KR101606141B1 - Automatic pitch control apparatus for wind power generator - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력발전기의 블레이드 피치각을 보정하는 장치에 있어서: 상기 블레이드(15)의 운동과 관련된 신호를 생성하는 본체; 상기 본체 상에 블레이드(15)의 피치운동을 유발하도록 설치되는 피치 액츄에이터(30); 및 상기 본체의 신호를 입력하여 블레이드(15)의 피치각을 설계치에 부합하도록 조절하는 제어기(40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 출력 효율이 저하되는 터빈이 발생하는 경우 가장 주요한 원인인 피치각 세팅이 정확한 상태인지 확인하고 조절하기 용이하여 시간, 인력, 비용 소요측면에서 경제적 이득을 최대화하는 효과가 있다.An apparatus for correcting a blade pitch angle of a wind turbine, the apparatus comprising: a main body for generating a signal related to movement of the blade (15); A pitch actuator (30) installed on the body to cause pitch movement of the blade (15); And a controller (40) for inputting a signal of the main body and adjusting the pitch angle of the blade (15) to match a design value.
Accordingly, it is possible to check whether the pitch angle setting is the most important cause when the turbine having a low output efficiency is generated, and to easily adjust the pitch angle setting, thereby maximizing the economic gain in terms of time, manpower, and cost.
Description
본 발명은 풍력발전기 보정장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 풍력발전기 블레이드의 피치각이 적절하게 보정되지 않아 발생할 수 있는 출력 효율 감소를 방지하기 위한 풍력발전기 피치각 자동 보정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wind turbine correction device, and more particularly, to an automatic wind turbine pitch angle correction device for preventing reduction in output efficiency that may occur due to an improper correction of a pitch angle of a wind turbine blade.
최근의 풍력발전기는 대부분 블레이드 피치제어 타입으로 피치각 세팅이 필요하다. 일예로 풍속이 낮은 경우에는 바람을 최대한 많이 받을 수 있는 피치각을 "0"도로 하여 로터의 회전 및 발전을 수행하지만, 풍속이 높아져 정격풍속 이상이 되면 바람을 흘려보내기 위해 피치제어가 실시된다.Most wind turbines in recent years require a pitch angle setting with a blade pitch control type. For example, when the wind speed is low, the rotor is rotated and generated by setting the pitch angle to "0" at which the wind can be received as much as possible. However, when the wind speed becomes higher than the rated wind speed, pitch control is performed to wind the wind.
그런데, 만약 피치각 세팅이 잘못되어 있다면 정격이하 풍속에서 발전할 때 제어기는 출력효율이 가장 높은 "0"도 상태로 운전된다고 판단하나 실제로는 다른 피치각으로 운전되므로 출력 효율이 예상보다 떨어지는 결과를 초래한다. However, if the pitch angle setting is wrong, the controller will operate at the "0" state where the output efficiency is the highest when the speed is lower than the rated speed, but the output efficiency is lower than expected because it operates at a different pitch angle. do.
이러한 경우에는 출력곡선이 설계치보다 좋지 않게 나타나므로 경제적인 손실을 유발할 수 있고, 원인을 찾는 것도 시간과 노력이 많이 들면서 해결하기 쉽지 않다. 피치각 보정이 잘 되었는지 확인하기 위해서는 작업자가 너셀 상부에 직접 올라가서 일일이 육안으로 확인해야 하므로 불편이 초래되고 정확성도 저하되는 폐단이 있다. In such a case, the output curve is not as good as the design value, which can lead to economic loss and finding the cause is difficult because it takes time and effort. In order to check whether the pitch angle correction is good, the operator has to go directly to the upper part of the nacelle and check it with the naked eye. Therefore, there is a problem that inconvenience is caused and accuracy is lowered.
하기의 선행문헌 1에 의하면, 피치 베어링에 회전력을 인가하여 블레이드의 피치각을 조절하는 피치 조절 모터; 정상 운행시 주 전력 공급부의 전력을, 비상 상황 시 보조 전력 공급부의 전력을 피치 조절 모터에 인가하도록 제어하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 블레이드의 피치각을 안정적으로 조절하여 주변 장치들의 손상을 예방하는 효과를 기대한다.According to the following Prior Art 1, a pitch adjusting motor for adjusting the pitch angle of blades by applying a rotational force to the pitch bearings; And a control unit for controlling the power of the main power supply unit in normal operation and the power of the auxiliary power supply unit in an emergency situation to be applied to the pitch adjusting motor. Accordingly, it is anticipated that the effect of preventing the damage of the peripheral devices by stably controlling the pitch angle of the blade is expected.
