KR101195684B1

KR101195684B1 - 풍력 발전 장치 및 그 제어 방법 및 풍력 발전 시스템

Info

Publication number: KR101195684B1
Application number: KR1020107020014A
Authority: KR
Inventors: 아끼라 야스기
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2012-10-30
Also published as: EP2439405A4; US20110077787A1; CN101981310B; EP2439405B1; EP2439405A1; WO2010140248A1; JPWO2010140248A1; KR20110009085A; JP5022451B2; US8788107B2; CA2714855A1; CN101981310A; BRPI0909702A2

Abstract

본 발명은 한냉지에 설치되는 경우에 있어서, 전기 기기류의 손상을 방지하는 것을 목적으로 한다. 개폐기(3)를 통해 전력계통(10)과 접속되는 전원 유닛(23)과, 전원 유닛(23)과 전력계통(10) 사이에 설치되어, 전력계통(10)의 전압을 측정하는 계통 전압 계측부(26)와, 전원 유닛(23)의 주위 온도를 구하기 위한 온도 계측부(21)를 구비하고, 온도 계측부(21)의 계측치 또는 계측치에 기초하여 추정된 전원 유닛(23)의 주위 온도가 상기 전원 유닛(23)의 기능 보증 온도에 기초하여 결정되는 제1 온도 임계치보다도 작고, 또한 계통 전압 계측부(26)에 의해 계측되는 전압이 미리 정해진 전압 임계치보다도 작아진 경우에, 개폐기(3)가 작동함으로써 전원 유닛(23)과 전력계통(10)의 접속이 차단되는 풍력 발전 장치(2)를 제공한다.

Description

풍력 발전 장치 및 그 제어 방법 및 풍력 발전 시스템 {WIND-DRIVEN GENERATOR, CONTROL METHOD OF THE SAME AND WIND-DRIVEN GENERATING SYSTEM}

본 발명은 풍력 발전 장치 및 그 제어 방법 및 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.

종래, 자연 에너지인 풍력을 이용하여 발전을 행하는 풍력 발전 장치가 알려져 있다. 풍력 발전 장치는 외기 온도가 －40℃ 정도인 저온도로 되는 한냉지에 설치되는 경우가 있다. 이와 같은 한냉지에서는, 외기 온도의 저하에 수반하여 풍력 발전 장치의 너셀 내부에 설치된 전기 기기류의 온도가 저하되므로, 이 대책으로서 히터 등에 의해 너셀 내부의 전기 기기류를 소정 온도로 유지하여, 동작을 보상하는 것이 제안되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 제2003-288832호 공보

그러나, 종래에는 이와 같은 한냉지에 있어서, 히터류가 동작하고 있어도 외기 온도의 저하에 수반하여, 전기 기기류의 온도가 메이커 보증 외의 온도(예를 들어, －25도)까지 저하되어 버리는 경우가 있었다.

이와 같은 경우에, 예를 들어, 정전이 발생하여, 그 후에 전력계통이 정전 상태로부터 복전(復電)되면, 전기 기기류의 주위 온도가 메이커 보증 외의 온도로 되어 있음에도, 전력계통측으로부터의 전력이 풍력 발전 장치의 전기 기기류에 공급되어, 전기 기기류가 손상된다고 하는 문제가 있었다. 또한, 전기 기기류에 손상이 발생하므로, 풍력 발전 장치의 가동률이 저하된다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 한냉지에 설치되는 경우에 있어서, 전기 기기류의 손상을 방지하는 풍력 발전 장치 및 그 제어 방법 및 풍력 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 부를 채용한다.

본 발명의 제1 형태는, 개폐기를 통해 전력계통과 접속되는 전원 유닛과, 상기 전원 유닛과 상기 전력계통 사이에 설치되어, 상기 전력계통의 전압을 측정하는 계통 전압 계측부와, 상기 전원 유닛의 주위 온도를 구하기 위한 온도 계측부를 구비하고, 상기 온도 계측부의 계측치 또는 상기 계측치에 기초하여 추정된 상기 전원 유닛의 주위 온도가 상기 전원 유닛의 기능 보증 온도에 기초하여 결정되는 제1 온도 임계치보다도 작고, 또한 상기 계통 전압 계측부에 의해 계측되는 전압이 미리 설정되어 있는 전압 임계치보다도 작아진 경우에, 상기 개폐기가 작동함으로써 상기 전원 유닛과 상기 전력계통의 접속이 차단되는 풍력 발전 장치이다.

이와 같은 구성에 따르면, 전원 유닛이 개폐기를 통해 전력계통에 접속되어 있는 상태에 있어서, 온도 계측부의 계측치 또는 이 계측치에 기초하여 추정되는 전원 유닛의 주위 온도가 상기 전원 유닛의 기능 보증 온도에 기초하여 결정되는 제1 온도 임계치보다도 작아지고, 또한 전원 유닛과 전력계통 사이에 설치된 계통 전압 계측부로부터 계측되는 전력계통의 전압이 전압 임계치보다도 작아진 경우에, 개폐기가 작동하여 전원 유닛과 전력계통의 접속이 차단된다.

이에 의해, 전원 유닛의 온도가 전원 유닛의 기능 보증 온도 이하의 상태에 있어서, 정전 등이 발생함으로써 전력계통의 전압이 저하된 경우에는, 전원 유닛을 전력계통으로부터 차단하는 것이 가능해진다. 이 결과, 예를 들어, 전원 유닛이 기능 보증 온도 이하의 상태에 있을 때에, 전력계통의 복전에 의해 전압이 전원 유닛으로 인가되는 것을 방지할 수 있고, 기능 보증 온도 이외의 온도에 있어서 전압이 인가됨으로써 발생하는 전원 유닛의 손상을 방지할 수 있다.

