KR20140120308A - 발전 시스템 및 유압 제어 시스템 - Google Patents

발전 시스템 및 유압 제어 시스템 Download PDF

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제프리 모건 헨더슨
피터 존 스코트
매튜 제임스 실베스터
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윈드플로우 테크놀로지 리미티드
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Abstract

발전 시스템의 가변비 트랜스미션을 제어하기 위한 유압 제어 시스템(HCS)이 제공된다. 유압 모터/펌프 유닛(140)은 중첩 기어에 동작 가능하게 접속되고, 사전결정된 유압에서 개방되는 오리피스(28) 및/또는 릴리프 밸브(29)를 포함하는 유압 회로에 접속된다. 유압 회로는 가변 저속 동작 모드 및 토크 제한 고속 동작 모드 사이에서 스위칭한다. 토크 제한 고속 동작 모드에서, 유압 모터/펌프 유닛(140)은 중첩 기어에 의해 구동되고, 수동 토크 제한 기능을 제공하기 위해 오리피스(28) 및/또는 릴리프 밸브(29)를 통해 유압 유체를 구동시킨다. 가변 저속 동작 모드에서, 유압 모터/펌프 유닛(104)은 중첩 기어를 구동시키고, 유압 제어 시스템은 유압 모터/펌프 유닛(140)을 통해 유압 유체 유량을 제어함으로써 원하는 회전자(101) 속도를 제공한다.

Description

발전 시스템 및 유압 제어 시스템{POWER GENERATING SYSTEM AND HYDRAULIC CONTROL SYSTEM}
본 발명은 유체 구동 터빈 또는 회전자가 교류 발전기를 구동시키는 타입의 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 더 상세하게는 터빈 또는 회전자의 회전 토크가 터빈을 구동시키는 유체의 속도에서의 변화로 인해 변동할 수 있는 그러한 시스템에 관한 것이다. 그러한 발전 시스템의 예는 풍력-구동 터빈 또는 풍차이다. 본 발명은 또한 그러한 발전 시스템의 트랜스미션(transmission)에서 사용하기 위한 유압 제어 시스템에 관한 것이다.
몇몇의 이유로 풍력 터빈에서 가변 회전자 속도가 요구된다. 주어진 회전에 대해, 최대 공기 역학적 효율을 위한 최적의 회전자 속도는 풍속의 함수이다. 일반적으로, 최적의 회전자 속도는 증가하는 풍속에 따라 증가한다. 따라서, 에너지 포획(energy capture)을 극대화하기 위해 풍력 터빈의 가변 회전자 속도가 바람직하다. 가변 회전자 속도는 또한 더 낮은 풍속(더 낮은 회전자 속도에 대응함)에서의 발전을 가능하게 하여, 풍력 터빈이 동작할 수 있는 바람 조건의 범위를 증가시키고, 이로써 '작동-시간'의 연간수(annual number)를 증가시킨다. 또한, 저속에서의 동작은, 터빈이 더 낮은 rpm에서 작동할 때 회전자 소음 레벨이 감소되기 때문에, 잡음 이점을 갖는다. 마지막으로, 가변 회전 속도는 트랜스미션 상의 토크가 터빈의 정격 전력에서 제한되고 평활하게 하고, 따라서 트랜스미션 위치 및 토크가 제한되는 방법에 의존하여, 일반적으로 기어박스 및 트랜스미션의 토크 듀티를 더 크거나 더 작은 크기로 감소시킨다.
1990년대 이래로, 대부분의 상업적 풍력 터빈은 풍력 터빈 회전자의 가변 속도를 가능하게 하기 위한 일정 수단을 채택하였다. 그러한 수단은 전기적 또는 기계적 "가변 속도" 시스템일 수 있다. 1990년대 후반 이전의 풍력 터빈은 통상적으로 단지 작은 회전자 속도 변동을 허용하는 고정비(fixed-ratio) 기어박스를 갖는 종래의 비동기식 유도 발전기를 사용하였다.
전기적 가변 속도 시스템은 통상적으로 발전기 속도가 상당히 변동하게 하고, 이로써 고정비 트랜스미션을 통해 가변 회전자 속도를 허용한다. 전력 전자 정류기 및 인버터는 일반적으로 풍력 터빈 발전기(동기식 또는 비동기식 설계일 수 있지만, 어느 한 경우에 종래의 동기식 발전기 방식의 그리드와 동기화되지 않음)가 일정한 주파수의 교류 전기 그리드에 전기적으로 접속되게 하는데 필요하다. 이것은, 유틸리티 크기의 상업적 풍력 터빈 등급에서 전력 전자 정류기 및 인버터가 비싸기 때문에 고가의 접근법이다.
전기적 가변 속도 시스템을 갖는 풍력 터빈은 또한 기계적 시스템을 갖는 것보다 큰 구동-트레인 토크 변동(fluctuation)을 겪는데, 왜냐하면 전기 시스템이 회전자-고정자 인터페이스에서 자기 토크를 매우 효율적으로 제어할 수 있을지라도, 발전기 회전자의 관성이 돌풍(gust) 동안에 가속화될 필요가 있어서, 구동-트레인 토크에서 무시할 수 없는 변동이 생기게 하기 때문이다. 과도한 구동-트레인 토크 변동은 풍력 터빈 트랜스미션에 손상을 줄 수 있고, 이러한 손상 모드는 풍력 에너지 산업에서 계속되는 문제점이다.
기계적 가변 속도 시스템은, 그리드에 의해 설정되고 그리드와 동기화된 일정한 속도로 작동하는 직접적으로 그리드 접속된 동기식 발전기의 사용을 가능하게 한다. 직접적으로 그리드 접속된 동기식 발전기의 사용은, 저가의 "유틸리티 그레이드" 동기식 발전기가 소싱될 수 있고, 고가의 전력 전자 정류기 및 인버터에 대한 필요성이 없기 때문에, 전기적 가변 속도 시스템에 비해 비용 이점을 갖는다. 그러나, 직접적으로 그리드 접속된 동기식 발전기는 전기 그리드 주파수 및 동기식 발전기의 극들(poles)의 수에 의해 지시된 일정한 속도로 동작해야 한다. 따라서, 풍력 터빈 회전자 속도는 고정비 트랜스미션에서 일정해야 하거나, 가변비 트랜스미션은 에너지 포획을 극대화하기 위한 가변 회전자 속도를 가능하게 하도록 채용되어야 한다. 풍력 터빈 내의 회전자는 난류-유도 토크 변동(turbulence-induced torque fluctuation)을 겪는다. 그리드-접속된 동기식 발전기가 그러한 토크 변동을 흡수하는 어떠한 컴플라이언스(compliance)도 갖지 않기 때문에, 이것은, 일정한 회전자 속도가 풍력 터빈에서 실행 가능한 옵션이 아니며 변동이 풍력 터빈 트랜스미션에 대한 손상을 방지하기 위해 일부 다른 형태의 컴플라이언스(기계적 가변 속도 시스템에 의해 제공됨)에 의해 평활해져야 한다는 것을 의미한다.
기계적 가변 속도 시스템은 풍력 터빈 및 조류 발전기(tidal stream generator)와 같은 유사한 발전 소스에서 난류-유도 토크 변동을 관리할 수 있다.
일정한 속도 동기식 발전기의 경우에 풍력 터빈에서 가변 회전자 속도를 가능하게 하기 위한 대부분의 시도는 제 WO 81/01444 호에 기술된 본 발명의 변형예이었다. 그 문헌에서, 가변비 트랜스미션은 풍력 회전자와 발전기 사이의 메인 기계적 전력 전송 경로를 제 2의 병렬 우회 전력 전송 경로에 접속하는 하나 이상의 유성 기어 스테이지(epicyclic gear stage)를 사용하여 달성된다. 우회 전력 전송 경로는 2개의 유압 머신 또는 전기 머신을 갖는 유압식 또는 전기식일 수 있고, 이들 중 하나 또는 양자는 가변 속도일 수 있고, 이들 양자는 가변 전력일 수 있다. 2개의 유압 머신 또는 전기 머신은, 적절한 경우 폐루프 유압 또는 전기 회로일 수 있는 전력을 전송하는 수단에 의해 상호 접속된다. 저속 회전자 우회 전력은 변속비를 증가시키기 위해 발전기 측으로부터 가변비 트랜스미션의 회전자 측으로 전송된다. 고속 회전자 우회 전력은 변속비를 감소시키기 위해 회전자 측으로부터 가변비 트랜스미션의 발전기 측으로 전송된다. 이러한 타입의 가변비 트랜스미션은 상당한 복잡성 및 비용을 풍력 터빈 구동-트레인에 부가한다.
