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KR20140033582A - Wind power generator and operating method of wind power generator - Google Patents

Wind power generator and operating method of wind power generator Download PDF

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KR20140033582A
KR20140033582A KR1020120098640A KR20120098640A KR20140033582A KR 20140033582 A KR20140033582 A KR 20140033582A KR 1020120098640 A KR1020120098640 A KR 1020120098640A KR 20120098640 A KR20120098640 A KR 20120098640A KR 20140033582 A KR20140033582 A KR 20140033582A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wind
main shaft
frame
generator
angle
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020120098640A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
신상명
디렌드라 드루브
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
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Abstract

풍력발전기 및 풍력발전기의 운용방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기는 타워에 지지되어 회전하는 허브의 회전 에너지를 메인 샤프트에 의해 발전기로 전달하여 전기를 생산하는 풍력발전기로서, 타워의 상단에 설치되는 제 1 프레임; 제 1 프레임에 의해 지지되고, 메인 샤프트를 지지하는 제 2 프레임; 및 제 1 프레임과 제 2 프레임 사이에 개재되어 상기 메인 샤프트의 틸트 각도를 조정하는 각도 조정부를 포함한다.A method of operating a wind power generator and a wind power generator is disclosed. Wind turbine according to an embodiment of the present invention is a wind generator for producing electricity by transferring the rotational energy of the hub is supported by the tower to rotate the main shaft by the main shaft, a first frame installed on the top of the tower; A second frame supported by the first frame and supporting the main shaft; And an angle adjuster interposed between the first frame and the second frame to adjust the tilt angle of the main shaft.

Description

풍력발전기 및 풍력발전기의 운용방법{Wind power generator and operating method of wind power generator}Technical Field [0001] The present invention relates to a wind power generator and a wind power generator,

본 발명은 풍력발전기 및 풍력발전기 운용방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power generator and a method of operating a wind power generator.

최근 들어 지구온난화, 고유가 등의 문제를 해결하기 위해 석유 자원을 대체할 대체 에너지 개발이 한창이다. 이러한 대체 에너지 중에서 풍력발전은 오염물질의 배출이 전혀 없고 환경을 훼손할 우려가 없다는 점에서 해당 기술에 대한 연구와 개발이 활발히 진행되고 있다.In recent years, the development of alternative energy to replace petroleum resources is in full swing to solve problems such as global warming and high oil prices. Among these alternative energy sources, wind power generation is actively researching and developing the technology because there is no pollutant emission and there is no possibility of damaging the environment.

풍력발전기는 지면 등에 설치된 타워 상단에 나셀이 설치되고, 나셀에 설치된 허브가 전방에서 불어오는 바람에 의해 블레이드와 함께 회전하면서 전기에너지를 생성한다. 이 과정에서 허브의 회전 에너지는 메인 샤프트에 의해 발전기로 전달되고 발전기는 전달된 회전 에너지를 전기에너지로 변환한다.The wind generator is installed on the top of the tower installed on the ground, and the hub installed in the nacelle rotates together with the blade by the wind blowing from the front to generate electric energy. In this process, the rotational energy of the hub is transmitted to the generator by the main shaft, and the generator converts the transmitted rotational energy into electric energy.

통상적으로 복수의 블레이드는 허브에 소정의 간격으로 이격되어 방사상으로 배치된다. 이 경우, 풍력발전기로 부는 바람의 방향이 메인 샤프트의 회전 중심축과 나란할 때 풍력발전기는 복수의 블레이드에 걸리는 공력이 상호 균형을 이룬 상태로 발전할 수 있다. 만약 블레이드들에 걸리는 공력이 상호 불균형을 이루는 경우 풍력발전기에 걸리는 하중이 증가한다.Typically the plurality of blades are radially spaced apart from the hub at predetermined intervals. In this case, when the direction of the wind blowing in the wind turbine is parallel to the central axis of rotation of the main shaft, the wind turbine may be generated in a state where the aerodynamics of the plurality of blades are balanced. If the aerodynamic forces on the blades are unbalanced, the load on the wind turbine increases.

종래 풍력발전기는 풍력발전기를 상측에서 볼 때 풍력발전기로 부는 바람의 방향과 메인 샤프트의 회전 중심축을 나란하게 하기 위해 요 시스템을 구비하고 있으나 풍력발전기를 측면에서 볼 때 풍력발전기로 부는 바람의 방향과 메인 샤프트의 회전 중심축을 나란하게 하기 위한 어떠한 시스템도 갖추고 있지 않아 문제이다.Conventionally, the wind turbine is equipped with a yaw system for paralleling the direction of the wind blowing into the wind turbine when viewed from the top and the rotational axis of the main shaft, but the wind blowing into the wind generator when viewed from the side The problem is that there is no system for paralleling the central axis of rotation of the main shaft.