상기 전원 유닛과 상기 전력계통의 접속이 차단되어 있는 상태에 있어서, 상기 온도 계측부의 계측치 또는 상기 전원 유닛의 주위 온도가 상기 전원 유닛의 기능 보증 온도에 기초하여 결정되는 제2 온도 임계치 이상으로 된 경우에, 상기 전원 유닛과 상기 전력계통이 접속되는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 전원 유닛의 온도가 기능 보증 온도 내에 있는 상태로 전원 유닛과 전력계통을 접속시킬 수 있다.

상기 풍력 발전 장치의 상기 전원 유닛은 너셀 내에 설치되고, 상기 온도 계측부는 상기 너셀 내부에 설치되는 것으로 해도 좋다.

이에 의해, 온도 계측부를 너셀 외부에 설치한 경우에 비해, 전원 유닛의 주위 온도를 고정밀도로 측정하는 것이 가능해진다. 특히, 전원 유닛에 온도 계측부를 설치한 경우에는, 전원 유닛 자체의 온도를 계측할 수 있으므로, 전원 유닛이 사용 가능한 온도인 한계 온도까지 사용할 수 있다.

상기 풍력 발전 장치의 상기 전원 유닛은 너셀 내에 설치되고, 상기 온도 계측부는 상기 너셀의 외주에 설치되어 있고, 상기 온도 계측부의 계측치에 기초하여 상기 전원 유닛의 주위 온도가 추정되는 것으로 해도 좋다.

예를 들어, 너셀의 외주에 다른 목적으로 설치된 온도 계측 기기가 있는 경우에는, 그것을 유용하여, 이 온도 계측 기기에 의해 계측된 값으로부터 전원 유닛의 주위 온도를 추정한다. 이에 의해, 새로운 기기를 설치하는 일 없이 전원 유닛의 주위 온도를 구할 수 있다.

상기 풍력 발전 장치에 있어서, 상기 전원 유닛은 너셀 내에 설치되고, 상기 온도 계측부는 상기 너셀의 외주에 설치되어 있고, 상기 온도 계측부의 계측치가 상기 제1 온도 임계치보다도 작고, 또한 상기 계통 전압 계측부에 의해 계측되는 전압이 상기 전압 임계치보다도 작은 상태가 소정 기간 계속된 경우에, 상기 전원 유닛이 상기 전력계통으로부터 차단되는 것으로 해도 좋다.

전원 유닛에 대해 전력계통으로부터의 전력 공급이 행해지고 있는 상태에서는, 너셀 내에 배치된 히터에 의해 난기 운전이 이루어지고 있으므로, 전원 유닛의 주변 온도와 너셀 밖에 설치된 온도 계측부에 의한 계측치에는 온도차가 발생하게 된다. 이와 같은 경우라도, 정전 등이 발생함으로써, 전원 유닛으로의 전력 공급이 차단되면, 히터의 작동이 정지되어, 너셀 내의 온도, 환언하면, 전원 유닛의 주위 온도는 외기 온도까지 서서히 저하되게 된다.

따라서, 상술한 바와 같이, 정전이 발생한 후, 환언하면, 계통 전압 계측부에 의해 계측되는 전압이 상기 전압 임계치보다도 작은 상태로 된 후 소정 기간 경과했는지 여부를 판정함으로써, 전원 유닛의 주위 온도가 제1 온도 임계치와 대략 동일한 값으로 된 상태에서, 전원 유닛과 전력계통을 차단하는 것이 가능해진다.

상기 풍력 발전 장치는 상기 전력계통과 상기 전원 유닛의 접속이 차단된 상태에 있어서 상기 개폐기에 전력을 공급하는 축전 장치를 구비하고, 상기 소정 기간은 상기 축전 장치의 잔용량에 기초하여 설정되는 것으로 해도 좋다.

예를 들어, 전력계통에 정전 등이 발생하여, 전력계통으로부터 개폐기로의 전력 공급이 차단된 경우, 축전 장치로부터 다른 기기로의 전력 공급이 실시되는 동시에, 개폐기로의 개폐 제어가 행해진다. 따라서, 축전 장치의 잔용량이, 개폐기의 개폐 제어를 행하기 위해 필요해지는 전하량보다도 저하되어 버리기 전에, 개폐기를 개방 상태로 하는 판정이 행해져야만 한다. 따라서, 상술한 바와 같이, 소정 기간을 축전 장치의 잔용량에 기초하여 설정함으로써, 축전 장치에 개폐기를 제어하기 위한 전하량이 확보된 상태에서 개폐기의 개방 지령이 내려지게 된다. 이에 의해, 축전 장치로부터의 전력 공급에 의해, 전원 유닛과 전력계통의 접속을 확실하게 차단할 수 있다.

본 발명의 제2 형태는, 상기 어느 하나에 기재된 풍력 발전 장치와, 상기 풍력 발전 장치와 전력계통의 접속과 비접속을 전환하는 개폐기를 구비하는 풍력 발전 시스템이다.

