KR101433073B1 - Yaw control system of wind turbine and the method - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 풍력 발전기의 요 제어 시스템은, 풍력 발전기의 요 제어 시스템에 있어서, 발전기의 과전압에 의한 온도를 측정하여 기 설정된 온도 값과 비교하여 그에 대응하는 동작 정지의 보호 신호를 출력하는 과전압 보호부와; 상기 발전기의 과속에 의한 회전 속도를 측정하여 기 설정된 속도 값과 비교하여 그에 대응하는 동작 정지의 보호 신호를 출력하는 과속 보호부와; 풍속계에서 측정된 풍속이 기 설정된 보호 동작 조건 값과 비교하여 그에 대응하는 요 동작 보호 신호를 출력하는 풍속 보호부와; 상기 과전압 보호부, 상기 과속 보호부 또는 상기 풍속 보호부에서 출력된 동작 보호 신호에 따라 요 보호 동작 모드로 설정 및 보호 동작 해지 시 사용자의선택 입력에 따라 요를 제어하는 요 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 풍력 발전기 요 제어의 모드를 사용자 편의에 맞추어 임의로 설정할 수 있고, 외부의 보호 요소에 의한 자동 운용 모드에서 출력을 제어함으로써 발전기의 출력 효율성을 향상시킬 수 있다.
A yaw control system for a wind turbine according to the present invention is a yaw control system for a wind turbine generator, comprising: an overvoltage protection device for measuring a temperature due to an overvoltage of a generator, comparing the detected temperature with a preset temperature value, Wealth; An overspeed protection unit for measuring a rotation speed of the generator by overspeed, comparing the rotation speed with a preset speed value, and outputting a protection signal corresponding to the stoppage; A wind speed protector for outputting a yaw operation protection signal corresponding to the wind speed measured in the anemoscope by comparing the wind speed measured in the anemoscope with the predetermined protection operation condition value; And a yaw control part for controlling the yaw according to a user's selection input when the protection operation mode is set and the protection operation is canceled according to the operation protection signal output from the overvoltage protection part, the overspeed protection part or the wind speed protection part There are features.
According to the present invention, the mode of the yaw control of the wind turbine generator can be arbitrarily set in accordance with the user's convenience, and the output efficiency of the generator can be improved by controlling the output in the automatic operation mode by the external protection element.
Description
본 발명은 풍력 발전기의 요 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 풍력 발전기 요 제어의 모드를 사용자 편의에 맞추어 임의로 설정할 수 있고, 외부의 보호 요소에 의한 자동 운용 모드에서 출력을 제어함으로써 발전기의 출력 효율성을 향상시킬 수 있는 풍력 발전기의 요 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a yaw control system for a wind turbine generator and, more particularly, to a yaw control system for a wind turbine generator which can arbitrarily set the mode of the wind turbine yaw control according to the user's convenience and controls the output in a self- And more particularly, to a yaw control system for a wind turbine generator and a control method thereof.
석유와 같은 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지원으로서, 인류가 추구해야 할 미래의 새로운 에너지원으로는 태양에너지, 풍력에너지, 인공태양, 수소에너지, 바닷물을 이용한 에너지, 바이오 에너지 등 여러 종류가 있으며, 이 중 다른 에너지원 못지 않게, 풍력은 친환경적이고 재생가능하여 주목을 받고 있는 미래의 새로운 에너지원이다.As a new energy source that can replace fossil fuels such as petroleum, there are many kinds of new energy sources to be pursued by mankind in the future such as solar energy, wind energy, artificial sun, hydrogen energy, Wind power is a new energy source of the future that is attracting attention because it is eco-friendly and renewable.
풍력발전은 자연상태의 무공해 에너지원이다. 현재 기술로 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원으로써 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생되는 전력을 전력계통이나 수요자에 직접 공급하는 발전(Generation) 기술이다. 즉 풍력의 에너지 변환과정을 통해 전력을 생산하며 생산된 전력은 가정용, 공업용 등으로 자체 소모하거나 한국전력에 역송전하여 전기를 판매할 수 있다. 이러한 풍력발전을 이용한다면 산간이나 해안오지 및 방조제 등 부지를 활용함으로써 국토이용효율을 높일 수 있다. 특히 우리나라는 해안선이 길어 풍력발전을 하기에 유리한 조건을 가지고 있다.Wind power generation is a non-polluting energy source in its natural state. The present technology is the most economical energy source among alternative energy sources, and it is a generation technology that directly supplies the power generated by converting the wind force into rotational power to the power system or the consumer. In other words, it can generate electric power through the process of energy conversion of wind power, and it can sell electric power either by consuming itself for domestic use, industrial use, or by transmitting electricity back to KEPCO. By using such wind power, it is possible to increase the utilization efficiency of the land by utilizing the sites such as mountains, coastal areas and seawalls. In particular, Korea has a favorable condition for wind power generation due to its long coastline.
