WO2013032135A1 - 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템 및 방법 - Google Patents

풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템 및 방법 Download PDF

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김성호
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a wind generator, and more particularly, to a system and method for detecting icing of a blade in a wind generator.
  • a wind generator converts wind energy into mechanical energy to drive power by driving the generator.
  • Wind power generators are environmentally friendly generators, which are simple in structure and simple to install, and are increasing in recent years.
  • Another object of the present invention is to provide an icing detection system and method for a wind generator blade which can reduce costs by using existing equipment as it is.
  • a pitch control system having a pitch motor for individually controlling the pitch of at least two blades;
  • An icing detection system for a blade of a wind generator including a main control unit having an icing detection unit for detecting whether the blade is iced by using the motor current signal of each pitch motor output from the pitch control system is provided.
  • the icing detection unit detects icing by checking whether there is an imbalance between the motor current signals.
  • the pitch control system includes a blade control unit for individually controlling the pitch of each blade, wherein the blade control unit includes a hydraulic actuator for driving a corresponding blade, a pump for providing hydraulic pressure to the hydraulic actuator, and driving the pump. And a motor controller that controls the motor and outputs the motor current signal, and a displacement sensor that measures a displacement corresponding to the pitch change of the blade and feeds it back to the motor controller.
  • the motor current signal may be an electrical signal corresponding to the current required for the pitch motor to drive the corresponding blade.
  • the main controller receives a pitch motor current signal corresponding to each blade from the pitch control system of the blade; And a main controller checking whether there is an imbalance between the pitch motor current signals.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a blade icing detection system for a wind generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram schematically showing the configuration of the pitch control system shown in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a first blade controller illustrated in FIG. 2.
  • Figure 4 is a flow chart illustrating a icing detection method for a blade of a wind generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of the icing detection system for the blades of the wind generator according to an embodiment of the present invention.
  • the icing detection system 100 for a blade of a wind generator includes a pitch control system 110 and a main controller 120.
  • the pitch control system 110 is a system for controlling the pitch of the blades.
  • Pitch control system 110 transmits the current signal of the pitch motor to main controller 120.
  • the pitch control system 110 includes a first blade controller 111, a second blade controller 112, and a third blade controller 113.
  • the first blade control unit 111 controls the pitch of the first blade B1 and simultaneously transmits the first motor current signal to the main controller (reference numeral 120 of FIG. 1).
  • the second blade controller 112 controls the pitch of the second blade B2 and simultaneously transmits the second motor current signal to the main controller 120 (see FIG. 1).
  • the third blade controller 113 controls the pitch of the third blade B3 and simultaneously transmits a third motor current signal to the main controller 120 (see FIG. 1).
  • the 1st blade control part 111 is equipped with the actuator 111a, the pump 111b, the motor 111c, the motor controller 111d, and the displacement sensor 111e.
  • the first blade control unit 111 controls the pitch of the first blade B1 and simultaneously transmits the first motor current signal to the main controller (reference numeral 120 of FIG. 1).
  • the actuator 111a changes the pitch of the first blade B1.
  • a hydraulic actuator is used as the actuator 111a.
  • the pump 111b supplies the appropriate hydraulic pressure to the actuator 111a.
  • the motor 111c drives the pump 111b as an electric motor so that the appropriate hydraulic pressure is supplied to the actuator 111a.
  • the motor controller 111d outputs a control signal to the motor 111c.
  • the motor controller 111d transmits a first motor current signal, which is an electrical signal corresponding to the driving current required for the motor 111c, to the main controller (reference numeral 120 of FIG. 1).
  • the displacement sensor 111e feeds back the displacement signal of the actuator 111a to the motor controller 111d.
  • LVDT Linear Variable Differential Transformer
  • the main controller 120 includes an icing detector 121.
  • the icing detection unit 121 determines whether the blade is icing using the current signal of the pitch motor transmitted from the pitch control system 110. In more detail, the icing detection unit 121 compares the first motor current signal, the second motor current signal, and the third motor current signal transmitted from the pitch control system 110 to compare the three motor current signals. If it is confirmed that an imbalance exists, it is determined that icing has occurred. That is, when icing occurs on the blades, the current provided to the pitch motor for the pitch control changes, and this change in current leads to an imbalance between the current signals of each pitch motor.
