KR20230155964A

KR20230155964A - 풍력 터빈 제어

Info

Publication number: KR20230155964A
Application number: KR1020230054823A
Authority: KR
Inventors: 루카 비타; 벨트리 페드로 아로요; 카르멘 루이즈
Original assignee: 제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
Priority date: 2022-05-04
Filing date: 2023-04-26
Publication date: 2023-11-13
Also published as: US20230358210A1; US12000380B2; CN117005986A; EP4273395A1; JP2023165630A

Abstract

본 발명은, 풍력 터빈에서의 풍향 신호 및 순간 풍속을 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하는 단계, 및 풍력 터빈에서의 풍향 변화율 및 풍력 터빈에서의 풍속 변화율의 지표를 결정하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 결정된 풍향 변화율 및 결정된 풍속 변화율의 지표에 적어도 부분적으로 기초하여 풍력 터빈의 피치 시스템에 대한 제어 신호를 결정하는 단계를 더 포함한다. 본 발명은 또한 이러한 방법을 구현하도록 구성된 풍력 터빈용 제어 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 풍력 터빈을 작동시키는 방법에 관한 것이다.

Description

풍력 터빈 제어{WIND TURBINE CONTROL}

본원은 풍력 터빈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 풍력 터빈을 제어하고 작동시키기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본원은 특히 극한의 바람 조건에서 풍력 터빈을 제어하고 작동시키기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

최신 풍력 터빈은 통상적으로 전기 그리드(electrical grid)에 전기를 공급하는 데 사용된다. 이러한 종류의 풍력 터빈은 일반적으로 타워 및 이 타워에 배치된 로터를 포함한다. 통상적으로 허브 및 복수의 블레이드를 포함하는 상기 로터는, 블레이드에 대한 바람의 영향 하에서 회전하도록 설정된다. 이러한 회전에 의해, 정상적으로는 로터 샤프트를 통해 직접적으로 또는 기어박스를 거쳐 발전기로 전달되는 토크가 생성된다. 이러한 방식으로, 상기 발전기는, 전기 그리드에 공급될 수 있는 전기를 생산한다.

풍력 터빈 허브는 나셀의 전방에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 풍력 터빈 허브는 로터 샤프트에 연결될 수도 있고, 로터 샤프트는 이때 나셀 내부의 프레임에 배치된 하나 이상의 로터 샤프트 베어링을 사용하여 나셀 내에 회전 가능하게 장착될 수도 있다. 나셀은 풍력 터빈 타워의 상부에 배치된 하우징으로서, 예를 들어 기어박스(존재하는 경우) 및 발전기를 수용하여 보호하고, 풍력 터빈에 따라서는 전력 변환기 및 보조 시스템과 같은 추가 구성요소를 수용하여 보호한다.

풍력 터빈은 통상적으로 풍력 터빈 제어기를 더 포함한다. 풍력 터빈 제어기는, 지배적인 환경(prevailing circumstances)에 기초하여, 풍력 터빈에 대한 적절한 액추에이터 설정점을 결정하도록 구성될 수도 있다. 최신의 가변 속도 풍력 터빈에 대한 액추에이터 설정점은, 예를 들어 발전기 토크 및 블레이드의 피치 각도를 포함한다. 블레이드의 피치 각도 및 발전기 토크의 제어를 통해, 로터의 속도가 제어될 수 있을 뿐만 아니라, 전력 출력, 공기 역학적 추력 및 추가적인 기계적 부하가 제어될 수 있다. 제어 시스템의 목적은 일반적으로 전력 출력을 최대화하면서도 동시에 풍력 터빈에서의 부하를 허용 가능한 수준으로 유지하는 것이다.

풍력 터빈의 정상 작동(normal operation) 또는 표준 작동은, 일반적으로, 지배적인 풍속의 함수로서 풍력 터빈의 작동을 규정하는, 미리 정의된 전력 곡선을 따를 수도 있다. 정상 작동은 다양한 작동 범위를 포함한다. 낮은 풍속 범위에 있어서, 목표는 일반적으로 전력 출력을 최대화하는 것이다. 높은 풍속 범위, 구체적으로는 공칭 풍속을 초과하는 풍속에 있어서, 풍력 터빈의 작동은 전력 출력을 미리 결정된 수준으로 유지하면서도 부하를 제어 하에 유지하는 데 중점을 둔다.

앞서 언급한 바와 같이, 풍력 터빈 제어기가 토크 및 피치의 액추에이터 설정점(또한 요(yaw)와 같은 다른 액추에이터의 액추에이터 설정점)을 송신할 수도 있으며, 이러한 설정점은 환경에 따라 변경될 수도 있다. 상기 환경에는, 평균 풍속, 난기류, 윈드 시어(wind shear), 공기 밀도 및 기타 기상 조건뿐만 아니라 진동, 기계적 부하 또는 구성요소 온도 등과 같은 내부 조건이 포함될 수도 있다. 상기 환경에는, 또한, 소음을 줄이도록 하는 특정한 외부의 요구, 유지관리를 위한 작동의 중단, 예컨대 유효 전력의 감소를 요구하는 그리드 기반의 상황, 또는 저전압 이벤트(low voltage event), 제로 전압 이벤트(zero voltage event), 그리드 주파수의 상승 등과 같은 그리드 이벤트(grid event)가 포함될 수도 있다.

풍력 터빈 제어기는, 다양한 센서로부터 수신된 측정 변수의 세트에 기초하여 풍력 터빈의 작동에 영향을 미치기 위해 다양한 시스템(예를 들어, 발전기, 피치 시스템 및 요 시스템)에 신호를 전송하도록 프로그래밍될 수도 있다. 상기 센서에는 로터 속도 센서, 부하 센서(스트레인 게이지 또는 가속도계), 풍속계, 풍향계(weathervane) 등이 포함될 수 있다.

풍속 및 풍향 양자 모두는 풍력 터빈의 작동 중에 연속적으로 변할 수도 있다. 풍력 터빈 제어 시스템은, 다양한 액추에이터에 대한 설정점들 또는 기타 제어 신호들을 변경함으로써, 이러한 변경에 반응할 수도 있다. 일반적으로, 풍력 터빈 제어 설계에 있어서, 응답성이 매우 뛰어난 풍력 터빈 제어 시스템(이는 매우 작은 변화에도 반응하여 액추에이터의 과도한 마모를 유발할 수 있음)과 너무 느리게 반응하는 풍력 터빈 제어 시스템(이는 바람직하지 않은 부하 시나리오 및 적은 전력 생산을 수반하는 비효율적인 작동을 유발할 수 있음) 사이에서 균형을 찾고자 하는 요구가 있다.

