KR102322693B1 - Apparatus for monitoring wind turbine blade and method thereof - Google Patents

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KR102322693B1
KR102322693B1 KR1020200057734A KR20200057734A KR102322693B1 KR 102322693 B1 KR102322693 B1 KR 102322693B1 KR 1020200057734 A KR1020200057734 A KR 1020200057734A KR 20200057734 A KR20200057734 A KR 20200057734A KR 102322693 B1 KR102322693 B1 KR 102322693B1
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wind turbine
camera unit
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monitoring device
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KR1020200057734A
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황성목
유철
박사일
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한국에너지기술연구원
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Abstract

The present invention relates to a blade monitoring apparatus for a wind power generator and a method thereof. According to the present invention, natural frequency of a blade is calculated by a blade image taken by a camera, and a maximum deformation amount of the blade and a distance between the blade and a tower are extracted. Then, the natural frequency of the blade, the maximum deformation amount, and the distance are compared with each reference value to determine whether the blade is abnormal. Therefore, failure of the blade is prevented in advance and it is possible to prepare for the failure. The blade monitoring apparatus for the wind power generator of the present invention comprises a camera unit and a control unit.

Description

풍력발전기 블레이드 감시 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MONITORING WIND TURBINE BLADE AND METHOD THEREOF}Wind turbine blade monitoring device and method

본 발명은 풍력발전기에 관한 것으로, 특히 풍력발전기를 구성하는 블레이드의 감시에 관한다.The present invention relates to a wind power generator, and more particularly, to the monitoring of blades constituting the wind power generator.

풍력발전은 공기의 흐름인 바람을 이용하여 블레이드를 회전시키고, 이 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기를 이용하여 전기를 생산한다.Wind power generates electricity using a generator that rotates blades using wind, which is a flow of air, and converts this rotational energy into electrical energy.

도 1은 일반적인 풍력발전기의 구조도이다.1 is a structural diagram of a general wind power generator.

풍력발전기는 크게 블레이드(10), 허브(20), 발전기(30) 및 타워(40) 등을 포함한다.The wind turbine largely includes a blade 10 , a hub 20 , a generator 30 , and a tower 40 .

회전 날개인 블레이드(10)는 복수 개 설치되어 바람을 맞아 바람의 방향을 변화시킴으로써 회전한다. 블레이드(10)가 바람의 방향과 이르는 각도인 피치(pitch)를 조절하기 위한 피치조절시스템이 더 포함될 수 있다.A plurality of blades 10, which are rotary blades, are installed to rotate by changing the direction of the wind in response to the wind. The blade 10 may further include a pitch adjustment system for adjusting the pitch (pitch) that is an angle reaching the direction of the wind.

허브(20)는 블레이드(10)들을 회전축에 연결한다.The hub 20 connects the blades 10 to the rotating shaft.

발전기(30)는 블레이드(10)에 의해 회전하는 회전축이 연결됨으로써 회전축에 의한 회전에너지를 전기에너지로 변환한다.The generator 30 converts rotational energy by the rotational shaft into electrical energy by being connected to the rotational shaft rotating by the blade 10 .

풍력발전기에서 가장 중요한 부품이라 할 수 있는 블레이드(10)는 바람에 따라 항상 회전하고 외부로 노출되어 있으므로 특별한 관리가 필요하다. 풍력발전에 쓰이는 블레이드(10)의 고장에 의해 발전이 중지됨은 물론이고 수리 또는 교체에 상당한 시간이 소요될 수 있기 때문이다.The blade 10, which can be said to be the most important part of the wind turbine, always rotates according to the wind and is exposed to the outside, so special management is required. This is because power generation is stopped due to a failure of the blade 10 used for wind power generation, and a considerable amount of time may be required for repair or replacement.

따라서 블레이드의 고장을 미리 감지하고 예방하는 시스템이 필요하다.Therefore, there is a need for a system that detects and prevents blade failure in advance.

종래기술인 대한민국 등록특허 제10-1968347호 발명은 이러한 풍력발전기 감시 시스템을 제공한다. 풍력발전기의 블레이드에 FBG(Fiber Bragg Grating)센서를 설치하여 블레이드의 이상여부를 감시하려는 것이다.The invention of Korean Patent Registration No. 10-1968347, which is a prior art, provides such a wind power generator monitoring system. This is to monitor the abnormality of the blade by installing a FBG (Fiber Bragg Grating) sensor on the blade of the wind turbine.

하지만 이렇게 블레이드에 센서를 설치하는 방식은 센서가 불량이거나 파손되는 경우 유지보수에 제약이 있는 또 다른 문제가 있다.However, this method of installing the sensor on the blade has another problem that limits maintenance if the sensor is defective or damaged.

