WO2018048064A1 - 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치와 이를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치와 이를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a wind turbine.
  • the wind turbine is a device for generating power by facing the rotating blades in the wind blowing direction.
  • the conventional wind turbine includes a vertical shaft 11, a nacelle 12 provided at an upper end of the vertical shaft 11, and a plurality of rotating blades 13 provided in front of the nacelle 12. And a hub 14 forming a rotation center of the plurality of rotary blades 13. Accordingly, when the rotary blade 13 is rotated by the wind, the rotating shaft of the hub 14 is rotated together to generate electricity in the nacelle 12.
  • a wind speed wind vane 15 capable of measuring wind speed and wind direction is installed perpendicular to the upper surface of the cover of the nacelle 12.
  • the existing wind turbine is directly affected by the wake generated by the rotation of the rotary blade 13 because the wind vane 15 is located on the cover of the nacelle 12 located behind the rotary blade 13.
  • precise wind speed and direction measurement is difficult to receive.
  • there is a limit in matching the blowing direction of the wind and the direction of the rotating shaft that is, there is a limit in aligning the rotary blade 13 in the wind blowing direction, there is a problem that the power generation efficiency of the wind turbine is inferior .
  • the technical problem of this invention is providing the wind speed wind speed measuring apparatus for wind turbines which can measure a wind speed and a wind direction precisely.
  • Another technical problem of the present invention is to provide a yaw control device and a control method of a wind turbine capable of improving power generation efficiency by aligning a rotating blade in a direction in which the wind is blown by precise measurement of wind speed and wind direction.
  • the wind speed wind speed measuring apparatus for a wind turbine including a plurality of rotary blades, and a hub having a nose cone is provided at the rotation center of the plurality of rotary blades Wind direction wind speed measuring device for a wind turbine to be used, which is provided in the nose cone.
  • Wind wind speed measuring apparatus for a wind turbine according to an embodiment of the present invention described above, the first ultrasonic sensor for oscillating the first ultrasonic wave and receiving the second ultrasonic wave; A second ultrasonic sensor which transmits the second ultrasonic waves and receives the first ultrasonic waves; A third ultrasonic sensor for oscillating a third ultrasonic wave in a first direction crossing the first ultrasonic wave and receiving a fourth ultrasonic wave in a second direction opposite to the first direction; And a fourth ultrasonic sensor for oscillating the fourth ultrasonic wave in the second direction and receiving the third ultrasonic wave in the first direction, wherein the first and second ultrasonic sensors are oscillations of the first ultrasonic wave.
  • a first wind speed in the same direction as the direction can be measured, and the third and fourth ultrasonic sensors can measure a second wind speed in the same direction as the oscillation direction of the third ultrasonic waves.
  • It may further include a support for supporting the first, second, third and fourth ultrasonic sensors to the nose cone, the first, second, third and fourth ultrasonic sensors, the support and the hub
  • the axis of rotation can lie on one plane.
  • the support unit the central support shaft which is provided in the nose cone and is aligned with the axial direction of the rotation axis; A first support member branched at an end of the central support shaft and supporting the first ultrasonic sensor and the fourth ultrasonic sensor; And a second support member branched to an end of the central support shaft and supporting the second ultrasonic sensor and the third ultrasonic sensor.
  • the first support member may include a first branch portion branched from the central support shaft; And a first mounting portion provided at an end of the first branch portion and supporting the first ultrasonic sensor and the fourth ultrasonic sensor at both ends, wherein the second supporting member is branched from the central support shaft.
  • Each of the first and second mounting units may be provided with a heating wire for preventing freezing.
  • the oscillation direction of the first ultrasonic wave and the oscillation direction of the third ultrasonic wave may lie on the same line.
  • the yaw control device of the wind turbine according to another embodiment of the present invention, the yaw control device of the wind turbine using the wind direction wind speed measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, the wind speed measured in the wind speed measuring apparatus
  • a control unit for controlling the yaw angle of the rotating shaft by using the speed of the transverse wind calculated by the calculating unit.
  • the calculating unit may calculate the speed of the axial wind and the speed of the transverse wind through Equations 1 and 2 below.
  • Is the first wind speed measured by the wind direction wind speed measuring apparatus Is the second wind speed measured by the wind direction wind speed measuring apparatus, and ⁇ is and 1/2 of the angle between, ⁇ is the angle of rotation of the nose cone, and Is parallel to the ground ⁇ is "0" degrees,
  • the speed of the transverse wind ( ) May use the average value of the values of ⁇ in the degrees "0" and "180".
  • the control unit may determine whether an absolute value of the speed of the transverse wind is smaller than an allowable reference value; And adjusting the yaw angle when the absolute value of the velocity of the transverse wind is greater than or equal to the reference value.
  • the yaw angle of the rotating shaft may be controlled in a direction in which the magnitude of the velocity of the transverse wind is reduced.
  • the control unit may further include starting a pitch angle adjustment of the blade to interlock with the axial wind when the absolute value of the velocity of the transverse wind is smaller than the reference value.
  • the yaw control method of the wind turbine according to another embodiment of the present invention the yaw control method of the wind turbine using the yaw control device of the wind turbine according to another embodiment of the present invention described above, the first and Measuring a second wind speed; Calculating the speed of the axial wind and the speed of the transverse wind by using the measured first and second wind speeds; And controlling the yaw angle of the rotating shaft by using the calculated velocity of the transverse wind.
  • the wind speed wind speed measuring apparatus for the wind turbine according to the embodiments of the present invention and the yaw control device and control method of the wind turbine using the same can have the following effects.
  • the wind speed wind speed measuring apparatus for the wind turbine since the wind speed wind speed measuring apparatus for the wind turbine provides a technical configuration provided in the nose cone of the hub of the wind turbine, the wind speed wind speed measuring apparatus for the wind turbine is generated after the wake generated by the rotation of the rotary blades. Unaffected, precise wind and wind direction measurements can be made.
  • the wind speed wind speed measuring apparatus for a wind turbine according to an embodiment of the present invention described above, a calculation unit, and a control unit, the wind turbine wind speed measuring apparatus provided in the nose cone Measure the first and second wind speeds in the direction intersecting with each other, calculate the speed of the axial wind and the speed of the transverse wind by using the first and second wind speeds, and calculate the rotational axis using the speed of the axial wind and the transverse wind. It provides a technical configuration that can control the yaw angle and the pitch angle of the rotating blade, so that the speed of the axial wind and the transverse wind can be precisely measured without being affected by the wake of the rotating blade. By being aligned as oppositely as possible in the coming direction, the power generation efficiency of the wind turbine can be improved.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a conventional wind turbine.
  • FIG. 2 is a plan view schematically illustrating a state in which a wind direction wind speed measuring apparatus for a wind turbine according to an embodiment of the present invention is provided in a nose cone.
  • FIG. 2 is a plan view schematically illustrating a state in which a wind direction wind speed measuring apparatus for a wind turbine according to an embodiment of the present invention is provided in a nose cone.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the wind direction wind speed measuring apparatus for the wind turbine of FIG. 2.