이러한 풍력발전기(wind turbine)는 공기의 유동이 가지는 운동에너지의 공기역학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 블레이드와 허브로 이루어지는 회전자(rotor)를 회전시킴으로써 공기 유동의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환시키고, 기계적 에너지를 이용하여 전기에너지를 생산한다.This wind turbine converts the kinetic energy of the air flow into mechanical energy by rotating a rotor made up of a blade and a hub by using the aerodynamic characteristic of the kinetic energy of the air flow, Mechanical energy is used to produce electrical energy.
풍력발전기(wind turbine)의 요 시스템(yaw system)은 나셀(nacelle), 즉 블레이드의 방향을 바람이 불어오는 방향으로 향하게 하여, 풍력발전기 전체에 작용하는 하중을 줄이고 풍력발전기의 효율을 크게 한다.The yaw system of the wind turbine directs the direction of the nacelle, ie, the blade, in the direction of the wind, reducing the load acting on the wind turbine as a whole and increasing the efficiency of the wind turbine.
그러나, 요 시스템의 제어는 설정된 제어에 의해서만 요 블레이드를 제어할 수 있게 되고, 외부 요소의 변화 또는 사용자에 의해 필요 시 임의로 제어할 수 없는 문제점이 있다.
However, the control of the yaw system can control the yaw blades only by the set control, and there is a problem that it can not be arbitrarily controlled by a change of an external element or by a user if necessary.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 풍력 발전기 요 제어의 모드를 사용자 편의에 맞추어 임의로 설정할 수 있고, 외부의 보호 요소에 의한 자동 운용 모드에서 출력을 제어함으로써 발전기의 출력 효율성을 향상시킬 수 있는 풍력 발전기의 요 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a wind turbine generator capable of arbitrarily setting a mode of a wind turbine yaw control according to user's convenience and improving output efficiency of a generator by controlling an output in an automatic operation mode by an external protection element And a control method thereof.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention, unless further departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be possible.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 풍력 발전기의 요 제어 시스템은, 풍력 발전기의 요 제어 시스템에 있어서, 발전기의 과전압에 의한 온도를 측정하여 기 설정된 온도 값과 비교하여 그에 대응하는 동작 정지의 보호 신호를 출력하는 과전압 보호부와; 상기 발전기의 과속에 의한 회전 속도를 측정하여 기 설정된 속도 값과 비교하여 그에 대응하는 동작 정지의 보호 신호를 출력하는 과속 보호부와; 풍속계에서 측정된 풍속이 기 설정된 보호 동작 조건 값과 비교하여 그에 대응하는 요 동작 보호 신호를 출력하는 풍속 보호부와; 상기 과전압 보호부, 상기 과속 보호부 또는 상기 풍속 보호부에서 출력된 동작 보호 신호에 따라 요 보호 동작 모드로 설정 및 보호 동작 해지 시 사용자의선택 입력에 따라 요를 제어하는 요 제어부를 포함하는 점에 그 특징이 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a yaw control system for a wind turbine, including: a yaw control system for a wind turbine, the yaw control system comprising: An overvoltage protection unit for outputting a protection signal; An overspeed protection unit for measuring a rotation speed of the generator by overspeed, comparing the rotation speed with a preset speed value, and outputting a protection signal corresponding to the stoppage; A wind speed protector for outputting a yaw operation protection signal corresponding to the wind speed measured in the anemoscope by comparing the wind speed measured in the anemoscope with the predetermined protection operation condition value; And a yaw control section for controlling the yaw according to a selection input of the user when the protection operation mode is set and the protection operation is canceled according to the operation protection signal outputted from the overvoltage protection section, the overspeed protection section or the wind speed protection section There are features.
여기서, 특히 상기 요 제어부는, 상기 과전압 보호부, 상기 과속 보호부 또는 상기 풍속 보호부에서 출력된 동작 보호 신호에 따라 요 보호 동작 모드로 설정하여 발전기의 출력을 제한하는 보호동작 모드부; 및 상기 보호동작 모드부의 요 보호 동작 모드 해지 상태에서 사용자의 선택 입력에 따라 요를 제어하는 요 제어 선택부를 포함하는 점에 그 특징이 있다. In particular, the yaw control unit may include a protection operation mode unit for limiting the output of the generator by setting the yaw protection operation mode according to the operation protection signal output from the overvoltage protection unit, the overspeed protection unit or the wind speed protection unit. And a yaw control selecting unit for controlling the yaw according to the selection input of the user in the yaw protection operation mode canceling state of the protection operation mode unit.
여기서, 특히 상기 요 제어 선택부는 측정된 풍향으로부터 최대 출력을 자동으로 추적하는 최대 출력 모드부와; 측정된 풍향 및 풍속 정보를 이용하여 사용자 입력의 필요 전력에 대응하여 자동으로 추적하는 자동 추적 모드부; 및 사용자의 입력에 의해 요의 회전 방향을 시계 또는 반시계 방향으로 제어하는 강제 모드부를 포함하는 점에 그 특징이 있다. In particular, the yaw control selection unit includes a maximum output mode unit for automatically tracking the maximum output from the measured wind direction, An automatic tracking mode unit for automatically tracking the required input power of the user input using the measured wind direction and wind speed information; And a forced mode unit for controlling the rotation direction of the yaw by a user's input in a clockwise or counterclockwise direction.