하기의 선행문헌 2에 의하면, 풍력 발전기의 출력량을 감소시키도록 가압 토크값을 변경하여 출력하며, 상기 가압 토크값에 대응하여 증가되는 회전 속도를 정격 속도로 유지하기 위해 상기 회전 날개의 피치 각도값을 변경하여 출력하는 제어부를 포함한다. 이에 따라, 장치의 가동율을 유지 및 향상하여 전체 출력량을 효율적으로 향상하는 효과를 기대한다.According to the
그러나, 상기한 선행문헌에 의하면 풍속에 따라 최적으로 설정된 피치각에 대응한 실제의 피치각을 확인하고 보정하는 점에 대한 고려가 미흡하여 출력 감소의 우려를 불식하기에 한계성을 보인다.However, according to the above-mentioned prior art, there is a limitation in checking the actual pitch angle corresponding to the optimum pitch angle according to the wind speed and insufficient consideration for the reduction of the output due to insufficient consideration.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 풍력발전기의 블레이드 피치각 보정이 올바르게 이루어졌는지를 자동으로 체크하여 잘못되었을 경우 스스로 보정을 수행함에 따라 출력량 감소에 의한 경제적인 손실을 축소할 수 있는 풍력발전기 피치각 자동 보정장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art, and it is an object of the present invention to automatically check whether blade pitch angle correction of a wind turbine is performed correctly, And to provide an automatic correction device for the pitch angle of the wind turbine.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 풍력발전기의 블레이드 피치각을 보정하는 장치에 있어서: 상기 블레이드의 운동과 관련된 신호를 생성하는 본체; 상기 본체 상에 블레이드의 피치운동을 유발하도록 설치되는 피치 액츄에이터; 및 상기 본체의 신호를 입력하여 블레이드의 피치각을 설계치에 부합하도록 조절하는 제어기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an apparatus for correcting a blade pitch angle of a wind turbine generator, comprising: a main body for generating a signal related to the motion of the blade; A pitch actuator installed on the body to cause pitch movement of the blade; And a controller for inputting a signal of the main body and adjusting the pitch angle of the blade to match a design value.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체는 풍속센서, rpm센서, 피치각센서, 출력센서를 통하여 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.In a detailed configuration of the present invention, the main body generates a signal through an air speed sensor, an rpm sensor, a pitch angle sensor, and an output sensor.
본 발명의 변형예로서, 상기 피치 액츄에이터는 블레이드의 피치각 변동을 위한 회동위치를 검출하는 엔코더를 구비하는 것을 특징으로 한다.As a modification of the present invention, the pitch actuator includes an encoder for detecting a pivotal position for pitch angle variation of the blade.
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기는 특정 풍속에서 정격출력을 위한 피치각 요구값을 산출하는 피치제어부, 현재의 피치각을 검출하여 보정값을 산출하는 피치각보정부, 피치제어부와 피치각보정부의 값을 합산하여 피치 액츄에이터에 출력을 인가하는 구동부를 구비하는 것을 특징으로 한다.In the detailed configuration of the present invention, the controller includes a pitch controller for calculating a pitch angle required value for a rated output at a specific wind speed, a pitch angle controller for detecting a current pitch angle to calculate a correction value, a pitch controller And a drive unit for summing the values to apply an output to the pitch actuator.
이때, 상기 제어기는 풍속과 피치각 변동 데이터를 누적하여 통계적으로 처리하고, 이를 기준으로 피치제어부의 피치각 요구값을 설정된 주기로 갱신하는 것을 특징으로 한다.At this time, the controller accumulates and statistically processes the wind speed and pitch angle variation data, and updates the pitch angle requirement value of the pitch controller based on the cumulative wind speed and pitch angle variation data.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 출력 효율이 저하되는 터빈이 발생하는 경우 가장 주요한 원인인 피치각 세팅이 정확한 상태인지 확인하고 조절하기 용이하여 시간, 인력, 비용 소요측면에서 경제적 이득을 최대화하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to check whether the pitch angle setting is the most important cause when the turbine with low output efficiency is generated, and to easily control it, thereby maximizing the economic gain in terms of time, manpower, and cost have.
도 1은 일반적인 풍력발전기의 동작을 예시하는 그래프
도 2는 본 발명에 따른 풍력발전기에 설치된 보정장치의 개략구성도
도 3은 본 발명에 따른 보정장치의 주요부 연결 상태를 나타내는 블록도1 is a graph illustrating the operation of a typical wind turbine;
Fig. 2 is a schematic diagram of a correction device installed in a wind turbine according to the present invention
3 is a block diagram showing a main part connection state of a correction apparatus according to the present invention;
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 풍력발전기의 블레이드 피치각을 보정하는 장치에 관하여 제안한다. 풍력발전기는 타워(11) 상에 나셀(12)과 허브(13)를 구비하고, 허브(13)의 선단에 다수의 블레이드(15)를 구비한다. 블레이드(15)는 내단부에서 허브(13)에 회동 가능하게 지지되고 풍속과 풍향에 대응한 피치각 보정을 요한다.The present invention proposes an apparatus for correcting the blade pitch angle of a wind turbine. The wind power generator has a
도 1(a)에 나타내듯이 허브(13)의 저속영역에서는 발전량이 비례적으로 증가하지만 정력출력에 미달하고, 풍속이 일정치를 상회하는 순간부터 설계된 정력출력이 발생한다. 도 2(b0에 나타내듯이 정격출력에 도달한 순간의 피치각은 "0"으로 세팅되지만 이후 풍속이 증가할수록 피치각도 증가되어야 한다.As shown in Fig. 1 (a), in the low speed region of the
본 발명에 따른 본체는 상기 블레이드(15)의 운동과 관련된 신호를 생성하는 구조이다. 풍력발전기는 바람(풍속)에 의한 에너지를 회전력으로 변환하여 전기 에너지를 생성하므로 블레이드(15)의 운동과 관련되어 풍속, 회전수, 출력 등의 신호를 필요로 한다.The body according to the present invention is a structure that generates a signal related to the motion of the blade (15). The wind turbine generates energy by converting the energy of the wind (wind speed) into the rotational force, and therefore requires signals such as wind speed, revolution speed, and output related to the motion of the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 본체는 풍속센서(21), rpm센서(23), 피치각센서(25), 출력센서(27)를 통하여 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다. 본체는 나셀(12)과 허브(13)에 구비되는 기구적 구성품 외에 다수의 센서를 포함한다. 풍속센서(21)는 나셀(12)의 외면에 설치되어 풍속을 검출한다. rpm센서(23)는 허브(13)와 연결되는 동력전달 축상에 설치되어 회전수를 검출한다. 피치각센서(25)는 블레이드(15)의 피치각을 대략 2~24도의 범위에서 검출한다. 출력센서(27)는 나셀(12)의 발전기를 통하여 생성되는 발전량(전력)을 검출한다.The main body generates a signal through the
또, 본 발명에 따르면 피치 액츄에이터(30)가 상기 본체 상에 블레이드(15)의 피치운동을 유발하도록 설치되는 구조이다. 피치 액츄에이터(30)는 블레이드(15)의 내단부에 다수의 기어를 개재하여 연결되어 피치각을 변동하기 위한 구동력을 발생한다. 하나의 허브(13)에 연결된 모든 블레이드(15)는 하나의 피치 액츄에이터(30)로 연동될 수도 있고, 각각의 피치 액츄에이터(30)에 의하여 독립적으로 구동될 수도 있다. According to the present invention, the
본 발명의 변형예로서, 상기 피치 액츄에이터(30)는 블레이드(15)의 피치각 변동을 위한 회동위치를 검출하는 엔코더(35)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 엔코더(35)는 피치 액츄에이터(30)의 구동축 단부에 설치되어 위치 신호를 생성한다. 물론 블레이드(15)의 피치각 변동은 피치각센서(25)의 신호를 메인으로 활용하지만 보조적으로 엔코더(35)의 신호를 참조하여 신뢰성을 높인다.As a modification of the present invention, the
또, 본 발명에 따르면 제어기(40)가 상기 본체의 신호를 입력하여 블레이드(15)의 피치각을 설계치에 부합하도록 조절하는 구조를 특징으로 한다. 제어기(40)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 구비하는 마이컴 회로로 구성한다. 사전에 획득된 데이터로 생성된 풍속-피치각의 관계는 제어기(40)의 메모리에 입력된다. 이후 제어기(40)는 실제로 풍력발전기의 운전 과정에서 계측되는 데이터와 비교하여 블레이드(15)의 피치각 보정이 올바른지 판단한다.In addition, according to the present invention, the
본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어기(40)는 특정 풍속에서 정격출력을 위한 피치각 요구값을 산출하는 피치제어부(42), 현재의 피치각을 검출하여 보정값을 산출하는 피치각보정부(44), 피치제어부(42)와 피치각보정부(44)의 값을 합산하여 피치 액츄에이터(30)에 출력을 인가하는 구동부(46)를 구비하는 것을 특징으로 한다.The
도 3에서, 피치제어부(42)는 rpm센서(23) 및 출력센서(27)의 신호를 수신하고 피치각보정부(44)는 풍속센서(21) 및 피치각센서(25)의 신호를 수신하는 것으로 예시한다. 정격 이상의 풍속에서 피치각 세팅이 잘못되어 있다면 설계치와 다른 양상의 풍속-피치각의 관계가 나타나게 된다. 피치제어부(42)는 동력전달 축의 회전수, 그에 의한 발전량을 감시하면서 피치각 요구값을 생성한다. 피치각보정부(44)는 현재의 풍속과 피치각을 검출하여 "0"도 세팅을 위한 보정값을 생성한다. 구동부(46)는 피치제어부(42)의 요구값과 피치각보정부(44)의 보정값을 합산하여 피치각 세팅의 오류를 자동으로 바로잡는다. 물론 구동부(46)는 합산된 출력을 변환하여 피치 액츄에이터(30)에 인가한다.3, the
이때, 상기 제어기(40)는 풍속과 피치각 변동 데이터를 누적하여 통계적으로 처리하고, 이를 기준으로 피치제어부(42)의 피치각 요구값을 설정된 주기로 갱신하는 것을 특징으로 한다. 풍속센서(21), 피치각센서(25)를 통하여 획득한 데이터는 풍력발전기 운전 과정에서 서버와 데이터베이스(도시 생략)에 수집되고 통계적으로 처리된다. 이와 같은 방식으로 풍속 대비 피치각의 관계 데이터가 갱신되어 저장될 수 있다. 어느 경우에나 제어기(40)는 갱신된 데이터를 기반으로 설계치와 비교하여 피치각 보정이 올바른지 판단하게 된다.At this time, the
만일, 피치각센서(25)의 이상이 발생하는 경우 피치 액츄에이터(30)에 설치된 엔코더(35)의 신호를 참조하여 피치각 보정을 실시할 수 있다.If an error occurs in the
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It is therefore intended that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.
11: 타워 12: 나셀
13: 허브 15: 블레이드
21: 풍속센서 23: rpm센서
25: 피치각센서 27: 출력센서
30: 피치 액츄에이터 35: 엔코더
40: 제어기 42: 피치제어부
44: 피치각보정부 46: 구동부11: Tower 12: Nacelle
13: hub 15: blade
21: wind speed sensor 23: rpm sensor
25: pitch angle sensor 27: output sensor
30: pitch actuator 35: encoder
40: controller 42: pitch controller
44: pitch angle control unit 46:
Claims (5)
상기 블레이드의 운동과 관련된 신호를 생성하는 본체;
상기 본체 상에 블레이드의 피치운동을 유발하도록 설치되는 피치 액츄에이터; 및
상기 본체의 신호를 입력하여 블레이드의 피치각을 설계치에 부합하도록 조절하는 제어기;를 포함하여 이루어지되,
상기 피치 액츄에이터는 블레이드의 피치각 변동을 위한 회동위치를 검출하는 엔코더를 구비하고,
상기 제어기는 특정 풍속에서 정격출력을 위한 피치각 요구값을 산출하는 피치제어부, 현재의 피치각을 검출하여 보정값을 산출하는 피치각보정부, 피치제어부와 피치각보정부의 값을 합산하여 피치 액츄에이터에 출력을 인가하는 구동부를 구비하며,
상기 제어기는 풍속과 피치각 변동 데이터를 누적하여 통계적으로 처리하고, 이를 기준으로 피치제어부의 피치각 요구값을 설정된 주기로 갱신하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 피치각 자동 보정장치.An apparatus for correcting a blade pitch angle of a wind turbine generator, comprising:
A body for generating a signal related to motion of the blade;
A pitch actuator installed on the body to cause pitch movement of the blade; And
And a controller for inputting a signal of the main body to adjust the pitch angle of the blades according to a design value,
Wherein the pitch actuator has an encoder for detecting a pivotal position for pitch angle variation of the blade,
The controller includes a pitch control unit for calculating a pitch angle required value for a rated output at a specific wind speed, a pitch angle control unit for detecting a current pitch angle and calculating a correction value, and a controller for summing the values of the pitch control unit and the pitch angle control unit, And a driving unit for applying an output,
Wherein the controller statistically processes the wind speed and pitch angle fluctuation data and updates the pitch angle demand value of the pitch controller based on the cumulative wind speed and pitch angle fluctuation data.
상기 본체는 풍속센서, rpm센서, 피치각센서, 출력센서를 통하여 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 피치각 자동 보정장치.The method according to claim 1,
Wherein the main body generates a signal through the wind speed sensor, the rpm sensor, the pitch angle sensor, and the output sensor.
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