바람 조건의 매우 복잡한 시나리오는, 풍속의 변화, 특히 풍속의 급격한 증가와 동시에 풍향의 변화가 조합되는 것이다. 정상적인 풍력 터빈 작동은 이러한 시나리오에 있어서 바람직하지 않은 높은 부하를 유발할 수 있다.

본 발명의 일 양태에서는, 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하는 단계 및 풍력 터빈에서의 순간 풍속을 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하는 단계를 포함하는 방법이 제시된다. 상기 방법은, 풍력 터빈에서의 풍향 변화율 및 풍력 터빈에서의 풍속 변화율의 지표(indication)를 결정하는 단계, 및 결정된 풍향 변화율 및 결정된 풍속 변화율의 지표에 적어도 부분적으로 기초하여 풍력 터빈의 피치 시스템에 대한 하나 이상의 제어 신호를 결정하는 단계를 더 포함한다.

이러한 양태에 따르면, 풍향 변화와 풍속 증가의 조합과 같은 극단적인 바람 조건을 처리하는 데 특히 적합한, 풍력 터빈 제어 방법이 제시된다. 풍향이 변경되면, 풍력 터빈 로터가 순간적으로 풍향과 오정렬되게 된다. 이로 인해 로터 속도가 감소될 수도 있고 감지되는 풍속이 감소될 수도 있지만, 이는 또한 풍력 터빈 상에서의 부하 증가를 유발할 수 있다. 풍향 변화율 및 풍속 변화율의 지표 양자 모두를 모니터링함으로써, 풍력 터빈을 효과적으로 제어하여 이러한 높은 부하를 방지할 수 있다. 동시에, 부하 및 전력 출력을 불필요하게 감소시키는 것을 방지할 수 있다.

본원 전반에 걸쳐, "변화율"은 변수 또는 작동 매개변수의 1차 시간 도함수로서 간주될 수 있다. 상기 변수 또는 작동 매개변수는 구체적으로는 로터 속도, 풍속 및 풍향 중 하나일 수도 있다.

추가적인 양태에 있어서, 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하고 풍력 터빈에서의 순간 풍속을 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하도록 구성된, 풍력 터빈용 제어 시스템이 제시된다. 이러한 제어 시스템은, 또한, 풍력 터빈에서의 풍향 변화율 및 풍력 터빈에서 풍속 변화율의 지표를 결정하도록, 그리고 결정된 풍향 변화율 및 결정된 풍속 변화율의 지표에 적어도 부분적으로 기초하여 풍력 터빈의 피치 시스템에 대한 하나 이상의 제어 신호를 결정하도록 구성된다.

또 다른 양태에 있어서, 풍력 터빈을 작동시키는 방법이 제시된다. 상기 방법은, 풍력 터빈에서의 풍향을 측정하는 단계, 및 풍력 터빈에서의 풍향 변화율을 결정하고 풍력 터빈에서의 풍속 변화율 또는 로터 속도 변화율을 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 풍속 변화율 또는 로터 속도 변화율이 가속도 임계값을 초과할 때 풍력 터빈에 대한 부하를 감소시키는 단계를 더 포함하며, 상기 가속도 임계값은 적어도 부분적으로 풍향 변화율에 기초한다.

도 1은 풍력 터빈의 일례의 사시도를 개략적으로 예시한다.
도 2는 도 1의 풍력 터빈의 나셀의 일례의 단순화된 내부도를 예시한다.
도 3a는 본 발명에 따른 풍력 터빈 제어기를 위한 제어 방법의 제1 예를 예시한다.
도 3b는 본 발명에 따른 제어 방법의 다른 예를 예시한다.
도 3c는 본 발명에 따른 방법에 있어서 바람 가속도 임계값이 어떻게 결정될 수 있는지를 예시한다.
도 4는 본 발명의 일례에 따라 풍력 터빈을 작동시키는 방법을 개략적으로 예시한다.

이제 본 발명의 실시예를 상세히 참조할 것이며, 본 발명의 하나 이상의 예가 도면에 예시된다. 각각의 예는, 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 본 발명을 설명하기 위해 제시된다. 사실상, 본 발명의 범위 또는 사상에서 벗어나지 않으면서 본 발명에 대해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 하나의 실시예의 일부로서 예시되거나 또는 설명된 특징은, 추가적인 다른 실시예를 생성하기 위해 또 다른 실시예와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에 있는 전술한 수정 및 변형을 포괄하도록 의도된다.

도 1은 풍력 터빈(10)의 일례의 사시도이다. 이러한 예에 있어서, 풍력 터빈(10)은 수평축 풍력 터빈(horizontal-axis wind turbine)이다. 대안적으로, 풍력 터빈(10)은 수직축 풍력 터빈일 수도 있다. 이러한 예에 있어서, 풍력 터빈(10)은, 지면(12) 상의 지지 시스템(14)으로부터 연장되는 타워(100), 이 타워(100)에 장착된 나셀(16), 및 이 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 1개의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 도시된 예에 있어서, 로터(18)는 3개의 로터 블레이드(22)를 갖는다. 대안적인 실시예에 있어서, 로터(18)는 3개보다 많은 로터 블레이드를 포함하거나 또는 3개보다 적은 로터 블레이드를 포함한다. 타워(100)는 지지 시스템(14)과 나셀(16) 사이의 공동(도 1에는 도시되지 않음)을 한정하기 위해 관형의 강철로 제조될 수도 있다. 대안적인 실시예에 있어서, 타워(100)는 임의의 적합한 높이를 갖는 임의의 적합한 유형의 타워이다. 대안에 따르면, 상기 타워는, 콘크리트로 제조된 부분과 관형의 강철 부분을 포함하는 하이브리드 타워일 수도 있다. 또한, 상기 타워는 부분 격자 타워(partial lattice tower)일 수도 있고 전체 격자 타워(full lattice tower)일 수 있다.

로터 블레이드(22)들은, 로터(18)의 회전을 용이하게 하여 운동 에너지가 바람으로부터 사용 가능한 기계적 에너지로, 그리고 이어서 전기 에너지로 전달될 수 있도록 허브(20) 주위에 이격되어 있다. 로터 블레이드(22)는, 블레이드 루트 부분(24)을 복수의 부하 전달 영역(26)에서 허브(20)에 결합함으로써 허브(20)에 결합된다. 부하 전달 영역(26)은 허브 부하 전달 영역 및 블레이드 부하 전달 영역(양자 모두는 도 1에 도시되어 있지 않음)을 가질 수도 있다. 로터 블레이드(22)에서 유도된 부하는 부하 전달 영역(26)을 통해 허브(20)로 전달된다.

