은, 허브 부하 전달 구역 및 블레이드 부하 전달 구역(양자 모두 도 1에 도시되지 않음)을 구비할 수 있을 것이다. 로터 블레이드들(22)로 유도되는 부하는, 부하 전달 구역들(26)을 통해 허브(20)에 전달된다.

예들에서, 로터 블레이드들(22)은, 약 15 미터(m) 내지 약 90 m 또는 그를 초과하는 범위의 길이를 가질 수 있을 것이다. 로터 블레이드들(22)은, 풍력 터빈(10)이 본 명세서에 설명되는 바와 같이 기능하는 것을 가능하게 하는, 임의의 적절한 길이를 가질 수 있을 것이다. 예를 들어, 블레이드 길이의 비-제한적인 예들은, 20 m 이하, 37 m, 48.7 m, 50.2m, 52.2 m, 또는, 91 m 초과인 길이를 포함한다. 바람이 풍향(28)으로부터 로터 블레이드들(22)을 타격함에 따라, 로터(18)는, 로터 축(30)을 중심으로 회전하게 된다. 로터 블레이드들(22)이 회전하게 되며 그리고 원심력에 종속됨에 따라, 로터 블레이드들(22)은 또한, 다양한 힘들 및 모멘트들에 종속된다. 그에 따라, 로터 블레이드들(22)은, 중립 또는 편향되지 않은 위치로부터 편향된 위치로, 편향 및/또는 회전할 수 있을 것이다.

더불어, 로터 블레이드들(22)의 피치각, 즉 풍향에 대해 로터 블레이드들(22)의 배향을 결정하는 각도가, 바람 벡터들에 대한 적어도 하나의 로터 블레이드(22)의 각도 위치를 조절함으로써 부하 및 풍력 터빈(10)에 의해 생성되는 출력을 제어하기 위해, 피치 시스템(32)에 의해 변경될 수 있을 것이다. 로터 블레이드들(22)의 피치 축들(34)이 도시된다. 풍력 터빈(10)의 작동 도중에, 피치 시스템(32)은, 특히, 로터 블레이드들(의 부분들)의 받음각이 감소되어, 회전 속도를 감소시키는 것을 가능하게 하고 및/또는 로터(18)의 실속(stall)을 가능하게 하도록, 로터 블레이드들(22)의 피치각을 변경할 수 있을 것이다.

상기 예에서, 각 로터 블레이드(22)의 블레이드 피치가, 풍력 터빈 컨트롤러(36)에 의해 또는 피치 제어 시스템(80)에 의해, 개별적으로 제어된다. 대안적으로, 모든 로터 블레이드들(22)의 블레이드 피치는, 상기 제어 시스템에 의해 동시에 제어될 수 있을 것이다.

추가로, 상기 예에서, 풍향(28)이 변경됨에 따라, 기관실(16)의 요우(yaw) 방향이, 풍향(28)에 대해 로터 블레이드들(22)을 배치하기 위해 요우 축(38)을 중심으로 회전될 수 있을 것이다.

상기 예에서, 풍력 터빈 컨트롤러(36)는, 기관실(16) 내부에 중심을 두는 것으로 도시되지만, 풍력 터빈 컨트롤러(36)는, 풍력 터빈(10) 전체에 걸쳐, 지지 시스템(14) 상에서, 풍력 발전 단지 내부에서, 및/또는 원격 제어 센터에서, 분산된 시스템일 수 있을 것이다. 풍력 터빈 컨트롤러(36)는, 본 명세서에 설명되는 방법들 및/또는 단계들을 실행하도록 구성되는, 프로세서(40)를 포함한다. 또한, 본 명세서에 설명되는 많은 다른 구성요소들이, 프로세서를 포함한다.

여기에서 사용되는 바와 같은, 용어 "프로세서"는, 컴퓨터로서 당해 기술 분야에서 언급되는 집적 회로들로 제한되지 않는 대신, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로 컴퓨터, 프로그램 가능한 논리 컨트롤러(PLC), 특정 용도 집적 회로, 및 다른 프로그램 가능한 회로들을 널리 지칭하며, 그리고 이러한 용어들은, 여기에서 상호 교환 가능하게 사용된다. 프로세서 및/또는 제어 시스템이 또한, 메모리, 입력 채널들, 및/또는 출력 채널들을 포함할 수 있을 것이다.

도 2는 풍력 터빈(10)의 일부분에 대한 확대 단면도이다. 상기 예에서, 풍력 터빈(10)은, 기관실(16) 및 기관실(16)에 회전 가능하게 커플링되는 로터(18)를 포함한다. 더욱 구체적으로, 로터(18)의 허브(20)는, 메인 샤프트(44), 기어박스(46), 고속 샤프트(48), 및 커플링(50)에 의해, 기관실(16) 내부에 배치되는 전기 발전기(42)에 회전 가능하게 커플링된다. 상기 예에서, 메인 샤프트(44)는, 기관실(16)의 종방향축(미도시)과 적어도 부분적으로 동축으로 배치된다. 메인 샤프트(44)의 회전이, 로터(18)의 그리고 메인 샤프트(44)의 상대적으로 느린 회전 운동을 고속 샤프트(48)의 상대적으로 빠른 회전 운동으로 변환함으로써 후속적으로 고속 샤프트(48)를 구동하는, 기어박스(46)를 구동한다. 고속 샤프트는, 커플링(50)의 도움으로 전기적 에너지를 생성하기 위해 발전기(42)에 연결된다. 더불어, 변압기(90) 및/또는 적절한 전자기기, 스위치들, 및/또는 인버터들이, 예를 들어 400 V 내지 1000 V의 전압을 갖는 발전기(42)에 의해 생성되는 전기적 에너지를 중간 전압(10 - 35 KV)을 갖는 전기적 에너지로 변환하기 위해, 기관실(16) 내에 배열될 수 있을 것이다. 해양 풍력 터빈들은, 예를 들어 650 V 내지 3500 V 사이의 발전기 전압을 가질 수 있으며, 그리고 변압기 전압은, 예를 들어, 30 kV 내지 70 kV 사이일 수 있을 것이다. 상기 전기적 에너지는, 기관실(16)로부터 타워(15) 내로 전력 케이블을 통해 전달된다.