본 발명의 발명자들은 이러한 종래 기술의 블레이드 감시 시스템의 문제를 해결하기 위해 연구 노력해 왔다. 블레이드를 실시간 감시할 수 있으면서도 블레이드에 설치되지 않아 고장 시 수리가 용이한 블레이드 감시 시스템을 완성하기 위해 많은 노력 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present invention have made research efforts to solve the problems of the blade monitoring system of the prior art. The present invention was completed after much effort in order to complete a blade monitoring system that can monitor the blade in real time and is not installed on the blade so that it can be easily repaired in case of failure.

본 발명의 목적은 풍력발전기의 블레이드를 실시간으로 감시하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method for monitoring the blades of a wind power generator in real time.

또한, 수리 또는 교체가 용이한 블레이드 감시 장치를 제공하는 것 역시 본 발명의 다른 목적이다.In addition, it is another object of the present invention to provide a blade monitoring device that is easy to repair or replace.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론 할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.On the other hand, other objects not specified in the present invention will be additionally considered within the range that can be easily inferred from the following detailed description and effects thereof.

본 발명에 따른 풍력발전기 블레이드 감시장치는, Wind turbine blade monitoring device according to the present invention,

풍력발전기의 블레이드를 촬영하기 위한 카메라부; 및 상기 카메라부에 의해 촬영된 영상에 의해 상기 블레이드의 이상여부를 판단하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는 상기 카메라부에 의해 촬영된 상기 영상에서 상기 블레이드의 최대 변형량과 진동을 추출하고, 상기 추출한 블레이드의 진동에 의해 상기 블레이드의 고유 진동수를 계산하고, 상기 최대 변형량 및 상기 계산한 고유 진동수를 미리 설정된 각각의 기준값과 비교하여 상기 블레이드의 이상여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.A camera unit for photographing the blades of the wind power generator; and a control unit that determines whether the blade is abnormal by the image taken by the camera unit, wherein the control unit extracts the maximum deformation amount and vibration of the blade from the image photographed by the camera unit, and the The natural frequency of the blade is calculated by the vibration of the extracted blade, and the maximum deformation amount and the calculated natural frequency are compared with each preset reference value to determine whether the blade is abnormal.

상기 제어부는 상기 블레이드의 분당 회전속도(RPM) 및 피치각을 이용하여 상기 블레이드의 고유 진동수를 계산할 수 있다.The controller may calculate the natural frequency of the blade using the rotational speed per minute (RPM) and the pitch angle of the blade.

상기 카메라부는 어안렌즈를 포함하여 전 방향의 촬영이 가능한 것을 특징으로 한다.The camera unit is characterized in that it is possible to shoot in all directions, including the fisheye lens.

바람직하게는 상기 제어부는 상기 영상에서 상기 블레이드의 최대 변형량과 진동을 추출하기 전에 상기 카메라부의 어안렌즈에 의한 영상의 왜곡을 보정하는 것이 좋다.Preferably, the control unit corrects the distortion of the image by the fisheye lens of the camera unit before extracting the maximum deformation and vibration of the blade from the image.

또한, 상기 카메라부는 각 블레이드를 촬영하기 위한 복수개의 카메라를 포함할 수 있다.In addition, the camera unit may include a plurality of cameras for photographing each blade.

상기 카메라부는 상기 블레이드를 촬영하기 위해 상기 블레이드가 고정된 허브에 장착된 카메라 및 상기 블레이드와 상기 풍력발전기의 타워 사이의 간격을 촬영하기 위해 상기 풍력발전기 본체부에 장착된 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.The camera unit comprises a camera mounted on a hub to which the blade is fixed to photograph the blade, and a camera mounted on the wind turbine body unit to photograph an interval between the blade and the tower of the wind turbine generator. do.

상기 블레이드의 인식을 위해 상기 블레이드에 표시되는 팁 마커(Tim Marker)를 더 포함하는 것이 좋다.It is preferable to further include a tip marker (Tim Marker) displayed on the blade for recognizing the blade.

상기 제어부의 판단결과를 서버로 전송하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it further comprises a communication unit for transmitting the determination result of the control unit to the server.

상기 제어부는 상기 카메라부에 의해 촬영한 영상에서 상기 블레이드의 날 방향 움직임과 평활 방향 움직임을 분리하여 날 방향 고유진동수와 평활 방향 고유진동수를 계산할 수 있다.The controller may calculate the blade direction natural frequency and the smooth direction natural frequency by separating the blade direction movement and the smooth direction movement of the blade from the image taken by the camera unit.