상술된 바와 같은 가변비 트랜스미션을 갖는 통상적인 상업적 풍력 터빈에서, 정격 풍속까지의 모든 풍속에서 가변 회전 속도 모드를 가능하게 하는데 요구되는 최대 우회 전력은 트랜스미션의 타입 및 가변 속도 범위에 의존하여 정격 풍력 터빈 전력의 20-50%일 수 있다. 도 1은 회전자 날개(rotor blade)의 팁의 접선 속도(tangential speed) 대 바람의 실제 속도의 비인 TSR(tip speed ratio)에 대한 회전 효율의 그래프를 도시한다. 통상적인 회전자에 대한 이러한 효율-TSR 곡선의 피크는 비교적으로 넓고 평평하고, 이것은, TSR이 '최적의 TSR'에 더 가깝게 이동됨에 따라 에너지 포획에서 향상된 이득이 무시할 정도의 포인트로 감소한다는 것을 의미하고, 여기서 우회 전력 시스템의 비용이 자신이 활성인 광범위한 속도 및 전력 범위를 증가시키지만, "최적의 TSR"은 최대의 회전자 효율(도 1의 최대치에서)을 제공하는 것이다. 따라서, 비용에 대한 이점은 또한 광범위한 속도 및 전력 범위를 감소시키고, 광범위한 속도 및 전력 범위에 걸쳐 TSR을 최적으로 유지하려고 시도가 이루어지고, 실행 가능한 제한은 사용되는 특정 우회 전력 시스템의 비용에 의존하여 결정된다.
앞선 타입의 가변비 트랜스미션은 또한 제 WO 2004/109157 호 및 제 WO 2008/149109 호에 기술된 바와 같은 능동 제어기에 의해 과도한 구동-트레인 토크 변동을 제한할 수 있다. 이러한 능동 제어기는, 풍력 터빈 회전자가 과도적인 초과 운동 에너지를 가속 및 흡수하도록 허용하면서, 일정한 발전기 속도 및 토크를 유지하기 위해, 이상적으로는 터빈 속도에서의 과도적인 변화와 동일한 레이트로 상보적인 방식으로 변속비를 변경한다. 과도한 구동-트레인 토크 변동을 제한하는 이러한 방법은 능동 제어기의 응답 시간으로 인해 항상 효과적이지는 않을 수 있다.
Geoffrey M. Henderson에 의한 US 특허 제 5140170 호는, 수동 유압 토크 제한 기능을 갖는 가변비 트랜스미션, 및 풍력 터빈 회전자 속도에서의 작은 변동을 허용하는 능동 날개 피치 제어 시스템을 사용하여 손상을 주는 구동-트레인 토크 변동이 실질적으로 제거되는 풍력 터빈 트랜스미션을 기술한다. 그 특허에 기술된 시스템에서, 과도적인 공기 역학적 토크 변동(transient aerodynamic torque fluctuation)으로 인해 설계 정격 회전자 토크 레벨이 초과될 때까지, 그리드 접속된 동기식 발전기는 일정한 속도로 구동되고, 풍력 터빈 회전자 속도는 거의 일정하다. 설계 정격 회전자 토크가 초과될 때, 수동 유압 슬립으로 인해 변속비는 빠르게 감소되고, 과도적인 초과 에너지는 풍력 터빈 회전자가 가속화됨에 따라 운동 에너지로서 저장되고 또한 유압 시스템에 의해 열로서 소산된다.
제 US 5140170 호의 능동 날개 피치 제어는, 이용 가능한 공기 역학적 회전자 전력이 설계 정격 회전자 토크 레벨에서 또는 초과된 설계 정격 회전자 토크 레벨에서 동작하기에 충분할 때, 높은 풍속에서 회전자가 과속하는 것을 방지한다. 이러한 토크 제어 시스템은 간단하고 비용 효율적이지만, (통상적으로 최대 회전자 속도 이상에서 5%까지의 회전자 속도 변동으로) 달성된 좁은 대역의 가변 회전자 속도는 토크 제한 시스템을 가능하게 하지만, 정격 전력 레벨의 풍속에서 과도적인 변동 동안에 회전자에 저장된 운동 에너지를 복구시키는 것 이외에 에너지 포획을 증가시키지 않는다. 그러한 시스템은 일반적으로 최적의 TSR 및 따라서 피크 공기 역학적 회전자 효율이 특정 풍속에서 달성되도록 구성된다. 낮은 풍속에서, 회전자 속도는 최적의 TSR에 대한 이상적인 회전자 속도보다 더 빠르고, 높은 풍속에서, 회전자 속도는 최적의 TSR에 대한 이상적인 회전자 속도보다 더 느리다. 낮은 풍속에서 최적의 회전자 속도보다 더 빠르다는 것은 또한, 풍력 터빈이 연풍(light wind)에서 비교적 높은 컷-인 풍속 및 비교적 높은 터빈 소음 레벨을 가질 것이라는 것을 의미한다.
본 명세에서, 특허 명세서, 다른 외부 문헌 또는 다른 정보 소스에 대해 참조가 이루어지는 경우에, 이것은 일반적으로 본 발명의 특징을 논의하기 위한 문맥을 제공하기 위함이다. 달리 명시적으로 언급되지 않는다면, 그러한 외부 문헌 또는 그러한 정보 소스에 대한 참조는, 그러한 문헌 또는 그러한 정보 소스가, 임의의 관할권에서, 종래 기술이거나 당분야의 공통의 일반적인 지식을 형성한다는 것을 인정하는 것으로 해석되지 않는다.
본 발명의 적어도 바람직한 실시예의 목적은, 낮은 회전자 속도에서 가변 회전자 속도를 제공하고, 그리드 접속된 동기식 발전기의 경우에, 풍력 터빈이 연속적으로 변하는 회전자 속도로 동작하는 것을 가능하게 하고, 이로써 컷-인 풍속을 감소시키고, 연풍에서 터빈 소음 레벨을 감소시키고, 거의 일정한 회전자 속도 풍력 터빈과 비교하여 더 넓은 풍속 범위에 걸쳐 에너지 포획을 증가시키고 및/또는 전기적 가변 속도 시스템에 대한 유용한 대안을 공공에 제공하기 위해, 토크 제한 가변비 트랜스미션을 위한 간단하고 비용 효율적인 제어 시스템을 제공하는 것이다.
제 1 양태에서, 본 발명은 대략적으로, 유체에 의해 가변 속도로 구동되도록 구성된 회전자(rotor) 또는 터빈, 및 일정한 속도 또는 가변 속도로 구동되도록 구성된 발전기를 포함하는 발전 시스템의 가변비 트랜스미션(variable ratio trasmission)을 제어하기 위한 유압 제어 시스템(hydraulic control system)에 관한 것으로 말해질 수 있고, 트랜스미션은 회전자 또는 터빈을 발전기에 연결하고, 유압 제어 시스템은 중첩 기어(superposition gear)에 동작 가능하게 접속되도록 구성된 유압 모터/펌프 유닛을 포함하고, 유압 모터/펌프 유닛은 사전결정된 유압(hydraulic pressure)에서 개방하도록 구성된 오리피스(orifice) 및/또는 릴리프 밸브(relief valve)를 포함하는 유압 회로에 접속되고, 유압 회로는 가변 저속 동작 모드 및 토크 제한 고속 동작 모드 사이에서 스위칭하도록 구성되고, 토크 제한 고속 동작 모드에서, 유압 모터/펌프 유닛은 중첩 기어에 의해 구동되도록 구성되고, 수동 토크 제한 기능을 제공하기 위해 오리피스 및/또는 릴리프 밸브를 통해 유압 유체(hydraulic fluid)를 구동시키기 위한 펌프로서 동작하고, 가변 저속 동작 모드에서, 유압 모터/펌프 유닛은 중첩 기어를 구동시키기 위한 모터로서 구동되도록 구성되고, 유압 제어 시스템은 유압 모터/펌프 유닛을 통한 유압 유체 유량(flow rate)을 제어함으로써 원하는 회전자 속도를 제공하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에서, 유압 모터/펌프 유닛은 포지티브 변위 타입이다. 대안적으로, 유압 모터/펌프 유닛은 동적 타입일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 유압 회로는 유압 회로에서 측정된 유압에 응답하여 또는 그렇지 않다면 트랜스미션 상에서 측정된 토크에 응답하여 가변 저속 동작 모드 및 토크 제한 고속 동작 모드 사이에서 스위칭하도록 구성된다.