예에 있어서, 로터 블레이드(22)는 약 15m 내지 약 90m 이상의 범위의 길이를 가질 수도 있다. 로터 블레이드(22)는, 풍력 터빈(10)이 본 명세서에 기술된 바와 같이 기능할 수 있게 하는 임의의 적합한 길이를 가질 수도 있다. 예를 들어, 블레이드 길이의 비제한적인 예는, 20m 이하, 37m, 48.7m, 50.2m, 52.2m, 또는 91m보다 큰 길이를 포함한다. 바람이 풍향(28)으로부터 로터 블레이드(22)에 부딪칠 때, 로터(18)는 로터 축(30)을 중심으로 회전하게 된다. 로터 블레이드(22)가 회전하게 되고 원심력을 받을 때, 로터 블레이드(22)는 또한 다양한 힘과 모멘트를 받는다. 이에 따라, 로터 블레이드(22)는 중립 위치 또는 편향되지 않은 위치로부터 편향된 위치로 편향 및/또는 회전하게 될 수도 있다.

또한, 로터 블레이드(22)의 피치 각도, 즉 바람의 방향에 대한 로터 블레이드(22)의 방향을 결정하는 각도는, 바람 벡터에 대해 적어도 하나의 로터 블레이드(22)의 각도 위치를 조정하여 부하 및 풍력 터빈(10)에 의해 발생되는 전력을 제어하기 위해, 피치 시스템(32)에 의해 변경될 수 있다. 로터 블레이드(22)의 피치 축(34)이 도시되어 있다. 풍력 터빈(10)의 작동 중에, 피치 시스템(32)은, 로터 블레이드(22)의 (일부의) 받음각이 감소되도록 특히 로터 블레이드(22)의 피치 각도를 변경할 수도 있으며, 이는 회전 속도의 감속을 용이하게 하고/하거나 로터(18)의 실속(stall)을 용이하게 한다.

이러한 예에 있어서, 각각의 로터 블레이드(22)의 블레이드 피치는, 풍력 터빈 제어기(36) 또는 피치 제어 시스템(80)에 의해 개별적으로 제어된다. 대안적으로, 모든 로터 블레이드(22)에 대한 블레이드 피치가 상기 제어 시스템에 의해 동시에 제어될 수도 있다.

또한, 이러한 예에 있어서, 풍향(28)이 변경됨에 따라, 풍향(28)에 대해 로터 블레이드(22)를 위치 설정하기 위해, 나셀(16)의 요 방향(yaw direction)이 요 축(38)을 중심으로 회전하게 될 수도 있다.

이러한 예에 있어서, 풍력 터빈 제어기(36)는 나셀(16) 내에 집중된 것으로 도시되어 있지만, 풍력 터빈 제어기(36)는 풍력 발전소 내의 풍력 터빈(10) 전체에 걸쳐 지지 시스템(14) 상에 분산된 시스템일 수도 있고, 및/또는 원격 제어 센터에 존재할 수도 있다. 풍력 터빈 제어기(36)는, 여기에 설명된 방법 및/또는 단계를 수행하도록 구성된 프로세서(40)를 포함한다. 또한, 여기에 기술된 많은 다른 구성요소가 프로세서를 포함한다.

본 명세서에서 사용될 때, "프로세서"라는 용어는, 당 기술 분야에서 컴퓨터로 지칭되는 집적 회로에 제한되지 않고, 오히려 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, 마이크로컴퓨터, PLC(programmable logic controller), ASIC(application specific integrated circuit) 및 다른 프로그램 가능한 회로를 광범위하게 지칭하며, 이러한 용어들은 본원에서 상호교환적으로 사용된다. 프로세서 및/또는 제어 시스템은 또한 메모리, 입력 채널 및/또는 출력 채널을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.

도 2는 풍력 터빈(10)의 일부의 확대 구획도이다. 이러한 예에 있어서, 풍력 터빈(10)은 나셀(16) 및 이 나셀(16)에 회전 가능하게 결합되는 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 위치한 발전기(42)에 회전 가능하게 결합된다. 이러한 예에 있어서, 메인 샤프트(44)는 나셀(16)의 종축(도시되어 있지 않음)에 적어도 부분적으로 동축으로 배치된다. 메인 샤프트(44)의 회전은 기어박스(46)를 구동하며 기어 박스는 이어서 고속 샤프트(48)를 구동하여, 로터(18) 및 메인 샤프트(44)의 상대적으로 느린 회전 운동을 고속 샤프트(48)의 비교적 빠른 회전 운동으로 변환시킨다. 고속 샤프트는, 커플링(50)의 도움을 받아, 전기 에너지를 생성하기 위한 발전기(42)에 연결된다. 또한, 400V 내지 1000V의 전압을 갖는, 발전기(42)에 의해 생성된 전기 에너지를, 중간 전압(10 내지 35KV)을 갖는 전기 에너지로 변환하기 위해, 변압기(90) 및/또는 적절한 전자 장치, 스위치 및/또는 인버터가 나셀(16) 내에 배치될 수도 있다. 이러한 전기 에너지는 나셀(16)로부터 전력 케이블(160)을 통해 타워(100)로 전도된다.

기어박스(46), 변압기(90) 내의 발전기(42)는, 선택적으로 메인 프레임(52)으로 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 연결된 기어박스 하우징을 포함할 수도 있다. 이러한 예에 있어서, 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 소음 발생원이 되는 것을 방지하기 위해, 지지 수단(54)을 디커플링(decoupling)시킴으로써 메인 프레임(52)에 장착될 수 있다.

선택적으로, 메인 프레임(52)은 로터(18) 및 나셀(16)의 구성요소의 중량에 의해 그리고 바람 및 회전 부하에 의해 야기되는 전체 부하를 지탱하도록 구성되며, 또한 이러한 전체 부하를 풍력 터빈(10)의 타워(100)에 도입하게 하도록 구성된다. 로터 샤프트(44), 발전기(42), 기어박스(46), 고속 샤프트(48), 커플링(50), 그리고 지지체(52)와 전방 지지 베어링(60) 및 후방 지지 베어링(62)을 포함하지만 이로써 제한되지는 않는 임의의 관련 체결 디바이스, 지지 디바이스 및/또는 고정 디바이스는 때때로 구동 트레인(64)으로서 지칭된다.

