KR100775897B1 - 풍력터빈의 회전날개 블레이드 결빙을 검출하는 방법 - Google Patents

풍력터빈의 회전날개 블레이드 결빙을 검출하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력터빈을 작동하는 방법에 관한 것으로서, 적절한 센서들에 의해 소정의 작동변수의 값들을 검출하는 단계, 적어도 하나의 소정의 초기조건을 검출하는 단계, 및 검출된 값들과 작동변수의 저장된 값을 비교하는 단계를 구비한다. 또한, 본 발명은 이 방법을 실시하기 위한 풍력터빈에 관한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 풍력터빈의 작동을 상술한 방식의 방법을 사용하여 변화들에 적응시킬 수 있게 하여서, 검출된 변수 값들이 저장된 변수값들에서 이탈할 때, 초기조건의 함수에 따라 저장된 변수값들이 검출된 변수값들에 적합하게 변경되거나 또는 풍력터빈의 작동이 검출된 변수값들의 함수에 따라 영향을 받게 하는 데 있다.
이러한 방법으로, 본 발명은, 실용적인 견지에서, 회전날개 블레이드상의 결빙의 형성이 또한 회전날개 블레이드의 형상에 대한 (일시적인 기상과 관련된) 변화라는 지식에 근거를 두고 있다. 이러한 것으로부터 회전날개 블레이드상의 결빙의 형성이 공기역학적 프로파일의 변화를 초래하며 따라서 풍력터빈의 출력에 부정적인 효과를 초래한다는 것을 알게 된다. 그러나, 이러한 형상의 편차와 발생된 출력의 크기의 편차도 역시 소정의 최적의 형상에서 회전날개 블레이드의 제작에 따른 편차와 작동중에 회전날개 블레이드가 점차 오염되는 것으로부터 초래된다.

Description

풍력터빈의 회전날개 블레이드 결빙을 검출하는 방법{METHOD FOR DETECTION OF ICING AT ROTOR BLADES OF A WIND TURBINE}
본 발명은 풍력터빈 작동 방법에 관한 것으로서, 적절한 센서들에 의해, 소정의 작동변수의 값들을 검출하는 단계, 적어도 하나의 소정의 초기조건을 검출하는 단계, 및 검출된 값들과 작동변수의 저장된 값을 비교하는 단계를 구비한다. 또한, 본 발명은 이 방법을 실시하기 위한 풍력터빈에 관한 것이다.
여기서, 용어 "변수" 또는 "작동변수"는 직접 검출된 변수라는 의미로서 사용되지만, 또한 검출된 값에서 유도된 변수값이라는 의미로서도 사용된다.
풍력터빈은 연속생산(series production)에 대해 말하는 것을 확실히 허용할 수 있을 정도로 얼마 동안 이미 제작되어 오고 있다. 그러나, 결국, 풍력터빈 각각은 명확하게 독특하며, 그 이유는 최적 세팅(setting)에서의 편차가 연속생산에서도 역시 발생하기 때문이다. 공지되어 있듯이, 이것은 반드시 풍력터빈의 연속생산의 현상은 아니다. 대신에, 일상생활의 많은 영역에서 디폴트(default) 값과 허용가능한 공차 범위가 있으며, 그 범위 내에서는 소정의 값에서의 편차가 허용되며 문제가 되지 않는다.
풍력터빈의 회전날개 블레이드(rotor blade)들이 대단히 높은 비율의 수작업으로 생산되며 또 상당히 큰 치수에 도달하기 때문에, 개별적인 회전날개 블레이드 각각은 독특하다. 따라서, 3개의 회전날개 블레이드를 갖는 풍력터빈은 이미 그 회전날개에서 3개의 독특한 블레이드를 가지고 있다. 그러므로, 하나의 풍력터빈의 회전날개는 어떤 다른 것과 다르며, 심지어 하나의 회전날개 블레이드의 교환은 공차 범위내에서 전체 회전날개를 변화시킨다.
이에 따라, 각 풍력터빈의 작동 거동은, 심지어 동일한 형태에 속하더라도, 다른 모든 풍력터빈의 작동 거동과 다르다. 편차가 허용가능한 공차 범위 내에 있을지라도, 그럼에도 불구하고 편차는 여전히 동력손실을 일으킬 수 있다.
풍력터빈과 특히 회전날개와 같은 곤돌라(gondaola)의 영역에서 외부에 장착된 터빈 부품과 또한 풍력계도 역시 특히 겨울철에 결빙의 위험을 받게 된다. 풍력계의 결빙은 측정 오류를 용이하게 일으킬 수 있으며, 이 측정오류는 풍력터빈의 부적절한 제어를 초래한다.