  • the icing detection method for a blade of a wind generator includes a motor current signal input step S10, a difference calculation step S20, an unbalance presence check step S30, and an icing detection step S40. ).
  • Each step is performed by the icing detection unit 121 of the main controller (reference numeral 120 of FIG. 1).
  • the main controller 120 includes a central processing unit (microprocessor) and a memory device.
  • a current signal of each pitch motor is received from the pitch system (110 in FIG. 1).
  • the unbalance presence checking step S30 if the difference value between the signals calculated in the difference calculation step S20 between the motor currents is larger than the reference value, it is determined that there is an unbalance, otherwise it is determined that there is no unbalance. If it is determined that there is no imbalance, the motor current signal input step S10 is performed again.
  • the icing detection step (S40) is performed. In the icing detection step (S40), it is determined that icing has occurred in the blade and informs of this.
  • the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that even in the case of a wind generator having two or four or more blades, the icing of the blades can be detected in the same manner by applying the method of the embodiment with the three blades described above.

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Abstract

본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로서, 특히 풍력 발전기에서 블레이드의 착빙을 검출하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 적어도 2개의 블레이드의 피치를 개별적으로 제어하는 피치 모터를 구비하는 피치 제어 시스템; 상기 피치 제어 시스템으로부터 출력되는 상기 각 피치 모터의 모터 전류 신호를 이용하여 블레이드의 착빙 여부를 검출하는 착빙 검출부를 구비하는 주 제어부를 포함하는 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템이 제공된다.

Description

풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템 및 방법
본 발명은 풍력 발전기에 관한 것으로서, 특히 풍력 발전기에서 블레이드의 착빙을 검출하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
풍력 발전기는 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 발전기를 구동시킴으로써 전력을 얻는다. 풍력 발전기는 친환경적인 발전기로서 구조가 단순하고 설치가 간단하여 최근 사용이 증가하고 있다.
외부 온도가 저하될 경우, 공기 중의 과냉각 물방울 또는 수중기 등이 풍력 발전기의 블레이드에 충돌하여 동결이 발생함으로써, 블레이드에 착빙이 발생한다. 블레이드에 착빙이 발생하면 블레이드의 무게가 증가하고 블레이드로부터 떨어지는 얼음은 각종 안전사고의 원인이 될 수 있으므로, 블레이드 착빙 발생을 감지할 필요가 있다. 종래에는 블레이드 착빙을 검출하기 위하여 블레이드에 착빙 감지를 위한 별도의 센서를 이용하는 검출 시스템을 설치하여 사용하고 있다. 하지만, 이러한 종래의 블레이드 착빙 검출 방식은 착빙 감지를 위한 별도의 센서를 구비해야 하는 등 고가의 추가적인 장비가 필요하므로 개선이 요구된다.
본 발명의 목적은 풍력 발전기의 블레이드에 발생하는 착빙을 검출하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기존의 장비를 그대로 사용함으로써 비용을 절감할 수 있는 풍력 발전기 블레이드용 착빙 검출 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일측면에 따르면, 적어도 2개의 블레이드의 피치를 개별적으로 제어하는 피치 모터를 구비하는 피치 제어 시스템; 상기 피치 제어 시스템으로부터 출력되는 상기 각 피치 모터의 모터 전류 신호를 이용하여 블레이드의 착빙 여부를 검출하는 착빙 검출부를 구비하는 주 제어부를 포함하는 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템이 제공된다.
상기 착빙 검출부는 상기 모터 전류 신호들 사이의 불균형 존재 여부를 확인하여 착빙 여부를 검출할 수 있다.
상기 피치 제어 시스템은 각 블레이드의 피치를 개별적으로 제어하기 위한 블레이드 제어부를 구비하며, 상기 블레이드 제어부는 대응하는 블레이드를 구동시키는 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터에 유압을 제공하는 펌프와, 상기 펌프를 구동시키는 모터와, 상기 모터를 제어하며 상기 모터 전류 신호를 출력하는 모터 제어기와, 상기 블레이드의 피치 변화에 대응하는 변위를 측정하고 이를 상기 모터 제어기로 피드백하는 변위 센서를 구비할 수 있다.