본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 감시방법은,Wind turbine blade monitoring method according to another embodiment of the present invention,

a) 카메라부에 의해 촬영된 블레이드의 영상을 수신하는 단계; b) 상기 카메라부에 의해 촬영된 영상에서 상기 블레이드의 진동 및 상기 블레이드의 최대 변형량을 추출하는 단계; c) 추출한 상기 블레이드의 진동에 의해 상기 블레이드의 고유진동수를 계산하는 단계; 및 d) 상기 고유진동수 및 상기 최대 변형량을 미리 설정된 값과 비교하여 상기 블레이드의 이상여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.a) receiving the image of the blade taken by the camera unit; b) extracting the vibration of the blade and the maximum deformation amount of the blade from the image taken by the camera unit; c) calculating the natural frequency of the blade by the extracted vibration of the blade; and d) determining whether the blade is abnormal by comparing the natural frequency and the maximum deformation with a preset value.

또한 상기 c)단계는 상기 블레이드의 분당 회전속도 및 피치각을 이용하여 상기 블레이드의 고유진동수를 계산할 수 있다.Also, in step c), the natural frequency of the blade may be calculated using the rotational speed per minute and the pitch angle of the blade.

상기 c)단계는 상기 a)단계에서 수신한 영상에서 상기 블레이드의 날 방향 움직임과 평활 방향 움직임을 분리하여 날 방향 고유진동수와 평활 방향 고유진동수를 계산할 수 있다.In step c), the blade direction natural frequency and the smooth direction natural frequency may be calculated by separating the blade movement and the smooth movement of the blade from the image received in step a).

바람직하게는 상기 b)단계는 상기 카메라부에 의해 촬영된 영상에서 상기 블레이드와 상기 풍력발전기의 타워 사이의 거리를 추가로 추출하고, 상기 d)단계는 상기 추출한 거리에 의해 상기 블레이드의 이상여부를 추가로 판단하는 것이 좋다.Preferably, the step b) further extracts the distance between the blade and the tower of the wind power generator from the image taken by the camera unit, and the step d) determines whether the blade is abnormal by the extracted distance It is better to judge further.

본 발명에 따르면 풍력발전기의 블레이드를 실시간으로 감시할 수 있으므로 블레이드의 고장을 미리 예방할 수 있는 효과가 있다. 블레이드의 고장을 미리 예방함으로써 블레이드의 수리 또는 교체에 드는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, since it is possible to monitor the blades of the wind power generator in real time, there is an effect of preventing the failure of the blades in advance. By preventing the failure of the blade in advance, there is an advantage in that the time and cost for repair or replacement of the blade can be reduced.

또한 본 발명에 따른 블레이드 감시 장치는 블레이드에 설치되지 않으므로 손쉽게 수리 또는 교체가 가능하다.In addition, since the blade monitoring device according to the present invention is not installed on the blade, it is possible to easily repair or replace it.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.On the other hand, even if it is an effect not explicitly mentioned herein, it is added that the effects described in the following specification expected by the technical features of the present invention and their potential effects are treated as described in the specification of the present invention.

도 1 및 도 2는 일반적인 풍력발전기의 개략적인 구조도이다.
도 3은 풍력발전기 블레이드의 피치방향 회전에 관한 구조도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 감시장치의 개략적인 구조도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 감시장치의 개략적인 구조도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 감시장치의 카메라부의 구조도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 감시방법의 흐름도이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다1 and 2 are schematic structural diagrams of a general wind power generator.
3 is a structural diagram related to the pitch direction rotation of the wind turbine blades.
4 is a schematic structural diagram of a wind turbine blade monitoring device according to a preferred embodiment of the present invention.
5 is a schematic structural diagram of a wind turbine blade monitoring device according to another preferred embodiment of the present invention.
6 to 8 are structural diagrams of the camera unit of the wind turbine blade monitoring device according to another preferred embodiment of the present invention.
9 is a flowchart of a wind turbine blade monitoring method according to another preferred embodiment of the present invention.
※ It is revealed that the accompanying drawings are exemplified as a reference for understanding the technical idea of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, with reference to the drawings, the configuration of the present invention guided by various embodiments of the present invention and effects resulting from the configuration will be described. In the description of the present invention, if it is determined that the subject matter of the present invention may be unnecessarily obscured as it is obvious to those skilled in the art with respect to related known functions, the detailed description thereof will be omitted.

'제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어는 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.Terms such as 'first' and 'second' may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the above terms. The above term may be used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a 'first component' may be referred to as a 'second component', and similarly, a 'second component' may also be referred to as a 'first component'. can Also, the singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. Unless otherwise defined, terms used in the embodiments of the present invention may be interpreted as meanings commonly known to those of ordinary skill in the art.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다.Hereinafter, with reference to the drawings, the configuration of the present invention guided by various embodiments of the present invention and effects resulting from the configuration will be described.

도 1은 일반적인 풍력발전기의 개략적인 구조도이다. 1 is a schematic structural diagram of a general wind power generator.

풍력발전기는 크게 블레이드(10), 허브(20), 발전기(30) 및 타워(40) 등을 포함한다The wind turbine largely includes a blade 10 , a hub 20 , a generator 30 and a tower 40 , and the like.