회전날개의 결빙은 풍력터빈의 영역에 있는 사람과 물체가 낙하하는 얼음으로 인하여 부상을 입거나 손상될 수 있는 위험을 포함한다. 회전날개 블레이드가 얼음으로 덮여 있을 때, 얼음이 얼마나 많이 언제 떨어질지 예측할 수 없으며, 따라서 그 영역의 위험을 방지하도록, 특히 회전날개 블레이드가 결빙되면 풍력터빈은 정지해야 한다.
종래 기술의 상태에서, 이러한 문제를 방지하기 위해 여러 가지 방안이 강구되었다. 따라서, 예를 들어 가열되는 풍력계를 이용할 수 있다. 이러한 풍력계의 가열기는 결빙을 방지해야 한다. 그러나, 그러한 가열기는 풍력계의 결빙에 대해 완전한 보호장치는 아니다. 왜냐하면 한편으로 가열기가 파손될 수 있고, 다른 한 편으로 기능적 가열기가 임의의 낮은 온도에서 결빙의 형성을 방지할 수 없기 때문이다.
또한, 회전날개 블레이드에 대한 여러 가지 디자인이 알려져 있다. 예를 들어, 회전날개 블레이드는 어떤 결빙의 형성을 방지하기 위해 가열될 수 있다. 그러나, 대형 풍력터빈과 이에 대응하는 대형 회전날개 블레이드를 갖는 경우에, 필요한 동력소비가 상당히 크다. DE 195 28 862 A1호에서, 결빙이 있은 후에는 터빈이 정지되고 다음에 회전날개 블레이드의 결빙을 제거하기 위해 회전날개 블레이드가 가열되며 동시에 가능한 동력 사용을 최적상태로 하고 있다. 그러나, 종래 기술에서의 결빙의 검출은, 회전날개가 이미 형성된 결빙의 일부를 떨어뜨릴 때 발생되는 불균형을 이룬 회전날개의 검출을 통해 자주 실시된다.
그러나, 얼음이 떨어지는 처음 시간은 이미 그 지역의 위험을 나타내며, 회전날개 블레이드의 치수가 클수록 얼음의 질량도 증가하며, 따라서 상대적으로 작은 양의 얼음의 낙하는 검출가능한 불균형을 일으킬 수 없으며, 얼음 형성의 신뢰성 있는 검출이 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 풍력터빈의 작동을 변화에 적응시킬 수 있게 하는데 있다. 이 목적은, 검출된 변수 값들이 저장된 변수값들에서 이탈할 때, 초기조건의 함수에 따라 저장된 변수값들이 검출된 변수값들에 적합하게 변경되거나 또는 풍력터빈의 작동이 검출된 변수값들의 함수에 따라 영향을 받게 되도록 상술한 방식의 방법에 의해 달성된다.
본 발명은, 실용적인 견지에서, 회전날개 블레이드상의 얼음의 형성이 또한 회전날개 블레이드의 형상에 대한 (일시적인 기상과 관련된) 변화를 나타내며, 그 결과풍력터빈의 회전날개 블레이드상의 얼음의 형성이 항상 공기역학적 프로파일의 변화를 초래하며 따라서 풍력터빈의 출력에 부정적인 효과를 초래한다는 지식에 근거를 두고 있다. 그러나, 역시 소정의 최적 형상에서 회전날개 블레이드의 제작에 따른 편차와 작동중에 회전날개 블레이드가 점차 오염되는 것도 이러한 형상의 편차와 이에 따라 발생된 출력의 크기의 편차를 일으킨다.
이제, 풍속, 회전날개 블레이드의 타격각도, 및 발생된 출력과 같은 소정의 작동변수들이 검출되면, 이들은 풍력터빈내에 저장된 값들과 비교될 수 있다. 결빙이 어쨋든 발생할 수 있는지 유추할 수 있는 외부 온도의 초기조건을 고려하면, 이제 풍력터빈내에 저장된 값들이 실제 상황에 적합하게 변경될 수 있거나 또는 터빈의 작동이 이에 따라 영향을 받게 된다.
외부 온도의 초기조건은 온도 센서에 의해 모니터될 수 있다. 외부 온도가 2 ℃ 이상이면, 그때에는 확실히 결빙이 억제될 수 있고, 값들의 편차는 결과적으로 결빙에 대해 추적하지 않지만, 대신에 예로서 회전날개 블레이드의 프로파일(profile)에서 공차의 결과로서의 편차를 추적하게 된다. 온도가 2 ℃ 미만으로 떨어지면, 더 이상 결빙이 확실하게 억제될 수 없다. 그 결과, 변수값들이 변하면, 결빙이 억제될 수 없고 따라서 터빈의 작동이 영향을 받으며 예를 들어 터빈이 정지된다.