본 발명의 실시예에서, 유압 모터/펌프 유닛을 통한 유압 유체 유량은 유압 회로에서 측정된 유압에 응답하여 또는 그렇지 않다면 트랜스미션 상에서 측정된 토크에 응답하여 가변 저속 동작 모드에서 제어된다.
본 발명의 실시예에서, 유압 제어 시스템은 가변 변위 공급 펌프(variable displacement supply pump)를 더 포함하고, 가변 저속 동작 모드에서, 가변 변위 공급 펌프는 유압 모터/펌프 유닛을 모터로서 구동시키기 위한 유체를 공급하도록 구성된다. 가변 변위 공급 펌프는 전기적으로 구동될 수 있다. 대안적으로, 가변 변위 공급 펌프는 트랜스미션에 의해 직접적으로 구동되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 유압 제어 시스템은 유압 회로의 고압 영역에서 압력을 측정하도록 구성된 압력 측정 장치를 더 포함한다. 압력 측정 장치는 트랜스듀서(transducer)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 유압 회로는, 가변 저속 동작 모드 및 토크 제한 고속 동작 모드에서 각각 유량을 규정하는 제 1 유체 경로 및 제 2 유체 경로를 형성한다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2 유체 경로는 폐루프 경로이다.
본 발명의 실시예에서, 유압 제어 시스템은, 사전결정된 유압에서, 제 1 유체 경로 및 제 2 유체 경로 사이에서 유체 회로를 스위칭하도록 구성된 제어기를 더 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 유압 제어 시스템은 제 1 경로 및 제 2 경로 사이에서 스위칭하기 위한 적어도 하나의 솔레노이드 밸브(solenoid valve)를 더 포함한다.
제 2 양태에서, 본 발명은 대략적으로 발전 시스템에 대한 가변비 트랜스미션에 관한 것으로 말해질 수 있고, 트랜스미션은 가변 속도로 구동되도록 구성된 트랜스미션 입력부와, 일정한 속도 또는 가변 속도로 구동되도록 구성된 트랜스미션 출력부와, 앞서 제 1 양태에 관련하여 개략된 바와 같은 유압 제어 시스템을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 트랜스미션은 트랜스미션 입력부 및 트랜스미션 출력부 사이의 유성 기어 장치(planetary gear arrangement)를 포함하고, 유성 기어 장치는 트랜스미션 입력부에 동작 가능하게 접속된 유성 기어 입력부, 트랜스미션 출력부에 동작 가능하게 접속된 유성 기어 출력부, 및 중첩 기어를 포함한다.
제 3 양태에서, 본 발명은 대략적으로, 발전 시스템에 관한 것으로 말해질 수 있고, 발전 시스템은 가변 속도로 구동되도록 구성된 회전자 또는 터빈, 일정한 속도 또는 가변 속도로 구동되도록 구성된 발전기, 및 회전자 또는 터빈과 발전기를 연결하는, 앞서 제 2 양태에 관련하여 개략된 바와 같은 가변비 트랜스미션을 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 발전 시스템은 정격 전력(rated power)을 갖고, 가변 저속 동작 모드에 있을 때, 발전 시스템으로부터의 전력 출력은 정격 전력의 약 25% 이하이도록 제한된다.
본 발명의 실시예에서, 회전자 또는 터빈은 중첩 기어의 각 속도(angular velocity)가 제로일 때 제로 슬립 속도(zero slip speed)를 갖고, 가변 저속 동작 모드에서 최소 회전자 속도는 제로 슬립 속도의 약 75% 이상이다.
본 발명의 실시예에서, 발전 시스템은 정격 전력을 갖고, 가변 저속 동작 모드를 달성하기 위한 유압 제어 시스템 구성요소에 의해 요구된 최대 전력은 발전 시스템의 정격 전력의 약 5% 이하이다.
본 발명의 실시예에서, 발전기는 대형 발전 시스템 또는 그리드에 의해 설정된 일정한 속도로 동작하는 동기식 발전기(synchronous generator)이다. 대안적으로, 발전기는 전기 가변 속도 시스템과 결합하여 가변 속도로 동작하는 비동기식 발전기일 수 있다.
다음은 '상세한 설명' 섹션에서 더 상세히 기술되는 본 발명의 실시예를 요약한다. 트랜스미션 조립체는 회전자를 발전기에 접속하는 기계적 구동-트레인, 및 포지티브 변위 유압 모터(positive displacement hydraulic motor)/펌프 유닛(바람직하게는 유압과 출력 토크 사이에 선형 관계를 가짐)을 구동시키거나 이에 의해 구동되는 중첩 기어(superposition gear)를 포함한다. 2 개의 별개의 동작 모드에 대응하는 2 개의 폐루프 유체 경로들 사이에서 스위칭 가능한 유압 회로가 제공된다. 유압 회로 및 포지티브 변위 모터/펌프 유닛은 함께 유압 제어 시스템을 구성한다.
제 1 동작 모드(가변 저속 동작 모드)에서, 포지티브 변위 유압 모터/펌프 유닛은 모터로서 동작하고, 전기적으로 구동된 가변 변위 유압 펌프에 의해 공급된 유체 흐름에 의해 구동되고, 이는 회전자가 가변 저속에서 동작하는 것을 가능하게 한다.
제 2 동작 모드(토크 제한 고속 동작 모드)에서, 회전자 토크가 릴리프 밸브가 개방되는(수동 동작) 사전결정된 레벨을 초과하여 포지티브 변위 유압 모터/펌프 유닛을 통해 증가된 유체 유량을 허용하고 따라서 트랜스미션 조립체가 발전기에서 실질적으로 일정한 토크를 유지하는 그러한 방식으로 회전자 속도가 증가하는 것을 허용하기 위해 슬립하도록 허용될 때까지, 포지티브 변위 유압 모터/펌프 유닛은 펌프로서 동작하고, 오리피스를 통해 유체를 구동시킨다.
가변비 트랜스미션은 낮은 풍속, 상세하게는 포지티브 변위 유압 모터/펌프 유닛이 정지된 회전자 속도인 제로 슬립 회전자 속도에 회전자가 도달하는 포인트 미만의 풍속에서 회전자 전력 및 따라서 에너지 포획을 증가시키는 가변 회전자 속도를 가능하게 한다. 이러한 포인트 이상의 풍속에서, 가변비 트랜스미션은 주로 수동 토크 제한 트랜스미션으로서 의도되고, 높은 풍속에서 회전자 속도는 최대 에너지 포획을 위한 최적의 회전자 속도 미만이다.
유압의 측정에 의해 유도된 토크에 응답하여 트랜스미션을 제어하기 위한 능동 유압 제어 루프가 제공된다. 제어 루프는 가변 저속 및 토크 제한 고속 동작 모드 사이에서 스위칭하기 위한 출력을 제공하고, 또한 유압 모터/펌프 유닛의 속도를 설정하는 가변 저속 동작 모드에서 동작할 때 유압 액체 유량을 제어하고, 따라서 가변 저속 동작 모드에서 회전자 속도를 설정하도록 구성된다.
본 명세서 및 청구항에서 사용되는 용어 "포함하는"은 "적어도 부분적으로 구성하는"을 의미한다. 용어 "포함하는"을 포함하는 본 명세서 및 청구항에서 서술을 해석할 때, 각각의 서술 내의 이러한 용어로 시작되는 특징 이외의 다른 특징이 또한 존재할 수 있다. "포함하다" 및 "포함되는"과 같은 관련 용어는 유사한 방식으로 해석된다.
본 명세서에 개시된 수의 범위(예를 들면, 1 내지 10)에 대한 참조는 또한 그 범위 내의 모든 유리수(예를 들면, 1, 1.1, 2, 3, 3.9, 4, 5, 6, 6.5, 7, 8, 9 및 10) 및 또한 그 범위 내의 유리수의 임의의 범위(예를 들면, 2 내지 8, 1.5 내지 5.5 및 3.1 내지 4.7)를 포함하도록 의도되고, 따라서 본 명세서에 명백히 개시된 모든 범위의 모든 서브 범위가 이로써 명백히 개시된다. 이것은 단지 무엇이 구체적으로 의도되는지의 예이고, 열거된 최저값과 최고값 사이의 수치값의 모든 가능한 조합이 유사한 방식으로 본 출원에서 명백히 언급되는 것으로 간주된다.