특히, 풍력발전기가 산등성이에 설치된 경우, 산등성이를 따라 오르내리는 바람에 의해 바람의 방향과 메인 샤프트의 회전 중심축이 나란한 방향을 갖지 못하게 되어 블레이드에 걸리는 공력의 불균형 속에서 발전을 할 수 밖에 없다. 이 경우, 풍력발전기에 걸리는 하중이 증가하여 풍력발전기의 운용 수명이 짧아질 수 있다.In particular, when the wind turbine is installed on the ridge, the wind is rising and falling along the ridge so that the direction of the wind and the central axis of rotation of the main shaft are not parallel to each other, thereby generating power in the imbalance of aerodynamics applied to the blade. In this case, the load on the wind turbine is increased, the operating life of the wind turbine can be shortened.

본 발명의 실시예는, 풍력발전기를 측면에서 볼 때 풍력발전기로 부는 바람의 방향에 따라 메인 샤프트의 틸트 각도를 조정하도록 구성된 풍력발전기 및 풍력발전기의 운용방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a wind turbine generator and a method of operating the wind turbine configured to adjust the tilt angle of the main shaft according to the direction of the wind blowing the wind turbine side view.

본 발명의 일 측면에 따르면, 타워에 지지되어 회전하는 허브의 회전 에너지를 메인 샤프트에 의해 발전기로 전달하여 전기를 생산하는 풍력발전기로서, 상기 타워의 상단에 설치되는 제 1 프레임; 상기 제 1 프레임에 의해 지지되고, 상기 메인 샤프트를 지지하는 제 2 프레임; 및 상기 제 1 프레임과 상기 제 2 프레임 사이에 개재되어 상기 메인 샤프트의 틸트 각도를 조정하는 각도 조정부를 포함하는, 풍력발전기가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wind power generator for generating electricity by transmitting rotation energy of a hub supported by a tower to a generator by a main shaft, the first generator being installed at an upper end of the tower; A second frame supported by the first frame and supporting the main shaft; And an angle adjuster interposed between the first frame and the second frame to adjust the tilt angle of the main shaft.

상기 각도 조정부는, 상기 제 1 프레임의 길이방향으로 상호 이격 배치되는 복수의 각도 조정 유니트를 포함하고, 상기 각도 조정 유니트는 유압 실린더 또는 공압 실린더일 수 있다.The angle adjusting unit may include a plurality of angle adjusting units spaced apart from each other in the longitudinal direction of the first frame, and the angle adjusting unit may be a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder.

상기 풍력발전기는 상기 풍력발전기를 측면에서 볼 때 상기 풍력발전기로 부는 바람의 방향을 측정하는 풍향계; 및 상기 풍향계로부터 측정된 풍향 정보를 기초로 상기 풍력발전기로 부는 바람의 방향을 결정하고, 상기 결정된 바람의 방향과 상기 메인 샤프트의 회전 중심축이 이루는 각도가 기준 값 이상이면, 상기 결정된 바람의 방향과 상기 메인 샤프트의 회전 중심축이 나란하도록 상기 각도 조정부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The wind generator includes a wind vane for measuring the direction of the wind blowing to the wind generator when viewed from the side; And determining the direction of the wind blowing to the wind turbine based on the wind direction information measured from the wind vane, and if the angle between the determined wind direction and the rotational central axis of the main shaft is equal to or greater than a reference value, the determined wind direction And a control unit for controlling the angle adjusting unit so that the rotational central axis of the main shaft is parallel to each other.

상기 결정된 바람의 방향은 소정의 시간 동안 상기 풍력발전기로 부는 바람의 풍향을 측정한 후 이를 평균하여 얻어질 수 있다.The determined wind direction may be obtained by measuring the wind direction of the wind blowing to the wind turbine for a predetermined time and then averaging it.

상기 제 1 프레임과 상기 타워 사이에 요 베어링이 개재될 수 있다.A yaw bearing may be interposed between the first frame and the tower.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 타워에 지지되어 회전하는 허브의 회전 에너지를 메인 샤프트에 의해 발전기로 전달하여 전기를 생산하는 풍력발전기의 운용방법으로서, 상기 풍력발전기를 측면에서 볼 때 상기 풍력발전기로 부는 바람의 풍향을 측정하는 단계; 상기 측정된 풍향 정보를 기초로 상기 풍력발전기로 부는 바람의 방향을 결정하는 단계; 상기 결정된 바람의 방향과 상기 메인 샤프트의 회전 중심축이 이루는 각도가 기준 값 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 결정된 바람의 방향과 상기 메인 샤프트의 회전 중심축이 이루는 각도가 상기 기준 값 이상이면, 상기 결정된 바람의 방향과 상기 메인 샤프트의 회전 중심축이 나란하도록 상기 메인 샤프트의 틸트 각도를 조정하는 단계를 포함하는, 풍력발전기의 운용방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, a method of operating a wind power generator for producing electricity by transferring the rotational energy of a hub supported and rotated by a tower to a generator by a main shaft, the wind power generator as viewed from the side Measuring the wind direction of blowing wind; Determining a direction of wind blowing to the wind turbine based on the measured wind direction information; Determining whether an angle formed between the determined wind direction and the central axis of rotation of the main shaft is equal to or greater than a reference value; And adjusting the tilt angle of the main shaft such that the determined wind direction and the rotation center axis of the main shaft are parallel to each other when the angle between the determined wind direction and the rotation center axis of the main shaft is equal to or greater than the reference value. It may include, can be provided a method of operating a wind turbine.

상기 결정된 바람의 방향은 소정의 시간 동안 상기 풍력발전기로 부는 바람의 풍향을 측정한 후 이를 평균하여 얻어질 수 있다.The determined wind direction may be obtained by measuring the wind direction of the wind blowing to the wind turbine for a predetermined time and then averaging it.

본 발명의 실시예에 따르면, 풍력발전기를 측면에서 볼 때 풍력발전기로 부는 바람의 방향과 메인 샤프트의 회전 중심축이 나란하도록 메인 샤프트의 틸트 각도를 조정함으로써, 복수의 블레이드에 걸리는 공력 불균형에 의해 풍력발전기에 걸리는 하중을 저감하고 풍력발전기의 운용 수명을 향상시킨다.According to an embodiment of the present invention, by adjusting the tilt angle of the main shaft so that the direction of the wind blowing into the wind turbine when viewed from the side and the rotational axis of the main shaft is parallel, due to the aerodynamic imbalance across the plurality of blades It reduces the load on the wind turbine and improves the operating life of the wind turbine.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 측면에서 바라본 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기가 틸트 각도를 조정하는 과정을 설명하는 측면도이다.1 is a side view of a wind turbine according to an embodiment of the present invention,
2 is a schematic view of a part of a wind turbine according to an embodiment of the present invention,
3 to 5 are side views illustrating a process of adjusting the tilt angle of the wind turbine according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기를 측면에서 바라본 도면이다. 도 1에서 볼 때 좌측은 풍력발전기의 전방을, 우측은 풍력발전기의 후방을 나타낸다.1 is a side view of a wind turbine according to an embodiment of the present invention. 1, the left side represents the front of the wind power generator and the right side represents the rear side of the wind power generator.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력발전기(10)는 타워(100)와 나셀(200)과 허브(300)와 블레이드(400)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a wind turbine 10 according to the present embodiment includes a tower 100, a nacelle 200, a hub 300, and a blade 400.

타워(100)는 예를 들어 지면 등에 고정 설치될 수 있다. 타워(100) 상단에는 나셀(200)이 설치된다.The tower 100 may be fixed to the ground, for example. A nacelle 200 is installed at an upper end of the tower 100.

나셀(200)은 나셀 커버(210)와 에너지 변환 장치(220)를 포함한다. 나셀 커버(210)는 에너지 변환 장치(220)가 수용되는 공간을 제공한다. 나셀 커버(210)는 비전도성 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 나셀 커버(210)는 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 재질로 제공될 수 있다.The nacelle 200 includes a nacelle cover 210 and an energy conversion device 220. The nacelle cover 210 provides a space in which the energy conversion device 220 is accommodated. The nacelle cover 210 may be provided with a nonconductive material. For example, the nacelle cover 210 may be made of FRP (Fiber Reinforced Plastics).

타워(100)의 상단에는 나셀(200)이 회전 가능하게 설치된다. 타워(100)와 나셀(200) 사이에는 요 베어링(미도시)이 개재되어 나셀(200)이 타워(100)에 대해 회전할 수 있다.A nacelle 200 is rotatably installed at an upper end of the tower 100. A yaw bearing (not shown) is interposed between the tower 100 and the nacelle 200 to allow the nacelle 200 to rotate relative to the tower 100.

에너지 변환 장치(220)는 메인 샤프트(330)를 통해 허브(300)에서 전달되는 회전 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 에너지 변환 장치(220)는 발전기(221) 및 증속기(222)를 포함한다.The energy conversion device 220 converts the rotational energy transmitted from the hub 300 into electric energy through the main shaft 330. The energy conversion device 220 includes a generator 221 and a speed reducer 222.

나셀(200)의 전방에는 허브(300)가 제공된다. 허브(300)는 나셀(200)의 전방으로 돌출된 메인 샤프트(330)와 결합하고, 메인 샤프트(330)를 통해 에너지 변환 장치(220)와 연결된다. 허브(300)의 회전 에너지는 메인 샤프트(330)를 통해 에너지 변환 장치(220)에 전달된다. 허브(300)는 강도가 우수한 재질, 예컨대 금속 재질로 제공될 수 있다.A hub 300 is provided in front of the nacelle 200. The hub 300 is coupled to the main shaft 330 protruded forward of the nacelle 200 and is connected to the energy conversion device 220 through the main shaft 330. The rotational energy of the hub 300 is transmitted to the energy conversion device 220 through the main shaft 330. The hub 300 may be provided with a material having high strength, for example, a metal material.

블레이드(400)는 복수 개 제공되며, 허브(300)를 중심으로 방사상으로 배치된다. 블레이드(400)는 루트(root)가 허브(300)에 결합한다. 블레이드(400)들은 익형(airfoil) 단면을 가지며, 전방으로부터 불어오는 바람에 대해 일정한 받음각(angle of attack)을 갖도록 배치된다.A plurality of blades 400 are provided and disposed radially about the hub 300. The blade 400 is coupled to the hub 300 by a root. The blades 400 have an airfoil cross-section and are arranged to have a constant angle of attack against wind blowing from the front.

풍력발전기(10)의 전방에서 불어오는 바람은 블레이드(400)들의 표면을 스쳐 지나면서 양력을 발생시킨다. 발생된 양력은 블레이드(400)들과 허브(300)를 회전시키고, 회전력은 나셀(200)에 전달되어 전기 에너지로 변환된다. Wind blowing from the front of the wind turbine generator 10 generates a lift force as it passes over the surfaces of the blades 400. The generated lift rotates the blades 400 and the hub 300, and the rotational force is transmitted to the nacelle 200 and converted into electric energy.

블레이드(400)의 루트와 허브(300) 사이에는 피치 베어링(미도시)이 개재될 수 있다. 피치 베어링은 피치 제어부(미도시)의 제어에 의해, 블레이드(400)를 허브(300)에 대해 상대 회전시킴으로써 블레이드(400)의 피치각을 조정한다.A pitch bearing (not shown) may be interposed between the root of the blade 400 and the hub 300. The pitch bearing adjusts the pitch angle of the blade 400 by rotating the blade 400 relative to the hub 300 under the control of a pitch control unit (not shown).

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2에서 볼 때 좌측은 풍력발전기의 전방을, 우측은 풍력발전기의 후방을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력발전기는 제 1 프레임(500), 제 2 프레임(600) 및 각도 조정부(700)를 포함한다.2 is a schematic view showing a part of a wind turbine according to an embodiment of the present invention. 2, the left side shows the front of the wind power generator and the right side shows the rear side of the wind power generator. Referring to FIG. 2, the wind power generator according to the present embodiment includes a first frame 500, a second frame 600, and an angle adjuster 700.

제 1 프레임(500)은 타워(100)의 상단에 설치된다. 제 1 프레임(500)은 타워에 대해 회전할 수 있다. 이를 위해 제 1 프레임(500)과 타워(100) 사이에 요 베어링(미도시)이 개재될 수 있다.The first frame 500 is installed at the top of the tower 100. The first frame 500 can rotate relative to the tower. To this end, a yaw bearing (not shown) may be interposed between the first frame 500 and the tower 100.

제 1 프레임(500)은 제 2 프레임(600)을 지지한다. 제 2 프레임(600)은 메인 샤프트(330) 및 발전기(221)를 지지한다. 제 2 프레임(600)은 발전기(221)의 전방에 위치하는 증속기(222)를 지지한다. 메인 샤프트(330)는 축 베어링(230)에 의해 제 2 프레임(600)에 회전 가능하게 지지된다.The first frame 500 supports the second frame 600. The second frame (600) supports the main shaft (330) and the generator (221). The second frame (600) supports the booster (222) located in front of the generator (221). The main shaft 330 is rotatably supported by the second frame 600 by a shaft bearing 230.

제 1 프레임(500)과 제 2 프레임(600) 사이에 각도 조정부(700)가 개재될 수 있다. 각도 조정부(700)는 메인 샤프트(330)의 틸트 각도를 조정한다.The angle adjusting unit 700 may be interposed between the first frame 500 and the second frame 600. [ The angle adjusting unit 700 adjusts the tilt angle of the main shaft 330. [

각도 조정부(700)는 제 1 프레임(500)의 길이방향으로 상호 이격 배치되는 복수의 각도 조정 유니트(710)를 포함할 수 있다. 복수의 각도 조정 유니트(710)는 각각 설치 위치 별로 제 1 프레임(500)과 제 2 프레임(600) 사이의 거리를 조정함으로써, 메인 샤프트(330)의 틸트 각도를 조정한다.The angle adjusting unit 700 may include a plurality of angle adjusting units 710 spaced apart from each other in the longitudinal direction of the first frame 500. The plurality of angle adjusting units 710 adjust the tilt angle of the main shaft 330 by adjusting the distance between the first frame 500 and the second frame 600 for each mounting position.

각도 조정 유니트(710)는 유압 실린더 또는 공압 실린더일 수 있으나 이에 국한되지 않으며, 제 1 프레임(500)과 제 2 프레임(600) 사이의 거리를 조정할 수 있는 다양한 형태의 각도 조정 유니트(710)가 제안될 수 있다.The angle adjusting unit 710 may be a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder but may include various types of angle adjusting units 710 that can adjust the distance between the first frame 500 and the second frame 600 Can be proposed.

각도 조정 유니트(710)가 유압 실린더 또는 공압 실린더인 경우, 신장 또는 수축을 통해 제 1 프레임(500)과 제 2 프레임(600) 사이의 거리를 조정한다.When the angle adjusting unit 710 is a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder, the distance between the first frame 500 and the second frame 600 is adjusted through extension or contraction.

예를 들어, 메인 샤프트(330)가 도 2에서 볼 때 반시계 방향으로 틸팅하기 위해, 복수의 각도 조정 유니트(710)는 전방에서 후방으로 갈수록 길어지도록 변형된다. 이 경우, 전방에서 후방으로 갈수록 제 1 프레임(500)과 제 2 프레임(600) 사이의 거리가 길어져, 메인 샤프트(330)가 반시계 방향으로 틸팅한다.For example, in order to tilt the main shaft 330 in the counterclockwise direction in FIG. 2, the plurality of angle adjusting units 710 are deformed to become longer from the front to the rear. In this case, as the distance between the first frame 500 and the second frame 600 increases from the front to the rear, the main shaft 330 tilts counterclockwise.

또는 메인 샤프트(330)가 도 2에서 볼 때 시계 방향으로 틸팅하기 위해, 복수의 각도 조정 유니트(710)는 전방에서 후방으로 갈수록 짧아지도록 변형된다. 이 경우, 전방에서 후방으로 갈수록 제 1 프레임(500)과 제 2 프레임(600) 사이의 거리가 짧아져, 메인 샤프트(330)가 시계 방향으로 틸팅한다.Alternatively, in order for the main shaft 330 to tilt in the clockwise direction when viewed in FIG. 2, the plurality of angle adjusting units 710 are deformed to become shorter from the front to the rear. In this case, the distance between the first frame 500 and the second frame 600 is shorter from the front to the rear, and the main shaft 330 tilts clockwise.

각도 조정 유니트(710)가 유압 실린더 또는 공압 실린더인 경우, 각도 조정 유니트(710)의 양단부에 힌지 결합부가 형성될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.When the angle adjusting unit 710 is a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder, hinge joints may be formed at both ends of the angle adjusting unit 710, but the present invention is not limited thereto.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력발전기(10)는 풍향계(800) 및 제어부(900)를 포함한다. 풍향계(800)는 도 2와 같이 풍력발전기(10)를 측면에서 볼 때 전방에서 풍력발전기(10)로 부는 바람의 방향을 측정한다. 다시 말해, 풍향계(800)는 도 2와 같이 풍력발전기(10)의 측면에서 볼 때 전방에서 허브(300)(도 1 참조)로 부는 바람의 방향을 측정한다.2, the wind power generator 10 according to the present embodiment includes a wind vane 800 and a controller 900. The wind vane 800 measures the direction of the wind blowing from the wind turbine 10 in front when the wind turbine 10 is viewed from the side as shown in FIG. 2. In other words, the wind vane 800 measures the direction of the wind blowing to the hub 300 (see FIG. 1) from the front when viewed from the side of the wind turbine 10 as shown in FIG. 2.