여기서, 특히 상기 요 제어부는 상기 보호동작 모드부에서 요 보호 동작 모드의 동작 후 해지시 요 보호 동작 모드의 동작 이전에 설정된 상기 요 제어 선택부의 선택 모드 상태로 자동 전환되어 동작하는 점에 그 특징이 있다. In particular, the yaw control part is automatically switched to a selection mode state of the yaw control selection part set before the operation of the yaw protection operation mode at the time of cancellation after the operation of the yaw protection operation mode in the protection operation mode part, have.
여기서, 특히 상기 최대 출력 모드부는 현재 측정되는 풍속에 대하여 최대 전력을 추종하도록 요 블레이드를 풍향과 동일 방향으로 맞추어 동작하는 점에 그 특징이 있다. In particular, the maximum output mode unit is characterized by operating the yaw blades in the same direction as the wind direction so as to follow the maximum power with respect to the currently measured wind speed.
여기서, 특히 상기 자동 추적 모드부는 현재 측정되는 풍속에 대하여 요 축과 풍향사이의 각 θ의 제어에 의해 일정 비율로 전력의 출력을 제한하는 점에 그 특징이 있다. In particular, the automatic tracking mode unit is characterized in that the output of power is limited at a certain rate by controlling the angle &thetas; between the yaw axis and the wind direction with respect to the currently measured wind speed.
여기서, 특히 상기 보호동작 모드부는 사용자의 입력에 의해 발전기의 출력을 강제 전환하는 것을 더 포함하는 점에 그 특징이 있다. In particular, the protection operation mode unit is characterized by further including forcibly switching the output of the generator by the user's input.
또한, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 요 제어 방법은, 풍력 발전기의 요 제어 시스템에 있어서, 발전기의 온도 및 회전 속도를 측정하고, 풍속계에 의해 풍속을 측정하는 단계와; 상기 측정된 발전기의 온도, 회전 속도, 풍속 값을 기 설정된 요 보호 동작 조건값들과 비교하는 단계와; 상기 비교된 요 보호 동작 조건을 만족하면, 요 보호 동작 신호를 출력하는 단계와; 상기 요 보호 동작 신호를 출력한 후, 요 보호 동작 해지 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 요 보호 동작 해지 조건을 만족하면, 사용자 요 제어 선택 모드로 전환하는 단계를 포함하는 점에 그 특징이 있다.The yaw control method of a wind turbine according to the present invention may further include the steps of measuring the temperature and rotational speed of the generator and measuring the wind speed by an anemometer; Comparing the measured temperature, rotational speed, and wind speed values of the generator with predetermined values of the required yard protection operating conditions; Outputting a yaw protection operation signal when the compared yaw protection operation condition is satisfied; Determining whether or not the yaw protection operation termination condition is satisfied after outputting the yaw protection operation signal; And switching to a user-assisted control selection mode when the condition for abatement of the urine protection operation is satisfied.
여기서, 특히 상기 요 보호 동작 조건은 상기 발전기의 온도가 G_tem ≥ 145 ℃, 상기 발전기의 회전 속도가 G_speed ≥ (1.5*G_rated) 또는 풍속이 W_speed ≥ 17[m/s] 1 분 이상 유지 조건 중 어느 하나 이상의 조건을 충족하는 점에 그 특징이 있다.In particular, the stoop protection operating condition is set such that the temperature of the generator is G_tem ≥ 145 ° C, the rotation speed of the generator is G_speed ≥ (1.5 * G_rated) or the wind speed is W_speed ≥ 17 [m / s] It is characterized by meeting one or more conditions.
여기서, 특히 상기 요 보호 동작 해지 조건은 상기 발전기의 온도가 G_tem ≤ 110 ℃, 상기 발전기의 회전 속도가 G_speed ≤ G_rated 2분 이상 유지 또는 풍속이 W_speed ≤ 13[m/s] 2 분 이상 유지 조건 중 어느 하나 이상의 조건을 충족하는 점에 그 특징이 있다. In particular, the yaw protection operation termination condition is such that the temperature of the generator is maintained at G_tem ≤ 110 ° C, the rotation speed of the generator is maintained at G_speed ≤G_rated for 2 minutes or more, or the wind speed is maintained at W_speed ≤13 [m / s] It is characterized in that it satisfies any one or more of the conditions.
여기서, 특히 상기 사용자 요 제어 선택 모드로 전환하는 단계에서 측정된 풍향으로부터 최대 출력을 자동으로 추적하는 최대 출력 모드와; 측정된 풍향 및 풍속 정보를 이용하여 사용자 입력의 필요 전력에 대응하여 자동으로 추적하는 자동 추적 모드; 및 사용자의 입력에 의해 요의 회전 방향을 시계 또는 반시계 방향으로 제어하는 강제 모드 중에서 선택된 모드로 전환되는 점에 그 특징이 있다.