본원에 사용된 바와 같이, 명사 다음에 오는 용어 "들"은 그 명사의 복수 및/또는 단수 형태를 의미한다.
본원에 사용된 같이, 용어 "및/또는"은 "및" 또는 "또는", 또는 문맥이 허용하는 경우 양자를 의미한다.
본 발명은 앞서 말한 것으로 구성되고, 또한 다음이 단지 예를 제공하는 구조를 고려한다.
본 발명은 이제 단지 예로서 첨부된 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 1은 공지된 풍력 터빈 회전자에 대한 회전자 공기 역학적 효율 대 TSR(tip speed ratio)의 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 제어 시스템(HCS) 및 트랜스미션을 포함하는 발전 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미션에 대한 유압 제어 시스템에 대한 유압 회로의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 대한 회전자 및 유압 유닛 전력 대 풍속의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 대한 회전자 및 유압 유닛 속도 대 풍속의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 대한 회전자 및 유압 유닛 토크 대 풍속의 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 대한 회전자 및 유압 유닛 토크 대 회전자 속도의 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 대한 유압 유닛 전력, 토크 및 속도 대 풍속의 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 대한 유압 유닛 유량 및 풍속 대 유압 유닛 차동 압력의 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미션에 대한 유압 제어 시스템에 대한 간략한 제어 논리도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 트랜스미션에 대한 유압 제어 시스템의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 트랜스미션에 대한 유압 제어 시스템의 개략도이다.
도 13은 명확성을 위해 제공된, 도 4에 도시된 그래프의 부분의 세부 사항(D13)을 도시한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 풍력 터빈과 같은 발전 시스템에서, 풍력 구동 회전자(101)의 샤프트(1)는 풍력 터빈 트랜스미션의 고정비 유성 기어 스테이지(PGS)의 유성 캐리어(planet carrier)에 입력을 제공하고, 이는 복수의 유성 기어들(5), 트랜스미션 하우징(16)에 장착된 정적 환형 기어(6) 및 선 기어(sun gear)(7)를 포함한다. 선 기어(7)는, 출력 샤프트(2) 상에 휠 기어(wheel gear)(8) 및 피니언 기어(pinion gear)(9)를 포함하는 풍력 터빈 트랜스미션의 고정비 병렬 기어 스테이지(FRPGS)에 입력을 제공한다. 고정비 유성 기어 스테이지(PGS) 및 고정비 병렬 기어 스테이지(FRPGS)는 함께 풍력 터빈에 대한 2-스테이지 고정비 트랜스미션을 형성하고, 이는, 예를 들면, 10 또는 12 내지 1의 스텝-업 비율을 제공할 수 있다. 브레이크(13)는 회전자(101)를 제동하기 위한 수단을 제공하기 위해 병렬 기어 스테이지로부터의 출력 샤프트(2)에 동작 가능하게 접속된다.
병렬 기어 스테이지로부터의 출력 샤프트(2)는 풍력 터빈 트랜스미션의 가변비 유성 기어 스테이지의 유성 캐리어에 입력을 제공한다. 가변비 유성 기어 스테이지는 복수의 유성 기어들(10), 환형 기어(11) 및 선 기어(12)를 포함한다. 선 기어(12)는 일 방향 클러치(17)를 통해 그리드 접속된 동기식 발전기(103)에 동작 가능하게 연결된 출력 샤프트(3)를 구동시킨다. 발전기(103)의 속도는 발전기가 연결된 전기 그리드와의 동기(synchronism)로 인해 일정하게 유지된다.
상이한 수의 기어 스테이지들을 포함할 수 있고, 식별된 구성요소가 기어 스테이지 중 일부 또는 전부의 상이한 기어에 접속될 수 있는 대안적인 기어 장치가 가능하다. 입력 샤프트(1)는 각 속도(ω1)를 갖고, 출력 샤프트는 각 속도(ω3)를 갖는다. 기술된 기어 장치의 실시예는 높은 전체 가변 스텝-업 비율(ω3/ω1)을 제공하는데 있어서 이롭지만, 본 발명은 대안적인 기어 장치를 막지 않는다.
출력 샤프트(3)는, 일 방향 클러치(17)가 오버런할 때를 제외하고, 전기 그리드 주파수 및 발전기(103) 내의 극들의 수에 의존하여 일정한 속도, 예를 들면, 1200, 1500 또는 1800 rpm으로 구동된다. 일 방향 클러치는, 예를 들면, 발전기 감속이 발전기 자체에서 단지 마찰 및 풍손에 의해 영향을 받을 때, 회전자(101)가 브레이크(13)에 의해 빠른 중단으로 제동되지만 발전기(103) 샤프트가 그리드로부터 전기적으로 분리된 후에 정지하는데 시간 기간이 걸리는 경우에 풍력 터빈의 정지 시에, 또는 풍속에서의 과도적인 변동 동안에 오버런할 수 있다.
유압 기어 스테이지(VREGS)의 환형 기어(11)는, 샤프트(4) 상에 장착된 피니언 기어(15)를 구동시키거나 피니언 기어(15)에 의해 구동될 수 있는 휠 기어(14)에 동작 가능하게 접속된다. 피니언 샤프트(4)는, 유압 펌프 또는 모터 중 어느 하나로서 동작 가능한 가역 유압 유닛(104)을 가변 속도로 구동시키거나 가역 유압 유닛(104)에 의해 구동될 수 있다. 유압 유닛(104)은 본 발명의 실시예의 유압 제어 시스템(HCS)의 부분을 형성한다.
각 속도(ω1)의 입력 샤프트(1)에서 각 속도(ω3)의 메인 출력 샤프트(3)까지의 전체 스텝-업 비율은 설계 범위 내에서 무한하게 변동 가능하다. 가변 변속비는, 유압 모터/펌프 유닛(104)을 가변 속도로 구동시키거나 유압 모터/펌프 유닛(104)에 의해 구동되는 속도 중첩 기어로서 작동하는 유성 기어 스테이지(VREGS)의 환형 기어(11)에 의해 달성된다. 이러한 문맥에서 중첩 기어는 3 개의 회전 부재를 포함하는 유성 기어 스테이지(VREGS)의 하나의 부재이고, 하나의 부재는 공지된 각 속도(ω3)의 메인 출력 샤프트(3)에 동작 가능하게 접속되고, 또 다른 부재는 가변 각 속도(ω2)의 입력 샤프트(2)에 동작 가능하게 접속되어, 중첩 기어의 각 속도 및 입력 샤프트(2)의 각 속도는 어느 하나의 각 속도가 알려지면 중첩에 의해 계산 가능하다. 대안적인 실시예에서, 입력 샤프트, 출력 샤프트 및 중첩 기어는 유성 기어 스테이지(VREGS)의 상이한 부재에 동작 가능하게 접속될 수 있다. 휠 기어(14) 및 피니언 기어(15)를 포함하는, 환형 기어(11)와 피니언 샤프트(14) 사이의 제 2 병렬 기어 스테이지(SPGS)는, 최적의 속도 및 토크 출력이 용이하게 이용 가능한 유압 모터/펌프 유닛을 사용하여 획득될 수 있도록 이러한 기어 스테이지의 비율이 튜닝되는 것을 가능하게 한다. 전체 가변 스텝-업 비율(ω3 대 ω1)의 설계 범위는, 예를 들면, 1 내지 30 및 1 내지 40 사이일 수 있다.
앞서 기술된 바람직한 실시예의 트랜스미션은 3 개의 슬립 상태: 네거티브 슬립 상태, 제로 슬립 상태 및 포지티브 슬립 상태를 갖는다. 제로 슬립에서, 유압 모터/펌프 유닛(104)의 회전 속도는 제로이고, 회전자는 제로 슬립 회전자 속도(ω1zero)를 갖는다. 트랜스미션은, 메인 출력 샤프트(3)를 그리드 접속된 동기식 발전기(103)의 일정한 속도로 유지하기 위해 충분한 공기 역학적 회전자 전력이 이용 가능하고 따라서 일 방향 클러치(17)가 오버런하지 않는 한, 제로 슬립 회전자 속도(ω1 zero)를 갖는다. 실제 회전자 속도(ω1)가 제로 슬립 회전자 속도(ω1 zero)보다 더 느릴 때, 네거티브 슬립이 발생하고, 실제 회전자 속도(ω1)가 제로 슬립 회전자 속도보다 더 빠를 때, 포지티브 슬립이 발생한다. 네거티브 슬립으로 동작할 때, 유압 모터/펌프 유닛(104)은 속도 결손(speed deficit)을 보상하기 위한 모터로서 동작하고, 입력 샤프트(1)로부터 메인 출력 샤프트(3)로의 전력 전송을 가능하게 하는 반작용 토크(reaction torque)를 제공한다. 포지티브 슬립으로 동작할 때, 유압 모터/펌프 유닛(104)은 더 낮은 (ω3/ω1) 비율을 수용하는 펌프로서 동작하고, 입력 샤프트(1)로부터 메인 출력 샤프트(3)로의 전력 전송을 가능하게 하는 반작용 토크를 제공한다.