  • Figure 4 is a block diagram schematically showing a yaw control device of a wind turbine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a vector synthesis between the speeds of the axial wind and the transverse wind and the first and second wind speeds measured by the wind direction wind speed measuring apparatus.
  • FIG. 6 is a front view schematically illustrating a state in which the nose cone of FIG. 2 is rotated by a rotation angle ⁇ .
  • FIG. 7 is a graph showing the speeds of the axial wind and the transverse wind that are kept constant and the first and second wind speeds that change according to the rotation angle of the nose cone.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a yaw angle control method of a wind turbine according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view schematically illustrating a state in which a wind turbine wind velocity measuring apparatus for a wind turbine is provided in a nose cone
  • FIG. 3 is an enlarged view of the wind turbine wind velocity measuring apparatus of FIG. 2. .
  • Wind wind speed measuring apparatus 110 for a wind turbine is provided in the rotation center of the plurality of rotary blades 10, a plurality of rotary blades 10
  • a wind turbine wind direction measuring apparatus for a wind turbine including a hub 20 having a nose cone 21, which is provided in the nose cone 21.
  • the wind turbine wind velocity measuring apparatus 110 may be provided at the front center of the nose cone (21).
  • the wind speed wind speed measuring apparatus 110 for the wind turbine of the present invention may not be affected by the wake generated by the rotation of the rotary blade 10, so that accurate wind speed and wind direction measurement may be possible.
  • the wind turbine wind velocity measuring apparatus 110 according to an embodiment of the present invention described above, as shown in Figures 2 and 3, the first ultrasonic sensor 114, the second ultrasonic sensor 115. ), A third ultrasonic sensor 116, and a fourth ultrasonic sensor 117.
  • the first ultrasonic sensor 114 oscillates the first ultrasonic wave and receives the second ultrasonic wave from the second ultrasonic sensor 115, and the second ultrasonic sensor 115 transmits the second ultrasonic wave and the first ultrasonic sensor 114.
  • the third ultrasonic sensor 116 oscillates the third ultrasonic wave in a first direction crossing the first ultrasonic wave, and from the fourth ultrasonic sensor 117 in a second direction opposite to the first direction
  • the fourth ultrasonic wave oscillated in the second direction, and the fourth ultrasonic sensor 117 oscillates the fourth ultrasonic wave in the second direction and receives the third ultrasonic wave oscillated in the first direction from the third ultrasonic sensor 116.
  • the first and second ultrasonic sensors 114 and 115 may have a first wind speed in the same direction as the oscillation direction of the first ultrasonic waves.
  • the third and fourth ultrasonic sensors 116 and 117 may measure the second wind velocity () in the same direction as the oscillation direction of the third ultrasonic waves. ) Can be measured.
  • the wind speed wind speed measuring apparatus 110 for a wind turbine according to the present invention may include first and second wind speeds in a direction crossing each other, as shown in FIG. 3. ) ( ) Can be detected.
  • the difference between the time when the second ultrasonic wave reaches the first ultrasonic sensor 114 and the time when the first ultrasonic wave reaches the second ultrasonic sensor 115 using the propagation speed of the sound wave depends on the wind speed.
  • the first wind speed ( ) the difference between the time when the fourth ultrasonic wave reaches the third ultrasonic sensor 116 and the time when the third ultrasonic wave reaches the fourth ultrasonic sensor 117.
  • the second wind speed ( ) Can be measured. This is the same as the measurement principle of the conventional ultrasonic anemometer, so a detailed description thereof will be omitted.
  • the first, second, third and fourth ultrasonic sensors may further include a support (A) for supporting the 114, 115, 116, 117 to the nose cone (21).
  • the first, second, third and fourth ultrasonic sensors 114, 115, 116, 117, support A, and the axis of rotation S of the hub 20 may lie on one plane. Can be.
  • the oscillation direction of the first ultrasonic wave and the oscillation direction of the second ultrasonic wave lie on the same line L.
  • the third and fourth ultrasonic sensors 114, 115, 116, and 117, the support part (not shown), and the rotation axis (see SD) of the hub 20 may be placed on the same line L.
  • the axis of rotation (Fig. 2) S) is difficult to make precise measurement due to the wind blowing in the axial direction (SD of FIG. 2), but the wind blowing in the direction horizontal to the ground while being perpendicular to the axis of rotation S is insignificant.
  • the first and third ultrasound waves intersect on the extension line SD of the rotational axis S (see SD).
  • the support part A may include a center support shaft 111, a first support member 112, and a second support member 113, as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the central support shaft 111 is provided in the nose cone 21 and is disposed to coincide with the axial direction SD of the rotation shaft S, and the first support member 112 is branched at the end of the central support shaft 111 and is formed.
  • the first ultrasonic sensor 114 and the fourth ultrasonic sensor 117 are supported, and the second supporting member 113 is branched at the end of the central support shaft 111 and the second ultrasonic sensor 115 and the third ultrasonic sensor are supported.
  • Support 116 In particular, as shown in FIGS. 2 and 3, the first and second support members 112 and 113 may have a symmetrical shape with respect to the central support shaft 111 so as to lie in one plane. .
  • the first support member 112 is provided at the first branch portion 112a branched from the central support shaft 111 and at the ends of the first branch portion 112a. It may include a first mounting portion (112b) for supporting the first ultrasonic sensor 114 and the fourth ultrasonic sensor 117 at both ends, the second support member 113, the central support shaft 111
  • the second mounting portion 113b provided at the ends of the second branch portion 113a and the second branch portion 113a branched from and supporting the second ultrasonic sensor 115 and the third ultrasonic sensor 116 at both ends thereof, respectively. It may include.
  • each of the first and second mounting parts 112b and 113b may be provided with a heating wire 119 for preventing ice in winter.
  • a heating wire 119 for preventing ice in winter.
  • two anti-icing heating wires 119 may be provided in the first mounting part 112b, but may be provided adjacent to the first and fourth ultrasonic sensors 114 and 117, respectively, and the other two anti-icing heating wires may be provided.
  • 119 may be provided in the second mounting part 113b and adjacent to the second and third ultrasonic sensors 115 and 116, respectively.
  • FIG. 4 is a block diagram schematically illustrating a yaw angle control device of a wind turbine according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a vector between first and second wind speeds measured by an apparatus for measuring wind speed and transverse wind and wind direction wind speed
  • 6 is a front view schematically illustrating a state in which the nose cone is turned by the rotation angle ⁇ in FIG. 2
  • FIG. 7 is consistent with the first and second wind speeds that are changed according to the rotation angle of the nose cone. It is a graph showing the speed of the axial wind and transverse wind to be maintained.
  • the yaw control device of the wind turbine is provided at a plurality of rotating blades 10 and rotation centers of the plurality of rotating blades 10.
  • An apparatus for controlling the yaw of a wind turbine including a hub 20 having a nose cone 21, the wind direction wind velocity measuring apparatus 110, the calculating unit 120, and the controller 130 according to an embodiment of the present invention described above. It includes. Hereinafter, each component will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 7.