터빈에 저장된 변수값들을 터빈의 연속적인 변화에 적합하게 변경하기 위해 또한 결빙 형성의 오류 검출을 일으키지 않기 위해, 터빈내에 저장된 변수값들은 편차의 (반복된) 출현에 따라 적합하게 변경될 수 있다. 이 변수값들을 적합하게 변경하기 위해서, 저장된 변수값과 검출된 변수값 사이의 차이가 결정되고, 이 차이에 따라 저장된 변수의 값이 소정의 가중치(weight)에 따라 변할 수 있다. 이 가중치는 예로서 그 차이 양(amount of difference)의 일부가 될 수 있으며, 따라서 한번의 변화가 저장된 변수값들의 중대한 변화를 일으키지 않는다.
변수들의 값 및/또는 초기조건의 값들은, 임의의 단일 이벤트(event)의 영향을 줄이기 위해, 사전설정될 수 있는 시간, 예로서 60초, 및/또는 측정 사이클의 사전설정된 수(number) 동안에 검출될 수 있다.
풍력터빈이 풍속의 함수로서의 다른 변수들에 의해 제어되기 때문에, 사용된 변수들은 양호하게 제2 초기조건의 함수에 따라 변한다. 터빈이 공칭 출력을 발생하는 풍속 미만에서, 터빈은 발생된 출력에 의해 제어되며, 다른 것 중에서 풍속에 의존한다. 이에 따라서, 풍속은 발생된 출력으로부터 결정될 수 있다. 공칭 풍속에 도달되어 초과될 때, 터빈은 항상 공칭 출력을 발생한다. 이 범위에서, 터빈은 회전날개 블레이드의 타격각도를 변화시킴으로써 제어된다. 따라서, 풍속은 회전날개 블레이드의 타격각도에 영향을 줄 수 있다. 그 결과, 공칭 출력이 초기조건에 도달하는 정도에 따라, 변수는 발생된 출력과 회전날개 블레이드의 타격각도 사이에서 변할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 방법의 흐름도.
도 2는 본 방법의 다른 실시예의 흐름도.
도 3은 소정의 표준 특성 라인과 측정에 의해 결정된 특성 라인의 실시예.
도 4는 저장된 변수값들의 변화를 나타내는 도면.
본 발명의 실시예는 도면을 참고하여 아래에 상세히 설명된다.
개별 단계들은 도 1에 도시된 흐름도에서 참조부호로 표시되어 있다. 단계 10은 흐름도의 시작이다. 단계 11에서, 이 풍력터빈의 첫째 시동인지의 여부에 대해 테스트된다. 아래로 연장하는 지선(branch)은 응답 "예"를 상징하고, 우측으로 연장하는 지선은 응답 "아니오"를 상징한다. 이것이 터빈의 첫째 시동이면, 다음에 단계 12에서, 통상적인 표준값들이 메모리에 저장된다. 이것이 첫째 시동이 아니면, 이 단계 12는 건너뛰게 된다.
단계 13에서, 발생된 출력 Pist, 회전날개 블레이드의 타격각도 α, 풍속 vw 가 검출된다. 단계 14에서, 발생된 출력 Pist이 공칭 출력 PN 인지 여부에 대해 테스트된다. 이것이 그 경우라면, 프로세스가 아래 지선을 경유하여 단계 15로 진행한다. 여기서, 회전날개 블레이드의 타격각도 α는 변수로서 선택된다. 발생된 출력이 공칭 출력이 아니면, 즉, 공칭 출력보다 작으면, 우측 지선이 사용되고, 프로세스는 단계 16으로 진행하고, 여기서 발생된 출력 Pist가 변수로서 선택된다. 다음의 단계 19에서, 외부 온도 u가 적어도 2℃인지 여부에 대해 테스트된다. 이것이 그 경우이면, 프로세스는 아래 지선을 경유하여 단계 20으로 진행한다.
외부 온도 u의 검출은 온도계에 의해 실현될 수 있다. 당연히, 선택적으로 다른 장소에서 다른 온도계를 사용할 수도 있으며, 이 경우 이 온도계들에 의해 검출된 온도들은 실행 가능성을 위해 서로 대조될 수 있다.