기어박스(46), 발전기(42) 및 변압기(90)는, 선택적으로 메인 프레임(52)으로서 실시되는, 기관실(16)의 메인 지지 구조 프레임에 의해 지지될 수 있을 것이다. 기어박스(46)는, 하나 이상의 토크 아암(103)에 의해 메인 프레임(52)에 연결되는, 기어박스 하우징을 포함할 수 있을 것이다. 상기 예에서, 기관실(16)은 또한, 메인 전방 지지 베어링(60) 및 메인 후방 지지 베어링(62)을 포함한다. 더불어, 발전기(42)는, 특히 발전기(42)의 진동이 메인 프레임(52) 내로 도입되는 것 그리고 그로 인해 소음 방출 소스를 생성하는 것을 방지하도록 하기 위해, 디커플링 지지 수단(54)에 의해 메인 프레임(52)에 장착될 수 있다.

선택적으로, 메인 프레임(52)은, 로터(18) 및 기관실(16)의 구성요소들의 중량에 의해 그리고 바람 및 회전 부하에 의해 야기되는 전체 부하를 지탱하도록, 그리고 더불어, 풍력 터빈(10)의 타워(15) 내로 이러한 부하들을 도입하도록, 구성된다. 로터 샤프트(44), 발전기(42), 기어박스(46), 고속 샤프트(48), 커플링(50), 및, 이에 국한되는 것은 아니지만, 지지대(52), 그리고 전방 지지 베어링(60) 및 후방 지지 베어링(62)을 포함하는, 임의의 연관된 체결, 지지, 및/또는 고정 장치들은, 때때로, 구동 트레인(64)으로 지칭된다.

일부 예에서, 풍력 터빈은, 기어박스(46)를 갖지 않는 직접 구동 풍력 터빈일 수 있을 것이다. 발전기(42)는, 직접 구동 풍력 터빈들에서 로터(18)와 동일한 회전 속도로 작동한다. 이들은 그에 따라 일반적으로, 기어박스를 갖는 풍력 터빈과 비교하여 유사한 양의 출력을 제공하기 위해, 기어박스(46)를 구비하는 풍력 터빈들에서 사용되는 발전기들보다 훨씬 더 큰 직경을 갖는다.

기관실(16)은 또한, 풍향(28)에 대한 로터 블레이드들(22)의 시선(perspective)을 제어하기 위해 요우 축(38)을 중심으로 기관실(16) 및 그로 인해 또한 로터(18)를 회전시키도록 하기 위해 사용될 수 있는, 요우 구동 메커니즘(56)을 포함할 수 있을 것이다.

기관실(16)을 풍향(28)에 대해 적절하게 위치설정하기 위해, 기관실(16)은 또한, 풍향계 및 풍속계를 포함하는, 적어도 하나의 기상 측정 시스템(58)을 포함할 수 있을 것이다. 기상 측정 시스템(58)은, 풍향(28) 및/또는 풍속을 포함할 수 있는 정보를 풍력 터빈 컨트롤러(36)에 제공할 수 있다. 상기 예에서, 피치 시스템(32)은, 적어도 부분적으로 허브(20) 내의 피치 조립체(66)로서 배열된다. 피치 조립체(66)는, 하나 이상의 피치 구동 시스템(68) 및 적어도 하나의 센서(70)를 포함한다. 각 피치 구동 시스템(68)은, 피치 축(34)을 따라 로터 블레이드(22)의 피치각을 조절하기 위해 (도 1에 도시되는) 개개의 로터 블레이드(22)에 커플링된다. 3개의 피치 구동 시스템(68) 중의 단지 하나만이, 도 2에 도시된다.

상기 예에서, 피치 조립체(66)는, 피치 축(34)을 중심으로 개개의 로터 블레이드(22)를 회전시키기 위해 허브(20)에 그리고 (도 1에 도시되는) 개개의 로터 블레이드(22)에 커플링되는, 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 모터(74)가 피치 구동 기어박스(76)에 기계적 힘을 부과하도록, 피치 구동 기어박스(76)에 커플링된다. 피치 구동 기어박스(76)는, 피치 구동 피니언(78)이 피치 구동 기어박스(76)에 의해 회전되도록, 피치 구동 피니언(78)에 커플링된다. 피치 베어링(72)은, 피치 구동 피니언(78)의 회전이 피치 베어링(72)의 회전을 야기하도록, 피치 구동 피니언(78)에 커플링된다.

피치 구동 시스템(68)은, 풍력 터빈 컨트롤러(36)로부터의 하나 이상의 신호의 수신 시에 로터 블레이드(22)의 피치각을 조절하기 위해, 풍력 터빈 컨트롤러(36)에 커플링된다. 상기 예에서, 피치 구동 모터(74)는, 전력 및/또는, 피치 조립체(66)가 본 명세서에 설명되는 바와 같이 기능하는 것을 가능하게 하는, 유압 시스템에 의해 구동되는, 임의의 적절한 모터이다. 대안적으로, 피치 조립체(66)는, 임의의 적절한 구조, 구성, 배열, 및/또는, 이에 국한되는 것은 아니지만, 유압 실린더들, 스프링들, 및/또는 서보 메커니즘들과 같은, 구성요소들을 구비할 수 있을 것이다. 특정 실시예에서, 피치 구동 모터(74)는, 허브(20)의 회전 관성 및/또는 풍력 터빈(10)의 구성요소들에 에너지를 공급하는 저장 에너지 공급원(미도시)으로부터 추출되는 에너지에 의해 구동된다.

피치 조립체(66)는 또한, 특정 우선 순위 상황의 경우에 및/또는 로터(18) 과속 도중에, 풍력 터빈 컨트롤러(36)로부터의 제어 신호들에 따라 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위한, 하나 이상의 피치 제어 시스템(80)을 포함할 수 있을 것이다. 상기 예에서, 피치 조립체(66)는, 풍력 터빈 컨트롤러(36)와 독립적으로 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위해 개개의 피치 구동 시스템(68)에 통신 가능하게 커플링되는, 적어도 하나의 피치 제어 시스템(80)을 포함한다. 상기 예에서, 피치 제어 시스템(80)은, 피치 구동 시스템(68)에 그리고 센서(70)에 커플링된다. 풍력 터빈(10)의 정상 작동 도중에, 풍력 터빈 컨트롤러(36)는, 로터 블레이드들(22)의 피치각을 조절하기 위해 피치 구동 시스템(68)을 제어할 수 있다.