A maximum output mode for automatically tracking the maximum output from the measured wind direction in the step of switching to the user yaw control selection mode; An automatic tracking mode that automatically tracks the required power of the user input by using the measured wind direction and wind speed information; And a forced mode in which the rotation direction of the yaw is controlled by a user's input in a clockwise or counterclockwise direction.
이상의 본 발명에 따르면, 풍력 발전기 요 제어의 모드를 사용자 편의에 맞추어 임의로 설정할 수 있고, 외부의 보호 요소에 의한 자동 운용 모드에서 출력을 제어함으로써 발전기의 출력 효율성을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, the mode of the yaw control can be arbitrarily set in accordance with the user's convenience, and the output efficiency of the generator can be improved by controlling the output in the automatic operation mode using the external protection element.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 발전기의 요 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 요 제어 방법에 대한 순서도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view schematically showing a configuration of a yaw control system of a wind power generator according to an embodiment of the present invention; Fig.
2 is a flowchart of a yaw control method for a wind turbine according to the present invention;
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to include an element does not exclude other elements unless specifically stated otherwise, but may also include other elements.
이하 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 발전기의 요 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 요 제어 시스템은, 풍력 발전기의 요 제어 시스템(100)에 있어서, 발전(110)기의 과전압에 의한 온도를 측정하여 기 설정된 온도 값과 비교하여 그에 대응하는 동작 정지의 보호 신호를 출력하는 과전압 보호부(120)와; 상기 발전기의 과속에 의한 회전 속도를 측정하여 기 설정된 속도 값과 비교하여 그에 대응하는 동작 정지의 보호 신호를 출력하는 과속 보호부(130)와; 풍속계(141)에서 측정된 풍속이 기 설정된 보호 동작 조건 값과 비교하여 그에 대응하는 요 동작 보호 신호를 출력하는 풍속 보호부(140)와; 상기 과전압 보호부(120), 상기 과속 보호부(130) 및 상기 풍속 보호부(140)에서 출력된 동작 보호 신호에 따라 요 보호 동작 모드로 설정 및 보호 동작 해지 시 사용자의 선택 입력에 따라 요를 제어하는 요 제어부(150)를 포함한다. 1 is a view schematically showing a configuration of a yaw control system of a wind power generator according to an embodiment of the present invention. 1, a yaw control system for a wind turbine according to the present invention includes a
상기 과전압 보호부(120)는 상기 발전기의 과전압에 의해 온도가 올라가는 것에 대한 동작 정지의 보호 신호를 출력하는 것으로, 동작 조건은 G_tem ≥ 145 ℃, 동작 해지 조건은 G_tem ≤ 110 ℃ 으로 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 설정된 과전압 발전기 온도(GOT;Generator Over Temperature)는 큐리 온도 이하에서 운용하기 위한 조건으로(큐리 온도는 원자의 열에너지가 자기 모멘트의 결합 에너지와 같아지는 온도로 자성체가 자성을 잃어버리는 온도)영구 자석형 동기 발전기의 경우에 로터 측의 영구자석을 Nd-Fe-B의 희토류 자성체에 불순물을 함유하여 사용하지만 큐리 온도는 200 ℃ 미만에서 분포하기 때문에 상기와 같이 설정하는 것이 바람직하다.The
상기 과속 보호부(130)는 상기 발전기의 과속에 대한 동작 정지의 보호 신호를 출력하는 것으로, 보호 동작 신호 출력 조건은 회전 속도가 G_speed ≥ (1.5*G_rated)인 경우이고, 보호 동작 해지 신호 출력 조건(GOS;Generator Over Speed)은 회전 속도가 G_speed ≤ G_rated 2분 이상 유지한 경우로 설정하는 것이 바람직하다. 여기서, 발전기가 정격 rpm 이상 회전시 발전기의 출력이 정격 이상 발생하게 되어 발전기가 소손되는 경우에는 블레이드가 회전력을 견디지 못해 이탈할 수 있기 때문이다. The
상기 풍속 보호부(140)는 풍속계에서 검출된 풍속값을 입력받아 과속에 대한 보호동작 신호를 출력하는 것으로, 보호 동작 조건은 풍속이 W_speed ≥ 17[m/s] 1 분 이상 유지하고, 보호 동작 해지 조건은 풍속이 W_speed ≤ 13[m/s] 2 분 이상 유지하는 것이 바람직하다. 여기서, 일반적인 풍력 발전기의 정격 출력은 15[m/s] 이다. 또한, 상기 풍속 보호부(140)에는 풍향계(142)로부터 실시간으로 측정된 바람의 방향 정보에 대해 입력받게 된다. The wind
상기 요 제어부(150)는 보호 동작 모드부(MSM;manual stop mode)(160)와 요 제어 선택부(170)로 구성된다. 여기서, 상기 요 제어부(150)는 상기 보호동작 모드부(160)에서 요 보호 동작 모드의 동작 후 해지시 요 보호 동작 모드의 동작 이전에 설정된 상기 요 제어 선택부(170)의 선택 모드 상태로 자동 전환되어 동작한다. The