단계 20에서는, 단계 14, 15 및 16에서 결정된 변수, 회전날개 블레이드의 타격각도 α 또는 발생된 출력 Pist에 따라, 관련된 풍속 vk이 풍력터빈에 저장된 데이터로부터 결정된다. 다음에 이 풍속 vk는 검출된 풍속 vw 와 비교된다. 단계 21에서, 검출된 풍속이 저장된 풍속에서 이탈하는지 여부에 대해 테스트된다. 이것이 그 경우라면, 프로세스는 아래 지선을 경유하여 진행하고, 단계 22에서, 새로운 값이 저장된 변수값에 대해 정의되고, 풍력터빈에 저장된다.
상기 새로운 값은 가중인자(weighting factor)로서 0.05 인자만큼 곱해지고, 이전의 값에 부호(±)를 고려하여 더해진다. 더 작은 값이 생성되면, 다음에 이전에 저장된 값에서의 차이의 1/20은 감해지고; 더 큰 값이 생성되면, 그 차이의 1/20이 이 값에 더해진다. 이렇게 새로이 결정된 값이 저장된 후에, 발생된 출력 Pist, 회전날개 블레이드의 타격각도 α 및 풍속 vw가 다시 검출되고, 이 프로세스는 다시 단계 13에서 시작되어 실행된다.
당연히, 가중인자도 역시 임의의 다른 적절한 값을 취할 수 있다. 여기서, 더 큰 가중인자에 대해서 저장된 값들은 더 작은 가중인자에 비하여 더 신속하게 검출된 값들에 적합하게 변경된다는 것을 쉽게 알게 된다.
가중인자도 역시 예를 들어, 검출된 값과 저장된 값 사이의 차이의 크기의 함수에 따라 변할 수 있다. 그 차이가 클수록, 큰 차이로 인한 영향 또는 그 반대로 작은 차이로 인한 영향을 줄이기 위해, 가중인자가 작아질 수 있다.
대안으로서, 가중인자가 제거될 수 있다. 대신에, 저장된 값들은 독립적으로 또는 소정의 양을 갖는 차이에 따라 단계적으로 검출된 값들에 적합하게 변경될 수 있다. 따라서, 이 적합한 변경은 항상 값 w에 따라 현실화될 수 있는데, 즉 차이 양의 소정의 제1 범위에 대해서 제1 소정의 값 w1이 사용되고, 차이 양의 소정의 제2 범위에 대해서 소정의 제2 값 w2가 사용되고, 제3 범위에 대해 값 w3 등이 사용되고, 이렇게 계속된다.
단계 20에서 결정된 값이 저장된 값에서 전혀 벗어나지 않거나 또는 크게 이탈하지 않으면, 프로세스는 우측 지선을 경유하여 단계 21으로 진행하고, 단계 22는 건너뛰게 된다. 따라서, 이 단계 22는 여분으로 남아 있을 수 있고, 따라서 사용되고 있는 프로세서에 대한 부하가 감소된다.
단계 19에서, 온도가 최소한 2℃가 아니라는 것이 판정되면, 회전날개 블레이드의 결빙이 더 이상 확실하게 억제되지 않을 수 있다. 따라서, 프로세스는 측면 지선을 경유하여 단계 23으로 진행한다. 단계 23에서, 검출된 변수에 따라 풍속 vk가 저장된 변수값으로부터 판정된다.
단계 24에서, (공차 범위를 고려한 상태에서) 저장된 변수값들로부터 결정된 풍속 vk가 검출된 풍속 vw와 일치하는지 여부가 테스트된다. 이것이 그 경우라면, 프로세스는 측면 지선을 경유하여 단계 13으로 돌아가고, 다음에 이 프로세스는 발생된 출력 Pist, 회전날개 블레이드의 타격각도 α, 및 풍속 vw의 검출에 따라 계속된다.
단계 24에서, 검출된 풍속 vw이 저장된 값으로부터 결정된 풍속 vk와 일치하지 않는다고 인식될 때, 단계 25에서 검출된 풍속 vw이 변수값으로부터 결정된 풍속 vk 보다 작은지 여부에 대해 테스트된다.
이것이 그 경우라면, 프로세스는 아래 지선을 경유하여 계속되고, 단계 26에서, 풍속계 결빙으로 가정되는데, 왜냐하면 터빈에 의해 발생된 출력 또는 블레이드 타격각도로부터 기인한 풍속이 풍속계에 의해 검출된 풍속보다 더 크기 때문이다.
검출된 풍속 vw이 저장된 변수값들로부터 결정된 풍속 vk보다 작지 않으면, 프로세스는 측면 지선을 경유하여 단계 27로 진행된다.