이와 같은 구성에 따르면, 전원 유닛을 구비하는 풍력 발전 장치와 전력계통의 접속 및 비접속을 전환하는 개폐기가 구비되고, 온도 계측부의 계측치 또는 이 계측치에 기초하여 추정되는 전원 유닛의 주위 온도가 제1 온도 임계치보다도 작아지고, 또한 전원 유닛과 전력계통 사이에 설치된 계통 전압 계측부로부터 계측되는 전력계통의 전압이 전압 임계치보다도 작아진 경우에, 개폐기가 작동하여 풍력 발전 장치와 전력계통의 접속이 차단된다.

이에 의해, 전원 유닛의 온도가 전원 유닛의 기능 보증 온도 이하의 상태에 있는 경우에, 정전 등이 발생함으로써 전력계통의 전압이 저하된 경우에는, 전원 유닛을 전력계통으로부터 차단하는 것이 가능해진다. 이 결과, 예를 들어 전원 유닛이 기능 보증 온도 이하의 상태에 있을 때에, 전력계통의 복전에 의해 전압이 전원 유닛에 인가되는 것을 방지할 수 있고, 기능 보증 온도 이외의 온도에 있어서 전압이 인가됨으로써 발생하는 전원 유닛의 손상을 방지할 수 있다.

본 발명의 제3 형태는, 상기 전원 유닛과 상기 전력계통 사이에 있어서, 상기 전력계통의 전압을 측정하여, 상기 전원 유닛의 주위 온도를 구하고, 상기 전원 유닛의 주위 온도의 계측치 또는 상기 계측치에 기초하여 추정된 상기 전원 유닛의 주위 온도가 상기 전원 유닛의 기능 보증 온도에 기초하여 결정되는 제1 온도 임계치보다도 작고, 또한 상기 전력계통의 전압이 미리 정해진 전압 임계치보다도 작아진 경우에, 상기 전원 유닛과 상기 전력계통의 접속은 차단되는 풍력 발전 장치의 제어 방법이다.

이와 같은 제어 방법에 따르면, 전원 유닛의 주위 온도의 계측치 또는 이 계측치에 기초하여 추정되는 전원 유닛의 주위 온도가 제1 온도 임계치보다도 작아지고, 또한 전력계통의 전압이 전압 임계치보다도 작아진 경우에, 전원 유닛과 전력계통의 접속이 차단된다.

이에 의해, 전원 유닛의 온도가 전원 유닛의 기능 보증 온도 이하의 상태에 있는 경우에, 정전 등이 발생함으로써 전력계통의 전압이 저하된 경우에는, 전원 유닛을 전력계통으로부터 차단하는 것이 가능해진다. 이 결과, 예를 들어 전원 유닛이 기능 보증 온도 이하의 상태에 있을 때에, 전력계통의 복전에 의해 전압이 전원 유닛에 인가되는 것을 방지할 수 있어, 기능 보증 온도 이외의 온도에 있어서 전압이 인가됨으로써 발생하는 전원 유닛의 손상을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 한냉지에 설치되는 풍력 발전 장치에 있어서의 전기 기기류의 손상을 방지한다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 풍력 발전 시스템의 전체 구성의 일례를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치의 개략 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 풍력 발전 장치와 전력계통의 접속이 차단되는 경우의 동작 플로우이다.
도 4는 풍력 발전 장치와 전력계통이 접속되는 경우의 동작 플로우이다.
도 5는 너셀 외주로부터 측정한 외기 온도와 개폐기의 개폐 상태와 축전 장치의 상태를 설명하기 위한 도면이다.

이하에, 본 발명에 관한 풍력 발전 장치 및 그 제어 방법 및 풍력 발전 시스템의 각 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 설명한다.

〔제1 실시 형태〕

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 풍력 발전 시스템(1)의 전체 구성을 도시한 도면이다. 풍력 발전 시스템(1)은 풍력 발전 장치(2)와 개폐기(3)를 구비하여 구성되어 있다. 또한, 풍력 발전 장치(2)는 전력 공급 라인(25)을 통해 개폐기(3)와 접속되고, 또한 개폐기(3)와 전력계통(10)이 도시하지 않은 변압기 등을 통해 접속되어 있다.

개폐기(3)는 풍력 발전 장치(2)와 전력계통(10)의 접속 및 비접속을 전환한다. 개폐기(3)가 폐쇄 상태로 되는 경우에는 풍력 발전 장치(2)와 전력계통(10)이 접속 상태로 되고, 개방 상태로 되는 경우에는 풍력 발전 장치(2)와 전력계통(10)이 비접속 상태로 된다.

도 2는 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(2)의 개략 구성을 도시한 도면이다.

풍력 발전 장치(2)는, 도 2에 도시된 바와 같이 지주(7)와, 지주(7)의 상단부에 설치되는 너셀(6)과, 대략 수평한 축선 주위로 회전 가능하게 하여 너셀(6)에 설치되는 로터 헤드(4)를 갖고 있다. 로터 헤드(4)에는 그 회전 축선 주위에 방사상으로 3매의 풍차 블레이드(5)가 설치되어 있다. 이에 의해, 로터 헤드(4)의 회전 축선 방향으로부터 풍차 블레이드(5)에 접촉한 바람의 힘이, 로터 헤드(4)를 회전 축선 주위로 회전시키는 동력으로 변환되어, 이 동력이 발전기에 의해 전기 에너지로 변환되도록 되어 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 발전 장치(2)는 너셀(6)의 외주에 온도 계측부(21)를 구비하고, 너셀(6)의 내부에 제어부(22), 전원 유닛(23) 및 축전 장치(24)를 구비하고 있다. 또한, 전원 유닛(23)과 개폐기(3)는 전력 공급 라인(25)을 통해 접속되어 있고, 지주(7) 내의 전력 공급 라인(25) 경로 상에는 계통 전압 계측부(26)가 설치되어 있다.

온도 계측부(21)는 전원 유닛(23)의 주위 온도를 구하기 위해, 설치 위치에 있어서의 온도를 계측한다. 구체적으로는, 온도 계측부(21)는 너셀(6)의 외주에 설치되어 있고, 이 설치 위치에 있어서의 외기 온도를 계측하고, 계측한 외기 온도를 제어부(22)에 출력한다. 온도 계측부(21)에 의해 계측된 외기 온도는 제어부(22)에 의해 전원 유닛(23)의 주위 온도를 추정하기 위해 사용된다.

또한, 온도 계측부(21)는 기존의 풍력 발전 장치에 있어서, 다른 목적으로 너셀 외주에 설치되어 있는 온도 계측을 행하는 장치를 사용하는 것으로 해도 좋고, 새롭게 설치하는 것으로 해도 좋다.

축전 장치(24)는 로터 헤드(4)가 회전함으로써 발생한 동력에 의해 발전된 전력 및 전력계통(10)으로부터 전력이 공급되도록 되어 있다.

축전 장치(24)는 정전 등이 발생함으로써, 제어부(22)나 그 밖의 보조 기계(예를 들어, 전자기 릴레이 등)에 충분한 전력이 공급되지 않게 된 경우에, 이들 기기에 전력을 공급한다. 구체적으로는, 축전 장치(24)의 전력은 개폐기(3)에 구비되는 개폐 램프를 점등시키기 위해 사용되거나, 개폐기(3)를 개폐시키기 위한 전자기 릴레이로의 구동 전력으로서 사용된다.

계통 전압 계측부(26)는 전력 공급 라인(25)의 경로 상에 있어서, 전력계통(10)측의 전압을 검출하여, 그 결과를 제어부(22)에 출력한다.

전원 유닛(23)은 발전에 의해 생성된 전력을, 전력계통(10)이나 너셀(6) 내의 기기 등에 공급한다. 또한, 전력계통(10)으로부터 전력 공급 라인(25)을 통해 전원 유닛(23)에 전력이 공급되도록 되어 있다.

제어부(22)는 온도 계측부(21)와 계통 전압 계측부(26)로부터 취득한 각각의 계측 결과에 기초하여, 개폐기(3)에 대해 송신하는 「개방(개방 상태)」 및 「폐쇄(폐쇄 상태)」의 지령 신호를 결정하여, 지령 신호를 개폐기(3)로 송신한다. 이에 의해, 제어부(22)는 개폐기(3)를, 온도 계측부(21)와 계통 전압 계측부(26)의 계측 결과에 기초하여 제어할 수 있다.

다음에, 상기 구성을 구비하는 풍력 발전 장치(2)의 작동에 대해 설명한다. 또한, 개폐기(3)가 폐쇄 상태에 있는 경우와, 개방 상태에 있는 경우에 제어부(22)에 의해 실행되는 처리 내용이 다르기 때문에, 이하의 설명에서는, 개폐기(3)가 폐쇄 상태에 있는 경우와, 개방 상태에 있는 경우로 나누어 설명한다.

〔개폐기(3)가 폐쇄 상태에 있는 경우의 동작 플로우〕

온도 계측부(21)와 전원 유닛(23)이 설치되는 위치는 다르기 때문에, 너셀(6)의 외주에 설치된 온도 계측부(21)로 계측되는 외기 온도로부터 너셀(6) 내부에 설치된 전원 유닛(23)의 주위 온도가 추정된다. 예를 들어, 전원 유닛(23)의 온도는 외기 온도보다도 ＋5도 높다고 간주한다는 설정으로 되어 있던 경우에는, 제어부(22)는 온도 계측부(21)에 의해 계측된 외기 온도에 ＋5도 가산함으로써, 전원 유닛(23)의 주변 온도를 추정한다.

계속해서, 제어부(22)는 추정한 전원 유닛(23)의 주변 온도가 전원 유닛(23)의 기능 보증 온도에 기초하여 결정되는 제1 온도 임계치보다도 작은지 여부를 판정한다. 제1 온도 임계치는, 예를 들어 기능 보증 온도로 설정되어 있어도 좋고, 기능 보증 온도에 다소의 마진을 갖게 한 값으로 설정되어 있어도 좋다. 이 값은 기능 보증 온도에 기초하여 임의로 설정할 수 있는 값이다. 이 결과, 전원 유닛(23)의 추정 주변 온도가 제1 온도 임계치보다도 작았던 경우에는, 계속해서, 계통 전압 계측부(26)로부터 취득한 전력계통(10)측의 전압이 전압 임계치보다도 작은지 여부를 판정한다. 이와 같은 판정을 행함으로써, 전력계통(10)에 정전이 발생하였는지 여부를 판정한다.

이 결과, 전력계통(10)의 전압이 전압 임계치보다도 작다고 판정한 경우에는, 제어부(22)는 개폐기(3)에 대해 「개방」 지령 신호를 송출하여, 개폐기(3)를 개방 상태로 하게 한다.

여기서, 개폐기(3)의 개방 제어에 대해서는, 예를 들어 너셀(6) 내에 배치되어 있는 축전 장치(24)로부터의 전력 공급에 의해 자동적으로 행해지는 것으로 해도 좋고, 예를 들어 현장 작업원이 현장에 가서, 개폐기(3)를 수동으로 개방 상태로 하게 하는 것으로 해도 좋다.

이와 같이, 전원 유닛(23)의 추정 주변 온도가 제1 온도 임계치보다도 작고, 또한 전력계통(10)의 전압이 전압 임계치보다도 작은 경우에, 전원 유닛(23)을 전력계통(10)으로부터 차단함으로써, 전원 유닛(23)의 온도가 기능 보증 온도 이하의 상태에 있을 때에, 전력계통(10)의 복전에 의해 전압이 전원 유닛(23)에 인가되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 기능 보증 온도 이외의 온도에 있어서 전압이 인가됨으로써 발생하는 전원 유닛(23)의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 정전되어 있는 기간이 짧은 경우(예를 들어, 몇 초 단위나 몇 분 단위)에는, 복전에 의한 전원 유닛(23)으로의 영향은 작으므로, 예를 들어 정전의 상태가 소정 기간 유지된 경우에, 개폐기(3)를 개방 상태로 하는 것으로 해도 좋다. 이에 의해, 일시적인 전력 저하 등에 의해, 개폐기(3)의 개폐 제어가 빈번하게 행해지는 것을 방지할 수 있어, 개폐기(3)의 개폐 제어를 안정시킬 수 있다.

〔개폐기(3)가 개방 상태에 있는 경우의 동작 플로우〕

제어부(22)는 온도 계측부(21)에 의해 계측된 외기 온도로부터 전원 유닛(23)의 주변 온도를 추정하여, 이 전원 유닛(23)의 추정 주변 온도가 전원 유닛(23)의 기능 보증 온도로부터 결정되는 제2 온도 임계치 이상인지 여부를 판정한다. 여기서, 제2 온도 임계치는 전원 유닛(23)의 온도가 기능 보증 온도 이상인 것을 판정하기 위한 온도이고, 예를 들어 상술한 제1 온도 임계치와 동일한 값 또는 그것보다도 큰 값으로 설정되어 있다. 이 결과, 전원 유닛(23)의 추정 주변 온도가 제2 온도 임계치 이상이었던 경우에는, 제어부(22)는 개폐기(3)를 폐쇄 상태로 하게 하는 「폐쇄」 지령을 출력한다. 이에 의해, 개폐기(3)가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 되어, 전원 유닛(23)과 전력계통(10)이 접속된다.

이와 같이, 전원 유닛(23)의 추정 주변 온도가 제2 온도 임계치 이상인 경우에, 개폐기(3)를 폐쇄 상태로 하므로, 전원 유닛(23)의 온도가 기능 보증 온도 내에 있는 상태에서, 전원 유닛(23)과 전력계통(10)을 확실하게 접속시킬 수 있다.

이상, 설명해 온 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(2) 및 그 제어 방법 및 풍력 발전 시스템(1)에 따르면, 전원 유닛(23)의 온도가 기능 보증 온도 이하의 상태에 있을 때에, 전력계통(10)이 정전으로부터 복전함으로써, 전압이 전원 유닛(23)에 인가되는 것을 방지할 수 있다. 이 결과, 기능 보증 온도 이외의 온도에 있어서 전압이 인가됨으로써 발생하는 전원 유닛(23)의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 전원 유닛(23)의 추정 주위 온도가 제2 온도 임계치 이상인 상태에서, 개폐기(3)를 폐쇄 상태로 하므로, 전원 유닛(23)의 온도가 기능 보증 온도 내에 있는 상태에서, 전원 유닛(23)과 전력계통(10)을 확실하게 접속시킬 수 있다.

또한, 상술한 제1 실시 형태에 있어서는, 너셀(6)의 외주에 설치된 온도 계측부(21)의 계측치에 소정 온도(예를 들어, 5도)를 가산함으로써, 전원 유닛(23)의 주위 온도를 추정하고 있었지만, 외기 온도로부터 전원 유닛(23)의 주위 온도를 추정하는 방법에 대해서는, 이 방법으로 한정되지 않는다.

예를 들어, 전원 유닛(23)의 주위 온도가 외기 온도뿐만 아니라, 다른 요인, 예를 들어 너셀(6) 내에 배치되어 있는 난기를 위한 히터 등으로부터의 열의 영향을 받는 경우에는, 히터에 관한 파라미터를 갖는 소정의 연산식을 사용하여, 외기 온도로부터 전원 유닛(23)의 주위 온도를 추정하는 것으로 해도 좋다. 이에 의해, 전원 유닛(23)의 주위 온도의 추정 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 온도 계측부(21)의 설치 위치를 너셀(6) 내부로 하는 것으로 해도 좋다. 이에 의해, 온도 계측부(21)를 너셀(6)의 외주에 설치하는 것보다도 전원 유닛(23)의 온도를 고정밀도로 측정하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 외기 온도와 너셀(6) 내의 온도의 온도 관계가 변화되는 경우에도 대응할 수 있다.

또한, 예를 들어 온도 계측부(21)를 전원 유닛(23)에 설치하는 것으로 해도 좋다. 이에 의해, 전원 유닛(23) 자체의 온도를 계측할 수 있으므로, 전원 유닛(23)이 기능 보증되는 허용 범위의 한계 온도(예를 들어, 기능 보증되는 최저 온도)로 제1 온도 임계치를 설정할 수 있다. 이에 의해, 전원 유닛(23)은 기능 보증되는 온도의 한계까지 사용하는 것이 가능해진다.

〔제2 실시 형태〕

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(2) 및 그 제어 방법 및 풍력 발전 시스템에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 관한 풍력 발전 시스템(1)은 상술한 제1 실시 형태와 동일한 구성을 구비하지만, 제어부(22)에 의한 개폐기(3)의 개폐 제어의 판단 방법 처리가 다르다. 구체적으로는, 상술한 제1 실시 형태에서는 외기 온도로부터 전원 유닛(23)의 주위 온도를 추정하여, 이 추정 주위 온도와 제1 온도 임계치를 비교하고 있었지만, 본 실시 형태에서는, 외기 온도를 그대로 제1 온도 임계치와 비교함으로써, 개폐기(3)의 개폐 판단을 행하는 것으로 하고 있다.

이하, 제어부(22)에 의해 실행되는 개폐기(3)의 개폐 판단 처리에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

〔개폐기(3)가 폐쇄 상태에 있는 경우의 동작 플로우〕

제어부(22)는 너셀(6)의 외주에 설치된 온도 계측부(21)로 계측되는 외기 온도가 전원 유닛(23)의 기능 보증 온도에 기초하여 결정되는 제1 온도 임계치보다도 작은지 여부를 판정한다(도 3의 스텝 SA1).

이 결과, 온도 계측부(21)로 계측되는 외기 온도가 제1 온도 임계치보다도 작았던 경우에는(도 3의 스텝 SA1에 있어서 「예」), 계속해서, 계통 전압 계측부(26)로부터 취득한 전력계통(10)의 전압이 전압 임계치보다도 작은지 여부를 판정한다(도 3의 스텝 SA2). 이에 의해, 정전이 발생했는지 여부를 판정한다.

이 결과, 전력계통(10)의 전압이 전압 임계치보다도 작다고 판정한 경우에는, 제어부(22)는 외기 온도가 제1 온도 임계치보다도 작고, 또한 전력계통(10)의 전압이 전압 임계치보다도 작은 상태가 소정 기간 유지되었는지 여부를 판정한다.

여기서, 소정 기간 유지되었는지 여부를 판정하는 의의에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 있어서는, 상술한 제1 실시 형태와 같이, 외기 온도로부터 전원 유닛(23)의 주변 온도를 추정하는 것이 아니라, 외기 온도가 제1 온도 임계치보다도 저하된 상태가 소정의 기간 경과했을 때에, 외기 온도와 전원 유닛(23)의 주변 온도가 일치했다고 간주하는 것으로 하고 있다.

통상, 외기 온도가 소정치 이하로 되면, 너셀(6) 내의 히터 등이 작동함으로써, 난기가 행해진다. 이에 의해, 전원 유닛(23)의 온도 저하를 억제할 수 있지만, 예를 들어 정전이 발생함으로써, 히터로의 전력 공급이 절단되어 버리면, 전원 유닛(23)의 온도는 서서히 저하되어, 곧 외기 온도까지 저하된다.

따라서, 본 실시 형태에서는 히터가 작동하지 않는 상태, 즉 전력계통(10)의 전압이 전력 임계치보다도 작은 상태가 소정 기간 계속된 경우에, 전원 유닛(23)의 주위 온도와 외기 온도를 동일한 값으로 간주하여, 전원 유닛(23)의 주위 온도가 제1 온도 임계치보다도 작아졌다고 판단하는 것으로 하고 있다. 또한, 이 점에서, 상기 소정 기간이라 함은, 예를 들어 전원 유닛(23)의 주위 온도가 저하되어 외기 온도에 도달할 때까지 필요로 하는 시간이라고 할 수 있다.

상기 스텝 SA3의 결과, 외기 온도가 제1 온도 임계치보다도 작고, 또한 전력계통(10)의 전압이 전압 임계치보다도 작은 상태가 소정 기간 유지되었다고 판정된 경우에는, 제어부(22)는 개폐기(3)에 대해 「개방」 지령 신호를 송출하여 개폐기(3)를 개방 상태로 한다(스텝 SA4). 또한, 스텝 SA1로부터 스텝 SA3에 있어서, 어느 하나의 조건을 만족시키고 있지 않은 경우에는 스텝 SA1로 돌아가, 소정 간격으로 상기 판정이 반복해서 행해진다.

〔개폐기(3)가 개방 상태에 있는 경우의 동작 플로우〕

제어부(22)는 온도 계측부(21)에 의해 계측된 외기 온도가 전원 유닛(23)의 기능 보증 온도로부터 결정되는 제2 온도 임계치 이상인지 여부를 판정한다. 또한, 이 시점에서는 이미 히터에 의한 난기가 정지되어 있으므로, 외기 온도와 전원 유닛(23)의 온도를 동일한 값으로서 취급할 수 있다. 따라서, 외기 온도를 전원 유닛(23)의 주변 온도로 간주하여 판단 처리를 진행시키는 것이 가능하다.

스텝 SB1에 있어서, 외기 온도가 제2 온도 임계치 이상이었던 경우에는, 제어부(22)는 개폐기(3)를 폐쇄 상태로 하는 「폐쇄」 지령을 출력한다. 이에 의해, 개폐기(3)가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 되어, 전원 유닛(23)과 전력계통(10)이 접속된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(2) 및 그 제어 방법 및 풍력 발전 시스템(1)에 따르면, 전원 유닛(23)의 주위 온도를 추정하는 것이 아니라, 너셀(6)의 외주에 설치된 온도 계측부(21)에 의해 계측된 외기 온도를 그대로 사용하여 개폐기(3)의 개폐 제어를 행한다. 이에 의해, 상술한 제1 실시 형태와 동일한 효과를 발휘할 수 있는 동시에, 전원 유닛(23)의 주위 온도를 추정하는 처리를 불필요로 할 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 정전 상태가 소정 기간 유지된 것을 갖고, 외기 온도와 전원 유닛(23)의 주변 온도가 동일한 값으로 간주되는 것으로 하고 있었지만, 소정 기간 경과한 것을 기다리지 않고, 즉 주변 온도를 그대로 전원 유닛(23)의 주변 온도로 간주하여, 주변 온도가 제1 온도 임계치 미만으로 되고, 또한 계통 전압이 전압 임계치 미만으로 된 경우에, 개폐기(3)를 개방 상태로 해도 좋다. 이와 같이, 외기 온도를 전원 유닛(23)의 주변 온도로 간주한 경우, 양자의 차분은 상기 예에 비해 커지지만, 그 경우라도, 전원 유닛(23)의 온도가 외기 온도보다도 저하되는 경우는 거의 없으므로, 전원 유닛(23)의 기능 보증 온도 이하의 상태에서의 전압 인가를 방지하는 것은 여전히 가능하다.

또한, 개폐기(3)의 개폐에 대해서는, 현장 작업원에 의해 수동으로 행해도 좋고, 너셀(6) 내에 배치되어 있는 축전 장치(24)로부터의 전력 공급에 의해 자동적으로 행해지는 것으로 해도 좋다. 축전 장치(24)로부터의 전력 공급에 의해 자동적으로 개폐기(3)를 제어하는 경우에는, 개폐기(3)를 개폐시키기 위해 필요해지는 전력이 축전 장치(24)에 축전되어 있을 필요가 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 정전이 발생하여, 전력계통(10)으로부터의 전력 공급이 차단된 상태에 있어서는, 개폐기(3)에 대해 축전 장치(24)로부터의 전력 공급이 이루어진다. 이로 인해, 축전 장치(24)의 잔용량은 정전 발생 시를 경계로 급속하게 저하된다(예를 들어, 도 5의 시각 t₃으로부터 t₄를 참조).

이로 인해, 예를 들어 정전이 발생한 후 개폐기(3)를 개방 상태로 할 때까지의 기간을 길게 취해 버리면, 이 기간 경과 후에는 축전 장치(24)의 잔용량이 개폐기(3)가 작동하기 위해 필요해지는 잔용량 이하까지 저하되어 버릴 가능성이 있다. 이와 같은 이유로부터, 축전 장치(24)로부터의 전력 공급에 의해 개폐기(3)의 개폐를 자동적으로 제어하는 경우에는, 도 3에 있어서의 스텝 SA3의 소정 기간은 축전 장치(24)의 잔용량에 기초하여 결정되는 것이 바람직하다.

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 풍력 발전 장치(2)의 작용에 대해 구체예를 들고, 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 온도 계측부(21)에 의해 계측되는 외기 온도와, 이것에 관련되어 동작하는 기기 등의 상태의 변화를 도시한 도면이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 상기 제1 온도 임계치는 －30도로 설정되어 있고, 제2 온도 임계치는, －25도로 설정되어 있는 경우에 대해 설명한다. 또한, 여기서는 개폐기(3)를 개방 상태로 하는 제어에 대해서는 축전 장치(24)로부터의 전력 공급에 의해 행해지고, 개폐기(3)를 폐쇄 상태로 하는 제어에 대해서는 현장 작업원에 의해 수동으로 행해지는 경우에 대해 설명한다.

우선, 도 5의 시각 t₁로부터 온도가 서서히 저하되어, 예를 들어 －25도로 되면, 발전기의 운전이 정지된다. 더욱, 온도가 저하되어, 시각 t₂에 있어서 외기 온도가 －30도 미만으로 되면, 제어부(22)에 있어서의 도 3의 스텝 SA1의 처리에 있어서 「예」라고 판단된다. 또한, 외기 온도가 소정의 온도 이하로 된 곳에서, 너셀(6) 내의 히터가 작동하여 너셀(6) 내에 있어서의 난기가 행해진다.

계속해서, 시각 t₂로부터 시각 t₃에 걸쳐서 온도 저하가 더 진행되어, 시각 t₃에 있어서, 전력계통(10)에 정전 등이 발생하여, 전력계통(10)의 전압이 전압 임계치(예를 들어, 0볼트)보다 작아지면, 제어부(22)에 있어서의 도 3의 스텝 SA2의 처리에 있어서 「예」라고 판단된다. 또한, 이때, 정전 등의 발생에 의해, 히터로의 전력 공급이 차단된다. 또한, 정전 등의 발생에 의해, 전력계통(10)으로부터 개폐기(3)로의 전력 공급도 차단되므로, 대체 전원으로서 설치되어 있는 축전 장치(24)로부터 개폐기(3)에 대해 전력이 공급된다. 이에 의해, 축전 장치(24)의 잔용량은 시간과 함께 저하된다.

그 후, 시각 t₄에 있어서, 외기 온도가 소정의 온도 미만이고, 또한 전력계통(10)의 전압이 전압 임계치 미만인 상태가 소정 기간 유지되었다고 판단되면, 제어부(22)에 있어서의 도 3의 스텝 SA3의 처리에 있어서 「예」라고 판단되어, 제어부(22)로부터 개폐기(3)를 개방 상태로 하는 「개방」 지령 신호가 개폐기(3)에 출력된다. 또한, 이때의 소정 기간은 축전 장치(24)의 잔용량이, 개폐기(3)의 개폐 제어를 행하는 데 필요한 전력에 대응하는 잔용량 이하로 되지 않는 범위로 설정되어 있다.

개폐기(3)는 「개방」 지령 신호를 취득하면, 축전 장치(24)로부터의 전력 공급을 받아, 개방 상태로 된다. 개폐기(3)가 개방 상태로 되어, 개폐기(3)로의 전력 공급이 불필요해지면, 개폐기(3)로의 방전은 정지되어, 축전 장치(24)는 자연 방전 상태로 된다.

이와 같은 상태에서, 도 5의 시각 t₅에 있어서 전력계통(10)이 복전되고, 또한 외기 온도에 대해서도 상승하기 시작하여, 시각 t₆에 있어서 －25도 이상으로 되면, 제어부(22)에 있어서의 도 4의 스텝 SB1에 있어서 「예」라고 판단되어, 제어부(22)로부터 개폐기(3)를 폐쇄 상태로 하는 「폐쇄」 지령 신호가 개폐기(3)에 출력된다. 이에 의해, 개폐기(3)는 폐쇄 상태로 되어, 전력 유닛(23)과 전력계통(10)이 접속된다.

전력계통(10)으로부터의 전력 공급이 재개됨으로써, 너셀(6) 내부의 히터가 작동하여 난기 운전이 재개된다(도 4의 스텝 SB4). 그리고, 히터에 의해, 너셀(6) 내에 배치된 전기 기기가 따뜻해져, 소정의 온도(예를 들어, 각 기기의 기능 보증 온도)까지 따뜻해지면, 풍력 발전 장치(2)의 운전이 재개된다(도 4의 스텝 SB4). 이에 의해, 풍력 발전 장치(2)에 의한 발전이 재개되어, 그 발전 전력이 축전 장치(24)에도 공급됨으로써, 축전 장치(24)의 충전이 행해진다.

1 : 풍력 발전 시스템
2 : 풍력 발전 장치
3 : 개폐기
21 : 온도 계측부
22 : 제어부
23 : 전원 유닛
24 : 축전 장치
25 : 전력 공급 라인
26 : 계통 전압 계측부

Claims

개폐기를 통해 전력계통과 접속되는 전원 유닛과,
상기 전원 유닛과 상기 전력계통 사이에 설치되어, 상기 전력계통의 전압을 측정하는 계통 전압 계측부와,
상기 전원 유닛의 주위 온도를 구하기 위한 온도 계측부를 구비하고,
상기 온도 계측부의 계측치 또는 상기 계측치에 기초하여 추정된 상기 전원 유닛의 주위 온도가 상기 전원 유닛의 기능 보증 온도와 동일한 값 또는 상기 기능 보증 온도에 소정의 마진을 갖게 한 값인 제1 온도 임계치보다도 작고, 또한 상기 계통 전압 계측부에 의해 계측되는 전압이 미리 설정되어 있는 전압 임계치보다도 작아진 경우에, 상기 개폐기가 작동함으로써 상기 전원 유닛과 상기 전력계통의 접속이 차단되는, 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원 유닛과 상기 전력계통의 접속이 차단되어 있는 상태에 있어서, 상기 온도 계측부의 계측치 또는 상기 전원 유닛의 주위 온도가 상기 제1 온도 임계치와 동일한 값 또는 그것보다도 큰 값으로 설정된 제2 온도 임계치 이상으로 된 경우에, 상기 전원 유닛과 상기 전력계통이 접속되는, 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원 유닛은 너셀 내에 설치되고,
상기 온도 계측부는 상기 너셀 내부에 설치되는, 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원 유닛은 너셀 내에 설치되고,
상기 온도 계측부는 상기 너셀의 외주에 설치되어 있고,
상기 온도 계측부의 계측치에 기초하여 상기 전원 유닛의 주위 온도가 추정되는, 풍력 발전 장치.
제1항에 있어서, 상기 전원 유닛은 너셀 내에 설치되고,
상기 온도 계측부는 상기 너셀의 외주에 설치되어 있고,
상기 온도 계측부의 계측치가 상기 제1 온도 임계치보다도 작고, 또한 상기 계통 전압 계측부에 의해 계측되는 전압이 미리 설정되어 있는 전압 임계치보다도 작은 상태가 소정 기간 계속된 경우에, 상기 전원 유닛이 상기 전력계통으로부터 차단되는, 풍력 발전 장치.
제5항에 있어서, 상기 전력계통과 상기 전원 유닛의 접속이 차단된 상태에 있어서 상기 개폐기에 전력을 공급하는 축전 장치를 구비하고, 상기 소정 기간은 상기 축전 장치의 잔용량에 기초하여 설정되는, 풍력 발전 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 풍력 발전 장치를 구비하는 풍력 발전 시스템이며, 상기 개폐기에 의해 상기 풍력 발전 장치와 상기 전력계통의 접속과 비접속이 전환되는, 풍력 발전 시스템.
전원 유닛과 상기 전원 유닛에 접속된 전력계통 사이에 있어서, 상기 전력계통의 전압을 측정하고,
상기 전원 유닛의 주위 온도를 구하고,
상기 전원 유닛의 주위 온도의 계측치 또는 상기 계측치에 기초하여 추정된 상기 전원 유닛의 주위 온도가 상기 전원 유닛의 기능 보증 온도와 동일한 값 또는 상기 기능 보증 온도에 소정의 마진을 갖게 한 값인 제1 온도 임계치보다도 작고, 또한 상기 전력계통의 전압이 미리 정해진 전압 임계치보다도 작아진 경우에, 상기 전원 유닛과 상기 전력계통의 접속이 차단되는, 풍력 발전 장치의 제어 방법.