도 3은 유압 제어 시스템(HCS)의 부분을 형성하는, 유압 모터/펌프 유닛(104)에 대한 유압 회로의 제 1 바람직한 실시예를 도시한다. 유압 회로는 고압 측(HPS) 및 저압 측(LPS)을 갖는다. 앞서 논의된 바와 같이. 트랜스미션은 2 개의 동작 모드, 유압 모터/펌프 유닛(104)이 펌프로서 동작하는 제 1 모드, 및 유닛(104)이 모터로서 동작하는 제 2 모드를 갖는다. 유압 모터/펌프 유닛(104)이 펌프로서 동작할 때, 솔레노이드 밸브(23, 24)는 도 3에 도시된 전력 차단 위치(de-energized position)에 있다. 유압 충전 펌프(33) 및 저장소(34)는 유압 유체(hydraulic fluid) 및 시스템 압력을 제공한다. 압력 감소/릴리프 밸브(relieving valve)(32)는 유체가 유압 모터/펌프 유닛(104)의 저압 측에 일정한 충전 압력으로 제공되는 것을 보장한다. 유압 회로의 저압 측에 대한 동적 효과를 줄이기 위해 저압 축압기(low pressure accumulator)(27)가 제공된다.
유압 모터/펌프 유닛(104)이 펌프로서 동작할 때, 트랜스미션은 유압 모터/펌프 유닛(104)의 저압 측으로부터 고압 측으로 유체를 펌핑하기 위한 입력 전압을 제공한다. 그후, 고압 유체는, 체크 밸브(35), 오일 냉각기(30), 필터(31) 및 솔레노이드 밸브(24)를 통해 유압 모터/펌프 유닛(104)의 저압 측으로 복귀되기 전에 설정 압력 위로 고정 오리피스(28)를 통해 또한 릴리프 밸브(29)를 통해 완화된다. 릴리프 밸브(29)는, 결국 메인 출력 샤프트(3)에 대한 상위 제한 토크에 대응하는, 유압 모터/펌프 유닛(104)에 대한 상위 제한 토크에 대응하는 사전결정된 차동 압력에서 개방되도록 설정된다. 바람직하게는, 출력 샤프트(3)에 대한 상위 제한 토크는 풍력 터빈의 정격 전력의 토크이다.
릴리프 밸브(29)가 폐쇄될 때, 트랜스미션은 오리피스(28) 및 고압 축압기(26)를 통한 유체 흐름에 의해 제공되는 일부 작은 컴플라이언스 이외에 실질적으로 융통성이 없다. 오리피스(28)를 통한 흐름은 작은 포지티브 슬립을 허용하고, 고압 축압기(26)는 유압 회로의 고압 측에 대한 동적 효과를 줄인다. 릴리프 밸브(29)는, 오리피스(28)를 통한 유체 유량이 모터/펌프 유닛(104)의 증가된 속도로 인해 증가함에 따라 증가된 압력에 응답하여 개방하여, 포지티브 슬립을 증가시키고, 이로써 발전기(103)의 속도가 여전히 일정하면서 회전자(101)의 속도가 증가하도록 허용한다.
모터/펌프 유닛(104)이 펌프로서 작동할 때, 전기 모터(22)에 의해 구동되는 가변 변위 공급 펌프(21)는 저장소(34) 내의 유압 유체 ― 날개 피치 및 너셀 요 기능(nacelle yaw function)과 같은 다른 풍력 터빈 유압 기능을 수행하는 과정에서 가열될 수 있음 ― 에 대한 냉각을 제공한다. 가변 변위 펌프(21)가 활성화될 때, 저장소(34)로부터의 부가적인 유체가 체크 밸브(36), 공급 펌프(21) 및 솔레노이드 밸브(23)를 통해 유체 회로로 인출된다. 이러한 유체는 오일 냉각기(30), 필터(31) 및 제 2 솔레노이드 밸브(24)를 통해 순환된다. 그후, 임의의 부가적인 유체는 감압/릴리프 밸브(32)를 통해 유압 회로로부터 완화되고, 시스템 저장소(34)로 반환되어, 유압 회로의 저압 측 상의 압력이 감압/릴리프 밸브(32)에 의해 설정된 충전 압력으로 유지된다.
유압 모터/펌프 유닛(104)이 모터로서 동작할 때, 솔레노이드 밸브(23 및 24)는 도 3에 도시된 위치와 대조적으로 전력 공급 위치에 있다. 공급 펌프(21)는 공급 펌프(21)의 저압 측으로부터 고압 측으로 유체를 펌핑하기 위해 전기 모터(22)에 의해 구동된다. 공급 펌프(21)의 고압 측으로부터의 유체 흐름 경로는 폐루프 회로를 제공하기 위해 밸브(23), 유압 모터/펌프 유닛(104), 밸브(24), 체크 밸브(35), 오일 냉각기(30), 필터(31) 및 밸브(24)를 통한다. 감압/릴리프 밸브(32)는 회로의 저압 측 상의 설정 충전 압력을 유지하기 위해 이러한 동작 모드에서 동일한 기능을 제공한다. 오리피스(28)를 통한 회로의 고압 측으로부터 저압측으로 작은 누설 흐름이 존재하고, 이것이 유압 모터/펌프 유닛(104)을 우회하기 때문에 작은 누설 흐름은 유용한 작업에 기여하지 않는다. 이러한 누설 흐름은 작고, 결과적인 전력 손실은 무시할 만한데, 트랜스미션을 이러한 모드에서 동작시킬 때 차동 압력이 작기 때문이다.
압력 트랜스듀서(25)는 유압 회로의 고압 측 상의 유압 유체 압력의 측정을 제공하도록 위치된다. 유압 모터/펌프 유닛(104)에 걸친 차동 압력은 항상 트랜스듀서(25)에서의 압력으로부터 유도될 수 있는데, 왜냐하면 회로의 저압 측이 감압/릴리프 밸브(32)에 의해 설정 충전 압력으로 유지되기 때문이다. 유압 모터/펌프 유닛(104)에 걸친 이러한 차동 압력은 솔레노이드 밸브(23 및 24)의 위치를 설정하고 따라서 트랜스미션의 동작 모드를 선택하기 위해 측정된 제어 입력 파라미터로서 사용된다.
유압 모터/펌프 유닛(104)이 모터로서 동작할 때, 트랜스미션은 본 명세서에서 가변 저속 동작 모드로 지칭되는 네거티브 슬립으로 동작된다. 유압 모터/펌프 유닛(104)이 펌프로서 동작할 때, 트랜스미션은 본 명세서에서 토크 제한 고속 동작 모드로 지칭되는 포지티브 슬립으로 동작된다.
가변 저속 동작 모드에서 동작할 때, 모터(22)에 의해 인출된 전력 형태의 전력 입력이 가변 변위 공급 펌프로부터 요구되고, 이러한 전력 입력(손실을 무시함)이 발전기(103)에 의해 복구된다는 것이 인정될 것이다. 또한, 토크 제한 고속 동작 모드에서 동작할 때, 열로서 소산되는 전력의 낭비가 존재하다는 것이 인정될 것이다. 발전기 및 트랜스미션의 기계 및 유압 시스템에서 비효율을 무시하면, 풍력 터빈 전력 관계를 지배하는 수학식은 다음과 같이 설정될 수 있다.
회전자 전력:
Figure pct00001
(1)
유압 모터/펌프 유닛 전력:
Figure pct00002
(2)
발전기 전력:
Figure pct00003
(3)
여기서 T1은 구성요소(1)에서의 토크이고, T3은 구성요소(3)에서의 토크이고, T4는 구성요소(4)에서의 토크이고, ω3은 구성요소(3)의 각 속도이고, ω4는 구성요소(4)의 각 속도이다. 바람직한 실시예의 트랜스미션의 동작 특성이 이제 도면을 참조하여 기술될 것이다. 트랜스미션은 동작 풍속 범위에 걸쳐 4 개의 동작 영역을 갖는다. 이러한 영역은 도면에서 문자 A 내지 E에 의해 표시된다.
도 4는 가장 효율적인 TSR(얇은 실선)을 유지하기 위해 속도가 가변하는 예시적인 풍력 터빈 회전자에 대한 통상적인 회전자 전력 대 풍속 곡선을 도시한다. 일정한 회전자 속도를 갖는 동일한 풍력 터빈에 대한 회전자 전력 대 풍속 곡선이 또한 도시된다(도트 파선). 이러한 예에서, 도시된 일정한 회전자 속도는 대략 9 ms-1 풍속에서 최적화되고, 이러한 일정한 회전자 속도는 본 발명에 따른 트랜스미션의 동작 특성을 입증하기 위해 제로 슬립 회전자 속도(ω1 zero)로서 취해진다. 대안적으로, 제로 슬립 회전자 속도는 특정 풍력 터빈 애플리케이션에 의존하여 상이한 풍속 및 상이한 회전자 설계에서 최적화될 수 있다.
제 1 동작 영역(A-B)에서, 바람직한 실시예의 풍력 터빈 회전자(101)는, 머신 비효율성, 회전자 동적 안정성 및 유압 모터/펌프 유닛(104) 속도 제한을 고려하여 결정될 수 있는 자신의 최소 동작 속도에서 작동되도록 제어된다. 제 2 동작 영역(B-C)에서, 바람직한 실시예의 풍력 터빈 회전자(101)는, 회전자 속도가 풍속에 의존하고 가변 변위 공급 펌프(21) 및 그의 모터(22)의 최대 전력 정격에 영향을 받는 최대 에너지 포획을 위해 최적화되도록 연속적으로 가변 속도로 작동되도록 제어된다. 영역(A-B-C)에서, 유압 모터/펌프 유닛(104)은 모터로서(가변 저속 동작 모드) 동작한다. 포인트(C)는 최적의 TSR에 대한 전력 곡선 상에 있거나 있지 않을 수 있는 제로 슬립 동작 조건이다.
제 3 및 제 4 영역(C-D-E)에 걸쳐 더 높은 풍속에서, 유압 모터/펌프 유닛(104)은 펌프로서(토크 제한 고속 동작 모드) 동작한다. 영역(C-D-E)에서, 풍력 터빈 회전자(101)는 좁은 대역의 속도 제어로 수동적으로 제어된다. 영역(D-E)에서 풍력 터빈 회전자(101) 정격 속도 설정점을 초과하는 TOS(transient rotor over-speed)는 난류로 인해 발생할 수 있지만, 그러한 과속 이벤트의 크기는 회전자 피치 제어 시스템에 의해 수용 가능한 제한 내로 유지된다.
풍속이 증가하고 포인트(D)에 도달됨에 따라, 릴리프 밸브(29)는 개방할 것이고, 고압 유체는 고정 오리피스(28)를 통해 및 또한 릴리프 밸브(29)를 통해 완화될 수 있다.
유압 모터/펌프 유닛(104)은 트랜스미션으로부터 전력을 추출하거나 트랜스미션에 전력을 공급해야 한다. 추출(또는 공급)된 전력은 수학식 (2)에 기술된 바와 같은 회전자 토크 및 속도의 함수이다. 도 4에 도시된 순 전력(굵은 점선)은 발전기(103) 전력으로부터 계산되는 유용한 회전자 전력이고, 가변 저속 동작 모드에서 유압 모터/펌프 유닛(104) 입력 전력이 적을수록, 비효율성을 무시한다. 이것은 일정한 속도에서 동일한 풍력 터빈 회전자에 대해, 포인트(C) 아래의 풍속 및 더 낮은 컷-인 풍속에서 개선된 에너지 포획을 보여준다. 도 13은 도 4의 세부 사항(D13)의 확대도를 도시한다.
유압 모터/펌프 유닛(104)은 바람직하게는 일정한 변위 타입이고, 따라서 단위 차동 압력 당 일정한 토크를 보여준다. 가변비 유성 기어 스테이지(VREGS)는 유압 모터/펌프 유닛(104)의 속도가 회전자 슬립 속도(ω1-ω1 zero)에 비례하는 것을 나타낸다. 따라서, 회전자(101) 및 유압 모터/펌프 유닛(104)의 속도, 토크 및 유압은 다음과 같이 유도될 수 있다.
무차원 회전자 슬립 속도:
Figure pct00004
(4)
유압 모터/펌프 유닛 속도:
Figure pct00005
(5)
유압 모터/펌프 유닛 차동 압력:
Figure pct00006
(6)
유압 모터/펌프 유닛 체적 유량:
Figure pct00007
(7)
여기서 위의 상수는 다음과 같이 정의된다.
K = 퍼센트 회전자 슬립 당 유압 모터/펌프 유닛(104) 각 속도
C = 단위 차동 압력 당 유압 모터/펌프 유닛(104) 토크
W = 단위 각 변위 당 유압 모터/펌프 유닛(104) 체적 변위
상수(K)에 대한 원하는 값은 공지된 기어비 관계를 사용하여 트랜스미션의 기어 설계를 통해 달성될 수 있다. 상수(C 및 W)는 선택된 유압 모터/펌프 유닛(104)의 속성이다. 특정 풍력 터빈 애플리케이션에서, 상수(K) 및 특정 유압 모터/펌프 유닛은 모터/펌프 유닛에 대한 속도 및 전력 요건, 최대 유압 시스템 압력에 관련한 제한, 가변 회전자 속도의 범위 및 트랜스미션의 요구된 비율, 및 제로 슬립 회전자 속도의 선택에 의존하여 선택된다.
도 5, 도 6 및 도 7은 바람직한 실시예의 트랜스미션에 대한 수학식 1 내지 7에 따른 속도 및 토크 관계를 도시한다. 영역(A 내지 C)에서 가변 저속 동작 모드에서, 유압 모터/펌프 유닛에 공급되는 최대 전력은 정격 풍력 터빈 전력 출력의 3%로 제한되는 것으로 가정된다. 이것은, 최적의 TSR에 접근됨에 따라, 개선된 회전자 효율로 인해 에너지 포획에서 상술된 점점 더 증가하는 개선에 대해(도 1 참조) 펌프(21) 및 모터(22)의 비용이 정해진 경우에, 공급 펌프(21) 및 그의 모터(22)에 의해 공급될 수 있는 전력에 대한 실행 가능한 제한을 나타낸다. 도시된 예에서, 이러한 전력 제한은 영역(B-C)의 부분에서 최적의 TSR에 대한 것보다 약간 더 빠른 회전자(101) 속도를 요구하는 효과를 갖는다.
본 발명은, 점증적으로 차선의 회전자 에너지 포획을 가짐으로써 희생되는 것보다 자본 비용 면에서 더 많은 값 및 유압 시스템 손실을 절감하기 위해 이러한 전력 제한을 적용함으로써 더 비용-효율적인 해결책을 달성할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여, 트랜스미션 제어 파라미터가 이제 기술될 것이다. 가변 저속 동작 모드(영역 A-B-C)에서, 풍력 터빈 회전자(101) 속도는 가변 변위 공급 펌프(21)에 의해 유압 모터/펌프 유닛(104)에 공급되는 유량을 제어함으로써 제어된다. 이러한 동작 모드에서, 풍력 터빈 제어 시스템은 유닛(104) 반작용 토크의 직접적인 측정으로서 측정된 유압 모터/펌프 유닛(104) 차동 압력을 사용하고, 그후 이러한 반작용 토크 또는 압력 값은 원하는 회전자(101) 속도에 대한 유압 모터/펌프 유닛(104) 속도를 설정하는데 사용된다. 토크 제한 고속 동작 모드(영역 C-D-E)에서, 풍력 터빈은 유입 회로에 의해 수동으로 제어된다. 따라서, 트랜스미션 제어 파라미터는 유압 모터/펌프 유닛(104) 토크(또는 압력)이다.