단계 24로부터 검출된 풍속 vw이 저장된 변수값 vk 로부터 결정된 풍속과 동일하지 않음을 알게 되기 때문에, 또한 단계 25로부터 검출된 풍속 vw이 저장된 변수값으로부터 결정된 풍속 vk보다 작지 않음을 알게 되기 때문에, 따라서 검출된 풍속 vw은 더 커야 한다. 그러나, 이렇게 더 큰 풍속에 대해서, 더 작은 출력이 발생되거나 또는 더 작은 블레이드 타격각도가 검출되면, 필수적으로 회전날개 블레이드의 공기역학적 거동이 변하게 된다는 것을 알게 된다. 단계 19로부터 온도가 2℃ 미만이라는 것을 알게 되기 때문에, 회전날개 블레이드의 결빙이 억제될 수 없다. 따라서, 단계 27에서 이제 회전날개 블레이드의 결빙으로 가정된다.
단계 26에서 가정된 풍속계의 결빙과 단계 27에서 가정된 회전날개 블레이드의 결빙은 양쪽 모두 단계 28에서 터빈의 정지를 일으킨다. 따라서, 주변환경에 대한 위험이 확실하게 각각의 영역에서 억제된다.
전체 프로세스는 단계 29에서 종료한다.
도 2에 도시된 흐름도에서, 개별 단계들은 참조부호로 표시되어 있다. 단계 10은 이 흐름도의 시작이다. 단계 11에서, 이러한 풍력터빈의 첫째 시동인지 여부가 테스트된다. 아래로 연장하는 지선은 응답 "예"를 상징하고, 우측으로 연장하는 지선은 응답 "아니오"를 상징한다. 이것이 첫째 시동이면, 다음에 단계 12에서, 통상적인 터빈의 표준값들이 메모리에 기록된다. 이것이 첫째 시동이 아니면, 이 단계 12는 건너뛰게 된다.
단계 13에서, 발생된 출력 Pist, 회전날개 블레이드의 타격각도 α, 풍속 vw 가 검출된다. 단계 14에서, 발생된 출력 Pist이 공칭 출력 PN 인지 여부에 대해 테스트된다. 이것이 그 경우라면, 프로세스가 아래 지선을 경유하여 단계 15로 진행한다. 여기서, 회전날개 블레이드의 타격각도 α는 변수로서 선택된다. 발생된 출력이 공칭 출력이 아니면, 즉, 공칭 출력보다 작으면, 우측 지선이 사용되고, 프로세스는 단계 16으로 진행하고, 여기서 발생된 출력 Pist가 변수로서 선택된다.
따라서, 단계 17에서, 단계 15 또는 단계 16에서 선택된 변수로 할당된 저장된 풍속 vk가 결정된다. 사전설정될 수 있는 폭을 갖는 공차 범위가 상기 풍속 vk로 할당된다. 이 폭은 예를 들어 풍력터빈의 설치장소의 함수로서 변할 수 있다.
주변환경에 대한 위험이 더 큰 빌딩 주변에서의 설치장소에서, 저장된 값들의 편차에 대해 풍력터빈의 제어기에 의한 신속한 반응은 엄격한 공차 범위를 통해 현실화될 수 있다. 이러한 엄격한 공차 범위는, 실험값 ±0.5 m/s 내지 ±2 m/s, 양호하게는 ±1.2 m/s 가 결정되었다. 위험이 낮은 영역에서는, ±1 m/s 내지 ±3 m/s, 양호하게는 ±2 m/s 가 유용한 것으로 주어져 있다.
단계 18에서, 검출된 풍속 vw가 공차 범위를 고려하여 저장된 값으로부터 결정된 풍속 vk와 일치하는지 여부가 테스트된다. 이것이 그 경우라면, 프로세스는 단계 18로부터 우측 지선을 경유하여 진행하여 단계 13으로 돌아간다. 여기서, 풍속 vw, 회전날개 블레이드의 타격각도 α, 및 발생된 출력 Pist가 다시 검출된다.
검출된 풍속 vw이 저장된 풍속 vk(당연히 공차 범위를 고려하여)와 일치하지 않으면, 프로세스는 단계 18에서 아래 지선을 경유하여 단계 19로 진행한다.
단계 19에서, 외부 온도 u가 적어도 2℃인지 여부에 대해 테스트된다. 이것이 그 경우이면, 프로세스는 아래 지선을 경유하여 단계 20으로 진행한다.
단계 20에서, 관련된 풍속 vk는 풍력터빈에 저장된 데이터로부터 결정되고, 또한 차이값은 단계 14, 15, 및 16에서 결정된 회전날개 블레이드의 타격각도 α 또는 발생된 출력 Pist을 변수의 함수로서 결정된다. 단계 22에서 새로운 값이 저장된 변수값에 대해 정의되고, 풍력터빈에 저장된다.
상기 새로운 값은 가중인자로서 0.05 인자만큼 곱해지고, 이전의 값에 부호(±)를 고려하여 더해진다. 더 작은 값이 생성되면, 이전에 저장된 값에서의 차이 1/20은 감해지고; 더 큰 값이 생성되면, 그 차이 1/20이 이 값에 더해진다. 이렇게 새로이 결정된 값이 저장된 후에, 발생된 출력 Pist, 회전날개 블레이드의 타격각도 α 및 풍속 vw가 다시 검출되고, 이 프로세스는 다시 단계 13에서 시작되어 실행된다.
당연히, 도 1에 대한 설명에서 만들어진 표시들은 역시 여기서 가중인자에 대해 적용된다.
단계 19에서, 온도가 최소한 2℃가 아니라는 것이 판정되면, 회전날개 블레이드의 결빙이 더 이상 확실하게 억제되지 않을 수 있다. 따라서, 프로세스는 측면 지선을 경유하여 단계 25로 진행한다.
단계 25에서, 검출된 풍속 vw이 변수값으로부터 결정된 풍속 vk보다 작은지 여부가 테스트된다.
이것이 그 경우라면, 프로세스는 아래 지선을 경유하여 진행하고, 단계 26에서 풍속계 결빙으로 가정되는데, 왜냐하면 터빈에 의해 발생된 출력 Pist 또는 블레이드 타격각도 α로부터 기인한 풍속이 풍속계에 의해 검출된 풍속보다 더 크기 때문이다.
검출된 풍속 vw이 저장된 변수값들로부터 결정된 풍속 vk보다 작지 않으면, 프로세스는 측면 지선을 경유하여 단계 27로 진행된다.
단계 18로부터 검출된 풍속 vw이 저장된 변수값 vk로부터 결정된 풍속과 동일하지 않음을 알게 되기 때문에, 또한 단계 25로부터 검출된 풍속 vw이 저장된 변수값으로부터 결정된 풍속 vk보다 작지 않기 때문에, 따라서 검출된 풍속 vw은 더 커야 한다. 그러나, 이렇게 더 큰 풍속에 대해서, 더 작은 출력이 발생되거나 또는 더 작은 회전날개 블레이드 타격각도가 검출되면, 필수적으로 회전날개 블레이드의 공기역학적 거동이 변하였다는 것을 알게 된다. 단계 19로부터 온도가 2℃ 미만이라는 것을 알게 되기 때문에, 회전날개 블레이드의 결빙이 억제될 수 없다. 따라서, 단계 27에서 회전날개 블레이드의 결빙으로 가정된다.
단계 26에서 가정된 풍속계의 결빙과 단계 27에서 가정된 회전날개 블레이드의 결빙은 양쪽 모두 단계 28에서 터빈의 정지를 일으킨다. 따라서, 주변환경에 대한 위험이 확실하게 각각의 영역에서 억제된다.
전체 프로세스는 단계 29에서 종료한다.
도 3은 3개의 특성 라인을 갖는 도면을 도시한다. 풍속 vw은 좌표계에서 가로좌표로 주어져 있다. 여기서, 풍속 vw은 공칭 풍속 vN과 관련된 변수이고, 공칭 풍속에서 풍력터빈은 공칭 출력에 도달하고, 이 풍속 vN을 초과하면 회전날개 블레이드의 타격각도 α가 관련 변수이다. 그러나, 명료성을 위해 이것은 도면에 도시되어 있지 않다.
출력 P는 세로좌표에 기록된다. 공칭 출력 PN이 지시되어 있다.
연속선은 첫째 시동에서 풍력터빈에 저장된 표준 변수값에 대한 실시예로 한다. 쇄선(dashed line)은 저장된 표준값을 검출된 값에 적합하게 변경함으로써 형성된 터빈에 특정한 제1 특성 라인을 가리키고, 일점쇄선은 또한 저장된 표준값을 검출된 값에 적합하게 변경함으로써 형성된 터빈에 특정한 특성 라인의 제2 실시예를 가리킨다. 당연히, 터빈에 특정한 하나의 특성 라인만이 하나의 풍력터빈에 적용될 수 있다.
쇄선의 제1 특성 라인은 연속적인 특성 라인 아래를 지나고 있으므로 터빈에 의해 실제로 발생된 출력이 표준 변수에서 보인 출력보다 작다는 것을 암시한다. 대조적으로, 일점쇄선의 제2 특성 라인은 공칭 풍속 vN 까지의 범위내에서 더 높은 출력을 나타낸다.
공칭 풍속 vN 미만에서는 변수 Pist가 사용된다. 쇄선의 특성 라인으로부터 출력 P1이 검출된 풍속 v2에서 발생된다는 것을 알게 된다. (연속적인) 표준 특성 라인으로부터 풍속 v1이 출력 P1에 대해 주어지고, 이것은 검출된 풍속 v2보다 작다. 따라서 출력 P1에서 검출된 풍속 v2는 저장된 값으로부터 결정된 풍속 v1보다 더 크다. 2℃ 이하 온도에서는, 본 발명에 따라 풍력터빈이 회전날개 블레이드의 결빙을 가정하여 정지될 것이다.
최소한 2℃의 온도에서는, 차이 △v=v2-v1가 형성된다. 교정값으로서, △ V/20이 저장된 값에 더해지고, 이전 값 대신에 메모리에 저장된다. 차이 △v가 양 의 부호이기 때문에, 저장된 값은 더 큰 값의 방향 즉, 방향 v2 에서 차이 양 1/20이 이동된다.
일점쇄선은 반대 방향에서의 편차를 도시한다. 출력 P1 에서, 풍속 v3이 검출되고 이것은 표준 특성 라인으로부터 결정된 풍속 v1보다 작다. 차이 v3-v1 이 생성되고, 다음에 △v와 △v/20이 교정값으로서 저장된 값에 더해진다. 그러나, 이 경우에 차이 △v가 음의 부호이기 때문에, 음의 부호를 가진 값이 저장된 값에 더해지고, 따라서 △v/20이 감해진다. 따라서, 여기서 저장된 값도 역시 부호를 고려하여 v3를 향하는 방향에서 차이 1/20로 적합하게 변경된다.
공칭 출력이 도달되면, 따라서 공칭 풍속 vN이 도달되거나 초과되면, 다음에 발생된 출력 Pist가 더 이상 변수로서 검출되지 않고, 대신에 회전날개 블레이드 타격각도 α가 변수로서 검출된다. 다른 프로세스는 상술한 것과 일치한다. 검출된 회전날개 블레이드 타격각도 α로부터, 할당된 풍속이 표준 특성 라인(연속 특성 라인)에 의하여 결정된다. 이것은 검출된 풍속과 비교된다. 여기서 차이가 발생하면, 이 프로세스들은 전술한 바와 같다.
도 4는 공칭 풍속 vN 보다 작은 범위에서 도 3에 도시된 특성 라인들의 단면의 확대 도면이다. 도 4에서, 풍속들은 도 3에서와 같이 기록된다.
확대 도면으로부터, 차이가 더 용이하게 알 수 있다. 기준 풍속은 저장된 값으로부터 결정된 풍속 v1이다. 이것은 검출된 풍속 v2로부터 뺀 것이다. 따라서, △ V가 생성된다. 차이 v2-v1에 대해, △v는 양의 부호를 가진다. 차이 v3-v1에 대해, △v는 음의 부호를 가진다.
이러한 편차들이 저장된 값에 너무 크게 영향을 주는 것을 방지하기 위해서, 차이에는 사전설정 인자가 가중된다. 현재의 경우에 이 인자는 0.05로 한다.
저장된 값들을 개별 풍력터빈에 적합하게 변경하기 위해서, 가중된 차이, 여기서, △v/20이 저장된 값 v1에 더해지고, 또는 2 ℃ 미만의 외부 온도에서 차이의 출현에 대해 결빙이 가정되고, 풍력터빈의 작동이 정지된다.
모든 임의의 작은 편차 △v에 반응하지 않도록, 공차 범위가 제공될 수 있다. 이것은 도면에서 하한으로서 -T로 표시되고 상한으로서 +T로 표시된다. 공차 범위에서 편차 △v에 대해, 터빈은 계속 작동하거나 풍력터빈에 저장된 값들이 변하지 않는다. 명백히, 공차 범위는 예를 들어 풍력터빈의 작동 제어에 대해서만 적용될 수 있다. 다음에, 저장된 값들은 작은 변화에서도 적합하게 변경되고, 그러나 터빈은 여전히 2 ℃ 미만의 온도에서도 계속 작동한다.
개별 풍력터빈의 설치장소에 따라, 공차 범위를 위한 값들은 개별적으로 설정될 수 있다. 하나의 설치장소에 대해 공차 ±2 m/s가 충분한 경우에, 공차 범위 ±1.2 m/s는 동일한 터빈 형태의 다른 설치장소에 대해 필요하다.
풍속 v1이 10 m/s에서, 상한 11.2 m/s와 하한 8.8 m/s에 대해 공차로서 ±1.2 m/s가 주어진다. 이러한 8.8 m/s 내지 11.2 m/s의 범위내에서, 변수들이 예로서 적합하게 변경될 수 있지만, 터빈은 낮은 외부 온도에서 계속 작동한다.
도면에서, v1이 10 m/s이고, v2가 12 m/s이고, v3가 8.5 m/s이라고 하자. 따라서, △v=v2-v1=2 m/s. 저장된 값의 적합한 변경은 1/20, 즉 이 실시예에서 0.1 m/s로 현실화된다. 이 부호는 양이기 때문에, 이에 따라 v1은 10.1 m/s로 된다.
차이 △v=v3-v1 에 대해, 값 8.5 m/s - 10 m/s = -1.5 m/s가 만들어진다. 다음에 v1 의 적합한 변경이 △v/20로 현실화되고, 따라서 -0.075 m/s이 된다. 따라서, v1 은 9.925 m/s로 변한다.
가중인자는 저장된 값들이 얼마나 빨리 검출된 값들에 적합하게 변경되는가를 결정한다. 이 인자가 클수록 적합한 변경이 빨라진다.
그러나, 이 값들의 검출도 역시 영향을 미친다. 통상적으로, 풍력터빈의 영역에서 특히 온도나 풍속과 같은 환경적인 값들은 단일 측정으로부터 결정되지 않고, 대신에 여러 번의 측정 사이클 예를 들어 30번 측정되거나 또는 소정의 시간 즉 60초 동안 검출된다. 이 값들은 다음에 이러한 결과로부터 예를 들어 계산수단 또는 기하학적 수단으로부터 유추된다.
본 발명은 풍력터빈의 작동을 변화에 적응시킬 수 있게 한다.

Claims (9)

  1. - 적절한 센서들에 의해 사전설정된 작동 변수들의 값들을 검출하는 단계(단계 13),
    - 적어도 하나의 사전설정된 초기조건, 즉 풍력터빈의 영역에서의 외부 온도를 검출하는 단계(단계 19),
    - 상기 작동변수들의 저장된 값들과 검출된 값들을 비교하는 단계를 포함하고,
    상기 검출된 작동 변수 값들이 상기 저장된 작동 변수 값들에서 이탈할 때, 상기 사전설정된 초기조건, 즉 상기 풍력터빈의 영역에서의 외부 온도(단계 19)의 검출된 값의 함수에 따라,
    상기 저장된 변수 값들이 상기 검출된 작동 변수 값들에 적합하게 변경되거나(단계 20, 21, 22),
    풍력터빈의 작동이 상기 검출된 변수 값들의 함수에 따라 영향을 받게 되는(단계 24, 단계 25), 풍력 터빈의 작동 시에 풍력 터빈의 회전날개 블레이드 결빙을 검출하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 초기조건의 한계치가 초과될 때, 상기 저장된 변수 값들이 적합하게 변경되고, 그 값이 상기 한계치 아래로 떨어질 때, 풍력터빈의 작동이 영향을 받는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장된 변수 값들의 적합한 변경은 상기 저장된 변수 값으로부터의 편차의 양의 소정 가중치로 실현되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    검출된 변수값들 및 초기조건들 중 적어도 하나는 사전설정될 수 있는 기간 동안에 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 변수값들 및 초기조건들 중 적어도 하나는 소정의 횟수의 측정 사이클 동안에 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작동 변수들의 저장된 값으로부터 풍속을 결정하기 위해 사용되는 상기 작동 변수들 중 하나는 상기 풍력터빈의 공칭 출력인 제2 초기조건의 함수에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 풍력터빈의 검출되는 발생된 출력이 상기 풍력터빈의 공칭 출력에 도달할 때, 회전날개 블레이드의 타격각도가 상기 사용되는 변수로서 선택되고, 상기 풍력터빈의 검출된 출력이 상기 풍력터빈의 공칭 출력 아래로 떨어질 때, 상기 발생된 출력이 상기 사용되는 변수로서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 사전설정된 작동 변수들의 값들과 적어도 하나의 초기 조건, 즉 풍력터빈의 영역에서의 온도를 검출하고, 이 변수값들을 상기 작동 변수들의 저장된 값들과 비교하기 위한 센서를 구비하고,
    상기 검출된 변수 값들이 상기 저장된 변수 값들로부터 이탈할 때, 상기 사전설정된 초기조건, 즉 풍력터빈의 영역에서의 외부 온도의 검출된 값의 함수에 따라,
    상기 저장된 변수 값들이 상기 검출된 작동 변수 값들에 적합하게 변경되거나,
    상기 검출된 변수 값들의 함수에 따라 풍력터빈의 작동이 영향을 받도록 구성되는, 풍력 터빈의 회전날개 블레이드 결빙을 검출하는 장치를 구비하는 풍력터빈.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 장치는 마이크로프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈.
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