상기 보호동작 모드부(MSM;manual stop mode)(160)는 상기 과전압 보호부(120), 상기 과속 보호부(130) 및 상기 풍속 보호부(140)에서 출력된 동작 보호 신호에 따라 요 보호 동작 모드로 설정하여 발전기의 출력을 제한하여 자동으로 운용되는 모드이다. 또한, 사용자가 특정 이유에 의해 풍력 발전기의 출력을 제한할 경우 사용될 수 있다. The manual operation mode MSM 160 may be operated in accordance with the operation protection signal output from the
상기 요 제어 선택부(170)는 상기 보호동작 모드부(160)의 요 보호 동작 모드 해지 상태에서 사용자의 선택 입력에 따라 요를 제어한다. The yaw
상기 요 제어 선택부(170)는 최대 출력 모드부(171)(ACM; auto control mode), 자동 추적 모드부(172)(MCM;manual control mode), 강제 모드부(173)(FRM;forced rotation mode)로 구성된다. The yaw
상기 최대 출력 모드부(171)(ACM; auto control mode)는 현재 측정되는 풍속에 대하여 최대 전력을 추종하도록 요 블레이드를 풍향과 동일 방향으로 맞추어 동작한다. 여기서, 보호동작 요소 발생시 상기 보호동작 모드부(MSM;manual stop mode)가 동작하도록 전환하고, 보호동작 요소 해지 시에는 일정 시간 후에 다시 재동작하게 된다.The maximum output mode unit 171 (ACM) operates by aligning the yaw blades in the same direction as the wind direction so as to follow the maximum power with respect to the currently measured wind speed. Here, when the protection operation element is generated, the protection mode part (MSM) is switched to operate, and when the protective operation element is released, the operation is restarted after a certain period of time.
상기 자동 추적 모드부(172)(MCM;manual control mode)는 측정된 풍향 및 풍속 정보를 이용하여 사용자 입력의 필요 전력에 대응하여 자동으로 추적하게 된다. 여기서, 상기 자동 추적 모드부(172)(MCM;manual control mode)는 현재 측정되는 풍속에 대하여 요(Yaw) 축과 풍향 사이의 각 θ의 제어에 의해 일정 비율로 전력의 출력을 제한한다.The manual control mode unit (MCM) automatically tracks the required power of the user input using the measured wind direction and wind speed information. Here, the manual control mode unit 172 (MCM) limits the power output at a certain rate by controlling the angle θ between the yaw axis and the wind direction with respect to the currently measured wind speed.
보다 구체적으로, 자동 추적 모드부(172)(MCM;Manual Control Mode)는 현재 발생되는 풍속에 대해서 일정 비율로 전력을 제한할 경우 사용되는 모드로서 풍력발전기 출력은 하기 수학식 1과 같다.More specifically, the MCM (Manual Control Mode) 172 is a mode used when the power is limited at a predetermined ratio with respect to the current wind speed, and the wind turbine generator output is expressed by Equation 1 below.
수학식 1Equation 1
여기서, Pwind 는 풍력에너지 A는 회전자의 회전 단면적[m2], ρ는 공기의 밀도로 약 1.25[kg/m3]이다. 또한 Cp는 바람이 가지고 있는 전체 에너지 중에서 블레이드가 받아들이는 에너지의 비율을 의미하는 것으로 출력계수라 한다. Here, P wind The wind energy A is the rotating sectional area [m 2 ] of the rotor, and ρ is about 1.25 [kg / m 3 ] as the air density. In addition, C p is the ratio of the energy received by the blade out of the total energy of the wind.
이러한 출력계수는 풍속에 대한 블레이드의 회전속도의 비율인 주속비(TSR : Tip Speed Ratio) λ에 따라 변하는 하기 수학식 2와 같다.This output coefficient is expressed by the following equation (2) which changes depending on the tip speed ratio (TSR), i.e., the ratio of the rotation speed of the blade to the wind speed.
수학식 2Equation 2
수학식 1에서 회전자의 회전 단면적은 풍력 발전기의 출력과 비례관계임을 이용하여 요(yaw) 블레이드 제어를 통한 출력의 비를 하기 수학식 3과 같이 계산할 수 있다.The ratio of the output through the yaw blade control can be calculated by Equation (3) using Equation (1), where the rotating sectional area of the rotor is proportional to the output of the wind turbine generator.
여기서, θ는 요 샤프트(yaw shaft)와 풍향사이의 각으로 풍향과 요 샤프트(yaw shaft)가 동일 방향으로 동일 풍속대비 최대 출력을 낼 경우 0 ℃이고, 최소 출력을 낼 경우 풍향과 요 샤프트가 90℃이다. 즉, 요 샤프트와 풍향 사이의 각인 θ의 제어를 통하여 최대 출력은 선형적인 제어가 가능하게 된다. Where θ is the angle between the yaw shaft and the wind direction and 0 ° C. when the wind direction and yaw shaft output the maximum output in the same direction in the same direction and the wind direction and yaw shaft 90 ° C. That is, the maximum output can be linearly controlled through control of the angle [theta] between the yaw shaft and the wind direction.