블레이드(10)는 허브(20)에 고정되어 바람에 의해 회전하고, 발전기(30)는 이 회전에너지를 전달받아 전기에너지로 변환하며 타워(40)는 풍력발전기 본체를 지지한다.The blade 10 is fixed to the hub 20 and rotates by the wind, the generator 30 receives this rotational energy and converts it into electrical energy, and the tower 40 supports the wind power generator body.

도 2는 풍력발전기 블레이드의 좀 더 자세한 구조도이다.2 is a more detailed structural diagram of the wind turbine blade.

블레이드(10)는 루트(root, 11), 전단 시어 웹(Front Shear Web, 12), 후단 시어 웹(After Shear Web, 13), 리딩 엣지(14), 트레일링 엣지(15), 익형 캡(Spar Cap, 16) 및 팁(tip, 17)을 포함한다. Blade 10 includes a root 11, a Front Shear Web 12, an After Shear Web 13, a leading edge 14, a trailing edge 15, an airfoil cap ( Spar Cap, 16) and tip 17.

블레이드(10)는 리딩 엣지(14)가 선행하는 방향으로 회전한다.The blade 10 rotates in the direction the leading edge 14 precedes.

리딩 엣지(14)가 진행하는 방향이 날 방향이고 날 방향과 수직을 이루는 방향이 평활 방향이 된다.A direction in which the leading edge 14 travels is a blade direction, and a direction perpendicular to the blade direction is a smoothing direction.

도 3은 블레이드의 기울기인 피치 각도(Pitch Angle)를 나타낸다.3 shows the pitch angle (Pitch Angle) which is the inclination of the blade.

피치각도는 블레이드가 기준방향에서 반시계방향으로 회전한 각도를 의미한다. 다시말하면 평활 방향과 바람의 방향이 이루는 각도이다.The pitch angle means the angle at which the blade rotates counterclockwise from the reference direction. In other words, it is the angle between the smooth direction and the wind direction.

피치각도가 0도이거나 90도이면 바람에 의해 블레이드가 회전하지 않고, 피치각도가 0도에서 90도 사이의 값을 가지면 바람에 의해 블레이드가 엣지방향으로 회전하게 된다.If the pitch angle is 0 degrees or 90 degrees, the blade does not rotate by the wind, and when the pitch angle has a value between 0 and 90 degrees, the blade rotates in the edge direction by the wind.

바람의 속도에 따라 피치각도를 조절함으로써 블레이드의 분당회전속도를 조절할 수 있다.By adjusting the pitch angle according to the speed of the wind, it is possible to control the rotation speed of the blades per minute.

도 4는 본 발명의 바람직한 어느 실시예에 따른 풍력발전기 블레이드 감시장치의 구조도이다.4 is a structural diagram of a wind turbine blade monitoring device according to a preferred embodiment of the present invention.

풍력발전기 블레이드 감시장치는 카메라부(410) 및 제어부(420)를 포함한다. 필요에 따라 통신부(430)를 더 포함할 수 있다.The wind turbine blade monitoring device includes a camera unit 410 and a control unit 420 . If necessary, it may further include a communication unit 430 .

카메라부(410)는 풍력발전기의 허브(450)에 부착되어 블레이드(440)를 촬영한다.The camera unit 410 is attached to the hub 450 of the wind turbine to photograph the blade 440 .

카메라부(410)는 하나의 카메라로 어안렌즈(Fish-eye Lens)를 사용하여 360도 방향의 다수의 블레이드들을 한번에 촬영할 수도 있고, 블레이드의 개수만큼 복수의 카메라를 사용하는 구성일 수 있다.The camera unit 410 may photograph a plurality of blades in a 360 degree direction at once by using a fish-eye lens as a single camera, or may be configured to use a plurality of cameras as many as the number of blades.

제어부(420)는 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하여 구성되며, 카메라부(410)에서 촬영된 영상을 분석하여 블레이드의 이상여부를 판단한다.The control unit 420 is configured to include one or more processors and a memory, and analyzes the image captured by the camera unit 410 to determine whether the blade is abnormal.

제어부(420)는 우선 풍력발전기 제어 서버로부터 로터의 분당 회전수와 블레이드의 피치 각 등의 기본 정보를 수신한다. 로터의 분당 회전수는 별도 센서에 의해 항상 측정되며 SCADA 등의 시스템에 저장된다.The control unit 420 first receives basic information such as the number of revolutions per minute of the rotor and the pitch angle of the blades from the wind turbine control server. The revolutions per minute of the rotor is always measured by a separate sensor and stored in a system such as a SCADA.

다음으로 카메라부(410)에 의해 촬영된 블레이드의 영상을 수신한다.Next, the image of the blade photographed by the camera unit 410 is received.