제어부(900)는 풍향계(800)로부터 측정된 풍향 정보를 수집한다. 제어부(900)는 수집된 풍향 정보를 기초로 풍력발전기(10)로 부는 바람의 방향을 결정한다.The controller 900 collects wind direction information measured from the wind vane 800. The controller 900 determines the direction of the wind blowing to the wind power generator 10 based on the collected wind direction information.

제어부(900)에 의해 결정된 바람의 방향(이하, "결정 풍향"이라 함)은 소정의 시간 동안 풍력발전기(10)로 부는 바람의 방향을 측정한 후 이를 평균하여 얻어질 수 있다. 또는 결정 풍향은 풍력발전기(10)로 부는 바람을 실시간으로 측정한 실시간 측정값일 수 있다.The wind direction determined by the controller 900 (hereinafter, referred to as “crystal wind direction”) may be obtained by measuring the direction of the wind blowing to the wind power generator 10 for a predetermined time and then averaging it. Alternatively, the crystal wind direction may be a real-time measurement value of measuring wind blowing in the wind turbine 10 in real time.

제어부(900)는 결정 풍향과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 이루는 각도가 기준 값 이상인지 여부를 판단한다. 제어부(900)는 결정 풍향과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 이루는 각도가 기준 값 이상인 것으로 판단되면, 결정 풍향과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 나란하도록 각도 조정부(700)를 제어한다.The controller 900 determines whether the angle formed by the determination wind direction and the rotation center axis R C of the main shaft 330 is equal to or greater than a reference value. The control unit 900 if it is determined to be greater than or equal to the rotational center axis (R C) the angle formed in the crystal direction of the wind and the main shaft 330, the reference value, the central axis of rotation (R C) of the crystal direction of the wind and the main shaft 330 side-by-side The angle adjusting unit 700 is controlled to be.

예를 들어, 기준 값이 3도이고, 결정 풍향과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 이루는 각도가 5도인 경우, 제어부(900)는 결정 풍향과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 이루는 각도가 기준 값을 넘는 것으로 판단하고, 결정 풍향과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 나란하도록 각도 조정부(700)를 제어한다.For example, when the reference value is 3 degrees and the angle formed by the crystal wind direction and the rotation center axis R C of the main shaft 330 is 5 degrees, the controller 900 may rotate the crystal wind direction and the main shaft 330. The angle formed by the central axis R C exceeds the reference value, and the angle adjusting unit 700 is controlled so that the crystal wind direction and the rotation center axis R C of the main shaft 330 are parallel to each other.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전기가 틸트 각도를 조정하는 과정을 설명하는 측면도이다.3 to 5 are side views illustrating a process of adjusting the tilt angle of the wind turbine according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 3을 참조하면, 풍력발전기(10)를 측면에서 볼 때 풍력발전기(10)로 부는 바람의 방향(W1)은 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)과 나란하다. 이 경우, 풍력발전기(10)는 복수의 블레이드(400)(도 1 참조)에 걸리는 공력 특성이 균형을 이룬 상태에서 발전할 수 있다.First, referring to FIG. 3, when the wind turbine 10 is viewed from the side, the wind direction W 1 blowing from the wind turbine 10 is parallel to the central axis of rotation R C of the main shaft 330. In this case, the wind power generator 10 may generate power in a state where the aerodynamic characteristics of the plurality of blades 400 (see FIG. 1) are balanced.

이후, 바람의 방향이 W1에서 W2로 바뀌면, 제어부(900)는 풍향계(800)로부터 수집된 풍향 정보를 기초로 결정 풍향을 W2로 결정한다. 그리고 제어부(900)는 결정 풍향(W2)과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 이루는 각도가 기준 값 이상인지 여부를 판단한다.Then, when the wind direction is changed from W 1 to W 2 , the controller 900 determines the determined wind direction as W 2 based on the wind direction information collected from the wind vane 800. In addition, the controller 900 determines whether an angle formed between the crystal wind direction W 2 and the rotation center axis R C of the main shaft 330 is equal to or greater than a reference value.