실시예에 따르면, 예를 들어 배터리 및 전기 커패시터들을 포함하는, 전력 생성기(84)가, 허브(20)에 또는 허브(20) 내부에 배열되며, 그리고 센서(70)에, 피치 제어 시스템(80)에, 그리고 피치 구동 시스템(68)에, 이러한 구성요소들에 전원을 제공하기 위해, 커플링된다. 상기 예에서, 전력 생성기(84)는, 풍력 터빈(10)의 작동 도중에 피치 조립체(66)에 연속적인 전원을 제공한다. 대안적인 실시예에서, 전력 생성기(84)는, 단지 풍력 터빈(10)의 전력 손실 사고 도중에만, 피치 조립체(66)에 전력을 제공한다. 전력 손실 사고는, 전력망 손실 또는 강하(dip), 풍력 터빈(10)의 전기 시스템의 오작동, 및/또는 풍력 터빈 컨트롤러(36)의 고장을 포함할 수 있을 것이다. 전력 손실 사고 도중에, 전력 생성기(84)는, 피치 조립체(66)가 전력 손실 사고 도중에 작동할 수 있도록, 피치 조립체(66)에 전력을 제공하도록 작동한다.

상기 예에서, 피치 구동 시스템(68), 센서(70), 피치 제어 시스템(80), 케이블들, 및 전력 생성기(84)는, 각각, 허브(20)의 내측 표면(88)에 의해 한정되는, 캐비티(86) 내에 배치된다. 대안적인 실시예에서, 상기 구성요소들은, 허브(20)의 외측 표면에 대해 배치되며, 그리고 외측 표면에, 직접적으로 또는 간접적으로, 커플링될 수 있을 것이다.

도 3은 예에 따른 풍력 터빈(10)을 개략적으로 예시한다. 풍력 터빈(10)은, 하나 이상의 블레이드(20)를 포함하는 로터(18) 및 제어 모듈(110)을 포함한다. 제어 모듈(110)은, 제1 작동 설정점에 따라 풍력 터빈을 작동하도록 구성된다. 또한, 제어 모듈(110)은, 하나 이상의 센서(120)로부터 신호를 수신하도록 그리고 블레이드들(20) 내의 진동을 결정하도록 구성된다. 또한, 제어 모듈(110)은, 적어도 부분적으로 결정된 진동에 기초하여 풍력 터빈 작동 설정점을 선택하도록 구성된다. 부가적으로, 제어 모듈(110)은 또한, 선택된 작동 설정점에 따라 풍력 터빈(10)을 작동하도록 구성된다. 더욱 구체적으로, 제어 모듈(110)은, 또한, 풍력 터빈 작동 설정점을 선택한 이후에 진동을 결정하는 것을 계속하도록 구성되고, 따라서 제1 작동 설정점과 그리고 조절된 설정점과 상이한, 새로운 작동 설정점이, 선택될 수 있다. 그에 따라, 제어 모듈(110)은, 적어도 부분적으로 진동이 어떻게 진화하는지에 기초하여 풍력 터빈(10)의 작동을 조절하는, 피드백 컨트롤러로서 이해될 수 있을 것이다. 제어 모듈(110)은, 풍력 터빈 작동의 선택된 설정점으로의 전이 도중에 및/또는 일단 풍력 터빈이 선택된 설정점에서 작동하면, 적어도 부분적으로 진동이 어떻게 진화하는지에 기초하여 풍력 터빈(10)의 작동을 조절할 수 있을 것이다.

예들에서, 제어 모듈(110)은, 단일 블레이드(20)에서 결정 또는 측정된 진동에 기초하여, 풍력 터빈(10)의 작동을 조절할 수 있을 것이다. 다른 예들에서, 제어 모듈(110)은, 풍력 터빈(10)의 작동을 조절하기 위해 여러 블레이드들(20)로부터의 진동 데이터를 사용할 수 있을 것이다.

제어 모듈(110)은, 이미 존재하는 풍력 터빈 센서들(120)로부터 신호를 수신할 수 있을 것이다. 또한, 상기 신호는, 원시 신호 또는 처리된 신호일 수 있을 것이다. 센서들(120)은, 블레이드 및/또는 기관실 내의 상이한 개소들에 위치되는, 가속도계들, 스트레인 게이지들, 또는 다른 것일 수 있을 것이다. 센서들(120)은, 측정된 신호와 함께 개소 정보를 제공할 수 있을 것이다. 대안적으로, 제어 모듈(110)은, 미리, 센서 특성, 센서들의 개소, 및 다른 것과 같은, 센서 정보를 수용할 수 있을 것이다. 또한, 제어 모듈(110)은, 대응하는 신호를 취득하기 위한 기관실 센서들 및/또는 블레이드 센서들을 포함할 수 있을 것이다. 다른 예들에서, 풍력 터빈 제어 모듈(110)은, 유선 또는 무선 연결을 통해 진동 정보를 수신할 수 있을 것이다.

예들에서, 풍력 터빈(10)은, 추가로, 바람 특성을 획득하기 위한 바람 모듈(140)을 포함할 수 있을 것이다. 바람 모듈(140)은, 풍속, 최대 풍속, 바람 난류, 풍속 전단, 풍향의 변화, 공기 밀도, 온도, 압력, 또는 유사한 것과 같은, 다양한 바람 매개변수들을 측정하기 위해 채택될 수 있는, 임의의 개수 또는 유형의 센서를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 센서들은, 압력 센서들, 광 탐지 및 거리 측정(LIDAR) 센서들, 카메라 시스템들, 풍속계들, 풍향계들, 음파 탐지 및 거리 측정(SODAR) 센서들, 적외선 레이저들, 피토관들, 레이윈존데들, 다른 광학 센서들 및/또는 다른 적절한 센서들일 수 있을 것이다. 추가로, 센서들은, 풍력 터빈의 지면 근처에, 기관실 상에, 또는 풍력 터빈의 기상 관측 기둥 상에, 위치될 수 있을 것이다. 대안적으로, 바람 모듈(140)은, 다른 감지 모듈들로부터 다양한 바람 파라미터들을 수신할 수 있으며 그리고 이를 제어 모듈(110)로 보내기 이전에 데이터를 처리할 수 있을 것이다.