카메라부(410)가 어안렌즈로 구성되어 있다면 우선 영상의 왜곡을 보정해주는 단계가 추가로 필요하다.If the camera unit 410 is configured as a fisheye lens, a step of correcting image distortion is additionally required first.

영상에서 블레이드(440)의 움직임을 추출하고 분석해야 하는데, 이를 위해 풍력발전기 블레이드(440)의 팁 부분에는 팁 마커(442)가 더 포함될 수 있다. 이는 블레이드(440)의 팁 부분의 인식률을 높여 블레이드(440)의 거동을 보다 정확히 추출하기 위함이다.It is necessary to extract and analyze the movement of the blade 440 from the image. For this, the tip of the wind turbine blade 440 may further include a tip marker 442 . This is to more accurately extract the behavior of the blade 440 by increasing the recognition rate of the tip portion of the blade 440 .

영상의 블레이드(440) 움직임은 평활 방향(Flap-wise)과 날 방향(Edge-wise) 움직임으로 분리한다. 이를 위해 블레이드(440)의 피치 각 정보가 필요하다. 피치 각에 따라 블레이드(440)의 평활 방향과 날 방향 운동방향이 달라지므로 영상에서 평활 방향 및 날 방향 움직임을 분리하기 위해 피치 각 정보를 이용한다.The movement of the blade 440 of the image is divided into a smooth direction (Flap-wise) and a blade direction (Edge-wise) movement. For this purpose, pitch angle information of the blade 440 is required. Since the smooth direction and the blade direction movement direction of the blade 440 vary according to the pitch angle, pitch angle information is used to separate the smooth direction and the blade direction movement from the image.

분리한 평활 방향 움직임과 날 방향 움직임에서 각각 블레이드(440)의 고유진동수를 추출한다. 고유진동수 추출은 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 등의 방법이 사용될 수 있다. 블레이드(440)의 고유진동수는 무게와 강성에 따라 결정된다. 무게가 증가할수록, 강성이 감소할수록 고유진동수는 낮아진다. 따라서 블레이드(440)의 표면 박리나 크랙, 본딩부 손상 등에 의해 이상이 발생하게 되면 강성의 변화가 발생하고 따라서 고유진동수도 변하는 것이다. 따라서 고유진동수의 변화에 의해 블레이드(440)의 이상을 판단할 수 있다.The natural frequency of the blade 440 is extracted from the separated smooth movement and blade movement, respectively. For natural frequency extraction, a method such as Fast Fourier Transform (FFT) may be used. The natural frequency of the blade 440 is determined by weight and rigidity. As the weight increases and the stiffness decreases, the natural frequency decreases. Therefore, when an abnormality occurs due to surface peeling, cracking, or damage to the bonding portion of the blade 440 , a change in rigidity occurs, and thus the natural frequency changes. Therefore, it is possible to determine the abnormality of the blade 440 by the change of the natural frequency.

또한 평활 방향과 날 방향의 블레이드(440)의 최대 변형량 또한 추출할 수 있다.In addition, the maximum deformation amount of the blade 440 in the smooth direction and the blade direction may also be extracted.

이렇게 추출한 값들을 정상상태의 값들과 비교하여 블레이드(440)의 이상여부를 판단할 수 있다. 정상 상태의 값들과 비교하여 그 차이가 미리 설정된 기준값 보다 크다면 블레이드(440)에 이상이 있는 것으로 판단하는 것이다.By comparing the values extracted in this way with the values in the normal state, it is possible to determine whether the blade 440 is abnormal. Compared with the values in the normal state, if the difference is greater than a preset reference value, it is determined that there is an abnormality in the blade 440 .

카메라부(410)에 의해 촬영한 영상과 제어부(420)에서 처리한 결과는 풍력발전기의 제어 서버 또는 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) 등의 시스템으로 전송될 수 있다.The image captured by the camera unit 410 and the result processed by the control unit 420 may be transmitted to a system such as a control server of the wind turbine or SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition).

이를 위해 블레이드 감시장치는 통신부(430)를 더 포함할 수 있다.To this end, the blade monitoring device may further include a communication unit 430 .

제어부(420)는 이상 발생 시 알람을 발생시킬 수 있다. 이는 제어 서버로 전송되거나 미리 설정된 관리자의 컴퓨터, 스마트폰 등으로 보내질 수도 있을 것이다.The controller 420 may generate an alarm when an abnormality occurs. This may be sent to the control server or may be sent to a preset administrator's computer, smartphone, or the like.

도 5는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 블레이드 감시장치의 구조도이다.5 is a structural diagram of a blade monitoring device according to another preferred embodiment of the present invention.

앞의 예와 달리 카메라부(510)는 허브(550) 부착형이 아닌 허브(530)의 내부에 삽입되는 형태이다. 따라서 허브 캡(552)은 투명 재질로 구성될 수 있다.Unlike the previous example, the camera unit 510 is not attached to the hub 550 but is inserted into the hub 530 . Therefore, the hub cap 552 may be made of a transparent material.