  • the ultrasonic sensor unit 110 may include first and second wind speeds in directions crossing each other. ) ( As a component for measuring), it is mentioned in the above-described embodiment of the present invention and a detailed description thereof will be omitted.
  • the calculating unit 120 may measure the first and second wind speeds measured by the wind direction wind speed measuring apparatus 110. ) ( Speed of the axial wind blowing in the axial direction SD of the rotation shaft S of the hub 20 using ) And the speed of the transverse wind blowing in the direction horizontal to the ground while being perpendicular to the axis of rotation (S) ) Is the component that computes.
  • the calculating unit 120 the speed of the axial wind ( ) And wind speed ( ) Can be calculated using the following equations (1) and (2). That is, the first and second wind speeds measured by the wind direction wind speed measuring apparatus 110 ( ) ( ) Is the speed of the wind ( ), Wind speed ( ) And the speed of the vertical wind ( ) Can be converted into the following equation.
  • Is the first wind speed measured by the wind direction wind speed measuring apparatus 110 Is the second wind speed measured by the wind direction wind speed measuring apparatus 110, and ⁇ is and 1/2 of the angle between and ⁇ is the rotation angle of the nose cone 21, and Is parallel to the ground ⁇ is "0" degrees,
  • Velocity of transverse wind Is an accurate value only when " ⁇ " is “0" degree and "180" degree.
  • the first and second wind speeds detected by the wind direction wind speed measuring apparatus 110 ( ) ( ) Varies depending on " ⁇ " and " ⁇ ", but the velocity of the wind speed ( ) Is always calculated to be an exact value (e.g. 1.0), but the speed of the cross wind ( ) Is calculated to the correct value (eg, 0.2) only when " ⁇ " is "0" degree and "180" degree.
  • the ultrasonic waves may be oscillated at regular intervals, and thus, the wind speed may not necessarily be measured at "0" or "180" degrees.
  • the speed of the transverse wind at " ⁇ ” is “0" degrees and "180” degrees is interpolated from values before and after " ⁇ ” and "180” degrees. ) Can be obtained.
  • the velocity of transverse wind at " ⁇ " at "0" degrees and "180” degrees ( ) May not match exactly, so average the two values to determine the Can be used as)
  • the controller 130 controls the speed of the axial wind calculated by the calculator 120.
  • And wind speed ( ) Is a component capable of controlling the yaw angle of the rotary shaft (S) and the pitch angle of the rotary blade (10).
  • control unit 130 first, the speed of the transverse wind ( Determine if the absolute value of) is less than the acceptable reference value. Then, the speed of the cross wind If the absolute value of) is greater than or equal to the reference value, the yaw angle of the rotation axis S can be adjusted. For reference, the smaller the allowable reference value, the smaller it is possible to align the rotary blade 10 as opposite as possible in the wind blowing direction.
  • the speed of cross winds ( The yaw angle of the rotating shaft S may be controlled in a direction in which the size of the ⁇ is reduced. Therefore, through the control of the yaw angle of the rotary shaft (S), it is possible to align the rotary blade 10 as opposed to the direction of the wind blowing, the power generation efficiency of the wind turbine can be improved.
  • control unit 130 the speed of the horizontal wind ( If the absolute value of) is less than the reference value, the wind speed ( The pitch angle of the rotating blade 10 (ie, the installation angle of the rotating blade) can be adjusted to cooperate with (). Furthermore, detailed description for the pitch angle control of the rotary blade 10 is not the object of the present invention, so the description is omitted.
  • control unit 130 may be implemented by one or more microprocessors operating by the set program, the set program is a series of steps for performing each step included in the method of another embodiment of the present invention to be described later It can be an instruction.
  • the first and second wind speeds are used.
  • ( ) Is measured (S110).
  • the first and second wind speeds are calculated using the calculator 120.
  • the speed of the gust wind ( ) And wind speed It is calculated by (S120).
  • the calculated speed of transverse wind Control the yaw angle of the rotating shaft (S) by using (S130).
  • the speed of cross winds ( The yaw angle of the rotating shaft S may be controlled in a direction in which the size of the ⁇ is reduced. Therefore, through the control of the yaw angle of the rotary shaft (S), it is possible to align the rotary blade 10 as opposed to the direction of the wind blowing, the power generation efficiency of the wind turbine can be improved.
  • control unit 130 the speed of the horizontal wind ( If the absolute value of) is less than the reference value ( ⁇ ), then the The pitch angle (that is, the installation angle of the rotary blade) of the rotary blade 10 may be adjusted to interlock with (S132).
  • the wind speed wind speed measuring apparatus for the wind turbine according to the embodiments of the present invention and the yaw control device and control method of the wind turbine using the same can have the following effects.
  • the wind turbine wind velocity measuring apparatus 110 since the wind turbine wind velocity measuring apparatus 110 provides a technical configuration provided in the nose cone 21 of the hub 20 of the wind turbine, the wind turbine wind velocity measuring apparatus 110 is provided. ) Is not affected by the wake generated by the rotation of the rotary blade 10 may enable precise wind speed and wind direction measurement.
  • the wind speed wind speed measuring apparatus 110 for a wind turbine according to an embodiment of the present invention described above, a calculation unit 120, and a control unit 130, the nose cone 21
  • the speed of the axial wind and transverse wind ( ) ( ) Can be precisely measured, and by using this, the rotary blade 10 can be aligned as opposite as possible in the wind blowing direction, thereby improving the power generation efficiency of the wind turbine.
  • the present invention relates to a wind turbine wind velocity measuring device and a wind turbine yaw control device and a control method using the wind turbine, it can be applied to a wind turbine has industrial applicability.

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Abstract

본 발명은 풍속 및 풍향을 정밀하게 측정할 있는 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치는, 복수의 회전 블레이드와, 상기 복수의 회전 블레이드의 회전 중심에 구비되며 노즈콘을 가지는 허브를 포함한 풍력 터빈에 사용되는 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치로, 상기 노즈콘에 구비된다.

Description

풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치와 이를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 장치 및 제어 방법
본 발명은 풍력 터빈에 관한 것이다.
일반적으로, 풍력 터빈은 바람이 불어오는 방향으로 회전 블레이드를 대향시켜 발전을 하는 장치이다.
기존의 풍력 터빈은, 수직 축(11)과, 상기 수직축(11)의 상단부에 구비되는 나셀(nacelle)(12)과, 상기 나셀(12)의 전방에 구비되는 복수의 회전 블레이드(13)와, 상기 복수의 회전 블레이드(13)의 회전 중심을 이루는 허브(14)를 포함한다. 따라서, 바람에 의해 회전 블레이드(13)가 회전되면 허브(14)의 회전축이 함께 회전되면서 나셀(12)에서 전기를 발생시킨다.
특히, 바람이 불어오는 방향으로 회전 블레이드(13)를 대향되게 정렬시키기 위해, 풍속 및 풍향 측정이 가능한 풍속 풍향계(15)가 나셀(12)의 커버의 상면에 수직되게 설치된다.