도 9는, 예를 들면, 고압 트랜스듀서(25)에 의해 측정된 유압 모터/펌프 유닛 차동 압력의 함수로서 공급 펌프 유량을 설정하기 위해 룩-업 테이블 또는 함수에 의해 풍력 터빈 제어기에 의해 구현될 수 있는 유압 유체 흐름 제어 관계를 도시한다. 유압 모터/펌프 유닛(104) 및 공급 펌프(21) 사이의 유량에서의 작은 차이는, 가변 저속 동작 모드에서 동작할 때 오리피스(28)를 통한 누설 흐름으로 인한 것이다.
풍력 터빈 제어 시스템은 또한 정격 전력(포인트 D)에서 원하는 회전자 속도에 대응하는 회전자 속도 설정 포인트를 통한 날개 피치 제어를 채용한다. 따라서, 날개는 영역(A-B-C) 및 영역(C-D)의 대부분에 걸쳐 보통 미세하게 완전히 피칭될 것이다. 날개 피치 동작은 보통, 날개 깃(blade feather)이 최대 회전자 속도를 제하는 정격 전력에서 및 정격 전력 이상에서만 발생한다.
이러한 제어 시스템은, 트랜스듀서(25)로부터의 압력을 사용하여, 가변 저속 동작 모드에서 가변비 트랜스미션을 제어할 목적으로 풍속 또는 샤프트 속도를 측정할 필요성을 제거한다. 유압 유체 흐름 제어가 대응하도록 설정된 것보다 더 빠른 레이트로 발생하는 풍속 변동 및 따라서 회전자 전력 및 토크 변동이 온화한데, 이것은 단지 회전자를 설계 특성에서 약간 벗어난 토크 및 속도 조합에서 잠시 동작하게 할 것이기 때문이다. 실제로, 유압 유체 흐름 제어 시스템의 응답 속도는 풍속 변동의 레이트, 회전자 가속 및 감속의 달성 가능한 레이트, 및 유압 유체 흐름이 가변 변위 유압 공급 펌프(21)를 통해 변경될 수 있는 레이트에 대한 실제 제한을 고려하여 설정된다.
도 3의 유압 회로에 의해 제어되는 트랜스미션에 대한 간략한 제어 논리가 도 10에 도시된다. 도 10의 흐름도에 언급된 문자 'B' 및 'C'는 도 9의 포인트 B 및 C를 지칭한다. 제어 논리는, 예를 들면, 프로그래밍 가능 논리 제어기 또는 프로그래밍 가능 마이크로프로세서와 같은 임의의 적절한 타입의 제어기에서 구현될 수 있다. 2 개의 동작 모드(가변 저속 및 토크 제한 고속)는 솔레노이드 밸브(23 및 24)를 사용하여 스위칭된다. 가변 저속 동작 모드가 활성화될 때, 회전자 속도 및 따라서 전력은 고압 트랜스듀서(25)에서 측정된 유체 압력으로부터 유도된 유압 모터/펌프 유닛(104) 차동 압력에 응답하여 가변 변위 공급 펌프(21) 유량을 설정함으로써 제어된다.
도 10을 참조하여, 제어 논리가 이제 기술되어야 한다. 풍력 터빈 런 플래그(wind turbine run flag)가 인에이블될 때(201), 풍속이 측정되고, 측정된 풍속(203)이 프로그래밍된 컷-인 풍속보다 더 빠르면, 시동 루틴(205)이 시작된다. 시동 루틴에서, 가변 저속 동작 모드(207)가 활성화되고, 풍력 터빈 피치 제어 알고리즘에 대한 회전자 속도 요구 입력이 최소 동작 회전자 속도로 설정되고(209), 공급 펌프(21) 유량은 최소 동작 회전자 속도에 대응하는 그의 최대 유압 유량으로 설정되고(211), 발전기 및 유틸리티 그리드 전기 위상 각도 및 주파수 사이의 측정된 에러 값이 프로그래밍된 제한 내에 있도록(213) 회전자 속도가 충분히 안정화되고 제어될 때, 발전-그리드 접촉기는 발전기와 그리드를 동기화(215)하기 위해 폐쇄된다.
시동 루틴(205)의 완료 시에 발전 모드(217)가 시작된다. 발전 모드에서, 풍력 터빈 피치 제어 알고리즘에 대한 회전자 속도 요구는 정격(최대 공칭) 회전자 속도로 설정된다(219). 토크 제한 고속 동작 모드(227) 또는 가변 저속 동작 모드(229) 중 어느 하나가 프로그래밍된 압력 설정 포인트(C)와 비교하여 측정된 유압에 따라 선택된다. 측정된 유압이 압력 설정 포인트(C) 주변에서 변동할 때, 토크 제한 고속 동작 모드 및 가변 저속 동작 모드 사이의 과도한 스위칭을 방지하기 위해 히스테리시스 루프(221)가 제공된다. 히스테리시스 루프(221) 내에서, 측정된 유압이 압력 설정 포인트(C) 마이너스 히스테리시스 허용량 미만이면(223), 가변 저속 동작 모드(229)가 시작되고, 측정된 유압이 압력 설정 포인트(C) 마이너스 히스테리시스 허용량보다 크면(225), 토크 제한 고속 동작 모드(227)가 시작된다. 조건(223 및 225)의 순서는, 측정된 유압이 압력 설정 포인트(C) 주변에서 히스테리시스 대역 내에 있는 경우에, 터빈 런 플래그가 인에이블 상태에 있다면(247), 동작 모드(토크 제한 고속 또는 가변 저속)가 변하지 않은 상태에 있을 것이고, 히스테리시스 조건(221)이 프로그래밍된 주기 주파수로 다시 테스팅될 것이라는 것을 의미한다.
토크 제한 고속 동작 모드(227) 내에서, 가변 저속 동작 모드가 이전 프로그램 주기 상에서 활성이었다면(231), 가변 저속 동작 모드는 솔레노이드 밸브(23 및 24)를 스위칭함으로써 비활성화되고(233), 가변 저속 동작 모드가 이전 프로그램 주기 상에서 활성이 아니었다면(231), 이것은 유지된다. 가변 저속 동작 모드(229) 내에서, 가변 저속 동작 모드가 이전 프로그램 주기 상에서 활성이었다면(235), 가변 저속 제어 모드(239)가 직접적으로 시작되거나, 그렇지 않다면 솔레노이드 밸브(23 및 24)를 스위칭함으로써 가변 저속 동작 모드가 활성화되고(237), 그후 가변 저속 제어 모드(239)가 시작된다. 가변 저속 제어 모드(239) 내에서, 측정된 유압이 프로그래밍된 압력 설정 포인트(B) 미만이면(조건 241), 공급 펌프(21) 유압 유량은 최소 동작 회전자 속도에 대응하는 그의 최대 유량(245)으로 설정된다. 그렇지 않다면, 공급 펌프(21) 유압 유량은, 가변 회전자 속도에 대한 측정된 유압의 함수로서 변동된다(243).
도 10의 단계(219 내지 247)에 기술된 발전 모드(217) 제어 논리 프로세스는, 풍력 터빈 런 플래그가 인에이블된 상태에 있다면(247), 프로그래밍된 주기 사이클에서 보통 반복될 것이고, 측정된 풍속이 컷-인 풍속을 초과하는 상태에 있는 것 및 어떠한 결함 또는 경보 조건도 활성이 아닌 경우와 같이 도 10에 도시되지 않은 다른 조건이 계속해서 만족된다. 터빈 런 플래그가 디스에이블되면(247), 풍력 터빈이 중지 루틴(249)에 의해 중지된다.
도 3은 본 발명에 따른 트랜스미션에 대한 유압 제어 시스템의 하나의 바람직한 실시예에 대한 유압 회로를 예시한다. 도 11 및 도 12는 대안적인 실시예에 대한 유압 회로를 도시하고, 유사한 번호는 유사한 부분을 나타낸다. 하기에 기술되지 않는다면, 회로의 동작은 앞서 기술된 바와 같고, 그러한 실시예의 제어는 도 10에 따를 것이다.
도 11에 도시된 실시예에서, 재구성된 유압 회로는 제 1 실시예의 2 개의 솔레노이드 밸브(23 및 24)가 역류를 방지하기 위해 단일 솔레노이드 밸브(38) 및 부가적인 체크 밸브(37 및 39)에 의해 대체되도록 허용한다. 도 11은 토크 제한 고속 동작 모드에 대응하는 전력 차단 위치의 솔레노이드 밸브(38)를 도시한다. 이러한 동작 모드에서, 유압 회로의 동작은 도 3에서 기술된 바와 같다. 솔레노이드 밸브(38)를 도 11에 도시된 것과 반대 위치로 스위칭함으로써 가변 저속 동작 모드가 선택될 때, 회로는, 오일 냉각기(30) 및 필터(31)가 유압 회로의 고압 측인 유압 모터/펌프 유닛(104)의 주입구 측 상에 위치되는 도 3의 동작으로부터 변경한다.