따라서, 바람 모듈(140)은, 제어 모듈(110) 내에 통합될 수 있거나, 또는 제어 모듈(110)에 연결되는 별개의 구성요소일 수 있을 것이다. 따라서, 제어 모듈(110)은, 적어도 부분적으로 측정된 바람 특성에 기초하여, 풍력 터빈 작동 설정점을 선택할 수 있을 것이다. 더욱 정확하게, 바람 모듈(140)은, 예를 들어 적분 시간 척도(또는 적분 길이 척도)와 같은 유동의 특성 척도 및 난류 강도와 같은, 관심 있는 순간적 유동 양들을 결정하기 위해, 충분한 속도로, 즉 kHz 범위에서, 데이터를 취득할 수 있을 것이다. 본 개시에서의 적분 시간 척도는, 큰 난류 척도가 풍력 터빈 블레이드 위에 작용하는 기간, 즉 속도 변동이 상관되는 기간에 대한 척도로서, 이해되어야 한다. 그에 따라, 적분 시간 척도를 갖는 바람 흐름이, 개별 난류 소용돌이가 더 긴 시간 동안 풍력 터빈 블레이드에 영향을 미칠 것이라는 것을 의미하는 반면, 작은 적분 시간 척도는, 개별 난류 소용돌이가 풍력 터빈 블레이드 상에 상대적으로 짧은 시간의 영향을 미친다는 것을 나타낸다.

제어 모듈(110)은, 이러한 바람 특성 데이터를 수신한 이후에, 적어도 부분적으로 배경 난류 특성에 기초하여, 풍력 터빈의 풍력 터빈 작동 설정점을 선택할 수 있을 것이다. 예를 들어, 제어 모듈(110)이 난류의 레벨이 비교적 높다고 결정하는 경우, 난류의 레벨이 비교적 낮을 때보다 더 높은 설정점이, 선택될 수 있을 것이다. 바람이 난류인 경우, 블레이드들의 여기가 덜 일정할 것이기 때문에, 공진의 위험은, 더 낮다. 더불어, 주어진 레벨의 진동이 주로 난류에 의해 야기되는 경우, 동일한 레벨의 진동이 실제로 공진에 의해 야기되는 경우보다, 반작용할 필요성이 적다. 그에 따라, 풍력 터빈 작동 설정점은, 적어도 부분적으로, 바람 난기류 레벨, 즉 바람 난기류 강도에 의존할 수 있을 것이다.

일부 다른 예에서, 풍력 터빈(10)의 제어 모듈(110)은, 풍력 터빈(10)을 선택된 작동 설정점으로 가져가기 위해, 블레이드들(20)의 피치각 또는 풍력 터빈(10)의 발전기의 토크를 조절할 수 있을 것이다. 제어 모듈(110)은 또한, 피치각 조절을, 발전기의 토크의 조절과 조합할 수 있을 것이다.

추가적 예들에서, 그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 제어 모듈(110)은, 진동이 최대 진동 임계 위에 있을 때, 풍력 터빈 작동 설정점을 선택할 수 있을 것이다. 최대 진동 임계는, 구성요소의 작동 한계 아래의 진동 레벨에 대응할 수 있을 것이다. 따라서, 최대 진동 임계는, 풍력 터빈 블레이드(20)의 작동 한계의 20% 아래일 수 있을 것이다. 최대 진동 임계와 구성요소의 작동 한계 사이의 다른 차이가, 채택될 수 있을 것이다. 작동 한계는, 여기에서, 안전 한계, 즉 구성요소가 여전히 손상 또는 파열의 위험 없이 견딜 수 있는 부하의 레벨로서, 간주될 수 있을 것이다. 다른 예들에서, 최대 진동 임계는, 또한, 바람 특성, 다른 구성요소들의 작동 한계들, 구성요소 마모를 나타내는 센서 데이터, 또는, 수명 추정 파라미터 또는 누적 손상 파라미터와 같은, 구성요소 수명을 나타내는 다른 파라미터들과 같은, 외부 파라미터들에 의존할 수 있을 것이다. 최대 진동 임계는, 구성요소들의 실제 작동 한계보다 더 낮게, 구성요소의 작동 한계보다 사전 결정된 양 또는 사전 결정된 퍼센트 더 낮게, 설정될 수 있을 것이다. 추가로, 최대 진동 임계는, 진동 진폭 및 진동 주파수 중의 적어도 하나를, 예를 들어 진동 주파수의 함수로서 최대 진동 진폭을, 포함할 수 있을 것이다.

다른 예들에서, 풍력 터빈(10)의 제어 모듈(110)은, 신호 처리 모듈을 포함할 수 있을 것이다. 신호 처리 모듈은, 여러 접근법을 따라 센서 신호를 처리할 수 있을 것이다. 예를 들어, 신호 처리 모듈은, 블레이드들 내의 진동을 결정하기 이전에, 센서 신호를 필터링할 수 있을 것이다. 예를 들어, 신호 처리 모듈은, 블레이드(20) 내의 실제 진동에 대응하지 않을 수 있는, 고주파 노이즈를 필터링할 수 있을 것이다. 로우 패스 필터가, 그러한 목적으로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 신호 처리 모듈은, 센서 신호 또는 결정된 진동 양자 모두를 처리할 수 있으며 그리고 모달 분해(modal decomposition)를 실행할 수 있을 것이다. 모달 분해는, 여기에서, 본래 진동 신호의, 그 자체의 주파수 및/또는 감쇠율을 갖는 복수의 상이한 진동으로의 분해로서, 간주될 수 있을 것이다. 이것은, 블레이드들(20) 내에 작용하는 가장 강력한 진동 모드들을 획득하는 것을 허용할 수 있을 것이다. 이러한 정보는, 적절한 풍력 터빈 작동 설정점을 이후에 선택하기 위해, 제어 모듈(110)로 급송될 수 있을 것이다. 부가적으로, 신호 처리 모듈은, 어떻게 진동 에너지가 주파수 도메인을 가로질러 퍼지는지를 결정하기 위해, 블레이드들(20) 내의 진동에 대한 파워 스펙트럼을 계산할 수 있을 것이다.

일부 예에서, 풍력 터빈 작동 설정점을 조절하는 것은, 진동 오류에 기초하게 되는 PID 제어를 포함한다. 진동 오류는 최대 진동 임계와 결정된 진동 사이의 차이일 수 있다는 것을 알아야 한다. 즉, 사전 결정된 최대 진동 임계는, PID 제어에서 요구되는 설정점으로서 사용된다. 그러나, 진동 오류에 대한 다른 정의들이, 적용될 수 있을 것이다.

비례-적분-미분 컨트롤러(PID 컨트롤러)가, 피드백을 채택하는 제어 루프 메커니즘이다. PID 컨트롤러는, 연속적으로, 요구되는 설정점(이러한 예에서, 최대 진동 임계)과 측정된 처리 변수(이러한 예에서, 블레이드들 내의 진동) 사이의 차이로서, 오류 값(이러한 예에서, "진동 오류 값")을 계산하며, 그리고 (개별적으로, P, I, 및 D로 표기되는) 비례항, 적분항, 및 미분항에 기초한 보정을 적용한다.

PID 제어는, 여기에서, 반드시 3가지 항(비례항, 적분항, 및 미분항) 모두 사용되는 것으로 이해되지 않아야 한다. 본 개시의 예들에서, 항들 중의 하나 또는 2개가, 0의 이득 계수를 가질 수 있고, 즉 PID 제어는, 예를 들어 PI 제어, 또는 PD 제어일 수 있을 것이다.

대안적으로, 여기에서 PID 제어로서 실시되는 피드백 제어는, 모델 예측 제어(Model Predictive Control: MPC), H-인피니티 방법, 선형-2차(Linear-Quadratic: LQ) 조정기 중의 임의의 것으로 실시될 수 있을 것이다. 피드백 제어를 위한 추가의 적당한 알고리즘들이, 또한 사용될 수 있을 것이다.

PID(또는 다른 피드백) 제어의 출력이, 진동에 기초한 풍력 터빈 작동 설정점일 수 있을 것이다.

도 4는 다른 예에 따른 풍력 터빈(10)의 블록도를 개략적으로 예시한다. 풍력 터빈(10)은, 풍력 터빈 컨트롤러, 풍력 터빈 발전기, 풍력 터빈 블레이드들 및 제어 모듈(110)을 포함한다. 제어 모듈(110)은, 상이한 직무들을 실행하도록 구성되는, 여러 모듈들을 포함한다. 예시된 바와 같이, 제어 모듈(110)은, 국지적 바람 특성을 측정 또는 추정하도록 구성되는, 바람 모듈(140)을 포함할 수 있을 것이다. 바람 특성을 포함하는 데이터는, 또한 블레이드 특성을 포함하는 데이터에 기초하여, 진동 임계를 추정하는, 진동 임계 모듈로 전달될 수 있을 것이다. 앞서 논의된 바와 같이, 진동 임계는, 진동 진폭 및 진동 주파수 중의 적어도 하나를, 예를 들어 진동 주파수의 함수로서의 최대 진동 진폭으로서, 포함할 수 있을 것이다.

이러한 예에서, 진동 임계는, 바람 데이터의 함수로서 동적으로 변화될 수 있을 것이다. 즉 바람이 매우 난류인 경우, 더 높은 용인 가능한 임계가, 한정될 수 있는 반면, 바람이 난류가 아닌 경우, 더 낮은 용인 가능한 임계가, 설정될 수 있을 것이다. 다른 예들에서, 고정된 사전 한정된 진동 임계가, 사용될 수 있을 것이다.

추가로, 제어 모듈(110)은 또한, 적어도 블레이드들 및 기관실 중의 하나로부터 센서 데이터를 수신하는, 진동 감지 모듈을 포함할 수 있을 것이다. 감지 모듈은, 상이한 센서 데이터를 조합할 수 있거나, 또는 데이터를 별개로 처리할 수 있고, 예를 들어 감지 모듈은, 다른 것들과 독립적으로 블레이드 부하 센서 데이터를 처리할 수 있을 것이다. 예를 들어, 날개 방향(flapwise) 부하 또는 대응하는 센서 데이터는, 에지 방향 부하와 상이하게 그리고 별개로 처리될 수 있을 것이다. 추가로, 감지 모듈은, 블레이드 내의 진동을 나타내는 신호를 획득하기 위해, 센서 데이터, 예를 들어 원시 센서 데이터를 처리할 수 있을 것이다.

부가적으로, 이러한 신호는, 신호 처리 모듈에 의해 추가로 처리될 수 있을 것이다. 신호 처리 모듈은, 예를 들어, 진동 피크, 진동의 제곱 평균값, 진동 포락선, 진동 주파수, 진동 변화율, 진동의 파워 스펙트럼 및 다른 것들과 같은, 앞서 논의된 파라미터들 중의 임의의 것을 획득할 수 있을 것이다. 이러한 예에 도시된 바와 같이, PID 컨트롤러가, 입력 데이터로서 진동 임계 및 풍력 터빈 진동 신호를 수신할 수 있을 것이다. 추가로, PID 컨트롤러는, 2개의 입력 데이터를 비교할 수 있으며 그리고 풍력 터빈을 위한 작동 설정점을 선택할 수 있을 것이다. PID 컨트롤러는, 진동 파라미터가, 예를 들어 진동의 피크 진폭, 진동의 제곱 평균, 주어진 주파수에서의 진동의 진폭, 또는 다른 것들이, 감소되도록, 작동 설정점을 선택하도록 구성될 수 있을 것이다.

이때, 풍력 터빈 컨트롤러가, 선택된 작동 설정점을 수신할 수 있으며, 그리고 선택된 작동 설정점으로 전이시키도록 피치 제어 시스템(또는 피치 구동기) 및 발전기 토크를 제어하기 위해 적어도 하나의 컨버터에 명령을 보낼 수 있을 것이다. 이러한 명령들은, 풍력 터빈 발전기에 대한 목표 토크 및 풍력 터빈 블레이드들에 대한 피치각을 포함할 수 있을 것이다. 부가적으로, 풍력 터빈이 선택된 설정점으로 전이되는 동안 그리고 또한 선택된 설정점으로의 전이되는 것 이후에, 센서들(120)은, 진동 감지 모듈로 데이터를 계속 보낼 수 있을 것이다. 진동 감지 모듈은, 신호 처리 모듈 및 이러한 PID 컨트롤러에 계속 급송할 수 있을 것이다. 그렇게 함으로써, PID 컨트롤러는, 잔류 진동에 또는 진동의 진화에 따라, 설정점을 조절할 수 있다. 동시에, 바람 모듈(140)은, 또한, 바람 특성을 포함하는 데이터를 진동 임계 모듈로 계속 보낼 수 있으며, 그리고 이것은, PID 컨트롤러로 전송되는 진동 임계를 적응시킬 수 있을 것이다.

폐쇄된 진동 제어 루프가, 그에 따라, 이러한 예에서 제공된다. 진동이 임계에 도달할 때까지 작용되지 않는 및/또는 진동이 있을 수 있는 과도한 대책을 취한 이후에 해소되는 것으로 가정되는, 종래 기술 해법들과 반대되는 것으로서, 본 개시의 예들은, 진동의 레벨의 연속적인 모니터링을 제공하며 그리고, 진동 및 대응하는 부하가 용인 가능한 레벨에 있는 한, 더 높은 설정점을 제공할 수 있다.

도 5는, 풍력 터빈(10)을 작동하기 위한 방법(300)의 예의 흐름도이다. 방법(300)은, 블록(301)에서, 제1 작동 설정점에 따라 풍력 터빈을 작동하는 것을 포함한다. 블록(302)에서, 방법(300)은, 적어도 부분적으로 풍력 터빈(10)의 블레이드들(20) 내의 진동에 기초하여 조절된 설정점을 결정하는 것을 포함한다. 추가로, 블록(303)에서, 방법(300)은, 풍력 터빈을 조절된 설정점으로 전이시키는 것을 포함한다. 게다가, 블록(304)에서, 방법은, 조절된 설정점으로 전이시키는 것(303)을 시작한 이후에, 블레이드들(20) 내의 잔류 진동을 결정하는 것을 포함한다. 부가적으로, 방법은, 블록(305)에서, 잔류 진동에 기초하여 새로운 설정점을 결정하는 것으로서, 새로운 설정점은 제1 작동 설정점과 그리고 조절된 설정점과 상이한 것인, 새로운 설정점을 결정하는 것을 포함한다. 새로운 설정점은, 블록(302)에서 결정되는 설정점보다, 더 높거나 또는 더 낮을 수 있을 것이다. 예를 들어, 새로운 설정점은, 블레이드(20) 내에 잔류 진동을 가짐에도 불구하고, 조절된 설정점보다 더 높을 수 있을 것이다. 이것은, 잔류 진동이 시간이 경과함에 따라 감쇠될 것이 예상되는 경우, 즉 잔류 진동의 진화가 감소 추세를 보이는 경우에, 일어날 수 있을 것이다.

부가적으로, 풍력 터빈에 대한 새로운 설정점을 결정하는 것은, 폐쇄 루프 제어 프로세스로 수행될 수 있을 것이다. 폐쇄 루프 제어 프로세스는, 프로세스 변수 및 제어 목표를 포함할 수 있고, 풍력 터빈 블레이드 내의 에지 방향 진동은, 프로세스 변수일 수 있으며, 그리고 제어 목표는, 최대 진동 임계일 수 있을 것이다.

풍력 터빈(10)에 대해 앞서 논의된 바와 같이, 조절된 설정점으로 전이시키는 것(303)을 시작한 이후에, 블레이드들(20) 내의 잔류 진동을 결정하는 것(304)은, 출력 낮춤을 완화하는 것을 허용하며 그리고 (주어진 부하 한계에 대해) 전력 출력을 최대화한다. 잔류 진동을 결정하는 것(304)은, 불연속적 시간 간격으로, 즉, 전이시키는 것(303)을 시작한 이후에 또는 연속적인 방식으로, 즉 상대적으로 높은 샘플링을 동반하는 가운데, 인스턴스들(instances) 사이의 일정한 또는 가변적인 시간 차이를 동반하는 가운데 주기적으로, 수행될 수 있을 것이다. 이것은, 그에 따라 새로운 설정점을 결정하는 것(305)을 허용할 수 있을 것이다.

블록(302)에서의 결정하는 단계는, 진동이 최대 진동 임계 위에 있을 때, 일어난다. 앞서 논의된 바와 같이, 이것은, 여러 파라미터들에 의존할 수 있고, 예를 들어 이는, 진동 주파수의 함수로서의 상이한 진동 진폭들에서 일어날 수 있으며; 그리고 또한 블레이드 기하 형상과 같은 다른 내부 파라미터들, 또는 바람 특성과 같은 외부 파라미터들에 의존할 수 있을 것이다.

게다가, 다른 예들에서, 방법(300)은, 바람 특성을 획득하는 것 및 적어도 부분적으로 상기 바람 특성에 기초하여 조절된 설정점을 결정하는 것(302)을 포함할 수 있을 것이다. 부가적으로, 블록(303)에서의, 풍력 터빈을 조절된 설정점으로 전이시키는 것은, 블레이드들(20) 내의 진동이 그를 위한 프로세스 변수인, PID 컨트롤러를 사용하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 추가적 예들에서, 조절된 작동 설정점으로 전이시키는 것(303)은, 진동에, 예를 들어 전이시키는 것(303)을 시작한 이후의 블레이드들(20) 내의 잔류 진동에 응답하여, 블레이드들(20)의 피치각들 또는 풍력 터빈(10)의 발전기의 토크를 조절함으로써 달성된다.

다른 예들에서, 블록(302)에서의, 블레이드들(20) 내의 진동을 결정하는 것은, 진동 신호를 필터링하는 것을 포함할 수 있을 것이다. 상기 진동 신호는, 풍력 터빈(10)의 블레이드들(20) 및/또는 기관실 내에 위치되는 하나 이상의 센서로부터 올 수 있을 것이다.

부가적인 예들에서, 블록(301)에서의 제1 작동 설정점은, 정상 상태 작동 설정점일 수 있을 것이다. 즉, 작동 설정점은, 전력 출력을 최대화하는 출력 곡선 내의 지점에 대응한다.

풍력 터빈(10)을 작동하기 위한 다른 방법이, 도 6에 개략적으로 예시된다. 방법(400)은, 블록(401)에서, 풍력 터빈 블레이드(20) 내의 에지 방향 진동을 결정하는 것을 포함한다. 에지 방향 진동을 결정하는 것은, 에지 방향 진동(및/또는 에지 방향 부하)을 직접적으로 측정하는 것, 또는 다른 또는 복수의 방향에서의 요동(oscillations)(또는 부하)을 측정하며 그리고 이러한 측정으로부터 에지 방향 진동을 도출하는 것을 포함할 수 있을 것이다.

추가로, 블록(402)에서, 방법(400)은, 결정된 에지 방향 진동을 최대 진동 임계에 대해 비교하는 것을 포함한다. 이때, 방법(400)은 또한, 프로세스 변수 및 제어 목표를 포함하는 폐쇄 루프 제어 프로세스에서 풍력 터빈(10)에 대한 전력 설정점을 선택하는 것으로서, 풍력 터빈 블레이드 내의 에지 방향 진동은 프로세스 변수이며, 그리고 제어 목표는 최대 진동 임계인 것인, 전력 설정점을 선택하는 것을 포함한다. 추가로, 방법(400)은, 선택된 전력 설정점에 따라 풍력 터빈(10)을 작동하는 것(404), 및 풍력 터빈(10)을 작동하는 것(404) 동안, 그에 따라 전력 설정점을 조절하도록, 에지 방향 진동을 모니터링 하는 것(405)을 포함한다.

예들에서, 방법(400)은, 풍력 터빈(10)을 작동하는 것(404)을 위해 PID 컨트롤러를 사용하는 것을 포함하고, 여기서 PID 컨트롤러는, 프로세스 변수로서 풍력 터빈 블레이드(20) 내의 에지 방향 진동을 사용하며, 그리고 여기서 최대 진동 임계는, 요구되는 설정점이다. 따라서, PID 컨트롤러는, 풍력 터빈 작동(404) 도중의 에지 방향 진동의 진화에 따라, 블록(403)에서 선택되는 전력 설정점을 수정할 수 있을 것이다. 다른 예들에서 언급된 바와 같이, 보정 조치가 취해진 이후에 피드백을 통합하는, 다른 폐쇄 루프 제어 메커니즘들이, 또한 사용될 수 있을 것이다.

다른 예들에서, 풍력 터빈(10)을 작동하는 것(404)은, 모니터링된 에지 방향 진동에 응답하여, 블레이드들(20)의 피치각들 또는 풍력 터빈(10)의 발전기의 토크를 조절하는 것을 포함할 수 있을 것이다.

개시된 풍력 터빈(10)의 예들에 관련하여 개시된 기술적 특징들 중의 임의의 것이, 방법들(300, 400)에 채택될 수 있으며 그리고 그 반대일 수 있을 것이다. 추가로, 당업자들은, 본 명세서에서 개시와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이, 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 양자의 조합들로 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 구성 요소들, 블록들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이, 일반적으로 그들의 기능의 측면에서 위에서 설명되었다. 그러한 기능이 하드웨어로서 또는 소프트웨어로서 구현되는지 여부는, 전체 시스템에 부과되는 특정 적용 및 설계 제약에 의존한다. 숙련된 기술자들은, 각각의 특정 적용을 위해 다양한 방식으로 설명된 기능을 구현할 수 있을 것이다.

본 명세서에서 개시와 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록들, 모듈들, 및 회로들은, 여기에 설명된 기능을 수행하도록 설계되는, 하나 이상의 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 클라우드 컴퓨팅 아키텍처, 주문형 집적 회로(ASIC), 전계 프로그래밍 가능 게이트 어래이(FPGA), 프로그래밍 가능 논리 컨트롤러(PLC) 또는 다른 프로그래밍 가능 논리 장치, 이산 게이트 또는 트랜지스터 논리, 이산 하드웨어 구성요소들, 또는 이들의 임의의 조합과 더불어, 구현되거나 수행될 수 있을 것이다. 범용 프로세서가 마이크로프로세서일 수 있지만, 대안예에서, 프로세스는, 임의의 기존 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, 또는 상태 기계일 수 있을 것이다. 프로세서가 또한, 컴퓨팅 장치의 조합, 예를 들어 DSP와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어를 동반하는 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 그러한 구성으로서, 구현될 수 있을 것이다.

본 개시는 또한, 본 명세서에 개시된 방법들 중의 임의의 것을 수행하도록 적응된, 컴퓨팅 시스템에 관한 것이다.

본 개시는 또한, 실행될 때, 본 명세서에 개시된 방법들 중의 임의의 것을 실행하는, 명령(코드)을 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

컴퓨터 프로그램은, 부분적으로 컴파일된 형태 또는 프로세스의 구현에서의 사용에 적합한 임의의 다른 형태와 같은, 소스 코드, 목적 코드, 코드 중간 소스 및 목적 코드의 형태일 수 있을 것이다. 캐리어는, 컴퓨터 프로그램을 운반할 수 있는 임의의 엔티티 또는 장치일 수 있을 것이다.

소프트웨어/펌웨어로 구현되는 경우, 기능은 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 하나 이상의 명령 또는 코드로서 저장되거나 전송될 수 있을 것이다. 컴퓨터 판독 가능 매체는, 컴퓨터 저장 매체, 및 한 장소에서 다른 장소로의 컴퓨터 프로그램을 의 전달을 가능하게 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 양자 모두를 포함한다. 저장 매체는, 범용 또는 특수 목적 컴퓨터에 의해 접속될 수 있는, 임의의 이용 가능한 매체일 수 있을 것이다. 예로서, 그리고 제한이 아닌 것으로서, 그러한 컴퓨터 판독 가능 매체는, RAM, ROM, EEPROM, CD/DVD, 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치들, 또는, 명령 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드 수단을 운반하거나 저장하기 위해 사용될 수 있는 그리고 범용 또는 특수 목적 컴퓨터, 또는 범용 또는 특수 목적 프로세서에 의해 접속될 수 있는, 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 연결이, 적절하게 컴퓨터 판독 가능 매체로 지칭된다. 예를 들어, 소프트웨어/펌웨어가, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어, 디지털 가입자 회선(DSL), 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술을 사용하여, 웹사이트, 서버 또는 기타 원격 소스로부터 전송되는 경우, 이때, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스트 페어, DSL, 또는 적외선, 라디오, 마이크로파와 같은 무선 기술은, 매체의 정의 내에 포함된다. 여기에서 사용되는, 디스크(Disk) 및 디스크(disc)는, 콤팩트 디스크(CD), 레이저디스크, 광디스크, 디지털 다목적 디스크(DVD), 플로피디스크, 및 블루-레이 디스크를 포함하고, 여기서, 일반적으로 디스크들(disks)은 데이터를 자기적으로 재생하는 가운데, 디스크들(discs)은 데이터를 레이저와 함께 광학적으로 재생한다. 이상의 것의 임의의 조합들이 또한, 컴퓨터-판독 가능 매체의 범위 이내에 포함되어야 한다.

이러한 작성된 설명은, 바람직한 실시예들을 포함하는 본 교시를 개시하기 위해, 그리고 또한 당해 기술 분야의 임의의 숙련자가, 임의의 장치들 또는 시스템들을 만들고 사용하는 것 및 임의의 통합된 방법들을 실행하는 것을 포함하는, 본 교시를 실행하는 것을 가능하게 하기 위해, 예들을 사용한다. 특허 가능한 범위는, 청구항들에 의해 한정되며, 그리고 당업자들에게 일어나는 다른 예들을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 다른 예들은, 이들이 청구항들의 문자 그대로의 언어와 상이하지 않은 구조적 요소들을 구비하는 경우, 또는 이들이 청구항들의 문자 그대로의 언어와 실질적이지 않은 차이를 갖는 균등한 구조적 요소들을 포함하는 경우, 청구항들의 범위 이내에 속하는 것으로 의도된다. 설명되는 다양한 실시예들로부터의 양태들 뿐만 아니라, 각각의 그러한 양태에 대한 다른 공지의 균등물들은, 본 출원의 원리에 따라 부가적인 실시예들 및 기법들을 구성하기 위해, 당업자에 의해 혼합될 수 있으며 조화를 이룰 수 있다. 도면과 관련된 참조 부호들이 청구범위에서 괄호 안에 놓이는 경우, 이들은, 오로지 청구범위에 대한 이해도를 증가시키기 위한 것이며, 그리고 청구범위의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims

풍력 터빈(10)을 작동하기 위한 방법(300)으로서,
제1 작동 설정점에 따라 풍력 터빈을 작동하는 것(301);
적어도 부분적으로 풍력 터빈(10)의 블레이드들(20) 내의 진동에 기초하여 풍력 터빈에 대한 조절된 설정점을 결정하는 것(302);
풍력 터빈을 조절된 설정점으로 전이시키는 것(303);
조절된 설정점으로 전이시키는 것(303)을 시작한 이후에, 블레이드들(20) 내의 잔류 진동을 결정하는 것(304); 및
잔류 진동에 기초하여 풍력 터빈에 대한 새로운 설정점을 결정하는 것(305)으로서, 새로운 설정점은 제1 작동 설정점과 그리고 조절된 설정점과 상이한 것인, 새로운 설정점을 결정하는 것(305)
을 포함하는 것인, 방법.
제1항에 있어서,
조절된 설정점을 결정하는 것(302)은, 진동이 최대 진동 임계 위에 있을 때, 일어나는 것인, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
제1 작동 설정점은, 정상 상태 작동 설정점인 것인, 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
잔류 진동을 결정하는 것(304) 및 새로운 설정점을 결정하는 것(305)은, 연속적으로 실행되는 것인, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
방법(300)은, 추가로:
바람 특성을 획득하는 것을 포함하며, 그리고
풍력 터빈 작동 설정점을 조절하는 것이, 또한, 적어도 부분적으로 획득된 바람 특성에 기초하게 되는 것인, 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
조절된 설정점 및 새로운 설정점을 결정하는 것은, 블레이드들(20) 내의 진동이 프로세스 변수인, PID 컨트롤러를 사용하는 것을 포함하는 것인, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
조절된 설정점으로 전이시키는 것(303)은, 블레이드들(20) 내의 진동에 응답하여, 블레이드들(20)의 피치각 및 풍력 터빈(10)의 발전기의 토크 중 적어도 하나를 조절하는 것에 의해 실행되는 것인, 방법.
풍력 터빈(10)으로서,
하나 이상의 블레이드(20)를 포함하는 로터(18); 및
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 제어 모듈(110)을 포함하는 것인, 풍력 터빈.
제8항에 있어서,
바람 특성을 획득하기 위한 바람 모듈(140)을 더 포함하며, 그리고 제어 모듈(110)은, 적어도 부분적으로 획득된 바람 특성에 기초하여, 풍력 터빈 작동 설정점을 선택하도록 구성되는 것인, 풍력 터빈.
제8항 또는 제9항에 있어서,
제어 모듈(110)은, 블레이드들(20)의 피치각 또는 풍력 터빈(10)의 발전기의 토크를 조절하도록 구성되는 것인, 풍력 터빈.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
제어 모듈(110)은, 결정된 진동이 최대 진동 임계 위에 있을 때, 풍력 터빈 작동 설정점을 선택하도록 구성되는 것인, 풍력 터빈.
제11항에 있어서,
최대 진동 임계는, 진동 진폭 및 진동 주파수 중의 하나 이상을 포함하는 것인, 풍력 터빈.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
풍력 터빈 작동 설정점은, 적어도 부분적으로, 블레이드들(20)의 기하 형상에 또는 바람 난기류에 의존하는 것인, 풍력 터빈.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
제어 모듈(110)은, 신호 처리 모듈을 포함하는 것인, 풍력 터빈.
제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
제어 모듈(110)은, 블레이드들(20) 내의 진동이 프로세스 변수인, PID 컨트롤러를 포함하는 것인, 풍력 터빈.