이러한 자동 추적 모드부(172)는 선형적인 출력 관계를 이용하여 사용자나 EMS에 의해 풍력발전기의 출력선을 제어하는 것이다. The automatic
상기 강제 모드부(173)(FRM;forced rotation mode)는 사용자의 입력에 의해 요 블레이드(180)를 임의로 조정하는 것으로 회전 방향을 시계 또는 반시계 방향으로 제어한다.
The forced mode unit 173 (FRM) arbitrarily adjusts the
또한, 도 2는 본 발명에 따른 풍력 발전기의 요 제어 방법에 대한 순서도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 발전기의 요 제어 방법은, 먼저 풍력 발전기의 요 제어 시스템에 있어서, 발전기의 온도 및 회전 속도를 측정하고, 풍속계에 의해 풍속을 측정하는 단계를 수행한다(S201). 2 is a flowchart of a yaw control method of a wind turbine according to the present invention. As shown in FIG. 2, the yaw control method of a wind turbine according to the present invention includes a step of measuring a temperature and a rotational speed of a generator and measuring an air speed by an anemometer in a yaw control system of a wind power generator (S201).
보다 구체적으로, 상기 발전기가 과전압에 의해 온도가 올라가는 것을 측정하기 위한 것이고, 상기 회전 속도는 발전기가 정격 rpm 이상 회전시 발전기의 출력이 정격 이상 발생하게 되어 발전기가 소손되는 경우에는 블레이드가 회전력을 견디지 못하는 경우의 범위를 측정하기 위함이다. More specifically, in order to measure the temperature rise of the generator by the overvoltage, when the output of the generator is rated or higher when the generator rotates at a rated rpm or more and the generator is burned out, This is to measure the extent of failure.
그리고, 상기 측정된 발전기의 온도, 회전 속도, 풍속 값을 기 설정된 요 보호 동작 조건값들과 비교하는 단계를 수행한다(S202). In operation S202, the measured temperature, rotational speed, and wind speed of the generator are compared with predetermined values of the required yard protecting operation conditions.
여기서, 상기 요 보호 동작 조건은 상기 발전기의 온도가 G_tem ≥ 145 ℃, 상기 발전기의 회전 속도가 G_speed ≥ (1.5*G_rated) 또는 풍속이 W_speed ≥ 17[m/s] 1 분 이상 유지 조건과 상기 측정된 온도, 회전 속도, 풍속 값들과 각각 비교하게 된다. Here, the stoop protection operating condition is set such that the temperature of the generator is G_tem ≥ 145 ° C, the rotating speed of the generator is G_speed ≥ (1.5 * G_rated) or the wind speed is W_speed ≥ 17 [m / s] The temperature, the rotational speed, and the wind speed, respectively.
그 다음, 상기 비교된 요 보호 동작 조건을 만족하면(S203), 요 보호 동작 신호를 출력하는 단계를 수행한다(S204). Next, when the compared yaw protection operation condition is satisfied (S203), a step of outputting a yaw protection operation signal is performed (S204).
즉, 상기 동작 보호 신호에 따라 요 보호 동작 모드로 설정하여 발전기의 출력을 제한하여 자동으로 운용되는 모드이다. 또한, 사용자가 특정 이유에 의해 풍력 발전기의 출력을 제한할 경우 사용될 수 있다. That is, the mode is set to the yaw protection operation mode according to the operation protection signal, and the operation of the generator is automatically operated by limiting the output of the generator. It can also be used when the user limits the output of the wind power generator for a specific reason.
이어서, 상기 요 보호 동작 신호를 출력한 후, 요 보호 동작 해지 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계를 수행한다(S205). Then, after outputting the yaw protection operation signal, it is determined whether or not the yaw protection operation termination condition is satisfied (S205).
이때, 상기 요 보호 동작 해지 조건은 상기 발전기의 온도가 G_tem ≤ 110 ℃, 상기 발전기의 회전 속도가 G_speed ≤ G_rated 2분 이상 유지 또는 풍속이 W_speed ≤ 13[m/s] 2 분 이상 유지 조건과 상기 측정된 온도, 회전 속도, 풍속 값들과 각각 비교하게 된다. At this time, the yaw protection operation termination condition is a condition that the temperature of the generator is maintained at G_tem ≤ 110 ° C, the rotation speed of the generator is maintained at G_speed G_rated 2 minutes or more, or the wind condition is maintained at W_speed ≤13 [m / s] The measured temperature, rotational speed, and wind speed values are compared with each other.
그리고, 상기 요 보호 동작 해지 조건을 만족하면, 사용자 요 제어 선택 모드로 전환하는 단계를 수행한다(S206). 즉, 상기 측정된 온도, 회전 속도, 풍속 값이 해지 조건 중 어느 하나 이상의 조건을 충족하게 되면 상기 사용자 요 제어 선택 모드로 전환하게 된다. If the yaw protection operation termination condition is satisfied, a step of switching to the user yaw control selection mode is performed (S206). That is, when the measured temperature, rotational speed, and wind speed value satisfy one or more of the cancellation conditions, the user is switched to the user's control selection mode.