카메라부(510)는 마찬가지로 어안렌즈로 구성된 하나의 카메라를 포함하거나 블레이드의 개수만큼 복수의 카메라로 구성될 수 있다.The camera unit 510 may include one camera configured as a fisheye lens, or may include a plurality of cameras as many as the number of blades.

도 6은 카메라부가 복수의 카메라로 구성된 경우의 구조를 나타낸다.6 shows a structure in the case where the camera unit is composed of a plurality of cameras.

카메라부(610)의 각 카메라들(612, 614, 616)은 각 블레이드들(642, 644, 646)의 방향을 촬영하여 각각의 영상을 제어부로 전송하여 블레이드들(642, 644, 646)의 이상여부를 판단하도록 한다.Each of the cameras 612 , 614 , 616 of the camera unit 610 captures the direction of each of the blades 642 , 644 , 646 , and transmits each image to the control unit of the blades 642 , 644 , 646 . to judge the abnormality.

제어부는 어안렌즈의 경우와 달리 왜곡을 보정할 필요가 없으므로 신속한 처리가 가능한 효과가 있다.Unlike the case of the fisheye lens, the control unit does not need to correct distortion, so there is an effect that allows for quick processing.

카메라부(610) 대신 블레이드들(642, 644, 646)의 진동이나 변형이 가능한 다른 센서부(미도시)들을 사용하는 것도 가능할 것이다. 예를 들어 레이저 센서 등을 이용하여 블레이드들(642, 644, 646)의 진동과 변형을 측정하고 이 결과들로 제어부는 블레이드들(642, 644, 646)의 이상을 판단한다.It may be possible to use other sensor units (not shown) capable of vibration or deformation of the blades 642 , 644 , and 646 instead of the camera unit 610 . For example, vibration and deformation of the blades 642 , 644 , and 646 are measured using a laser sensor, and the controller determines abnormalities of the blades 642 , 644 , 646 based on the results.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카메라부(710)의 구성도이다.7 is a configuration diagram of a camera unit 710 according to another embodiment of the present invention.

카메라부(710)는 풍력발전기의 허브에 부착 또는 삽입되는 카메라 외에도 타워와 블레이드 사이를 촬영할 수 있는 추가의 카메라(712)를 더 포함할 수 있다.The camera unit 710 may further include an additional camera 712 capable of photographing between the tower and the blade in addition to the camera attached to or inserted into the hub of the wind turbine.

풍력발전기의 운전 중 블레이드의 이상이나 풍속이 너무 빠른 등의 이유로 블레이드의 변형이 과도하면 타워와 충돌하는 사고가 발생할 수 있으므로 블레이드와 타워 사이의 거리를 감시하는 것이다.If the deformation of the blade is excessive due to abnormality of the blade or the wind speed is too fast during operation of the wind generator, an accident that collides with the tower may occur, so the distance between the blade and the tower is monitored.

제어부는 블레이드-타워 감시 카메라(712)에 의해 촬영된 영상에서 블레이드와 타워 사이의 거리를 추출하고, 이 간격이 일정 간격 이하로 좁아지면 알람을 발생시키거나 제어 서버에 결과를 송신하여 경고할 수 있다.The control unit extracts the distance between the blade and the tower from the image taken by the blade-tower surveillance camera 712, and if this interval narrows below a certain interval, it can generate an alarm or send a result to the control server to warn. have.

도 8은 도 7과 달리 별도의 카메라를 이용하지 않고 블레이드를 촬영하는 하나의 카메라부를 이용하여 블레이드와 타워 사이의 거리를 측정하는 모습을 나타낸다.FIG. 8 shows a state in which a distance between a blade and a tower is measured using one camera unit for photographing a blade without using a separate camera, unlike FIG. 7 .

풍력발전기의 허브에 부착된 카메라부(810)로 블레이드(840)의 평활방향 변형량(a)을 측정할 수 있다.It is possible to measure the amount of deformation (a) in the smooth direction of the blade 840 with the camera unit 810 attached to the hub of the wind power generator.

평활방향 변형량(a)에 의해 타워 방향으로의 변형량(b)도 추정할 수 있으므로, 이에 의해 블레이드(840)의 변형 시 타워와의 간격(c)을 추출할 수 있다.Since the deformation amount (b) in the tower direction can also be estimated by the amount of deformation in the smooth direction (a), it is possible to extract the distance (c) from the tower when the blade 840 is deformed by this.

이 간격이 일정 간격 이하로 좁아지면 마찬가지로 알람을 발생시키거나 제어 서버에 결과를 송신할 수 있다. 이는 도 7과는 달리 별도의 추가 카메라가 필요하지 않은 장점이 있다.If this interval narrows below a certain interval, an alarm can be generated or the result can be sent to the control server as well. Unlike FIG. 7 , this has the advantage that a separate additional camera is not required.

도 9는 풍력발전기 블레이드 감시방법의 개략적인 흐름도이다.9 is a schematic flowchart of a wind turbine blade monitoring method.

풍력발전기의 허브에 설치된 카메라에 의해 블레이드가 촬영된다(S10). 카메라는 어안렌즈로 구성된 하나의 카메라이거나 각각의 블레이드를 촬영하는 복수개의 카메라로 구성될 수 있다.The blade is photographed by a camera installed on the hub of the wind power generator (S10). The camera may be a single camera configured with a fisheye lens or a plurality of cameras configured to photograph each blade.

제어부는 카메라에 의해 촬영한 영상을 수신하여(S20) 영상에서 블레이드의 진동, 변형량, 타워와의 거리 등을 추출한다(S30). 블레이드의 진동이나 변형량은 평활 방향과 날 방향으로 분리하여 측정될 수 있다.The control unit receives the image taken by the camera (S20) and extracts the vibration of the blade, the amount of deformation, the distance from the tower, and the like from the image (S30). The vibration or deformation amount of the blade can be measured separately in the smoothing direction and the blade direction.

블레이드의 진동과 블레이드의 피치 각, 분당 회전 수 등의 정보를 이용하여 블레이드의 고유 진동수를 계산한다(S40). 고유 진동수는 고속 푸리에 트랜스폼 등의 방법이 사용될 수 있다.The natural frequency of the blade is calculated using information such as the vibration of the blade, the pitch angle of the blade, and the number of revolutions per minute (S40). For the natural frequency, a method such as a fast Fourier transform may be used.

계산한 고유 진동수와 블레이드의 변형량, 타워와의 거리 등을 미리 설정되어 있던 기준값과 비교하고(S50) 그 차이가 일정 이상인지 여부에 의해 블레이드의 이상여부를 판단한다(S60).The calculated natural frequency, the deformation amount of the blade, the distance to the tower, etc. are compared with a preset reference value (S50), and whether the blade is abnormal is determined by whether the difference is equal to or greater than a certain level (S60).

판단 결과 블레이드의 이상이라고 판단이 된다면 카메라로 촬영한 영상과 함께 판단 결과를 풍력발전기 제어 서버 또는 SCADA 등의 시스템에 송부할 수 있다(S70). 송부와 함께 또는 송부와 별도로 알람을 발생시켜 경고할 수도 있을 것이다.If it is determined that the blade is abnormal as a result of the determination, the determination result together with the image captured by the camera may be transmitted to a system such as a wind turbine control server or SCADA (S70). It may be possible to warn by generating an alarm together with or separately from the transmission.

이상과 같은 본 발명에 따르면 풍력발전기 블레이드의 이상 여부를 미리 판단함으로써 블레이드 고장에 따른 수리비용 및 시간을 단축할 수 있고, 블레이드에 직접 센서를 설치하지 않으므로 고장 수리가 훨씬 용이한 장점이 있다.According to the present invention as described above, it is possible to reduce the repair cost and time due to blade failure by determining in advance whether the blade is abnormal, and repair is much easier because the sensor is not directly installed on the blade.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.The protection scope of the present invention is not limited to the description and expression of the embodiments explicitly described above. In addition, it is added once again that the protection scope of the present invention cannot be limited due to obvious changes or substitutions in the technical field to which the present invention pertains.

Claims (13)

풍력발전기의 블레이드를 촬영하기 위한 카메라부; 및
상기 카메라부에 의해 촬영된 영상에 의해 상기 블레이드의 이상여부를 판단하는 제어부;를 포함하되,
상기 제어부는 상기 카메라부에 의해 촬영된 상기 영상에서 상기 블레이드의 최대 변형량과 진동을 추출하고, 상기 추출한 블레이드의 진동, 상기 블레이드의 분당 회전속도(RPM) 및 피치각을 이용하여 상기 블레이드의 고유 진동수를 계산하고, 상기 최대 변형량 및 상기 계산한 고유 진동수를 미리 설정된 각각의 기준값과 비교하여 상기 블레이드의 이상여부를 판단하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시장치.
A camera unit for photographing the blades of the wind power generator; and
A control unit for determining whether the blade is abnormal according to the image taken by the camera unit; including,
The control unit extracts the maximum deformation amount and vibration of the blade from the image taken by the camera unit, and uses the extracted vibration of the blade, rotational speed per minute (RPM) and pitch angle of the blade to the natural frequency of the blade , and comparing the maximum deformation amount and the calculated natural frequency with each preset reference value to determine whether the blade is abnormal, a wind turbine blade monitoring device.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 카메라부는 어안렌즈를 포함하여 전 방향의 촬영이 가능한 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시장치.
According to claim 1,
The camera unit, including a fisheye lens, characterized in that it is possible to shoot in all directions, wind turbine blade monitoring device.
 ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 4 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 영상에서 상기 블레이드의 최대 변형량과 진동을 추출하기 전에 상기 카메라부의 어안렌즈에 의한 영상의 왜곡을 보정하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시장치.
4. The method of claim 3,
The control unit, the wind turbine blade monitoring device, characterized in that for correcting the distortion of the image by the fisheye lens of the camera unit before extracting the maximum deformation and vibration of the blade from the image.
 제1항에 있어서,
상기 카메라부는 각 블레이드를 촬영하기 위한 복수개의 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시장치.
According to claim 1,
The camera unit, the wind turbine blade monitoring device, characterized in that it comprises a plurality of cameras for photographing each blade.
 제1항에 있어서,
상기 카메라부는 상기 블레이드를 촬영하기 위해 상기 블레이드가 고정된 허브에 장착된 카메라 및 상기 블레이드와 상기 풍력발전기의 타워 사이의 간격을 촬영하기 위해 상기 풍력발전기 본체부에 장착된 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시장치.
According to claim 1,
The camera unit comprises a camera mounted on a hub to which the blade is fixed to photograph the blade, and a camera mounted on the wind turbine body unit to photograph an interval between the blade and the tower of the wind turbine generator. A wind turbine blade monitoring device.
 제1항에 있어서,
상기 블레이드의 인식을 위해 상기 블레이드에 표시되는 팁 마커(Tim Marker)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시장치.
According to claim 1,
Wind turbine blade monitoring device, characterized in that it further comprises a tip marker (Tim Marker) displayed on the blade for the recognition of the blade.
 제1항에 있어서,
상기 제어부의 판단결과를 서버로 전송하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시장치.
According to claim 1,
Wind turbine blade monitoring device, characterized in that it further comprises a communication unit for transmitting the determination result of the control unit to the server.
 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 카메라부에 의해 촬영한 영상에서 상기 블레이드의 날 방향 움직임과 평활 방향 움직임을 분리하여 날 방향 고유진동수와 평활 방향 고유진동수를 계산하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시장치.
According to claim 1,
The control unit separates the blade movement and the smooth direction movement of the blade from the image taken by the camera unit, characterized in that for calculating the blade direction natural frequency and the smooth direction natural frequency, a wind turbine blade monitoring device.
 하나이상의 프로세서를 포함하는 제어부에 의해 수행되는 풍력발전기 블레이드 감시방법에 있어서:
a) 카메라부에 의해 촬영된 블레이드의 영상을 수신하는 단계;
b) 상기 카메라부에 의해 촬영된 영상에서 상기 블레이드의 진동 및 상기 블레이드의 최대 변형량을 추출하는 단계;
c) 추출한 상기 블레이드의 진동, 상기 블레이드의 분당 회전속도 및 피치각을 이용하여 상기 블레이드의 고유진동수를 계산하는 단계; 및
d) 상기 고유진동수 및 상기 최대 변형량을 미리 설정된 값과 비교하여 상기 블레이드의 이상여부를 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시방법.
In the wind turbine blade monitoring method performed by a control unit comprising one or more processors:
a) receiving the image of the blade taken by the camera unit;
b) extracting the vibration of the blade and the maximum deformation amount of the blade from the image taken by the camera unit;
c) calculating the natural frequency of the blade using the extracted vibration of the blade, the rotational speed per minute and the pitch angle of the blade; and
d) determining whether the blade is abnormal by comparing the natural frequency and the maximum deformation with a preset value;
 삭제delete 제10항에 있어서,
상기 c)단계는 상기 a)단계에서 수신한 영상에서 상기 피치각을 이용하여 상기 블레이드의 날 방향 움직임과 평활 방향 움직임을 분리하여 날 방향 고유진동수와 평활 방향 고유진동수를 계산하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시방법.
11. The method of claim 10,
The step c) is characterized in that the blade direction natural frequency and the smooth direction natural frequency are calculated by separating the blade direction movement and the smooth direction movement of the blade using the pitch angle from the image received in step a), Wind turbine blade monitoring method.
 제10항에 있어서,
상기 b)단계는 상기 카메라부에 의해 촬영된 영상에서 상기 블레이드와 상기 풍력발전기의 타워 사이의 거리를 추가로 추출하고,
상기 d)단계는 상기 추출한 거리에 의해 상기 블레이드의 이상여부를 추가로 판단하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전기 블레이드 감시방법.11. The method of claim 10,
Step b) further extracts the distance between the blade and the tower of the wind power generator from the image taken by the camera unit,
In step d), the wind turbine blade monitoring method, characterized in that it is further determined whether the blade is abnormal by the extracted distance.
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