나셀(16)은 또한 풍향(28)에 대한 로터 블레이드(22)의 받음방향(perspective)을 제어하기 위해 나셀(16)을 그리고 이에 따라 또한 로터(18)를 요 축(38)을 중심으로 회전시키는 데 사용될 수 있는 요 구동 메커니즘(yaw drive mechanism)(56)을 포함할 수 있다.

풍향(28)에 대해 적절하게 나셀(16)을 위치시키기 위해, 나셀(16)은 또한 풍향계 및 풍속계를 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. 이러한 예에 있어서, 피치 시스템(32)은 적어도 부분적으로 허브(20) 내에 피치 어셈블리(66)로서 배치된다. 피치 어셈블리(66)는 하나 이상의 피치 구동 시스템(68) 및 적어도 하나의 센서(70)를 포함한다. 각각의 피치 구동 시스템(68)은, 피치 축(34)을 따르는 로터 블레이드(22)의 피치 각도를 조절하기 위해 해당 로터 블레이드(22)(도 1에 도시됨)에 결합된다. 도 2에는 3개의 피치 구동 시스템(68) 중 단 하나만이 도시되어 있다.

이러한 예에 있어서, 피치 어셈블리(66)는, 허브(20)에 결합되고 피치 축(34)을 중심으로 각각의 로터 블레이드(22)를 회전시키기 위해 각각의 로터 블레이드(22)(도 1에 도시되어 있음)에 결합되는 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 기계적 힘을 피치 구동 기어박스(76)에 부과하도록 하기 위해, 피치 구동 기어박스(76)에 결합된다. 피치 구동 기어박스(76)는, 피치 구동 피니언(78)이 피치 구동 기어박스(76)에 의해 회전하게 되도록 하기 위해, 피치 구동 피니언(78)에 결합된다. 피치 베어링(72)은, 피치 구동 피니언(78)의 회전에 의해 피치 베어링(72)의 회전이 야기되게 하기 위해, 피치 구동 피니언(78)에 결합된다.

피치 구동 시스템(68)은, 풍력 터빈 제어기(36)로부터 하나 이상의 신호를 수신할 때 로터 블레이드(22)의 피치 각도를 조정하기 위해, 풍력 터빈 제어기(36)에 결합된다. 이러한 예에 있어서, 피치 구동 모터(74)는, 전력에 의해 및/또는 피치 어셈블리(66)가 본 명세서에 기술된 바와 같이 기능할 수 있게 하는 유압 시스템에 의해 구동되는 임의의 적절한 모터이다. 대안적으로, 피치 어셈블리(66)는, 임의의 적절한 구조, 구성, 배치, 및/또는 유압 실린더, 스프링 및/또는 서보메커니즘 등을 포함하지만 이로써 한정되지는 않는 구성요소를 포함할 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 피치 구동 모터(74)는, 허브(20)의 회전 관성 및/또는 풍력 터빈(10)의 구성요소에 에너지를 공급하는 에너지 저장원(도시되어 있지 않음)으로부터 추출되는 에너지에 의해 구동된다.

피치 어셈블리(66)는 또한, 특정한 우선 순위의 상황인 경우 및/또는 로터(18)의 속도가 과도한 경우, 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. 이러한 예에 있어서, 피치 어셈블리(66)는, 풍력 터빈 제어기(36)와는 독립적으로 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위해 각각의 피치 구동 시스템(68)에 통신 가능하게 결합된 적어도 하나의 피치 제어 시스템(80)을 포함한다. 이러한 예에 있어서, 피치 제어 시스템(80)은 피치 구동 시스템(68)에 그리고 센서(70)에 결합된다. 풍력 터빈(10)의 정상 작동 중에는, 로터 블레이드(22)의 피치 각도를 조정하기 위해 풍력 터빈 제어기(36)가 피치 구동 시스템(68)을 제어할 수도 있다.

일 실시예에 따르면, 예를 들어 배터리 및 전기 커패시터를 포함하는 발전기(power generator)(84)가 허브(20)에 또는 허브(20) 내에 배치되고, 센서(70), 피치 제어 시스템(80) 및 피치 구동 시스템(68)에 결합되어 이들 구성 요소에 전원을 제공한다. 이러한 예에 있어서, 발전기(84)는 풍력 터빈(10)의 작동 중에 피치 어셈블리(66)에 지속적인 전력원을 제공한다. 대안적인 실시예에 있어서, 전원(84)은, 풍력 터빈(10)의 전력 손실 이벤트 동안에만 피치 어셈블리(66)에 전력을 제공한다. 상기 전력 손실 이벤트는, 전력 그리드 손실 또는 딥(dip), 풍력 터빈(10)의 전기 시스템의 오작동 및/또는 풍력 터빈 제어기(36)의 고장을 포함할 수도 있다. 상기 전력 손실 이벤트 중에는, 전력 손실 이벤트 동안 피치 어셈블리(66)가 작동할 수 있도록 하기 위해, 발전기(84)가 피치 어셈블리(66)에 전력을 제공하도록 작동한다.

이러한 예에 있어서, 피치 구동 시스템(68), 센서(70), 피치 제어 시스템(80), 케이블 및 발전기(84)는 각각 허브(20)의 내부 표면(88)에 의해 한정되는 공동(86) 내에 위치된다. 대안적인 실시예에 있어서, 상기 구성요소들은, 허브(20)의 외부 표면에 대해 위치가 설정되어 상기 외부 표면에 직접 또는 간접적으로 결합될 수도 있다.

도 3a는 풍력 터빈을 제어하기 위한 방법(100)의 예를 제시한다. 상기 방법은, 블록(110)에 있어서, 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하는 단계를 포함하며, 블록(120)에 있어서, 풍력 터빈에서의 순간 풍속을 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 방법(100)은, 블록(130 및 140)에 있어서, 풍력 터빈에서의 풍향 변화율 및 풍력 터빈에서의 풍속 변화율의 지표를 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 블록(150)에 있어서, 결정된 풍향 변화율 및 결정된 풍속 변화율의 지표에 적어도 부분적으로 기초하여 풍력 터빈의 피치 시스템에 대한 하나 이상의 제어 신호를 결정하는 단계를 더 포함한다.

이러한 방법(100)은, 풍력 터빈 제어 시스템, 예를 들어 도 1 및 도 2를 참조하여 앞서 설명한 바와 같은 풍력 터빈 제어기(36)에 의해 수행될 수도 있다.

블록들이 특정 순서로 제시되었지만, 일부 블록들(및 방법 단계들)의 순서가 교환될 수도 있고 일부 블록들(및 방법 단계들)이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있음은 명백할 것이다. 또한, 상기 방법은 풍력 터빈의 작동 전반에 걸쳐 실질적으로 지속적으로 수행될 수도 있음은 명백할 것이다. 측정 및 처리의 빈도는 예를 들어 0.1Hz 내지 20Hz일 수도 있다.

도 3a의 개별 블록을 참조하면, 블록(110)에 있어서 풍향 신호가 수신될 수 있다. 상기 풍향 신호는, 예를 들어 기상용 마스트(meteorological mast)로부터, 나셀에 장착된 풍향계(wind vane)로부터, 이웃한 풍력 터빈으로부터, 풍력 터빈에 또는 풍력 터빈 근처에 배치된 LIDAR 또는 SODAR로부터 수신될 수도 있다.

풍향 신호는 일부 예에서 요 오정렬 신호(yaw misalignment signal)일 수도 있다. 즉, 요 오정렬은, 풍향계 측정값 및/또는 부하 측정값(예를 들어, 요 시스템에 대한 부하)로부터 도출될 수도 있고, 인지된 오정렬에 기초하여 바람 방향이 결정될 수도 있다. 풍향의 절대값은 필요하지 않을 수도 있고, 오히려 풍향의 상대값 또는 풍향 변화율이면 충분할 수도 있다.

블록(120)에 있어서, 풍속과 관련된 신호는 직접적인 바람 측정값일 수도 있다. 일부 예에 있어서, 순간 풍속을 나타내는 신호는, 나셀 장착형 바람 측정 시스템으로부터, 예를 들어 나셀 장착형 풍속계로부터 도출된다. 대안으로, LIDAR 또는 SODAR, 또는 풍력 발전소에, 예를 들어 인접한 풍력 터빈에 배치된 풍속 측정 시스템이 사용될 수도 있다. 풍속을 측정하는 것에 대한 대안으로서, 로터 속도를 측정할 수도 있다. 로터 속도는 풍속의 지시자로서 간주될 수도 있다. 일부 예에 있어서는, 풍력 터빈의 로터 속도가 직접 측정될 수도 있고 발전기의 로터 속도가 측정될 수도 있다.

일부 예에 있어서, 순간 풍속을 나타내는 신호는 로터 속도 측정값이다. 일부 예에 있어서, 순간 풍속을 나타내는 신호는, 풍력 터빈의 전력 출력 및 블레이드의 피치 각도로부터 도출될 수도 있다. 특히, 로터 속도, 피치 각도 및 전력 출력의 조합으로부터, 풍속의 지표가 도출될 수도 있다.

블록(140)에 있어서, 풍속 변화율의 지표가 결정될 수도 있다. 이는, 예컨대 바람 가속도 및/또는 로터 속력 가속도일 수도 있다.

블록(150)에 있어서, 하나 이상의 피치 시스템에 대한 하나 이상의 제어 신호가 결정될 수도 있고, 상기 하나 이상의 제어 신호가 전술한 피치 제어 시스템으로 전송될 수도 있다. 피치 시스템(들)에 대한 제어 신호(들)는 특정 피치각속도(pitch rate)를 포함할 수도 있다. 특정 피치각속도는 "표준" 피치각속도보다 높을 수도 있다. 본원에서 표준 피치각속도는, 정상적인 표준 작동, 즉 (그리드 이벤트, 설정점 저하, 특정 고부하 케이스 및 기타 예외적인 상황이 없는 경우의) 정상 상태 전력 곡선에 따른 작동에서 변하는 바람 조건에 대해 블레이드를 조정하는 데 사용되는 피치각속도로서 간주될 수도 있다.

변화하는 풍향 및 증가하는 풍속의 조합이 감지될 때, 풍력 터빈에 대한 부하가 평소보다 더 빠르게 감소될 필요가 있을 수도 있다. 따라서, 정상일 때보다는 피치각속도가 높을 수도 있다. 피치각속도는, 여기에서는, 포지티브 피치각속도, 즉 블레이드의 받음각을 줄이고 레프트(left)를 적게 생성하기 위한 블레이드의 회전으로 간주될 수도 있다.

블레이드에 대한 부하를 줄이기 위해 피치 제어 시스템을 활성화하면, 로터 속도의 감소 및 전력 출력의 저하를 유발할 수도 있다.

예를 들어, 2022년 4월에 시행된 IEC 64100(풍력 터빈에 관한 국제 전기기술 위원회(International Electrotechnical Commission)에 의해 발행된 국제 표준)은, 설계 부하 케이스(Design Load Case) 1.4를 기술하고 있다. 설계 부하 케이스 1.4는, 풍속의 증가 및 최대 60°의 동시적 풍향 변경의 조합이다. 이러한 시나리오에 있어서, 블레이드 및 타워에 대한 부하는 현저하게 그리고 신속하게 증가될 수 있다. 이러한 시나리오를 고려하지 않은 제어 전략에서는, 풍향 변경이 시작되면, 로터 속도 감속이 먼저 감지될 수도 있으므로, 실제로 피치 각도의 감소가 유발될 수도 있다. 정상 상태 전력 곡선(steady state power curve)에 따른 "정상" 작동 또는 표준 작동에 있어서, 로터 속도 저하는, 로터 속도를 유지하도록 시도하기 위해 피치 각도의 감소 또는 발전기 토크의 감소를 유발할 수도 있다. 실제로 돌풍 또는 상대적으로 빠른 풍속 증가가 발생하면, 풍력 터빈 구성요소에 대한 부하가 허용 가능한 수준보다는 높은 수준에 도달할 수 있다.

도 3b는 제어 방법의 대안적인 예를 제시한다. 블록(110, 120, 130 및 140)들은 도 3a의 예와 동일하기 때문에, 이들 블록에 대한 이전의 설명을 참조할 수도 있다.

도 3b의 예에서는, 블록(130)에서의 결정된 풍향 변화율 및 블록(140)에서의 결정된 풍속 변화율 지표(예를 들어, 또한 로터 속도 또는 풍속 자체일 수도 있음)에 기초하여, 블록(160)에서 블레이드들 중 하나 이상에 대한 최대 굽힘 모멘트의 임계값이 변경된다. 이러한 최대 굽힘 모멘트는, 블레이드들 중 하나 이상 블레이드의 루트(root)에서의 최대 굽힘 모멘트일 수도 있다.

피치 시스템의 작동은 일반적으로 로터 속도 측정에 따를 수도 있고, 이와 함께 풍속을 기반으로 할 수도 있다. 블레이드에 대한 부하를 제한하기 위한 추가 제약이 피치 제어에 있어서 구현될 수도 있다. 이러한 부하의 제약은, 최대 (루트) 굽힘 모멘트일 수도 있다. 따라서, 피치 시스템은 최대 굽힘 모멘트의 임계값 미만으로 굽힘 모멘트를 유지하기 위해 블레이드들 중 하나 이상의 블레이드의 받음각을 감소시키도록 반응할 수도 있다. 작동 중 굽힘 모멘트는, 예컨대 플랩와이즈 부하 센서(flapwise load sensor) 및 에지와이즈 로드 센서(edgewise load sensor)로부터 도출될 수도 있다.

따라서, 특정 부하 케이스의 식별에 대한 반응의 한 가지 예는, 피치 제어 시스템이 더 신속하게 반응할 수 있도록 최대 허용 가능한 (루트) 굽힘 모멘트를 감소시키는 것일 수도 있다. 블록(170)에 있어서, 실제 굽힘 모멘트를 임계값 미만으로 유지하기 위해 블레이드가 피치(pitched)될 수 있다. 따라서, 예로서, 피치 시스템(들)에 대한 제어 신호(들)는 풍력 터빈의 하나 이상의 블레이드에 대한 부하의 하나 이상의 측정값에 기초하여 결정될 수도 있다.

예로서, 블레이드들 중 하나 이상의 블레이드에 대한 (루트) 굽힘 모멘트와 최대 (루트) 굽힘 모멘트 임계값의 비교에 기초하여 설정점이 결정될 수도 있다. 피치 시스템에 대한 제어 신호는 최대 (루트) 굽힘 임계값을 포함할 수도 있다.

특정 예에 있어서, 최대 루트 굽힘 모멘트 임계값은, 풍속 변화율이 가속도 임계값을 초과할 때 조정될 수도 있다. 구체적으로, 상기 가속도 임계값은 풍향 변화율의 함수일 수도 있다.

도 3c는 굽힘 모멘트 임계값의 저하가 트리거(trigger)될 수도 있는 때를 예시한다. 바람 가속도 임계값(180)은 풍향 변화율의 함수로서 정의될 수도 있다. 이러한 특정 예에 있어서, 풍향 변화율은 이 경우 요 오정렬 각도의 변화율로서 구현된다. 그리고, 바람 가속도에 대한 대안으로서 로터 가속도가 사용될 수도 있음은 명확할 것이다.

바람 가속도 임계값은 제1 레벨의 요 오정렬 속도(yaw misalignment rate)에 대해 제1 레벨(182)로 고정될 수도 있다. 요 오정렬 속도의 제2 범위에 대해, 바람 가속도 임계값은 세그먼트(184)를 따라 실질적으로 선형으로 감소될 수도 있다. 그리고, 더 높은 레벨의 요 오정렬 속도에 대해 제2 바람 가속도 임계값(186)이 설정될 수도 있다.

임계값(180)의 우측(또는 임계값 초과)에서 요 오정렬 속도와 바람 가속도의 조합이 발견되면, 블레이드의 최대 허용 가능한 굽힘 모멘트가 감소될 수도 있다. 최대 굽힘 모멘트의 이러한 감소는, 특정 양, 특정 백분율 및/또는 특정 속도를 감소시킴으로써 구현될 수도 있다. 임계값(180)의 좌측 또는 임계값 미만에서 요 오정렬과 바람 가속도의 조합이 발견되면, 최대 허용 가능한 굽힘 모멘트는 정상적인 정상 상태 수준(normal, steady state, level)으로 유지된다.

높은 부하로부터 풍력 터빈을 보호하기 위해 보다 보수적인 접근법이 취해질 수도 있고, 대안적인 임계값(180)을 선택함으로써, 풍력 터빈의 에너지 또는 전력 출력을 최대화하려는 시도에 있어서, 보다 공격적인 접근법이 취해질 수도 있다. 이상적으로는, 필요할 때(예컨대, DLC 1.4 부하 케이스가 실제로 발생할 때) 대안적인 제어 전략이 풍력 터빈에 의해 구현되고, DLC 1.4 부하 케이스가 발생하지 않을 때 풍력 터빈이 정상적인 제어를 유지하도록, 바람 가속도 임계값을 선택할 수도 있다.

이러한 예에 있어서, 바람(또는 로터) 가속도 임계값(180)은 풍향 변화율의 함수로서 정의되고, 굽힘 모멘트 임계값은 바람(또는 로터) 가속도가 임계값을 초과할 때 변경되는데, 이는 대안적으로 반대로 고려될 수도 있음은 명확할 것이다. 즉, 풍향 변화율에 대한 임계값은 바람(또는 로터) 가속도의 함수로서 정의될 수도 있고, 풍향 변화율이 허용되는 값보다 높을 때 블레이드에 대한 굽힘 모멘트 임계값이 낮아질 수도 있다.

굽힘 모멘트 임계값을 낮춤으로써 풍향 변화와 풍속 변화의 조합에 대한 반응을 구현하는 것은, 전력 출력을 가능한 한 크게 유지하는 특히 효과적인 방식인 것으로 밝혀졌고(피칭은 부하의 관점에서 필요한 경우에만 이루어짐), 풍력 터빈 구성요소를 손상시키지 않으면서 부하의 제어를 유지하기에 충분히 빠르게 반응하는 것으로 밝혀졌다.

타워의 바닥에서의 굽힘 부하는 특정 바람 시나리오에 따라 5~10% 감소하는 것으로 나타났다. 마찬가지로, 블레이드 루트 굽힘 모멘트도 비슷한 양만큼 감소되었다. 동시에, 부하의 제어를 유지하기 위해 블레이드의 피치를 제어함으로써, 특히 정격 풍속 또는 공칭 풍속에 가까운 풍속에서 (불필요한) 피치 작업이 감소되었다.

추가적인 양태에 있어서, 본 명세서에 개시된 임의의 방법을 수행하도록 구성된, 풍력 터빈용 제어 시스템이 제시된다. 상기 제어 시스템은, 피치 제어 시스템과는 별개인 풍력 터빈 중앙 제어기일 수도 있고, 상기 제어 시스템은 풍력 터빈 중앙 제어기와 피치 제어 시스템의 조합일 수도 있다.