보다 구체적으로, 상기 사용자 요 제어 선택 모드로 전환하는 단계에서 최대 출력 모드(ACM; auto control mode), 자동 추적 모드(MCM;manual control mode) 또는 강제 모드(FRM;forced rotation mode)로 전환하게 된다. 여기서, 상기 최대 출력 모드는 측정된 풍향으로부터 최대 출력을 자동으로 추적하는 모드이고, 자동 추적 모드는 측정된 풍향 및 풍속 정보를 이용하여 사용자 입력의 필요 전력에 대응하여 자동으로 추적하는 모드이고, 강제 모드는 사용자의 입력에 의해 요의 회전 방향을 시계 또는 반시계 방향으로 제어하는 모드이다. More specifically, in the step of switching to the user's control selection mode, the mode is switched to a maximum output mode (ACM), a manual control mode (MCM), or a forced rotation mode (FRM) . Here, the maximum output mode is a mode for automatically tracking the maximum output from the measured wind direction, and the automatic tracking mode is a mode for automatically tracking according to the required power of the user input using the measured wind direction and wind speed information, Mode is a mode for controlling the rotation direction of the yaw by the user's input in the clockwise or counterclockwise direction.
따라서, 상기 언급한 바와 같이 풍력 발전기 요 제어의 모드를 사용자 편의에 맞추어 임의로 설정할 수 있고, 외부의 보호 요소에 의한 자동 운용 모드에서 출력을 제어함으로써 발전기의 출력 효율성을 향상시킬 수 있게 된다. Therefore, as described above, the mode of the yaw control can be arbitrarily set in accordance with the user's convenience, and the output efficiency of the generator can be improved by controlling the output in the automatic operation mode using the external protection element.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims that follow.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 --- 발전기 120 --- 과전압 보호부
130 --- 과속 보호부 140 -- 풍속 보호부
141 --- 풍속계 142 --- 풍향계
150 --- 요 제어부 160 --- 보호동작 모드부
170 --- 요 제어 선택부 180 --- 요 블레이드 Description of the Related Art
110 ---
130 ---
141 ---
150 ---
170 --- Yaw
Claims (11)
발전기의 과전압에 의한 온도를 측정하여 기 설정된 온도 값과 비교하여 그에 대응하는 동작 정지의 보호 신호를 출력하는 과전압 보호부와;
상기 발전기의 과속에 의한 회전 속도를 측정하여 기 설정된 속도 값과 비교하여 그에 대응하는 동작 정지의 보호 신호를 출력하는 과속 보호부와;
풍속계에서 측정된 풍속이 기 설정된 보호 동작 조건 값과 비교하여 그에 대응하는 요 동작 보호 신호를 출력하는 풍속 보호부와;
상기 과전압 보호부, 상기 과속 보호부 및 상기 풍속 보호부에서 출력된 동작 보호 신호에 따라 요 보호 동작 모드로 설정 및 보호 동작 해지 시 사용자의선택 입력에 따라 요를 제어하는 요 제어부를 포함하고,
상기 요 제어부는,
상기 과전압 보호부, 상기 과속 보호부 및 상기 풍속 보호부에서 출력된 동작 보호 신호에 따라 요 보호 동작 모드로 설정하여 발전기의 출력을 제한하는 보호동작 모드부; 및
상기 보호동작 모드부의 요 보호 동작 모드 해지 상태에서 사용자의 선택 입력에 따라 요를 제어하는 요 제어 선택부를 포함하며,
상기 요 제어 선택부는
측정된 풍속으로부터 최대 출력을 자동으로 추적하는 최대 출력 모드부와;
측정된 풍향 및 풍속 정보를 이용하여 사용자 입력의 필요 전력에 대응하여 자동으로 추적하는 자동 추적 모드부; 및
사용자의 입력에 의해 요의 회전 방향을 시계 또는 반시계 방향으로 제어하는 강제 모드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 제어 시스템.
A yaw control system for a wind turbine generator,
An overvoltage protection unit for measuring a temperature due to an overvoltage of the generator, comparing the detected temperature with a preset temperature value, and outputting a protection signal for stopping the operation;
An overspeed protection unit for measuring a rotation speed of the generator by overspeed, comparing the rotation speed with a preset speed value, and outputting a protection signal corresponding to the stoppage;
A wind speed protector for outputting a yaw operation protection signal corresponding to the wind speed measured in the anemoscope by comparing the wind speed measured in the anemoscope with the predetermined protection operation condition value;
And a yaw control part for controlling the yaw according to a selection input of the user when the protection operation mode is set and the protection operation is canceled according to the operation protection signal outputted from the overvoltage protection part, the overspeed protection part and the wind speed protection part,
Wherein,
A protection operation mode unit for setting the yaw protection operation mode according to the operation protection signal output from the overvoltage protection unit, the overspeed protection unit, and the wind speed protection unit to limit the output of the generator; And
And a yaw control selection unit for controlling the yaw according to the selection input of the user in the yaw protection operation mode canceled state of the protection operation mode unit,
The yaw control selection unit
A maximum output mode part for automatically tracking the maximum output from the measured wind speed;
An automatic tracking mode unit for automatically tracking the required input power of the user input using the measured wind direction and wind speed information; And
And a force mode unit for controlling the rotation direction of the yaw by a user's input in a clockwise or counterclockwise direction.