상기 모터 전류 신호는 상기 대응하는 블레이드를 구동시키기 위해 상기 피치 모터에 필요한 전류에 대응하는 전기 신호일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 주 제어기가 블레이드의 피치 제어 시스템으로부터 각 블레이드에 대응하는 피치 모터 전류 신호를 입력 받는 단계; 및 주 제어기가 상기 피치 모터 전류 신호들 사이에 불균형이 존재하는지 여부를 확인하는 단계를 포함하는 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 피치 제어 시스템으로부터 출력되는 각 피치 모터 전류 신호를 이용하여 블레이드의 착빙 여부를 판단하므로, 기존의 장비를 그대로 사용하게 되어 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 피치 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 블레이드 제어부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 방법을 도시한 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템(100)은 피치 제어 시스템(110)과, 주 제어기(120)을 포함한다. 피치 제어 시스템(110)은 블레이드의 피치를 제어하는 시스템이다. 피치 제어 시스템(110)은 피치 모터의 전류 신호를 주 제어기(120)로 전달한다.
도 2에는 도 1에 도시된 피치 제어 시스템(110)의 개략적인 구성이 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 피치 제어 시스템(110)은 제1 블레이드 제어부(111)와, 제2 블레이드 제어부(112)와, 제3 블레이드 제어부(113)를 구비한다. 제1 블레이드 제어부(111)는 제1 블레이드(B1)의 피치를 제어함과 동시에 제1 모터 전류 신호를 주 제어기(도 1의 도면부호 120)로 전달한다. 제2 블레이드 제어부(112)는 제2 블레이드(B2)의 피치를 제어함과 동시에 제2 모터 전류 신호를 주 제어기(도 1의 도면부호 120)로 전달한다. 제3 블레이드 제어부(113)는 제3 블레이드(B3)의 피치를 제어함과 동시에 제3 모터 전류 신호를 주 제어기(도 1의 도면부호 120)로 전달한다.
도 3에는 도 2에 도시된 제1 블레이드 제어부(111)의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 제1 블레이드 제어부(111)는 액추에이터(111a)와, 펌프(111b)와, 모터(111c)와 모터 제어기(111d)와, 변위 센서(111e)를 구비한다. 제1 블레이드 제어부(111)는 제1 블레이드(B1)의 피치를 제어함과 동시에 제1 모터 전류 신호를 주 제어기(도 1의 도면부호 120)로 전달한다. 액추에이터(111a)는 제1 블레이드(B1)의 피치를 변화시킨다. 액추에이터(111a)로는 유압 액추에이터가 사용된다. 펌프(111b)는 액추에이터(111a)에 적절한 유압을 공급한다. 모터(111c)는 전기 모터로서 펌프(111b)를 구동시켜서 액추에이터(111a)에 적절한 유압이 공급되도록 한다. 모터 제어기(111d)는 모터(111c)에 제어신호를 출력한다. 또한, 모터 제어기(111d)는 모터(111c)에 필요한 구동 전류에 대응하는 전기 신호인 제1 모터 전류 신호를 주 제어기(도 1의 도면부호 120)로 전달한다. 변위 센서(111e)는 액추에이터(111a)에 의한 변위 신호를 모터 제어기(111d)를 피드백한다. 변위 센서(111e)로는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)가 사용될 수 있다.
제2 블레이드 제어부(112)와 제3 블레이드 제어부(113)의 구성 및 작용은 도 3에 도시된 제1 블레이드 제어부(111)의 구성 및 작용과 대응하여 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다시 도 1을 참조하면, 주 제어기(120)는 착빙 검출부(121)를 구비한다. 착빙 검출부(121)는 피치 제어 시스템(110)으로부터 전달된 피치 모터의 전류 신호를 이용하여 블레이드의 착빙 여부를 판단한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 착빙 검출부(121)는 피치 제어 시스템(110)으로부터 전달된 제1 모터 전류 신호와, 제2 모터 전류 신호와, 제3 모터 전류 신호를 비교하여 3개의 모터 전류 신호 사이에 불균형이 존재하는 것으로 확인되면, 착빙이 발생한 것으로 판단한다. 즉, 블레이드에 착빙이 발생하면 피치 제어를 위해 피치 모터에 제공되는 전류가 변하게 되고, 이러한 전류의 변화는 각 피치 모터의 전류 신호 사이의 불균형으로 이어지게 되는 것이다.
도 4에는 도 1 내지 도 3을 통해 도시된 착빙 검출 시스템을 이용한 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 방법이 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 방법은 모터 전류 신호 입력 단계(S10)와, 모터 전류 사이 차이 계산 단계(S20)와, 불균형 존재 확인 단계(S30)와, 착빙 감지 단계(S40)를 포함한다. 각 단계는 주 제어기(도 1의 도면부호 120)의 착빙 검출부(121)를 통해 수행된다. 이를 위하여, 주 제어기(도 1의 도면부호 120)은 중앙처리장치(마이크로프로세서)와 메모리장치를 구비한다.
모터 전류 신호 입력 단계(S10)에서는 피치 시스템(도 1의 도면부호 110)으로부터 각 피치 모터의 전류 신호를 입력받는다.
모터 전류 사이 차이 계산 단계(S20)에서는 제1 모터 전류 신호와 제2 모터 전류 신호 사이의 차이, 제2 모터 전류 신호와 제3 모터 전류 신호 사이의 차이, 제3 모터 전류와 제1 모터 전류 신호 사이의 차이를 각각 계산한다.
불균형 존재 확인 단계(S30)에서는 모터 전류 사이 차이 계산 단계(S20)에서 계산된 각 신호 사이의 차이 값이 기준 값보다 크면 불균형이 존재하는 것으로 판단하고, 그렇지 않으면 불균형이 존재하지 않는 것으로 판단한다. 불균형이 존재하지 않는 것으로 판단되면 모터 전류 신호 입력 단계(S10)를 다시 수행하게 된다.
불균형 존재 확인 단계(S30)에서 불균형이 존재하는 것으로 판단되면, 착빙 감지 단계(S40)를 수행한다. 착빙 감지 단계(S40)에서는 블레이드에 착빙이 발생한 것으로 판단하여 이를 알려준다.
상기 실시예에서는 풍력 발전기가 3개의 블레이드를 구비하는 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 2개 또는 4개 이상의 블레이드를 구비하는 풍력 발전기의 경우에도 상기 설명한 3개의 블레이드를 구비하는 실시예의 방식을 적용하여 동일하게 블레이드의 착빙을 검출할 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.
이상 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 당업자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 적어도 2개의 블레이드의 피치를 개별적으로 제어하는 피치 모터를 구비하는 피치 제어 시스템;
    상기 피치 제어 시스템으로부터 출력되는 상기 각 피치 모터의 모터 전류 신호를 이용하여 블레이드의 착빙 여부를 검출하는 착빙 검출부를 구비하는 주 제어부를 포함하는 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 착빙 검출부는 상기 모터 전류 신호들 사이의 불균형의 존재 여부를 확인하여 착빙 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 피치 제어 시스템은 각 블레이드의 피치를 개별적으로 제어하기 위한 블레이드 제어부를 구비하며,
    상기 블레이드 제어부는 대응하는 블레이드를 구동시키는 유압 액추에이터와, 상기 유압 액추에이터에 유압을 제공하는 펌프와, 상기 펌프를 구동시키는 모터와, 상기 모터를 제어하며 상기 모터 전류 신호를 출력하는 모터 제어기와, 상기 블레이드의 피치 변화에 대응하는 변위를 측정하고 이를 상기 모터 제어기로 피드백하는 변위 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 모터 전류 신호는 상기 대응하는 블레이드를 구동시키기 위해 상기 피치 모터에 필요한 전류에 대응하는 전기 신호인 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 시스템.
  5. 주 제어기가 블레이드의 피치 제어 시스템으로부터 각 블레이드에 대응하는 피치 모터 전류 신호를 입력받는 단계; 및
    주 제어기가 상기 피치 모터 전류 신호들 사이에 불균형이 존재하는지 여부를 확인하는 단계를 포함하는 풍력 발전기의 블레이드용 착빙 검출 방법.
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