풍력 터빈용 제어 시스템은, 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하고 풍력 터빈에서의 순간 풍속을 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하도록 구성될 수도 있다. 상기 제어 시스템은, 풍력 터빈에서의 풍향 변화율 및 풍력 터빈에서의 풍속 변화율의 지표를 결정하도록, 그리고 결정된 풍향 변화율 및 결정된 풍속 변화율의 지표에 적어도 부분적으로 기초하여 풍력 터빈의 피치 시스템에 대한 하나 이상의 제어 신호를 결정하도록 추가로 구성될 수도 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 일부 예에 있어서, 상기 제어 시스템은, 풍력 터빈의 블레이드에 대한 부하를 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하고 블레이드에 대한 부하에 기초하여 피치 시스템에 대한 제어 신호를 결정하도록 구성될 수도 있다.

특정 예에 있어서, 상기 제어 시스템은, 블레이드 상의 굽힘 모멘트와 최대 굽힘 모멘트 임계값의 비교에 기초하여 제어 신호(들)를 결정하도록 구성될 수도 있고, 최대 굽힘 모멘트 임계값은 풍향 변화율 및 풍속 변화율의 함수로서 결정될 수도 있다.

또 다른 추가적인 양태에 있어서, 본 발명은, 타워, 이 타워 상에 회전 가능하게 장착된 나셀, 및 전술한 제어 시스템을 포함하는 풍력 터빈을 제시한다. 상기 풍력 터빈은, 타워의 종축을 중심으로 나셀을 회전시키기 위한 요 시스템을 포함할 수도 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 일부 예에 있어서, 풍향 변화율을 도출하는 데 요 오정렬이 사용될 수도 있다.

예로서, 풍력 터빈은, 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 신호를 제어 시스템에 제공하기 위한 베인 풍속계(vane anemometer)를 포함할 수도 있다. 다른 예에 있어서, 풍력 터빈은 LIDAR를 포함할 수도 있고, 바람 조건(풍속, 난기류 등)은 LIDAR 시스템의 측정값으로부터 도출될 수도 있다. 또 다른 추가적인 예에 있어서, 풍황계측시스템(met mast)과 같은 원격 측정 시스템으로부터 바람 측정값이 제공될 수도 있다. LIDAR은 다양한 높이에서 다양한 풍향을 결정할 수도 있다. 로터 스윕 영역(rotor swept area)에 대한 풍향의 변화("풍향 순전(wind veer)")의 경우, 평균 풍향 또는 중간 풍향이 결정될 수도 있다.

일부 예에 있어서, 풍속은, 풍력 터빈의 전력 출력, 로터 속도 및 하나 이상의 풍력 터빈 블레이드의 피치 각도 중 하나 이상에 기초하여 결정될 수도 있다. 전력 출력, 로터 속도 및 피치 각도는 풍력 터빈에서 일상적으로 측정 또는 제어되는 제어 변수이다. 이러한 변수들의 조합으로부터, 풍속과 같은 바람 조건을 계산할 수 있다. 추가적인 예에 있어서, 바람 상태를 결정하기 위해 풍력 터빈이 경험하는 부하가 측정될 수도 있다.

또 다른 추가적인 양태에 있어서, 풍력 터빈을 작동시키는 방법이 제시된다. 풍력 터빈을 작동하기 위한 방법(200)의 예가 도 4에 예시되어 있다. 상기 방법은 블록(210)에 있어서 풍향을 측정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 블록(220)에 있어서 풍력 터빈에서의 풍속 및/또는 풍력 터빈의 로터 속도를 측정하는 단계를 더 포함한다.

상기 방법은, 블록(230)에서 풍력 터빈에서의 풍향 변화율을 결정하는 단계, 및 블록(240)에서 풍력 터빈에서의 풍속 및/또는 로터 속도의 변화율을 결정하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 풍속 변화율 또는 로터 속도 변화율이 가속도 임계값을 초과할 때 풍력 터빈에 대한 부하를 감소시키는 단계를 더 포함한다. 상기 가속도 임계값은, 적어도 부분적으로 풍향 변화율에 기초할 수도 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하여 앞서 언급된 바와 같이, 일부 단계 또는 블록의 순서는 교환될 수도 있다. 상기 방법(200)은 풍력 터빈의 작동 전반에 걸쳐 실질적으로 지속적으로 수행될 수도 있다.

예시된 예에 있어서, 풍력 터빈에 대한 부하를 감소시키는 단계는, 블록(250)에서 최대 (루트) 굽힘 모멘트에 대한 임계값을 변경함으로써 구현된다. 블레이드는, 블록(260)에서, 설정된 최대 굽힘 모멘트 미만으로 (루트) 굽힘 모멘트를 유지하기 위해 피칭될 수도 있다.

일부 예에 있어서, 풍속 변화율 또는 로터 속도 변화율이 가속도 임계값을 초과할 때 최대 굽힘 모멘트 임계값이 낮아질 수도 있다.

일부 예에 있어서, 풍력 터빈에 대한 부하를 감소시키는 단계는, 풍력 터빈의 블레이드를 정상 피치각속도보다는 높은 피치각속도로 피칭하는 것을 포함한다.

일부 예에 있어서, 풍력 터빈에서의 풍향을 측정하는 단계는, 나셀 장착형 풍향계(wind vane)를 사용하여 풍향을 측정하는 것을 포함할 수도 있다. 이러한 풍향계의 사용에 대한 대안은 본 명세서 전반에 걸쳐 이미 논의된 바 있다.

또한, 당업자는, 본 명세서에서의 개시 내용과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈 및 알고리즘 단계가 전자 하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어 또는 이들 양자의 조합으로 구현될 수도 있음을 이해할 것이다. 하드웨어와 소프트웨어의 이러한 호환성을 명확하게 설명하기 위해, 다양한 예시적인 구성요소, 블록, 모듈, 회로 및 단계가 해당 기능 측면에서 일반적으로 앞에서 설명되었다. 이러한 기능이 하드웨어로 구현되는지 또는 소프트웨어로 구현되는지 여부는, 전체 시스템에 부과되는 설계 제약 조건 및 특정 용례에 따라 좌우된다. 숙련된 기술자는, 각각의 특정 용례에 대해 다양한 방식으로 앞서 설명된 기능을 구현할 수도 있다.

본 명세서에서의 개시 내용과 관련하여 설명된 다양한 예시적인 논리 블록, 모듈 및 알고리즘은, 하나 이상의 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 클라우드 컴퓨팅 아키텍처, ASIC(application specific integrated circuit), 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 프로그램 가능한 논리 제어기(PLC) 또는 기타 프로그램 가능한 논리 장치, 이산 게이트 또는 트랜지스터 로직, 이산 하드웨어 부품 또는 본원에 설명된 기능을 수행하도록 설계된 이들의 조합으로 구현될 수도 있고 수행될 수도 있다. 범용 프로세서는 마이크로프로세서일 수도 있지만, 대안으로서 상기 범용 프로세서는 임의의 기존 프로세서, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러 또는 상태 머신(state machine)일 수도 있다. 프로세서는, 또한, 컴퓨팅 장치의 조합으로서, 예를 들어 DSP와 마이크로프로세서, 복수의 마이크로프로세서, DSP 코어와 결합된 하나 이상의 마이크로프로세서, 또는 임의의 다른 전술한 구성의 조합으로 구현될 수도 있다.

본 발명은 또한 본 명세서에 개시된 임의의 방법을 수행하도록 되어 있는 컴퓨팅 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 또한, 실행될 때 본원에 개시된 임의의 방법을 수행하는 명령어(코드)를 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

상기 컴퓨터 프로그램은, 부분적으로 컴파일된 형태 또는 프로세스의 구현에 사용하기에 적합한 임의의 다른 형태와 같은 소스 코드, 객체 코드, 소스 코드와 객체 코드의 중간적인 코드의 형태일 수도 있다. 캐리어(carrier)는 컴퓨터 프로그램을 운반할 수 있도록 하는 임의의 엔티티(entity) 또는 장치일 수도 있다.

소프트웨어/펌웨어로 구현되는 경우, 해당 기능은 컴퓨터 판독 가능 매체에 하나 이상의 명령어 또는 코드로서 저장 또는 전송될 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는, 컴퓨터 저장 매체와, 컴퓨터 프로그램을 하나의 위치에서 다른 위치로 쉽게 전송할 수 있도록 하는 임의의 매체를 포함하는 통신 매체 양자 모두를 포함한다. 저장 매체는, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 사용 가능한 매체일 수도 있다. 한정하는 것이 아닌 예로서, 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는, RAM, ROM, EEPROM, CD/DVD 또는 기타 광 디스크 저장장치, 자기 디스크 저장장치 또는 기타 자기 저장 디바이스, 또는 원하는 프로그램 코드 수단을 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 저장하고 유지하는 데 사용될 수 있고 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터 또는 범용 프로세서 또는 특수 목적 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 모든 연결은 컴퓨터 판독 가능 매체라고 적절히 지칭될 수 있다. 예를 들어, 소프트웨어/펌웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스티드 페어(twisted pair), 디지털 가입자 회선(DSL) 또는 적외선, 무선통신, 마이크로파와 같은 무선 기술을 사용하여 웹 사이트, 서버 또는 기타 원격 소스로부터 전송되는 경우, 이때 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스티드 페어, DSL 또는 적외선, 무선통신 및 마이크로파와 같은 무선 기술이 매체의 정의에 포함된다. 디스크는, 본원에서 사용될 때, 컴팩트 디스크(CD), 레이저 디스크, 광 디스크, 디지털 다용도 디스크(DVD), 플로피 디스크 및 블루레이 디스크를 포함하며, 이때 디스크는 보통 데이터를 자기적으로 재생하지만 디스크는 레이저를 이용하여 광학적으로 데이터를 재생할 수도 있다. 이상의 조합은 또한 컴퓨터 판독 가능 매체의 범위에 포함되어야 한다.

단지 다수의 예만이 본 명세서에 개시되었지만, 다른 대안, 수정, 사용 및/또는 그 등가물이 가능하다. 더욱이, 설명된 예들의 모든 가능한 조합도 포괄한다. 따라서, 본 발명의 범위는, 특정 예에 의해 제한되어서는 안 되며, 이하의 청구범위를 공정하게 해석함으로써만 결정되어야 한다.

Claims

풍력 터빈을 제어하기 위한 방법(100)으로서,
풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 풍향 신호를 수신하는 단계(110);
풍력 터빈에서의 순간 풍속을 나타내는 하나 이상의 신호를 수신하는 단계(120);
풍력 터빈에서의 풍향 변화율을 결정하는 단계(130) 및 풍력 터빈에서의 풍속 변화율의 지표(indication)를 결정하는 단계(140); 및
결정된 풍향 변화율 및 결정된 풍속 변화율의 지표에 적어도 부분적으로 기초하여 풍력 터빈의 피치 시스템에 대한 하나 이상의 제어 신호를 결정하는 단계(150)
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 피치 시스템에 대한 제어 신호는 특정 피치각속도(pitch rate)를 포함하는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 신호는 최대 부하의 지표를 포함하고, 상기 피치 시스템에 대한 설정점은, 최대 부하의 지표와 풍력 터빈의 하나 이상의 블레이드에 대한 하나 이상의 부하 측정값의 비교에 기초하여 결정되는 것인 방법.
제3항에 있어서, 상기 피치 시스템에 대한 설정점은 하나 이상의 블레이드에 대한 굽힘 모멘트와 최대 굽힘 모멘트 임계값의 비교에 기초하여 결정되는 것인 방법.
제4항에 있어서, 상기 최대 굽힘 모멘트 임계값은, 풍속 변화율이 가속도 임계값(180)보다 높을 때 조정되는 것인 방법.
제5항에 있어서, 상기 가속도 임계값(180)은 풍향 변화율의 함수인 것인 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 순간 풍속을 나타내는 신호는 로터 속도 측정값인 것인 방법.
제7항에 있어서, 상기 순간 풍속을 나타내는 신호는 풍력 터빈의 전력 출력 및 블레이드의 피치 각도로부터 도출되는 것인 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 순간 풍속을 나타내는 신호는 나셀 장착형 바람 측정 시스템으로부터 도출되는 것인 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 신호는 요 오정렬 신호(yaw misalignment signal)인 것인 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 순간 풍향을 나타내는 신호는 나셀 장착형 풍향계(wind vane)로부터 도출되는 것인 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된, 풍력 터빈용 제어 시스템.
타워, 이 타워에 회전 가능하게 장착된 나셀, 및 제12항의 제어 시스템을 포함하는 풍력 터빈.
제13항에 있어서,
상기 풍력 터빈에서의 순간 풍향을 나타내는 신호를 상기 제어 시스템에 제공하기 위한 풍향계
를 더 포함하는 풍력 터빈.
제13항 또는 제14항에 있어서,
나셀 장착형 풍속계
를 더 포함하는 풍력 터빈.