하지만, 기존의 풍력 터빈은, 풍속 풍향계(15)가 회전 블레이드(13)보다 후방에 위치된 나셀(12)의 커버에 위치되므로 회전 블레이드(13)의 회전에 의해 발생되는 후류의 영향을 직접적으로 받게 되어 정밀한 풍속 및 풍향 측정이 어려운 문제가 있다. 궁극적으로, 바람의 불어오는 방향과 회전축의 방향을 일치시키는데 한계가 있어, 즉 바람이 불어오는 방향으로 회전 블레이드(13)를 대향되게 정렬시키는데 한계가 있어, 풍력 터빈의 발전 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 풍속 및 풍향을 정밀하게 측정할 있는 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 기술적 과제는, 풍속 및 풍향의 정밀한 측정으로 회전 블레이드를 바람이 불어오는 방향으로 대향되게 정렬시켜 발전 효율을 향상시킬 수 있는 풍력 터빈의 요각 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치는, 복수의 회전 블레이드와, 상기 복수의 회전 블레이드의 회전 중심에 구비되며 노즈콘을 가지는 허브를 포함한 풍력 터빈에 사용되는 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치로, 상기 노즈콘에 구비된다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치는, 제1 초음파를 발진시키고 제2 초음파를 수신하는 제1 초음파 센서; 상기 제2 초음파를 발신시키고 상기 제1 초음파를 수신하는 제2 초음파 센서; 상기 제1 초음파와 교차되는 제1 방향으로 제3 초음파를 발진시키고 제4 초음파를 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 수신하는 제3 초음파 센서; 및 상기 제4 초음파를 상기 제2 방향으로 발진시키고 상기 제3 초음파를 상기 제1 방향으로 수신하는 제4 초음파 센서를 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 초음파 센서는 상기 제1 초음파의 발진 방향과 동일한 방향의 제1 풍속을 측정할 수 있고, 상기 제3 및 제4 초음파 센서는 상기 제3 초음파의 발진 방향과 동일한 방향의 제2 풍속을 측정할 수 있다.
상기 제1, 제2, 제3 및 제4 초음파 센서를 상기 노즈콘에 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있고, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 초음파 센서, 상기 지지부, 그리고 상기 허브의 회전축은 하나의 평면 상에 놓일 수 있다.
상기 지지부는, 상기 노즈콘에 구비되되 상기 회전축의 축방향과 일치되게 놓이는 중심 지지축; 상기 중심 지지축의 끝단에 분지되며 상기 제1 초음파 센서와 상기 제4 초음파 센서를 지지하는 제1 지지 부재; 및 상기 중심 지지축의 끝단에 분지되며 상기 제2 초음파 센서와 상기 제3 초음파 센서를 지지하는 제2 지지 부재를 포함할 수 있다.
상기 제1 지지 부재는, 상기 중심 지지축에서 분지되는 제1 분지부; 및 상기 제1 분지부의 말단에 구비되며 상기 제1 초음파 센서와 상기 제4 초음파 센서를 양단부에 각각 지지하는 제1 장착부를 포함할 수 있고, 상기 제2 지지 부재는, 상기 중심 지지축에서 분지되는 제2 분지부; 및 상기 제2 분지부의 말단에 구비되며 상기 제2 초음파 센서와 상기 제3 초음파 센서를 양단부에 각각 지지하는 제2 장착부를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 장착부 각각에는 결빙 방지용 열선이 구비될 수 있다.
상기 회전축의 방향으로 볼 때, 상기 제1 초음파의 발진 방향과 상기 제3 초음파의 발진 방향은 동일 선 상에 놓일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 터빈의 요각 제어 장치는, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 풍향풍속 측정 장치를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 장치로, 상기 풍향풍속 측정 장치에서 측정된 상기 제1 및 제2 풍속을 이용하여 상기 허브의 회전축의 축방향으로 불어오는 축풍의 속도와 상기 회전축에 수직함과 동시에 지면에 수평한 방향으로 불어오는 횡풍의 속도를 연산하는 연산부; 및 상기 연산부에서 연산된 상기 횡풍의 속도를 이용하여 상기 회전축의 요각을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 연산부는, 상기 축풍의 속도와 상기 횡풍의 속도를 다음의 식1과 식2를 통해 연산할 수 있다.
Figure PCTKR2017005746-appb-I000001
------ (식1)
여기서,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000002
은 상기 풍향풍속 측정 장치에서 측정되는 제1 풍속이고,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000003
는 상기 풍향풍속 측정 장치에서 측정되는 제2 풍속이고, θ는
Figure PCTKR2017005746-appb-I000004
과
Figure PCTKR2017005746-appb-I000005
사이의 각도의 1/2이고, φ는 상기 노즈콘의 회전각이고,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000006
과
Figure PCTKR2017005746-appb-I000007
가 지면과 평행하면 φ는 "0"도 이고,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000008
----- (식2)
여기서,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000009
는 상기 축풍의 속도이고,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000010
는 상기 횡풍의 속도이고,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000011
은 지면에 수직한 방향으로 불어오는 연직풍의 속도이다.
상기 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000012
)는, 상기 φ가 "0"도 및 "180"도에서의 값의 평균 값을 사용할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 횡풍의 속도의 절대값이 허용 가능한 참조값보다 작은지 판단하는 단계; 및 상기 횡풍의 속도의 절대값이 상기 참조값보다 크거나 같으면 상기 요각을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 요각을 조정하는 단계는, 상기 횡풍의 속도의 크기가 감소되는 방향으로 상기 회전축의 요각을 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 횡풍의 속도의 절대값이 상기 참조값보다 작으면 상기 축풍에 연동하도록 상기 블레이드의 피치각 조정을 시작하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다른 한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력 터빈의 요각 제어 방법은, 상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 터빈의 요각 제어 장치를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 방법으로, 상기 제1 및 제2 풍속을 측정하는 단계; 상기 측정된 제1 및 제2 풍속을 이용하여 상기 축풍의 속도와 상기 횡풍의 속도를 연산하는 단계; 및 상기 연산된 횡풍의 속도를 이용하여 상기 회전축의 요각을 제어하는 단계를 포함한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치와 이를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 장치 및 제어 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치가 풍력 터빈의 허브의 노즈콘에 구비되는 기술구성을 제공하므로, 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치가 회전 블레이드의 회전에 의해 발생되는 후류의 영향을 받지 않게 되어 정밀한 풍속 및 풍향 측정이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치와, 연산부와, 그리고 제어부를 포함하고, 노즈콘에 구비되는 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치에 의해 서로 교차되는 방향의 제1 및 제2 풍속을 측정하고, 연산부에 의해 제1 및 제2 풍속을 이용하여 축풍의 속도와 횡풍의 속도를 연산하며, 그리고 축풍 및 횡풍의 속도를 이용하여 회전축의 요각 및 회전 블레이드의 피치각을 제어할 수 있는 기술구성을 제공하므로, 회전 블레이드의 후류의 영향을 받지 않아 축풍 및 횡풍의 속도를 정밀하게 측정할 수 있으며, 이를 이용하여 회전 블레이드를 바람이 불어오는 방향으로 가능한 대향되게 정렬시킬 수 있어, 풍력 터빈의 발전 효율이 향상될 수 있다.