제어부(900)는 결정 풍향(W2)과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 이루는 각도가 기준 값 이상인 것으로 판단되면, 도 4와 같이 결정 풍향(W2)과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 나란하도록 각도 조정부(700)를 제어한다. 이 경우, 풍력발전기(10)는 복수의 블레이드(400)(도 1 참조)에 걸리는 공력 특성이 균형을 이룬 상태로 발전할 수 있다.If it is determined that the angle formed between the crystal wind direction W 2 and the rotational central axis R C of the main shaft 330 is greater than or equal to the reference value, the controller 900 determines the crystal wind direction W 2 and the main shaft ( The angle adjusting unit 700 is controlled such that the rotational center axis R C of the 330 is parallel to each other. In this case, the wind power generator 10 may generate power in a state where the aerodynamic characteristics of the plurality of blades 400 (see FIG. 1) are balanced.

이후, 바람의 방향이 W2에서 W3로 바뀌면, 제어부(900)는 풍향계(800)로부터 수집된 풍향 정보를 기초로 결정 풍향을 W3로 결정한다. 그리고 결정 풍향(W3)과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 이루는 각도가 기준 값 이상인 것으로 판단되면, 도 5와 같이 결정 풍향(W3)과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 나란하도록 각도 조정부(700)를 제어한다. 이 경우, 풍력발전기(10)는 복수의 블레이드(400)(도 1 참조)에 걸리는 공력 특성이 균형을 이룬 상태로 발전할 수 있다.Then, when the wind direction is changed from W 2 to W 3 , the controller 900 determines the determined wind direction as W 3 based on the wind direction information collected from the wind vane 800. When it is determined that the angle formed between the crystal wind direction W 3 and the rotation center axis R C of the main shaft 330 is greater than or equal to the reference value, as shown in FIG. 5, the rotation of the crystal wind direction W 3 and the main shaft 330 is performed. The angle adjusting unit 700 is controlled such that the central axes R C are parallel to each other. In this case, the wind power generator 10 may generate power in a state where the aerodynamic characteristics of the plurality of blades 400 (see FIG. 1) are balanced.

이와 같이 작동하는 본 실시예에 따른 풍력발전기(10)는 풍력발전기(10)를 측면에서 볼 때 풍력발전기(10)로 부는 바람의 방향과 메인 샤프트(330)의 회전 중심축(RC)이 나란하도록 메인 샤프트(330)의 틸트 각도를 조정함으로써, 복수의 블레이드(400)(도 1 참조)에 걸리는 공력 불균형에 의해 풍력발전기(10)에 걸리는 하중을 저감하고 풍력발전기(10)의 운용 수명을 향상시킨다.Wind generator 10 according to the present embodiment operating in this way is the direction of the wind blowing to the wind turbine generator 10 when viewed from the wind turbine 10 and the central axis of rotation (R C ) of the main shaft 330 By adjusting the tilt angle of the main shaft 330 side by side, the aerodynamic imbalance applied to the plurality of blades 400 (see FIG. 1) reduces the load on the wind turbine 10 and the operating life of the wind turbine 10. To improve.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

10 : 풍력발전기 100 : 타워
200 : 나셀 210 : 나셀 커버
220 : 에너지 변환 장치 221 : 발전기
222 : 증속기 230 : 축 베어링
300 : 허브 330 : 메인 샤프트
400 : 블레이드 500 : 제 1 프레임
600 : 제 2 프레임 700 : 각도 조정부
710 : 각도 조정 유니트 800 : 풍향계
900 : 제어부10: Wind generator 100: Tower
200: Nacelle 210: Nacelle cover
220: energy conversion device 221: generator
222: Speed changer 230: Axial bearing
300: hub 330: main shaft
400: blade 500: first frame
600: second frame 700: angle adjusting section
710: angle adjustment unit 800: wind vane
900:

Claims (7)

타워에 지지되어 회전하는 허브의 회전 에너지를 메인 샤프트에 의해 발전기로 전달하여 전기를 생산하는 풍력발전기에 있어서,
상기 타워의 상단에 설치되는 제 1 프레임;
상기 제 1 프레임에 의해 지지되고, 상기 메인 샤프트를 지지하는 제 2 프레임; 및
상기 제 1 프레임과 상기 제 2 프레임 사이에 개재되어 상기 메인 샤프트의 틸트 각도를 조정하는 각도 조정부를 포함하는, 풍력발전기.1. A wind turbine generator for generating electricity by transmitting rotational energy of a hub supported by a tower to a generator through a main shaft,
A first frame installed at an upper end of the tower;
A second frame supported by the first frame and supporting the main shaft; And
And an angle adjuster interposed between the first frame and the second frame to adjust the tilt angle of the main shaft. 제1항에 있어서,
상기 각도 조정부는,
상기 제 1 프레임의 길이방향으로 상호 이격 배치되는 복수의 각도 조정 유니트를 포함하고,
상기 각도 조정 유니트는 유압 실린더 또는 공압 실린더인, 풍력발전기.The method of claim 1,
The angle adjusting unit
And a plurality of angle adjustment units spaced apart from each other in the longitudinal direction of the first frame,
Wherein the angle adjustment unit is a hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 풍력발전기를 측면에서 볼 때 상기 풍력발전기로 부는 바람의 방향을 측정하는 풍향계; 및
상기 풍향계로부터 측정된 풍향 정보를 기초로 상기 풍력발전기로 부는 바람의 방향을 결정하고, 상기 결정된 바람의 방향과 상기 메인 샤프트의 회전 중심축이 이루는 각도가 기준 값 이상이면, 상기 결정된 바람의 방향과 상기 메인 샤프트의 회전 중심축이 나란하도록 상기 각도 조정부를 제어하는 제어부를 더 포함하는, 풍력발전기. 3. The method according to claim 1 or 2,
A wind vane measuring the direction of the wind blowing into the wind generator when viewed from the side; And
Determine the direction of the wind blowing to the wind turbine based on the wind direction information measured from the wind vane, and if the angle between the determined direction of the wind and the central axis of rotation of the main shaft is greater than or equal to the reference value, and the determined wind direction and And a control unit for controlling the angle adjuster so that the rotational central axes of the main shaft are parallel to each other. 제3항에 있어서,
상기 결정된 바람의 방향은 소정의 시간 동안 상기 풍력발전기로 부는 바람의 풍향을 측정한 후 이를 평균하여 얻어지는, 풍력발전기.The method of claim 3,
The determined wind direction is obtained by measuring the wind direction of the wind blowing to the wind turbine for a predetermined time, and then averaged it. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제 1 프레임과 상기 타워 사이에 요 베어링이 개재되는, 풍력발전기.3. The method according to claim 1 or 2,
And a yaw bearing interposed between the first frame and the tower. 타워에 지지되어 회전하는 허브의 회전 에너지를 메인 샤프트에 의해 발전기로 전달하여 전기를 생산하는 풍력발전기의 운용방법에 있어서,
상기 풍력발전기를 측면에서 볼 때 상기 풍력발전기로 부는 바람의 풍향을 측정하는 단계;
상기 측정된 풍향 정보를 기초로 상기 풍력발전기로 부는 바람의 방향을 결정하는 단계;
상기 결정된 바람의 방향과 상기 메인 샤프트의 회전 중심축이 이루는 각도가 기준 값 이상인지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 결정된 바람의 방향과 상기 메인 샤프트의 회전 중심축이 이루는 각도가 기준 값 이상이면, 상기 결정된 바람의 방향과 상기 메인 샤프트의 회전 중심축이 나란하도록 상기 메인 샤프트의 틸트 각도를 조정하는 단계를 포함하는, 풍력발전기의 운용방법.1. A method of operating a wind turbine generator for generating electricity by transmitting rotation energy of a hub supported and rotated by a tower to a generator through a main shaft,
Measuring a wind direction of the wind blowing to the wind generator when the wind generator is viewed from a side;
Determining a direction of wind blowing to the wind turbine based on the measured wind direction information;
Determining whether an angle formed between the determined wind direction and the central axis of rotation of the main shaft is equal to or greater than a reference value; And
Adjusting the tilt angle of the main shaft such that the determined wind direction and the rotation axis of the main shaft are equal to or greater than a reference value, such that the determined wind direction and the rotation axis of the main shaft are parallel to each other. How to operate the wind turbine. 제6항에 있어서,
상기 결정된 바람의 방향은 소정의 시간 동안 상기 풍력발전기로 부는 바람의 풍향을 측정한 후 이를 평균하여 얻어지는, 풍력발전기의 운용방법.The method according to claim 6,
The determined wind direction is obtained by measuring the wind direction of the wind blowing to the wind power generator for a predetermined time, and then averaging it.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107503893A (en) * 2017-08-22 2017-12-22 南京航空航天大学 It is a kind of can active control tilt angle of rotor shaft high generated energy wind energy conversion system and its application method
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