상기 요 제어부는 상기 보호동작 모드부에서 요 보호 동작 모드의 동작 후 해지시 요 보호 동작 모드의 동작 이전에 설정된 상기 요 제어 선택부의 선택 모드 상태로 자동 전환되어 동작하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the yaw control part is automatically switched to the selection mode state of the yaw control selection part set before the operation of the yaw protection operation mode at the time of cancellation after the operation of the yaw protection operation mode in the protection operation mode part. Control system.
상기 최대 출력 모드부는 현재 측정되는 풍속에 대하여 최대 전력을 추종하도록 요 블레이드를 풍향과 동일 방향으로 맞추어 동작하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the maximum output mode unit operates the yaw blades in the same direction as the wind direction so as to follow the maximum power with respect to the currently measured wind speed.
상기 자동 추적 모드부는 현재 측정되는 풍속에 대하여 요 축과 풍향사이의 각 θ의 제어에 의해 일정 비율로 전력의 출력을 제한하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the automatic tracking mode unit limits the output of power at a certain rate by controlling the angle &thetas; between the yaw axis and the wind direction with respect to the currently measured wind speed.
상기 보호동작 모드부는 사용자의 입력에 의해 발전기의 출력을 강제 전환하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the protection operation mode unit further comprises forcibly switching the output of the generator by an input of a user.
발전기의 온도 및 회전 속도를 측정하고, 풍속계에 의해 풍속을 측정하는 단계와;
상기 측정된 발전기의 온도, 회전 속도, 풍속 값을 기 설정된 요 보호 동작 조건값들과 비교하는 단계와;
상기 비교된 요 보호 동작 조건을 만족하면, 요 보호 동작 신호를 출력하는 단계와;
상기 요 보호 동작 신호를 출력한 후, 요 보호 동작 해지 조건을 만족하는지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 요 보호 동작 해지 조건을 만족하면, 사용자 요 제어 선택 모드로 전환하는 단계를 포함하고,
상기 사용자 요 제어 선택 모드로 전환하는 단계에서
측정된 풍향으로부터 최대 출력을 자동으로 추적하는 최대 출력 모드와;
측정된 풍향 및 풍속 정보를 이용하여 사용자 입력의 필요 전력에 대응하여 자동으로 추적하는 자동 추적 모드; 및
사용자의 입력에 의해 요의 회전 방향을 시계 또는 반시계 방향으로 제어하는 강제 모드 중에서 선택된 모드로 전환되는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 제어 방법.
In a yaw control method for a wind power generator,
Measuring the temperature and rotational speed of the generator and measuring the wind speed by an anemometer;
Comparing the measured temperature, rotational speed, and wind speed values of the generator with predetermined values of the required yard protection operating conditions;
Outputting a yaw protection operation signal when the compared yaw protection operation condition is satisfied;
Determining whether or not the yaw protection operation termination condition is satisfied after outputting the yaw protection operation signal; And
And switching to a user-assisted control selection mode if the condition for abatement of the urine protection operation is satisfied,
In the switching to the user demand control selection mode
A maximum output mode that automatically tracks the maximum output from the measured wind direction;
An automatic tracking mode that automatically tracks the required power of the user input by using the measured wind direction and wind speed information; And
And a forced mode in which the yaw rotation direction is controlled by a user's input in a clockwise or counterclockwise direction.
상기 요 보호 동작 조건은 상기 발전기의 온도가 G_tem ≥ 145 ℃, 상기 발전기의 회전 속도가 G_speed ≥ (1.5*G_rated) 또는 풍속이 W_speed ≥ 17[m/s] 1 분 이상 유지 조건 중 어느 하나 이상의 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 제어 방법.
9. The method of claim 8,
The stomach protection operating condition is satisfied when the temperature of the generator is at least one of the maintenance conditions of G_tem ≥ 145 ° C, the rotation speed of the generator is G_speed ≥ (1.5 * G_rated) or the wind speed is W_speed ≥ 17 [m / s] Of the yaw rate of the wind turbine.
상기 요 보호 동작 해지 조건은 상기 발전기의 온도가 G_tem ≤ 110 ℃, 상기 발전기의 회전 속도가 G_speed ≤ G_rated 2분 이상 유지 또는 풍속이 W_speed ≤ 13[m/s] 2 분 이상 유지 조건 중 어느 하나 이상의 조건을 충족하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 요 제어 방법.
9. The method of claim 8,
The yaw protection operation termination condition is set such that the temperature of the generator is maintained at Gtem ≤110.degree. C., the rotation speed of the generator is at least 2 minutes, G_speed≤G_rated, or at least one of the maintenance conditions of the wind speed W_speed≤13 [m / s] Wherein the condition of the yaw control of the wind turbine is satisfied.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |