KR20100125373A - 풍차의 회전 검지 관리 장치 및 풍력 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

풍차 회전수의 검지의 신뢰성을 높이거나, 혹은 풍차 회전수를 처리할 수 없는 컨트롤러를 보조하여 풍차 회전수 정보를 유효하게 이용할 수 있도록 한 풍차의 회전 검지 관리 장치를 제공하기 위해, 바람을 받아서 토크를 발생하는 풍차 본체(31)와, 이 풍차 본체(31)에 있어서 발생하는 토크에 의해 발전을 행하는 발전기(32)를 구비한 풍차(3)에 적용하기 위해, 풍차(3)로부터 회전 속도 검출기(20)를 통해 취출되는 회전수 정보(N1)를 입력하는 제1 입력 라인(21)과, 발전기(32)의 교류 출력으로부터 회전 펄스 생성 회로(23)를 통해 취출되는 회전수 정보(N2)를 입력하는 제2 입력 라인(22)과, 이들 양 입력 라인(21, 22)을 통해 입력되는 회전수 정보(N1, N2)를 비교하여 미리 정해진 소정치 이상의 회전차가 있다고 판단한 경우에 소정의 이상 처리를 실행하는 이상 처리 수단(24)을 구비하는 것으로 하였다.

Description

풍차의 회전 검지 관리 장치 및 풍력 발전 시스템 {WINDMILL ROTATION DETECTION/MANAGEMENT DEVICE AND WIND POWER GENERATION SYSTEM}

본 발명은 풍차의 회전 검지의 신뢰성을 높이면서, 회전수 정보를 과회전 등의 관리에 적절하게 이용할 수 있도록 한, 풍차의 회전 검지 관리 장치 및 풍력 발전 시스템에 관한 것이다.

풍차를 이용한 풍력 발전 시스템은, 일반적으로 바람을 받아서 토크를 발생하는 풍차 본체와, 이 풍차 본체에 있어서 발생하는 토크에 의해 발전을 행하는 발전기를 구비하고 있다. 이와 같은 풍차는 바람의 강약에 의해 적절한 충전을 행할 수 없을 가능성이 있으므로, 특허 문헌 1 등에서는, 발전기의 교류 출력을 이송하는 전력 라인이 전력 관리를 행하는 전력 관리 장치인 컨트롤러를 통해 배터리에 접속되어 있다.

컨트롤러는 발전기의 교류 출력을 정류하여 배터리에 충전할 때의 전력에 따른 회로 전환 등의 전력 관리나, 인버터를 통해 교류 부하에 급전을 행할 때의 전력 관리 등을 행한다. 그때, 상기 풍차로부터 기계적 검지부인 회전 속도 검출기를 통해 취출되는 회전수 정보를 입력 라인을 통해 입력하여, 제어부에 있어서 과회전 시에 제동을 걸거나, 풍차의 발전기를 풍차 본체의 회전축에 대해 분리 접속하는 위치에 클러치를 설치하여 미풍 시에 클러치를 분리하거나, 배터리의 충전 회로에 대해 온 오프를 전환하는 등의 제어를 행하고 있다. 이와 같은 컨트롤러는, 일반적으로 단체로 시장에 제공되어 있다.

특허문헌1:일본특허출원공개제2005-130651호공보

그런데, 회전 속도 검지기와 같은 기계적인 검지부는 고장나기 쉽다. 이로 인해, 상기한 제어 장치와 같이 오로지 기계적인 검지부에 의지하여 회전 제어계를 구성하고 있으면, 일단 고장났을 때에 전혀 회전 정보를 취득할 수 없어, 전력 관리를 적절하게 행할 수 없게 된다.

더구나, 이와 같은 종류의 컨트롤러에는, 저비용화ㆍ구조 단순화로 인해 풍차 회전수 정보를 전혀 사용하지 않는 것이 있으므로, 간단한 구성의 추가로, 회전수 정보를 높은 신뢰성 하에 유효하게 취급 가능하게 하는 수단이 요망된다.

본 발명은 이와 같은 과제에 착안하여 이루어진 것이며, 풍차 특유의 구조에 착안하여, 풍차 회전수 검지의 신뢰성을 높이거나, 혹은 풍차 회전수를 처리할 수 없는 컨트롤러를 보조하여 풍차 회전수 정보를 유효하게 이용할 수 있도록 한 풍차의 회전 검지 관리 장치 및 풍력 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위해, 다음과 같은 수단을 강구한 것이다.

즉, 본 발명에 관한 풍차의 회전 검지 관리 장치는 바람을 받아서 토크를 발생하는 풍차 본체와, 이 풍차 본체에 있어서 발생하는 토크에 의해 발전을 행하는 발전기를 구비한 풍차에 적용되는 것이며, 상기 풍차로부터 기계적 검지부를 통해 취출되는 회전수 정보를 입력하는 제1 입력 라인과, 상기 발전기의 교류 출력으로부터 전기적 검지부를 통해 취출되는 회전수 정보를 입력하는 제2 입력 라인과, 이들 양 입력 라인을 통해 입력되는 상기 회전수 정보를 비교하여 미리 정한 소정치 이상의 회전차가 있다고 판단한 경우에 소정의 이상 처리를 실행하는 이상 처리 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

풍차는, 바람을 받아서 풍차 본체가 회전하면, 발전기로부터 그 회전수에 따른 주기의 교류가 출력된다고 하는 풍차 특유의 구조를 갖는다. 따라서, 시스템에 거의 손이 가는 일 없이, 그 교류 출력 라인으로부터 풍차의 회전수 정보를 전기적으로 검지할 수 있다. 그리고, 이 회전수 정보를 속도 검지기 등의 기계적 검지부로부터 얻어지는 회전수 정보와 비교하면, 양 검지부에 있어서 적절한 출력이 이루어지고 있는지 여부를 판정할 수 있어, 회전차가 있으면 이상 처리 수단에 있어서 조기의 처치를 행하는 것이 가능해진다. 특히, 기계적 검지부를 이용하여 풍차의 제동, 해방, 충전 전환 등의 전력 관리를 행하고 있는 경우에는, 잘못된 제어에 의해 피해가 커지는 것을 미연에 방지할 수 있어, 회전수 정보를 사용하지 않고 전력 관리를 행하고 있는 것에 대해서도, 필요한 요소 부품을 무리없이 추가하여 신뢰성이 높은 이중의 회전수 정보 하에 유효한 전력 관리를 행하는 상태를 용이하게 구축하는 것이 가능해진다.

이 경우, 발전기는 어느 정도의 회전에 도달하고 있지 않으면 적절한 교류 파형을 출력하지 않는 특질이 있는 것을 감안하면, 상기 발전기의 교류 출력의 전압 레벨로 판정 임계치를 설정하여, 전압 레벨이 그 판정 임계치를 초과한 경우에 상기 이상 처리 수단이 상기 회전수 정보의 비교 판단을 행하도록 구성하여, 오판정을 배제해 두는 것이 바람직하다.

상기 이상 처리 수단은 적어도 상기 발전기의 출력단을 단락함으로써 회전 제동을 거는 처리를 행하도록 구성되어 있는 것이, 풍차를 비롯해 풍력 발전 시스템을 파손으로부터 보호하는 데 유효해진다.

이 회전 검지 관리 장치를 적용하는 풍력 발전 시스템에 있어서, 상기 발전기의 교류 출력을 이송하는 전력 라인이 충전이나 계통 연계 그 밖의 관리를 행하는 전력 관리 장치를 통해 축전부 또는 상용 전원에 접속되어 있는 경우에는, 상기 발전기와 상기 전력 관리 장치 사이의 전력 라인 상에 중간 단자를 설정하고, 이 중간 단자에 당해 중간 단자 사이의 단락, 개방을 행하는 단락 회로를 접속하여, 이 단락 회로를 통상 해방 상태로 유지하고, 상기 이상 처리 수단이 이상 처리 신호를 출력함으로써 당해 중간 단자 사이를 단락시키도록 구성함으로써, 풍력 발전 시스템으로의 후장착도 용이해진다.

이 회전 검지 관리 장치를 적용하는 풍력 발전 시스템에 있어서, 상기 발전기의 교류 출력을 이송하는 전력 라인이 충전이나 계통 연계 그 밖의 관리를 행하는 전력 관리 장치를 통해 축전부 또는 상용 전원에 접속되어, 상기 전력 관리 장치가, 상기 풍차로부터 상기 기계적 검지부를 통해 취출되는 회전수 정보를 입력 라인을 통해 입력하도록 구성되어 있는 경우에는, 이 전력 관리 장치의 입력 라인을 이용하여 상기 제1 입력 라인을 구성해 두는 것이 간편하다.

그 전력 관리 장치가, 회전수 정보에 기초하여 상기 발전기의 출력단의 단락, 개방을 행하는 단락 회로를 구비하는 경우에는, 상기 이상 처리 수단은 이 단락 회로에 이상 처리 신호를 출력하여 상기 발전기의 출력단을 단락시키도록 구성하면 보다 효율적이다.

이 회전 검지 관리 장치를 적용하는 풍력 발전 시스템에 있어서, 상기 발전기의 교류 출력을 이송하는 전력 라인이 충전이나 계통 연계 그 밖의 관리를 행하는 전력 관리 장치를 통해 축전부 또는 상용 전원에 접속되어, 상기 전력 관리 장치가, 상기 풍차의 회전수 정보를 취득하는 일 없이 그 관리를 행하도록 하고 있는 경우에는, 상기 제1 입력 라인을 구성하는 기계적 검지부를 나중에 후장착 가능한 유닛 구조로 해 둠으로써 본 발명의 적용을 한층 용이하게 할 수 있다.

풍차의 회전에 제동이 걸린 것만으로는 원인을 알기 어려운 것을 감안하면, 다음과 같이 구성해 두는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 관한 풍차의 회전 검지 관리 장치는 바람을 받아서 토크를 발생하는 풍차 본체와, 이 풍차 본체에 있어서 발생하는 토크에 의해 발전을 행하는 발전기를 구비한 풍차에 적용하는 데 있어서, 상기 풍차의 회전수를 검지하는 기계적 검지부 및 전기적 검지부와, 이들 검지부를 통해 취출되는 회전수 정보에 기초하여 상기 풍차에 제동을 가하기 위한 처리를 행하는 이상 처리 수단과, 상기 제동 동작과 관련지어 상기 검지부나 상기 발전기가 고장나 있을 가능성이 있으므로 당해 제동 동작이 행해진 것을 예지할 수 있는 표시를 행하는 표시부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 풍차의 회전 검지 관리 장치는 이상 설명한 구성이므로, 이 회전 검지 관리 장치를 풍력 발전 시스템에 구비함으로써, 당해 풍력 발전 시스템의 신뢰성이나 안전성 등을 유효하게 향상시키는 것이 가능해진다.

본 발명은, 이상 설명한 바와 같이 풍차 특유의 구조에 착안하여 풍차의 회전수 정보를 전기적 방법을 통해 간단하고 또한 유효하게 검지할 수 있도록 하였으므로, 이것을 기계적 검지부로부터의 회전수 정보와 대비시킴으로써, 기계적 검지의 고장이나 발전기 이상 등을 조기에 검출하여 그 후의 회전 제동 정지 등의 필요한 조치를 빠르게 강구할 수 있도록 한, 신규의 유용한 회전 검지 관리 장치 및 풍력 발전 시스템을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 풍차의 회전 검지 관리 장치를 적용한 풍력 발전 시스템 전체의 시스템 구성도.
도 2는 상기 실시 형태에 관한 회전 검지 관리 장치의 구성을 도시하는 블록도.
도 3은 회전 검지 관리 장치의 작동을 도시하는 흐름도.
도 4는 적용 대상이 되는 풍력 발전 시스템의 구성예를 도시하는 도면.
도 5는 적용 대상이 되는 풍력 발전 시스템의 다른 구성예를 도시하는 도면.
도 6은 상기 실시 형태의 변형예를 도시하는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 적용 예를 도시하는 도 1에 대응한 시스템 구성도.

이하, 본 발명의 일 실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 전력 관리 장치(1)에 의해 전력 관리가 행해지고 있는 풍력 발전 시스템(A)에 본 실시 형태에 관한 풍차의 회전 검지 관리 장치(2)를 부가하여, 풍차(3)의 회전 검지 기능을 보조하도록 구성한 것이다.

풍차(3)는, 바람을 받아서 토크를 발생하는 풍차 본체(31)와, 이 풍차 본체(31)에 있어서 발생하는 토크에 의해 발전을 행하는 발전기(32)를 구비하고 있다. 도면의 것은 풍차 본체(31)의 회전축(31a)이 수직, 즉 바람의 방향과 회전축(31a)이 대략 직교한 상태로 작동하는 수직축형의 것이고, 발전기(32)는 통상, 풍차 본체(31)의 블레이드(31b)를 지지하는 지지부(31c) 내에 수용된다. 물론, 본 발명의 적용 대상인 풍차는 이와 같은 수직축형으로 한정되지 않고, 풍차의 회전축이 수평, 즉 바람의 방향과 풍차의 회전축이 대략 평행한 상태로 작동하는 수평 블레이드형의 것이라도 상관없다.

풍력 발전 시스템(A)은 발전기(32)로부터의 3상 교류 출력을 이송하는 전력 라인(4)에 전력 관리 장치(1)를 구성하는 주컨트롤러(11)를 통해 배터리(5)를 접속한 것이다. 발전기(32)는 회전수에 대략 비례한 전압을 발생하고, 주컨트롤러(11)는 발전기(32)의 교류 출력을 정류하여 배터리(5)에 충전하기 위한 전력 변환기나, 도시하지 않은 인버터를 통해 외부의 교류 부하에 급전하기 위한 전력 변환기 등의 관리 외에, 발전의 컨트롤 그 밖의 관리를 행한다. 이 점은 도 4의 (a)에 도시하는 종전의 구성과 마찬가지이다.

한편, 본 실시 형태의 회전 검지 관리 장치(2)는, 도 2 등에 도시한 바와 같이 상기 풍차(3)로부터 기계적 검지부인 회전 속도 검출기(20)를 통해 취출되는 제1 회전수 정보(N1)를 입력하는 제1 입력 라인(21)과, 상기 발전기(32)의 교류 출력으로부터 전기적 검지부인 회전 펄스 생성 회로(23)를 통해 취출되는 제2 회전수 정보(N2)를 입력하는 제2 입력 라인(22)과, 이들 양 입력 라인(21, 22)을 통해 입력되는 회전수 정보(N1, N2)를 비교하여 미리 정한 소정치(N0) 이상의 회전차가 있다고 판단한 경우에 소정의 이상 처리를 실행하는 이상 처리 수단(24)을 구비한다.

이상 처리 수단(24)은 제어부(25a)를 갖는 보조 컨트롤러(25)의 주체가 되어, 이 보조 컨트롤러(25)에 3상 입력 단자(25U1, 25V1, 25W1)와 3상 출력 단자(25U2, 25V2, 25W2)를 설치한 것으로, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 3상 입력 단자(25U1, 25V1, 25W1)는 발전기(32)에, 3상 출력 단자(25U2, 25V2, 25W2)는 상기 주컨트롤러(11)에 각각 접속되어 있다. 3상 입력 단자(25U1, 25V1, 25W1)와 3상 출력 단자(25U2, 25V2, 25W2)는 보조 컨트롤러(25)의 내부 접점(본 실시 형태에 있어서 중간 단자로서 기능하는 접점)(25U3, 25V3, 25W3)에 있어서 접속되어 있다.

회전 속도 검출기(20)는, 예를 들어 풍차(3)의 회전축(31a)과 일체적으로 회전하는 위치에 슬릿판(20a)을 설치하여, 이 슬릿판(20a)에 픽업 장치(20b)를 대치시켜, 픽업 장치(20b)로부터 슬릿판(20a)에 형성한 슬릿이 통과할 때마다 펄스 전압을 출력하도록 구성된 것으로, 기설의 풍차(3)의 회전축(31a)에 간단하게 후장착 가능한 유닛 구조를 이루고 있다. 그리고, 그 펄스 전압을, 제1 입력 라인(21)을 통해 보조 컨트롤러(25) 내의 제어부(25a)에 제1 회전수 정보(N1)로서 입력하고 있다.

회전 펄스 생성 회로(23)는 발전기(32)로부터 출력되는 3상 교류를 입력하여, 이곳으로부터 일반적으로 알려진 적절한 회로를 통해 펄스 전압을 생성하도록 구성된 것으로, 예를 들어 폴수를 P, 회전수를 N(rpm)으로 하고, 그 펄스 주파수(f)는 f ＝ (N×P)/120으로 된다. 적절한 회로라 함은, 발전기(32)로부터 출력되는 교류 전압을 검출하여, 적어도 교류 전압 1주기에 1개의 펄스 전압을 발생시키는 회로이다. 일례로서는, 정의 전압을 출력하고 있는 구간은 하이 레벨의 전압을, 부의 전압을 출력하고 있는 구간은 로우 레벨의 전압을 출력하는 회로를 들 수 있고, 구체적으로는 콤퍼레이터나 포토커플러를 이용하여 생성할 수 있다. 이 펄스 전압도, 상기 보조 컨트롤러(25) 내의 제어부(25a)에 제2 회전수 정보(N2)로서 입력되어 있다. 또한, 제어성을 양호하게 하기 위해, 단상 전파정류이면 2f, 3상 반파정류이면 3f, 3상 전파정류이면 6f로 되는 펄스 주파수를 생성하는 정류 회로와 펄스 생성 회로를 추가함으로써, 1회전당의 검출 분해능을 올릴 수 있다.

제어부(25a)는 CPU, 메모리 및 인터페이스로 이루어지는 통상의 마이크로프로세서에 의해 구성되는 것으로, 미리 메모리 내에는 적어도 회전 이상을 판정하여 필요한 이상 처리를 실행하기 위한 프로그램이 저장되어 있고, CPU는 적절하게 메모리로부터 프로그램을 로드하여 소정의 처리를 실행한다. 물론, 이와 같은 처리는 소프트 이외에 전용 회로 등의 하드웨어만으로 구성해도 상관없다. 본 실시 형태의 제어부(25a)에는 LED나 LCD 등으로 이루어지는 운전 조작부(26)나 표시부(27)가 접속되는 동시에, 전원(28)이 접속되어 있고, 운전 조작부(26)로부터 운전 지령이나 운전 모드의 조작 정보가 제어부(25a)에 입력되어, 제어부(25a)로부터 표시부(27)에 대해 운전 상황이나 이상 표시 등을 표시시키기 위한 표시 신호가 출력되도록 하고 있다. 전원(28)은, 본 실시 형태에서는 상기 전력 관리 장치(11)의 출력 또는 배터리(5)를 이용하기 위해, 그 사이의 전력 라인(4)이 보조 전력 라인(40)을 통해 컨트롤러(25) 내의 DC/DC 컨버터(25b)에 접속되어 있다(도 1 참조).

도 3은 상기 제어부(25a)가 이상 처리 수단(24)으로서 기능하는 경우의 처리의 개요를 도시하는 흐름도이다. 우선, 발전기(32)의 교류 출력의 전압 레벨(V)로 판정 임계치(V0)를 설정해 두고, 전압 레벨(V)이 그 판정 임계치(V0)를 초과하였는지 여부를 판단하여(스텝 S1), 초과하고 있는 경우에 이상 판정 처리로 이행한다. 그리고, 상기 양 입력 라인(21, 22)으로부터 입력되는 회전수 정보(N1, N2)를 비교한다. 이 경우, 입력되는 펄스의 펄스 주파수를 회전수라고 간주하여 이들을 직접 비교해도 좋고, 펄스 주파수를 F/V 회로에 의해 전압으로 변환하여 이들을 비교해도 좋다. 그리고, 기계적 검지부인 상기 회전 속도 검출기(20)로부터 검지되는 회전수 정보(N1)에 기초하는 회전수와 전기적 검지부인 상기 회전 펄스 생성 회로(23)로부터 검지되는 회전수 정보(N2)에 기초하는 회전수와의 회전차(△N)의 크기가 소정치(N0) 이상인지 여부를 비교하여(스텝 S2), 예인 경우에 이상이라고 판단하여, 이상 처리를 실행한다(스텝 S3). 상기 소정치(N0)는, 오차에 영향을 받지 않고 조기에 또한 확실하게 회전차가 발생하고 있는 것을 검지할 수 있는 적절한 값으로 설정한다.

그리고, 상기 이상 처리를 위해, 도 1 및 도 2에 도시하는 보조 컨트롤러(25) 내에는 상기 내부 접점(25U3, 25V3, 25W3)을 단락하는 단락 회로(29a)와, 이 단락 회로(29a)와 내부 접점(25U3, 25V3, 25W3)을 분리 접속하는 제동 릴레이(29b)가 설치되어 있다. 제동 릴레이(29b)는, 통상 상태에 있어서 「개방」으로 되고, 여자 지령(S)이 입력되었을 때에 「폐쇄」로 전환하여, 발전기(32)의 출력측의 3상 사이를 단락시키도록 구성된 것이다.

그리고, 상기 제어부(25a)는 이상 판정을 한 경우에, 상기 제동 릴레이(29b)를 향해 이상 처리 신호인 여자 지령(S)을 출력하고, 이에 의해 발전기(32)의 출력측을 단락하여, 발전기(32)에 큰 부하를 발생시켜, 풍차(3)를 회전 제동 정지시키도록 하고 있다. 또한, 이와 함께, 상기 표시부(26)에 센서 이상이 발생한 취지의 표시를 행하도록 하고 있다. 오퍼레이터는 풍차(32)가 회전 제동 정지된 것과, 표시 내용으로부터, 조기에 회전 속도 검출기(20)의 점검을 행하는 등의 대응이 가능해진다.

물론, 회전 속도 검출기(20)가 정상이고 발전기(32)가 이상이므로 양 입력 라인(21, 22)으로부터 얻어지는 회전수 정보(N2, N2)에 소정치(N0) 이상의 회전차(△N)가 발생하는 경우도 있을 수 있으므로, 이상 판정 결과에는, 발전기(32)의 이상 등의 가능성을 나타내는 표시를 포함시킬 수도 있다. 예를 들어, 제1 입력 라인(21)에서 검지되는 제1 회전수 정보(N1)에 비해 제2 입력 라인(22)에서 검지되는 제2 회전수 정보(N2)가 높은 경우에는 회전 속도 검출기(20)의 고장의 가능성이 높고, 그 반대의 경우에는 발전기(32)로부터 정격 전압이 출력되고 있지 않는 발전 이상의 가능성이 높은 등, 회전차(△N)의 내용에 따라서 이상 개소를 추정할 수 있는 경우에는, 그 이상 개소를 보다 구체적으로 표시해도 좋고, 이상의 가능성이 높은 순위마다 표시시키도록 해도 좋다. 물론, 풍차(3)의 회전수가 상승할수록 회전 펄스 생성 회로(23)로부터 출력되는 제2 회전수 정보(N2)(펄스)는 고주파수로 되므로, 이 제2 회전수 정보(N2)만을 갖고 과회전 검지 정보로서 취급하는 것도 가능하다.

전력 관리 장치(1)의 주컨트롤러(11)와의 관계에서 말하면, 이미 서술한 바와 같이, 전력 관리를 위해 제1 회전수 정보(N1)를 이용하고 있는 도 4의 (b)의 타입의 것과 이용하고 있지 않은 도 4의 (a)의 타입의 것이 있다. 주컨트롤러(11)가 제1 회전수 정보(N1)를 이용하고 있는 도 4의 (b)의 타입의 것에서는, 특허 문헌 1에서도 개시되어 있는 바와 같이, 풍차(3)로부터 기계적 검지부인 회전 속도 검출기(20)를 통해 취출되는 제1 회전수 정보(N1)를 입력하는 동시에, 발전기(32)의 출력측을 단락하는 단락 회로(29a)를 설치하여 주컨트롤러(11)의 제어부(11a)에 있어서 과회전 시에 상기 단락 회로(29a)를 통해 제동을 걸거나, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이 풍차(3)의 발전기(32)를 풍차 본체(31)의 회전축(31a)에 대해 분리 접속하는 클러치(C)를 설치하여 미풍 시에 분리하거나, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이 풍차(3)의 운전 상황에 따라서 배터리(5)로의 충전량을 조작하는 등의 제어를 행하고 있다. 이와 같이, 주컨트롤러(11)가, 이미 제어부(11a)나 전술한 제1 입력 라인(21)에 상당하는 입력 라인을 이미 구비하고 있는 경우에는, 본 실시 형태의 회전 검지 관리 장치(2)를 구성하는 제1 입력 라인(21)은 그 기설 입력 라인을 끌어들여 이용해도 좋다. 또한, 도 1과 같이 외장에 의해 보조 컨트롤러(25)를 부가하는 것 이외에, 본 실시 형태의 제어부(25a)를 주컨트롤러(11) 내의 제어부(11a)에 의해 처리하기 위해, 당해 제어부(11a)에 필요한 프로그램을 기입하도록 해도 좋다. 이 경우에는, 도 6에 도시한 바와 같이 주컨트롤러(11) 내에 회전 펄스 생성 회로(23)를 내장하여 중간 단자인 내부 단자(25U3, 25V3, 25W3)와의 접속, 제어부(11a)와의 접속을 행하여, 주컨트롤러(11) 내에 단락 회로(29a)가 있으면 그 단락 회로에 대해 여자 지령(S)을 행하도록 하면, 도 1과 등가인 구성의 회전 검지 관리 장치(102)를 실현할 수 있다. 물론, 전력 관리 및 회전 이상 검지 관리의 양쪽의 기능을 구비한 도 6과 같이 공통의 컨트롤러를 당초부터 설계하는 것이 가장 효율적인 것은 말할 필요도 없다.

또한, 기설의 주컨트롤러(11)가 이와 같은 회전수 정보(N1)를 취득하는 라인(21)을 구비하지 않은 도 4의 (a)의 타입인 경우에는, 발전기(32)와 주컨트롤러(11) 사이의 전력 라인(4)에 도 1의 보조 컨트롤러(25)를 개재시키도록 접속하여, 회전 속도 검출기(20)를 발전기(32)의 적절한 회전부에 후장착하는 동시에, 보조 컨트롤러(25)에 보조 전력 라인(40)을 통해 배터리(5)로부터 급전을 받도록 하면 도 1의 구성이 완성된다.

또한, 오검지, 오동작을 발생하지 않도록, 제2 입력 라인(22)에 고주파 성분을 컷트하는 등의 적절한 아날로그 필터를 설치하거나, 혹은 제어부(25a)에 있어서 필요한 소프트 처리를 행하는 것도 유효하다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 풍차의 회전 검지 관리 장치는, 바람을 받아서 토크를 발생하는 풍차 본체(31)와, 이 풍차 본체(31)에 있어서 발생하는 토크에 의해 발전을 행하는 발전기(32)를 구비한 풍차(3)에 적용하기 위해, 상기 풍차(3)로부터 기계적 검지부인 회전 속도 검출기(20)를 통해 취출되는 제1 회전수 정보(N1)를 입력하는 제1 입력 라인(21)과, 상기 발전기(32)의 교류 출력으로부터 전기적 검지부인 회전 펄스 생성 회로(23)를 통해 취출되는 제2 회전수 정보(N2)를 입력하는 제2 입력 라인(22)과, 이들 양 입력 라인(21, 22)을 통해 입력되는 회전수 정보(N1, N2)를 비교하여 미리 정한 소정치(N0) 이상의 회전차(△N)가 있다고 판단한 경우에 소정의 이상 처리를 실행하는 이상 처리 수단(24)을 구비하는 것이다.

이미 서술한 바와 같이, 풍차(3)는 바람을 받아서 풍차 본체(31)가 회전함으로써, 발전기(32)로부터 그 회전수에 따른 주기의 교류가 출력된다고 하는 풍차 특유의 구조를 갖는다. 따라서, 도시한 바와 같이 기설 풍력 발전 시스템에 컨트롤러(25)를 부가하여 적절한 배선 등을 행하는 것만으로, 발전 시스템계에 거의 손이 가는 일 없이, 그 교류 출력 라인인 전력 라인(4)으로부터 풍차(3)의 제2 회전수 정보(N2)를 전기적으로 검지할 수 있다. 그리고, 이 제2 회전수 정보(N2)를 속도 검지기(20)로부터 얻어지는 제1 회전수 정보(N1)와 비교하면, 양 검지부(20, 23)에 있어서 적절한 출력이 행해지고 있는지 여부를 판정할 수 있고, 회전차(△N)가 있으면 이상 처리 수단(24)에 있어서 조기의 처치를 행하여, 과회전 등의 위험한 상태를 회피하는 것이 가능해진다. 특히, 회전 속도 검출기(20)를 이용하여 주컨트롤러(11)가 풍차(3)의 제동, 해방, 충전 제어 등의 전력 관리를 행하고 있는 경우에는, 잘못된 제어에 의해 피해가 커지는 것을 미연에 방지할 수 있고, 회전수 정보를 사용하지 않고 전력 관리를 행하고 있는 것에 대해서도, 필요한 요소 부품을 무리없이 추가하여 신뢰성이 높은 이중의 회전수 정보(N1, N2) 하에 유효한 전력 관리를 행하는 상태를 용이하게 구축하는 것이 가능해진다.

그때, 발전기(32)에서는 어느 정도의 회전에 도달하고 있지 않으면 적절한 교류 파형을 출력하지 않는 특질이 있다. 따라서, 무제한으로 회전 펄스 생성 회로(23)와 회전 속도 검출기(20)에 의해 검지되는 회전수 정보(N1, N2)를 비교, 판단하는 것이 아니라, 발전기(32)의 교류 출력의 전압 레벨로 판정 임계치(V0)를 설정하여, 전압 레벨이 그 판정 임계치(V0)를 초과한 경우에 이상 처리 수단(24)이 양 회전수 정보(N1, N2)의 비교 판단을 행하도록 하고 있으므로, 오판정의 원인을 유효하게 배제할 수 있다. 또한, 이와 같이 저속 회전 시를 판단으로부터 제외해도, 바로 발전 시스템계의 문제로 연결되는 경우도 없다.

또한, 이상 처리 수단(24)은 적어도 발전기(32)의 출력단을 단락하는 처리를 행하도록 구성되어 있으므로, 간단한 단락 회로(29a)나 제동 릴레이(29b)를 부가하는 것 등에 의해 용이하게 실현할 수 있는 동시에, 발전기(32)에 효과적인 제동이 걸려, 과회전을 미연에 방지하는 수단으로서 유효해진다.

그리고, 이와 같은 회전 검지 관리 장치(2)를 구축하는 데 있어서, 기설의 풍력 발전 시스템이, 발전기(32)의 교류 출력을 이송하는 전력 라인(4)이 충전이나 계통 연계 그 밖의 관리를 행하는 전력 관리 장치(11)를 통해 축전부인 배터리(5)(또는 상용 전원)에 접속되어 있는 경우에는, 상기 발전기(32)와 전력 관리 장치(1) 사이의 전력 라인(4) 상에 설정한 중간 단자(U3, V3, W3)(혹은 U1, V1, W1, 혹은 U2, V2, W2)에 단락 회로(29a)를 접속하여, 이상 처리 수단(24)으로부터 이 단락 회로(29a)를 개폐하는 제동 릴레이(29b)에 여자 지령(S)을 입력하도록 구성하는 것만으로도 좋으므로, 풍력 발전 시스템으로의 후장착이 용이해, 과전압으로부터 전력 관리 장치(1)를 보호하는 것으로도 연결되게 된다.

또한, 기설의 풍력 발전 시스템의 전력 관리 장치(1)가, 풍차(3)로부터 회전 속도 검출기(20) 등을 통해 취출되는 회전수 정보(N1)를 이미 입력하도록 하고 있는 도 4의 (b) 등의 타입인 경우에는, 그 전력 관리 장치(1)의 입력 라인을 본 실시 형태에 관한 회전 검지 관리 장치(2)의 제1 입력 라인(21)으로서 이용할 수도 있으므로, 제2 입력 라인(22) 및 이상 처리 수단(24)을 별도 설치하는 것만으로 간이하게 시스템 구성을 실현할 수 있다.

물론, 그 전력 관리 장치(1)가, 제1 회전수 정보(N1)에 기초하여 발전기(32)의 출력단의 단락, 개방을 행하는 단락 회로를 구비하는 경우에는, 이상 처리 수단(24)은 그 단락 회로에 이상 처리 신호(S1)를 출력하여 발전기(32)의 출력단을 단락시키도록 구성해도 좋고, 보다 간소한 구조의 것으로 실현할 수 있다. 물론, 제어부를 포함하는 컨트롤러 자체를 전력 관리 장치(1)와 회전 검지 관리 장치(2)로 일체적으로 구성하는 것도 유효한 것은 앞서 서술한 바와 같다.

이에 대해, 전력 관리 장치(1)가, 풍차의 회전수 정보를 취득하는 일 없이 전력 관리를 행하도록 하고 있는 도 4의 (a)의 타입과 같은 경우라도, 제1 입력 라인(21)을 구성하는 회전 속도 검출기(20)를 후장착 가능한 유닛 구조로 하고 있으므로, 본 실시 형태의 회전 검지 관리 장치(2)를 이와 같은 풍력 발전 시스템에도 간단하게 적용하는 것이 가능해진다.

상기에 있어서, 풍차(3)의 회전에 제동이 걸렸다고 하는 현상을 본 것만으로는 원인을 알기 어려운 것을 감안하여, 본 실시 형태에 관한 회전 검지 관리 장치(2)는, 바람을 받아서 토크를 발생하는 풍차 본체(31)와, 이 풍차 본체(31)에 있어서 발생하는 토크에 의해 발전을 행하는 발전기(32)를 구비한 풍차(3)에 적용하는 데 있어서, 상기 풍차(3)의 회전수를 검지하는 기계적 검지부(회전 속도 검출기)(20) 및 전기적 검지부(회전 펄스 생성 회로)(23)와, 이들 검지부(20, 23)를 통해 취출되는 회전수 정보(N1, N2)에 기초하여 풍차(3)에 제동을 가하기 위한 처리를 행하는 이상 처리 수단(24)과, 상기 제동 동작과 관련지어 상기 검지부(20, 23)나 상기 발전기(32)가 고장나 있을 가능성이 있으므로 당해 제동 동작이 행해진 것을 예지할 수 있는 표시를 행하는 표시부(27)를 구비하여 이루어지는 것이다. 이로 인해, 제동 정지 시의 대응을 보다 신속하고, 정확하게 행하는 것이 가능해진다.

본 실시 형태에 관한 풍차의 회전 검지 관리 장치(2)는, 이상에서 설명한 구성이므로, 이 회전 검지 관리 장치(2)를 풍력 발전 시스템(A)에 구비함으로써, 당해 풍력 발전 시스템(A)의 신뢰성이나 안전성 등을 유효하게 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 각 부의 구체적인 구성은, 상술한 실시 형태로만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 풍력 발전 시스템이 도 7에 도시한 바와 같이 계통 연계되는 경우도 있다. 계통 연계는, 전기 사업자로부터 공급되는 상용 전원(E)에 자가용 교류 발전기(32)를 병렬 접속하여, 어느 한쪽 혹은 양쪽으로부터 보조 전력 라인(40)과 같은 구내 배전선을 통해 상기 컨트롤러(25)를 비롯한 자사의 부하 장치에 전력을 공급하는 전력 공급 시스템으로, 이 경우, 발전기(32)의 전력 라인(4)에 전력 관리 장치(10)를 구성하는 충전 관리 컨트롤러(10a) 및 계통 연계 컨트롤러(10b)를 통해 상용 전원(E)이 접속된다. 충전 관리 컨트롤러(10a)는 상기 컨트롤러(11)와 대략 동일한 구성으로 이루어지고, 충전 관리 컨트롤러(11)로 정류 후에 얻어지는 직류 전압을 내부에 설치한 인버터로 교류로 변환하여 상용 전원(E)에 접속하는 것으로, 내부에 차단기 등을 구비하여, 부하 전류가 과대해진 경우 등에 차단기를 차단하여 발전기(32)를 소손으로부터 보호하는 등의 안전 관리를 행하도록 구성된다.

이와 같은 풍량 발전 시스템에 대해서도, 본 발명의 회전 검지 관리 장치(2)를 상기 실시 형태와 완전히 마찬가지로 하여 적용할 수 있다. 물론, 이 경우에도 충전 관리 컨트롤러(10a)의 일부를 이용하여 도 6에 도시하는 회전 검지 관리 장치(102)와 동일한 회전 검지 관리 장치를 구성할 수 있다.

그 밖에, 단락 대신에 기계적인 브레이크를 채용하는 등, 각 부의 구성도, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형이 가능하다.

Claims (9)

1. 바람을 받아서 토크를 발생하는 풍차 본체와, 이 풍차 본체에 있어서 발생하는 토크에 의해 발전을 행하는 발전기를 구비한 풍차에 적용되는 것이며,
   상기 풍차로부터 기계적 검지부를 통해 취출되는 회전수 정보를 입력하는 제1 입력 라인과, 상기 발전기의 교류 출력으로부터 전기적 검지부를 통해 취출되는 회전수 정보를 입력하는 제2 입력 라인과, 이들 양 입력 라인을 통해 입력되는 상기 회전수 정보를 비교하여 미리 정한 소정치 이상의 회전차가 있다고 판단한 경우에 소정의 이상 처리를 실행하는 이상 처리 수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 풍차의 회전 검지 관리 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 발전기의 교류 출력의 전압 레벨로 판정 임계치를 설정하여, 전압 레벨이 그 판정 임계치를 초과한 경우에 상기 이상 처리 수단이 상기 회전수 정보의 비교 판단을 행하도록 구성되어 있는, 풍차의 회전 검지 관리 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 이상 처리 수단은, 적어도 상기 발전기의 출력단을 단락하는 처리를 행하도록 구성되어 있는, 풍차의 회전 검지 관리 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 발전기의 교류 출력을 이송하는 전력 라인이 충전이나 계통 연계 그 밖의 관리를 행하는 전력 관리 장치를 통해 축전부 또는 상용 전원에 접속되어 있는 풍력 발전 시스템에 적용되는 것이며, 상기 발전기와 상기 전력 관리 장치 사이의 전력 라인 상에 설정한 중간 단자와, 이 중간 단자에 접속되어 당해 중간 단자 사이의 단락, 개방을 행하는 단락 회로를 더 구비하고, 이 단락 회로는 통상 해방 상태에 있고, 상기 이상 처리 수단이 이상 처리 신호를 출력함으로써 상기 중간 단자 사이를 단락시키도록 구성되어 있는, 풍차의 회전 검지 관리 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 발전기의 교류 출력을 이송하는 전력 라인이 충전이나 계통 연계 그 밖의 관리를 행하는 전력 관리 장치를 통해 축전부 또는 상용 전원에 접속되어, 상기 전력 관리 장치가, 상기 풍차로부터 상기 기계적 검지부를 통해 취출되는 회전수 정보를 입력 라인을 통해 입력하도록 하고 있는 풍력 발전 시스템에 적용되는 것이며, 이 전력 관리 장치의 입력 라인을 이용하여 상기 제1 입력 라인을 구성하고 있는, 풍차의 회전 검지 관리 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 전력 관리 장치가, 회전수 정보에 기초하여 상기 발전기의 출력단의 단락, 개방을 행하는 단락 회로를 구비하는 경우에 있어서, 상기 이상 처리 수단은 이 단락 회로에 이상 처리 신호를 출력하여 상기 발전기의 출력단을 단락시키도록 구성되어 있는, 회전 검지 관리 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 발전기의 교류 출력을 이송하는 전력 라인이 충전이나 계통 연계 그 밖의 관리를 행하는 전력 관리 장치를 통해 축전부 또는 상용 전원에 접속되어, 상기 전력 관리 장치가, 상기 풍차의 회전수 정보를 취득하는 일 없이 그 관리를 행하도록 하고 있는 풍력 발전 시스템에 적용되는 것이며, 상기 제1 입력 라인을 구성하는 기계적 검지부를 나중에 후장착 가능한 유닛 구조로 하고 있는, 풍차의 회전 검지 관리 장치.
8. 바람을 받아서 토크를 발생하는 풍차 본체와, 이 풍차 본체에 있어서 발생하는 토크에 의해 발전을 행하는 발전기를 구비한 풍차에 적용되는 것이며,
   상기 풍차의 회전수를 검지하는 기계적 검지부 및 전기적 검지부와, 이들 검지부를 통해 취출되는 회전수 정보에 기초하여 상기 풍차에 제동을 가하기 위한 처리를 행하는 이상 처리 수단과, 상기 제동 동작과 관련지어 상기 검지부나 상기 발전기가 고장나 있을 가능성이 있으므로 당해 제동 동작이 행해진 것을 예지할 수 있는 표시를 행하는 표시부를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 풍차의 회전 검지 관리 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 회전 검지 관리 장치를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 풍력 발전 시스템.

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