도 1은 기존의 풍력 터빈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치가 노즈콘에 구비된 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 터빈의 요각 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 축풍 및 횡풍의 속도와 풍향풍속 측정 장치에서 측정되는 제1 및 제2 풍속 사이의 벡터 합성을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 노즈콘이 회전각(φ)만큼 돌아간 상태를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 7은 노즈콘의 회전각에 따라 변화되는 제1 및 제2 풍속과 일정하게 유지되는 축풍 및 횡풍의 속도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력 터빈의 요각 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치가 노즈콘에 구비된 상태를 개략적으로 나타낸 평면도이고, 도 3은 도 2의 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치를 확대하여 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치(110)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 회전 블레이드(10)와, 복수의 회전 블레이드(10)의 회전 중심에 구비되며 노즈콘(21)을 가지는 허브(20)를 포함한 풍력 터빈에 사용되는 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치로, 노즈콘(21)에 구비된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치(110)는 노즈콘(21)의 앞전 중심에 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치(110)가 회전 블레이드(10)의 회전에 의해 발생되는 후류의 영향을 받지 않게 되어 정밀한 풍속 및 풍향 측정이 가능할 수 있다.
구체적으로, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치(110)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 초음파 센서(114), 제2 초음파 센서(115), 제3 초음파 센서(116), 그리고 제4 초음파 센서(117)를 포함할 수 있다. 제1 초음파 센서(114)는 제1 초음파를 발진시키고 제2 초음파 센서(115)로부터 제2 초음파를 수신하고, 제2 초음파 센서(115)는 제2 초음파를 발신시키고 제1 초음파 센서(114)로부터 제1 초음파를 수신하고, 제3 초음파 센서(116)는 제1 초음파와 교차되는 제1 방향으로 제3 초음파를 발진시키고 제4 초음파 센서(117)로부터 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 발진된 제4 초음파를 수신하며, 그리고 제4 초음파 센서(117)는 제4 초음파를 상기 제2 방향으로 발진시키고 제3 초음파 센서(116)로부터 상기 제1 방향으로 발진된 제3 초음파를 수신한다. 따라서, 제1 및 제2 초음파 센서(114)(115)는 제1 초음파의 발진 방향과 동일한 방향의 제1 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000013
)을 측정할 수 있고, 제3 및 제4 초음파 센서(116)(117)는 제3 초음파의 발진 방향과 동일한 방향의 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000014
)을 측정할 수 있다. 궁극적으로, 본 발명의 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이 서로 교차되는 방향의 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000015
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000016
)을 감지할 수 있다.
참고로, 음파의 전파속도가 풍속에 좌우되는 것을 이용하여, 제1 초음파 센서(114)로 제2 초음파가 도달하는 시간과 제2 초음파 센서(115)로 제1 초음파가 도달하는 시간과의 차이를 이용하여 제1 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000017
)을 측정할 수 있고, 제3 초음파 센서(116)로 제4 초음파가 도달하는 시간과 제4 초음파 센서(117)로 제3 초음파가 도달하는 시간의 차이를 이용하여 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000018
)을 측정할 수 있다. 이는 기존의 초음파 풍속계의 측정 원리와 같으므로 구체적인 기술은 생략한다.
이와 더불어, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치(110)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 초음파 센서(114)(115)(116)(117)를 노즈콘(21)에 지지하는 지지부(A)를 더 포함할 수 있다. 특히, 제1, 제2, 제3 및 제4 초음파 센서(114)(115)(116)(117), 지지부(A), 그리고 허브(20)의 회전축(S)은 하나의 평면 상에 놓일 수 있다. 이에 더해, 도 6에 도시된 바와 같이, 회전축(S)의 방향으로 볼 때, 제1 초음파의 발진 방향과 제2 초음파의 발진 방향이 동일 선(L) 상에 놓이도록, 제1, 제2, 제3 및 제4 초음파 센서(114)(115)(116)(117), 지지부(미도시), 그리고 허브(20)의 회전축(SD 참조)은 동일 선(L) 상에 놓을 수 있다.
특히, 도시되지는 않았지만 제1, 제2, 제3 및 제4 초음파 센서(미도시)가 지지부(미도시)에 의해 노즈콘(도 2의 21)에 위로 향하도록 설치되면 그 형태상 회전축(도 2의 S)의 축방향(도 2의 SD)으로 불어오는 바람과 많은 간섭이 생기게 되어 정밀 측정이 곤란하나, 회전축(S)에 수직함과 동시에 지면에 수평한 방향으로 불어오는 바람은 미미한 반면 회전축(S)의 축방향(SD)으로 불어오는 바람이 지배적임을 감안할 때, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 및 제3 초음파가 회전축(S)의 연장선(SD 참조) 상에서 교차되도록 제1, 제2, 제3 및 제4 초음파 센서(114)(115)(116)(117)가 지지부(A)에 의해 배치될 경우 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000019
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000020
)의 정밀 측정이 가능할 수 있다.
또한, 지지부(A)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중심 지지축(111), 제1 지지 부재(112), 그리고 제2 지지 부재(113)를 포함할 수 있다. 중심 지지축(111)은 노즈콘(21)에 구비되되 회전축(S)의 축방향(SD)과 일치되게 놓이고, 제1 지지 부재(112)는 중심 지지축(111)의 끝단에 분지되며 제1 초음파 센서(114)와 제4 초음파 센서(117)를 지지하며, 그리고 제2 지지 부재(113)는 중심 지지축(111)의 끝단에 분지되며 제2 초음파 센서(115)와 제3 초음파 센서(116)를 지지한다. 특히, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 지지 부재(112)(113)는, 하나의 평면에 놓이도록 중심 지지축(111)을 기준으로 대칭된 형태를 가질 수 있다.
나아가, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 지지 부재(112)는, 중심 지지축(111)에서 분지되는 제1 분지부(112a)와, 제1 분지부(112a)의 말단에 구비되며 제1 초음파 센서(114)와 제4 초음파 센서(117)를 양단부에 각각 지지하는 제1 장착부(112b)를 포함할 수 있고, 제2 지지 부재(113)는, 중심 지지축(111)에서 분지되는 제2 분지부(113a)와 제2 분지부(113a)의 말단에 구비되며 제2 초음파 센서(115)와 제3 초음파 센서(116)를 양단부에 각각 지지하는 제2 장착부(113b)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 장착부(112b)(113b) 각각에는 겨울철 방빙을 위해 결빙 방지용 열선(119)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 2개의 결빙 방지용 열선(119)는 제1 장착부(112b)에 구비되되 제1 및 제4 초음파 센서(114)(117)에 각각 인접되게 구비될 수 있고, 다른 2개의 결빙 방지용 열선(119)는 제2 장착부(113b)에 구비되되 제2 및 제3 초음파 센서(115)(116)에 각각 인접되게 구비될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 7를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 터빈의 요각 제어 장치에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 터빈의 요각 제어 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 5는 축풍 및 횡풍의 속도와 풍향풍속 측정 장치에서 측정되는 제1 및 제2 풍속 사이의 벡터 합성을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 2에서 노즈콘이 회전각(φ)만큼 돌아간 상태를 개략적으로 나타낸 정면도이며, 그리고 도 7은 노즈콘의 회전각에 따라 변화되는 제1 및 제2 풍속과 일정하게 유지되는 축풍 및 횡풍의 속도를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 터빈의 요각 제어 장치는, 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 회전 블레이드(10)와, 상기 복수의 회전 블레이드(10)의 회전 중심에 구비되며 노즈콘(21)을 가지는 허브(20)를 포함한 풍력 터빈의 요각 제어 장치로, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍향풍속 측정 장치(110)와, 연산부(120)와, 그리고 제어부(130)를 포함한다. 이하, 도 2 내지 도 7을 계속 참조하여, 각 구성요소에 대해 상세히 설명한다.
초음파 센서부(110)는, 도 2, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 교차되는 방향의 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000021
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000022
)을 측정하는 구성요소로, 상술한 본 발명의 일 실시예에 언급되어 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.
연산부(120)는, 풍향풍속 측정 장치(110)에서 측정된 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000023
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000024
)을 이용하여 허브(20)의 회전축(S)의 축방향(SD)으로 불어오는 축풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000025
)와 회전축(S)에 수직함과 동시에 지면에 수평한 방향으로 불어오는 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000026
)를 연산하는 구성요소이다.
구체적으로, 연산부(120)는, 축풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000027
)와 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000028
)를 다음의 식1과 식2를 통해 연산할 수 있다. 즉, 풍향풍속 측정 장치(110)에서 측정된 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000029
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000030
)은, 축풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000031
), 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000032
), 그리고 연직풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000033
)가 아래와 같은 식으로 환산될 수 있다.
Figure PCTKR2017005746-appb-I000034
------ (식1)
여기서,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000035
은 풍향풍속 측정 장치(110)에서 측정되는 제1 풍속이고,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000036
는 풍향풍속 측정 장치(110)에서 측정되는 제2 풍속이고, θ는
Figure PCTKR2017005746-appb-I000037
과
Figure PCTKR2017005746-appb-I000038
사이의 각도의 1/2이고, φ는 노즈콘(21)의 회전각이고,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000039
과
Figure PCTKR2017005746-appb-I000040
가 지면과 평행하면 φ는 "0"도 이고,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000041
---- (식2)
여기서,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000042
는 상기 축풍의 속도이고,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000043
는 상기 횡풍의 속도이고,
Figure PCTKR2017005746-appb-I000044
은 지면에 수직한 방향으로 불어오는 연직풍의 속도이다.
그러나 연직풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000045
)는 측정되지 않아 알 수 없으므로 연직풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000046
)를 무시하면 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000047
)는 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure PCTKR2017005746-appb-I000048
위 식으로 구해진 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000049
)는 "Φ"가 "0"도 및 "180"도일 경우에만 정확한 값이 된다.
특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 풍향풍속 측정 장치(110)에서 감지된 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000050
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000051
)은 "θ" 및 "φ"에 따라 달라질지라도, 벡터의 합성 결과 축풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000052
)는 항상 정확한 값(예를 들어 1.0)으로 계산되지만, 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000053
)는 "φ"가 "0"도와 "180"도 일 때만 정확한 값(예를 들어, 0.2)으로 계산된다.
또한, 실재 풍향풍속 측정 장치(110)의 경우, 초음파는 일정 간격으로 발진 가능하므로 반드시 "Φ"가 "0"도, "180"도에 풍속 측정이 가능하지 않을 수도 있다. 이 경우는 "Φ"가 "0"도, "180"도 전후의 값으로부터 보간하여 "Φ"가 "0"도, "180"도에서의 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000054
)를 얻을 수 있다. 이론적으로는 "Φ"가 "0"도, "180"도에서의 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000055
)가 정확히 일치하지 않을 수 있으므로, 두 값을 평균하여 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000056
)로 사용할 수 있다.
나아가, 도 7에 도시된 바와 같이, "θ"가 클수록 "φ"에 대한 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000057
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000058
)의 변동폭이 커, 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000059
)에 대한 민감도가 더 커짐을 알 수 있었다.
제어부(130)는, 연산부(120)에서 연산된 축풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000060
)와 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000061
)를 이용하여 회전축(S)의 요각 및 회전 블레이드(10)의 피치각을 제어할 수 있는 구성요소이다.
구체적으로, 제어부(130)는, 먼저 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000062
)의 절대값이 허용 가능한 참조값보다 작은지 판단한다. 그리고 나서, 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000063
)의 절대값이 참조값보다 크거나 같으면 회전축(S)의 요각을 조정할 수 있다. 참고로, 허용 가능한 참조값은, 작으면 작을수록 회전 블레이드(10)를 바람이 불어오는 방향으로 가능한 대향되게 정렬시킬 수 있다.
예를 들어, 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000064
)의 크기가 감소되는 방향으로 회전축(S)의 요각은 제어될 수 있다. 따라서, 이러한 회전축(S)의 요각의 제어를 통해, 회전 블레이드(10)를 바람이 불어오는 방향으로 가능한 대향되게 정렬시킬 수 있어, 풍력 터빈의 발전 효율이 향상될 수 있다.
나아가, 제어부(130)는, 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000065
)의 절대값이 참조값보다 작으면 축풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000066
)에 연동하도록 회전 블레이드(10)의 피치각(즉, 회전 블레이드의 설치각) 조정을 시작할 수 있다. 나아가, 회전 블레이드(10)의 피치각 제어를 위한 구체적인 내용은 본 발명의 대상이 아니므로 기술을 생략한다.
한편, 상술한 제어부(130)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 이러한 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 또 다른 실시예의 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력 터빈의 요각 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 풍향풍속 측정 장치(110)를 이용하여 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000067
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000068
)을 측정한다(S110). 이후, 연산부(120)를 이용하여 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000069
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000070
)을 축풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000071
)와 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000072
)로 연산한다(S120). 그리고 나서, 연산된 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000073
)를 이용하여 회전축(S)의 요각을 제어한다(S130).
여기서, 축풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000074
)와 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000075
)의 연산은, 상술한 본 발명의 풍력 터빈의 요각 제어 장치에 언급된 식1과 식2를 통해 연산할 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.
제어하는 과정(S130)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000076
)의 절대값이 허용 가능한 참조값(ε)보다 작은지 판단한다(S131). 그리고 나서, 그리고 나서, 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000077
)의 절대값이 참조값(ε)보다 크거나 같으면 회전축(S)의 요각을 조정한다(S133). 참고로, 허용 가능한 참조값(ε)은, 작으면 작을수록 회전 블레이드(10)를 바람이 불어오는 방향으로 가능한 대향되게 정렬시킬 수 있다.
예를 들어, 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000078
)의 크기가 감소되는 방향으로 회전축(S)의 요각은 제어될 수 있다. 따라서, 이러한 회전축(S)의 요각의 제어를 통해, 회전 블레이드(10)를 바람이 불어오는 방향으로 가능한 대향되게 정렬시킬 수 있어, 풍력 터빈의 발전 효율이 향상될 수 있다.
나아가, 제어부(130)는, 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000079
)의 절대값이 참조값(ε)보다 작으면 축풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000080
)에 연동하도록 회전 블레이드(10)의 피치각(즉, 회전 블레이드의 설치각) 조정을 시작할 수 있다(S132).
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치와 이를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 장치 및 제어 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치(110)가 풍력 터빈의 허브(20)의 노즈콘(21)에 구비되는 기술구성을 제공하므로, 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치(110)가 회전 블레이드(10)의 회전에 의해 발생되는 후류의 영향을 받지 않게 되어 정밀한 풍속 및 풍향 측정이 가능할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치(110)와, 연산부(120)와, 그리고 제어부(130)를 포함하고, 노즈콘(21)에 구비되는 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치(110)에 의해 서로 교차되는 방향의 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000081
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000082
)을 측정하고, 연산부(120)에 의해 제1 및 제2 풍속(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000083
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000084
)을 이용하여 축풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000085
)와 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000086
)를 연산하며, 그리고 축풍 및 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000087
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000088
)를 이용하여 회전축(S)의 요각 및 회전 블레이드(10)의 피치각을 제어할 수 있는 기술구성을 제공하므로, 회전 블레이드(10)의 후류의 영향을 받지 않아 축풍 및 횡풍의 속도(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000089
)(
Figure PCTKR2017005746-appb-I000090
)를 정밀하게 측정할 수 있으며, 이를 이용하여 회전 블레이드(10)를 바람이 불어오는 방향으로 가능한 대향되게 정렬시킬 수 있어, 풍력 터빈의 발전 효율이 향상될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명은 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치와 이를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이므로, 풍력 터빈에 적용될 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (19)

  1. 복수의 회전 블레이드와, 상기 복수의 회전 블레이드의 회전 중심에 구비되며 노즈콘을 가지는 허브를 포함한 풍력 터빈에 사용되는 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치로,
    상기 노즈콘에 구비되는
    풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치는,
    제1 초음파를 발진시키고 제2 초음파를 수신하는 제1 초음파 센서;
    상기 제2 초음파를 발신시키고 상기 제1 초음파를 수신하는 제2 초음파 센서;
    상기 제1 초음파와 교차되는 제1 방향으로 제3 초음파를 발진시키고 제4 초음파를 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 수신하는 제3 초음파 센서; 및
    상기 제4 초음파를 상기 제2 방향으로 발진시키고 상기 제3 초음파를 상기 제1 방향으로 수신하는 제4 초음파 센서를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 초음파 센서는 상기 제1 초음파의 발진 방향과 동일한 방향의 제1 풍속을 측정하고,
    상기 제3 및 제4 초음파 센서는 상기 제3 초음파의 발진 방향과 동일한 방향의 제2 풍속을 측정하는
    풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 초음파 센서를 상기 노즈콘에 지지하는 지지부를 더 포함하고,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 초음파 센서, 상기 지지부, 그리고 상기 허브의 회전축은 하나의 평면 상에 놓이는
    풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 지지부는,
    상기 노즈콘에 구비되되 상기 회전축의 축방향과 일치되게 놓이는 중심 지지축;
    상기 중심 지지축의 끝단에 분지되며 상기 제1 초음파 센서와 상기 제4 초음파 센서를 지지하는 제1 지지 부재; 및
    상기 중심 지지축의 끝단에 분지되며 상기 제2 초음파 센서와 상기 제3 초음파 센서를 지지하는 제2 지지 부재
    를 포함하는
    풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 제1 지지 부재는
    상기 중심 지지축에서 분지되는 제1 분지부; 및
    상기 제1 분지부의 말단에 구비되며 상기 제1 초음파 센서와 상기 제4 초음파 센서를 양단부에 각각 지지하는 제1 장착부
    를 포함하고,
    상기 제2 지지 부재는
    상기 중심 지지축에서 분지되는 제2 분지부; 및
    상기 제2 분지부의 말단에 구비되며 상기 제2 초음파 센서와 상기 제3 초음파 센서를 양단부에 각각 지지하는 제2 장착부
    를 포함하는
    풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 제1 및 제2 장착부 각각에는 결빙 방지용 열선이 구비되는
    풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치.
  7. 제4항에서,
    상기 회전축의 방향으로 볼 때, 상기 제1 초음파의 발진 방향과 상기 제3 초음파의 발진 방향은 동일 선 상에 놓이는
    풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치.
  8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항의 풍향풍속 측정 장치를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 장치로,
    상기 풍향풍속 측정 장치에서 측정된 상기 제1 및 제2 풍속을 이용하여 상기 허브의 회전축의 축방향으로 불어오는 축풍의 속도와 상기 회전축에 수직함과 동시에 지면에 수평한 방향으로 불어오는 횡풍의 속도를 연산하는 연산부; 및
    상기 연산부에서 연산된 상기 횡풍의 속도를 이용하여 상기 회전축의 요각을 제어하는 제어부
    를 포함하는
    풍력 터빈의 요각 제어 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 연산부는,
    상기 축풍의 속도와 상기 횡풍의 속도를 다음의 식1 및 식2를 통해 연산하는,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000091
    ------ (식1)
    여기서,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000092
    은 상기 풍향풍속 측정 장치에서 측정되는 제1 풍속이고,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000093
    는 상기 풍향풍속 측정 장치에서 측정되는 제2 풍속이고, θ는
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000094
    과
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000095
    사이의 각도의 1/2이고, φ는 상기 노즈콘의 회전각이고,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000096
    과
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000097
    가 지면과 평행하면 φ는 "0"도 이고,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000098
    ----- (식2)
    여기서,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000099
    는 상기 축풍의 속도이고,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000100
    는 상기 횡풍의 속도이고,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000101
    은 지면에 수직한 방향으로 불어오는 연직풍의 속도인
    풍력 터빈의 요각 제어 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 횡풍의 속도(
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000102
    )는,
    상기 φ가 "0"도 및 "180"도에서의 값의 평균 값을 사용하는
    풍력 터빈의 요각 제어 장치.
  11. 제8항에서,
    상기 제어부는,
    상기 횡풍의 속도의 절대값이 허용 가능한 참조값보다 작은지 판단하는 단계; 및
    상기 횡풍의 속도의 절대값이 상기 참조값보다 크거나 같으면 상기 요각을 조정하는 단계
    를 포함하는
    풍력 터빈의 요각 제어 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 요각을 조정하는 단계는,
    상기 횡풍의 속도의 크기가 감소되는 방향으로 상기 회전축의 요각을 제어하는
    풍력 터빈의 요각 제어 장치.
  13. 제11항에서,
    상기 제어부는,
    상기 횡풍의 속도의 절대값이 상기 참조값보다 작으면 상기 축풍에 연동도록 상기 블레이드의 피치각 조정을 시작하는 단계
    를 더 포함하는
    풍력 터빈의 요각 제어 장치.
  14. 제8항의 풍력 터빈의 요각 제어 장치를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 방법으로,
    상기 제1 및 제2 풍속을 측정하는 단계;
    상기 측정된 제1 및 제2 풍속을 이용하여 상기 축풍의 속도와 상기 횡풍의 속도를 연산하는 단계; 및
    상기 연산된 횡풍의 속도를 이용하여 상기 회전축의 요각을 제어하는 단계
    를 포함하는
    풍력 터빈의 요각 제어 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 연산하는 단계에서,
    상기 축풍의 속도와 상기 횡풍의 속도를 다음의 식1 및 식2를 통해 연산하는,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000103
    ------ (식1)
    여기서,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000104
    은 상기 풍향풍속 측정 장치에서 측정되는 제1 풍속이고,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000105
    는 상기 풍향풍속 측정 장치에서 측정되는 제2 풍속이고, θ는
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000106
    과
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000107
    사이의 각도의 1/2이고, φ는 상기 노즈콘의 회전각이고,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000108
    과
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000109
    가 지면과 평행하면 φ는 "0"도 이고,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000110
    ----- (식2)
    여기서,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000111
    는 상기 축풍의 속도이고,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000112
    는 상기 횡풍의 속도이고,
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000113
    은 지면에 수직한 방향으로 불어오는 연직풍의 속도인
    풍력 터빈의 요각 제어 방법.
  16. 제15항에서,
    상기 횡풍의 속도(
    Figure PCTKR2017005746-appb-I000114
    )는,
    상기 φ가 "0"도 및 "180"도에서의 값의 평균 값을 사용하는
    풍력 터빈의 요각 제어 방법.
  17. 제14항에서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 횡풍의 속도의 절대값이 허용 가능한 참조값보다 작은지 판단하는 단계; 및
    상기 횡풍의 속도의 절대값이 상기 참조값보다 크거나 같으면 상기 요각을 조정하는 단계
    를 포함하는
    풍력 터빈의 요각 제어 방법.
  18. 제17항에서,
    상기 요각을 조정하는 단계는,
    상기 횡풍의 속도의 크기가 감소되는 방향으로 상기 회전축의 요각을 제어하는
    풍력 터빈의 요각 제어 방법.
  19. 제17항에서,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 횡풍의 속도의 절대값이 상기 참조값보다 작으면 상기 축풍에 연동하도록 상기 블레이드의 피치각 조정을 시작하는 단계
    를 더 포함하는
    풍력 터빈의 요각 제어 방법.
PCT/KR2017/005746 2016-09-12 2017-06-01 풍력 터빈용 풍향풍속 측정 장치와 이를 이용한 풍력 터빈의 요각 제어 장치 및 제어 방법 WO2018048064A1 (ko)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109268215A (zh) * 2018-11-26 2019-01-25 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 能够预测风力机尾迹及提高风电场发电量的装置及方法
KR20210002723A (ko) * 2018-05-03 2021-01-08 프로메콘 프로세스 메져먼트 컨트롤 게엠베하 풍력 터빈

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11035340B2 (en) 2014-08-05 2021-06-15 Biomerenewables Inc. Fluidic turbine structure
KR101822647B1 (ko) 2017-07-05 2018-01-26 한국항공우주연구원 회전하는 3차원 초음파 풍속계 및 이를 이용한 3차원 풍속 측정 방법
CN108412690B (zh) * 2018-01-19 2020-02-07 大唐东北电力试验研究所有限公司 一种三段式高风能捕获率的风力发电机组偏航方法及系统
CN112145266B (zh) * 2019-06-26 2022-01-11 陕西汽车集团股份有限公司 一种回收发动机排气脉冲能量的装置
CN110346600B (zh) * 2019-08-21 2021-04-06 南京信息工程大学 一种超声波风速风向测量方法
CN112761903A (zh) * 2021-02-26 2021-05-07 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种风机轮毂中心恒流式热线风速感测系统及方法
CN113495169B (zh) * 2021-04-23 2022-03-15 中国大唐集团新能源科学技术研究院有限公司 风力机风轮前风速超声测量系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007530926A (ja) * 2004-03-26 2007-11-01 ダンマーク テクニスク ユニバーシテ 風力タービンによって体験される風速および風向を決定する装置および方法
KR20100005051U (ko) * 2008-11-07 2010-05-17 한국에너지기술연구원 풍력발전기의 풍속 측정 장치
KR20130032530A (ko) * 2011-09-23 2013-04-02 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기의 풍향 풍속 측정장치
KR20130066768A (ko) * 2011-12-13 2013-06-21 삼성중공업 주식회사 풍력발전기
KR20140115405A (ko) * 2013-03-13 2014-10-01 두산중공업 주식회사 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8235662B2 (en) * 2007-10-09 2012-08-07 General Electric Company Wind turbine metrology system
EP2325480A1 (en) * 2009-11-24 2011-05-25 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling the operation of a wind turbine and wind turbine load control system
TW201402940A (zh) 2012-02-08 2014-01-16 Romo Wind Ag 用於調整風力機之橫擺的裝置
KR101654498B1 (ko) 2012-12-26 2016-09-05 엠에이치아이 베스타스 오프쇼어 윈드 에이／에스 제어 장치 및 방법 그리고 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 기록 매체, 그것을 구비한 부체식 풍력 발전 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007530926A (ja) * 2004-03-26 2007-11-01 ダンマーク テクニスク ユニバーシテ 風力タービンによって体験される風速および風向を決定する装置および方法
KR20100005051U (ko) * 2008-11-07 2010-05-17 한국에너지기술연구원 풍력발전기의 풍속 측정 장치
KR20130032530A (ko) * 2011-09-23 2013-04-02 삼성중공업 주식회사 풍력 발전기의 풍향 풍속 측정장치
KR20130066768A (ko) * 2011-12-13 2013-06-21 삼성중공업 주식회사 풍력발전기
KR20140115405A (ko) * 2013-03-13 2014-10-01 두산중공업 주식회사 비회전 구조체를 이용한 풍력 발전기의 풍향풍속 측정장치 및 이를 이용한 나셀 제어시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3467517A4 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210002723A (ko) * 2018-05-03 2021-01-08 프로메콘 프로세스 메져먼트 컨트롤 게엠베하 풍력 터빈
JP2021522441A (ja) * 2018-05-03 2021-08-30 プロメコン・プロセス・メジャーメント・コントロール・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング 風力機械
JP7274766B2 (ja) 2018-05-03 2023-05-17 プロメコン・プロセス・メジャーメント・コントロール・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング 風力機械
KR102675869B1 (ko) 2018-05-03 2024-06-17 프로메콘 프로세스 메져먼트 컨트롤 게엠베하 풍력 터빈
CN109268215A (zh) * 2018-11-26 2019-01-25 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 能够预测风力机尾迹及提高风电场发电量的装置及方法

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