유압 냉각기 및 필터 구성요소에 대한 실제 압력 제한은, 도 11에 도시된 바와 같이 구성된 유압 회로를 갖는 트랜스미션이 가변 저속 동작 모드에서 동작할 때 최대 압력 제한을 가질 수 있다는 것을 의미한다. 그러한 압력 제한은, 트랜스미션이 저압에서 가변 저속 동작 모드로부터 토크 제한 고속 동작 모드로 스위칭되어야 하고, 따라서 그렇지 않다면 더 낮은 회전자 토크 및 더 낮은 풍속이 스위치 오버 포인트로서 선택될 수 있다는 것일 것이다. 가변 저속 동작 특성에 대한 효과는 수학식 1 내지 7을 사용하여 용이하게 계산 가능하고, 도 4 상의 포인트 C가 더 낮은 풍속이고 제로 슬립 회전자 속도에 대응하는 전력 곡선 상에 있지만 반드시 최적의 TSR에 대한 전력 곡선 상에 있지는 않을 것이라는 것이 보여질 수 있다.
유압 회로의 또 다른 대안적인 실시예가 도 12에 도시된다. 그 실시예에서, 도 3에 도시된 제 1 실시예의 2 개의 솔레노이드 밸브(23 및 24)가 제거되었고, 가변 저속 및 토크 제한 고속 동작 모드 사이에서 변경하기 위해 어떠한 솔레노이드 밸브 스위칭도 요구되지 않는다. 이러한 대안적인 실시예에서, 가변 변위 유압 공급 펌프(21)는 이전의 실시예에서 기술된 것과 동일한 방식으로 제어되고, 체크 밸브(39 및 40)는, 공급 펌프(21)에 의해 전달되는 흐름이 비-제로일 때 트랜스미션이 가변 저속 동작 모드에서 동작하도록 역류를 방지한다. 토크 제한 고속 동작 모드는 공급 펌프(21) 유량이 제로로 설정될 때 수동적으로 선택된다.
도 12의 실시예에서, 공급 펌프(21)는 도 3의 실시예에 대하여 토크 제한 고속 동작 모드에서 유압 냉각 펌프 기능을 수행하지 않는다. 따라서, 이러한 기능을 제공하기 위해 부가적인 펌프가 공급될 수 있다. 가변 저속 동작 모드에서 동작할 때 메인 유압 유체 흐름 경로를 형성하는 폐루프(도 12의 상위 루프)에 제공되는 어떠한 다른 유압 냉각도 존재하지 않기 때문에, 이러한 실시예에서 부가적인 오일 냉각기(41)가 필요하다. 유압 회로의 이러한 부분에서의 열 발생은 단지 유압 모터/펌프 유닛(104) 및 가변 변위 유압 공급 펌프(21)에서의 손실로 인한 것이며, 따라서, 오일 냉각기(41)는 토크 제한 회로(도 12의 하위 루프)에서 오일 냉각기(30)보다 더 작을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 풍력 터빈 또는 유사한 애플리케이션에서 가변 속도 트랜스미션의 가장 바람직한 특징: 낮은 회전자 속도 및 낮은 컷-인 풍속으로 인해 연풍에서 증가된 에너지 포획, 및 이에 대응하여 연풍에서 감소된 잡음 레벨을 제안하도록 구성될 수 있는 가변 저속 동작 모드를 제안한다. 본 발명의 바람직한 실시예는, 가변 저속 동작 모드에서 적절한 제로 슬립 회전자 속도 및 전력 및 회전자 속도 제한을 선택함으로써 단위 비용 당 수명 에너지 포획의 견지에서 순수 이득이 최대화되도록 특정 애플리케이션에 대해 구성될 수 있다. 통상적으로, 가변 저속 동작 모드는 정격 전류의 약 25%까지 활성일 수 있고, 가변 저속 동작 모드에서 최대 회전자 속도는 제로 슬립 회전자 속도의 약 75%일 수 있다. 가변 저속 동작 모드에 있을 때 유압 모터/펌프 유닛에 의해 공급되는 최대 유압 전력은 통상적으로 정격 전류의 약 5%로 제한될 수 있어서, 이러한 제한이 시행될 때, 회전 TSR이 최적의 TSR로부터 약간 벗어나는 것을 허용한다. 이러한 파라미터의 선택은, 임의의 특정 공지된 풍속 분포가 제공되면, 단위 비용 당 정량화 가능한 수명 에너지 포획을 고려하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예로서 기술되며, 이에 대한 수정은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
예를 들면, 도 3, 도 11 또는 도 12의 가변 변위 유압 공급 펌프(21)는 전기 모터(22) 대신에 트랜스미션 조립체로부터 기계적으로(예를 들면, 드라이브 샤프트 또는 벨트 드라이브에 의해) 직접적으로 구동될 수 있다. 이것은, 펌프(21)를 구동시키기 위해 요구된 부가적인 구동-트레인 복잡성이 도시된 전기 모터 및 펌프 구성보다 더 저가로 통합될 수 있는 경우의 특정 애플리케이션에서 바람직할 수 있다.
유압 제어 시스템(HCS)이 풍력 터빈의 일체 부분을 형성하는 것으로 기술되었지만, 대신에 유압 제어 시스템은 그의 성능을 개선하기 위해 기존의 풍력 터빈의 트랜스미션에 새로 장착(retrofit)될 수 있다.
또 다른 예로서, 유압 모터/펌프 유닛이 포지티브 변위 타입인 것으로 기술되지만, 대신에 유압 모터/펌프 유닛은 동적 타입일 수 있다.
또 다른 예로서, 동작 모드 사이를 스위칭하는 것 및 가변 저속 동작 모드에서 유압 모터/펌프 유닛을 통해 유압 유체 유량을 제어하는 것이 측정된 유압에 응답하여 발생하는 것으로 기술되지만, 이들 중 어느 하나는, 예를 들면, 측정된 회전자 속도 또는 풍속과 같은 상이한 측정된 파라미터에 기초하여 이루어질 수 있다. 그러나, 측정된 유압에 기초한 자동 모드 스위칭 및 가변 저속 제어가 바람직한데, 왜냐하면 유압은 사실상 공기 역학적 회전자 전력을 변경하기 위한 회전자 속도보다 더 빠르게 응답하는 토크의 직접적인 척도(measure)이기 때문이다. 부가적으로, 풍속 측정치는 일반적으로, 통상적으로 풍력 터빈 너셀 상의 하나의 위치에 있는 풍속계(anemometer)에 의해 제공되고, 풍속 측정치는 회전자에서 순 전력에 대한 등가 풍속을 항상 정확히 나타내지는 않는 풍속의 척도를 제공한다. 정확하고 저가의 유압 트랜스듀서는 용이하게 이용 가능하여, 유압의 측정치에 기초한 제어가 실행 가능하고 비용 효율적이게 한다.
본 발명이 풍력 터빈 애플리케이션의 예를 사용하여 기술되었지만, 발전 시스템 및 유압 제어 시스템(HCS)은 임의의 다른 회전자 또는 터빈 구동 발전 소스에 적용될 수 있고, 여기서 난류-유도 토크 변동이 수용되어야 하고 그리고/또는 개선된 에너지 포획을 위해 기계적 가변 속도가 요구된다. 조류 발전기는 그러한 발전 소스의 추가적인 예이다.
본 발명이 관련된 당업자에게, 본 발명의 구조 및 크게 다른 실시예 및 애플리케이션에서의 많은 변화는 첨부된 청구항에 규정된 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 그 자체를 제안할 것이다. 본 명세서의 개시물 및 설명은 단지 예시적이며, 임의의 제한적인 의미로 의도되지 않는다. 본 발명이 관련된 분야에서 공지된 등가물을 갖는 특정 정수가 본 명세서 언급된 경우, 그러한 공지된 등가물은 개별적으로 제시된 경우와 같이 본 명세서에 포함되는 것으로 여겨진다.

Claims (20)

  1. 유체에 의해 가변 속도로 구동되도록 구성된 회전자(rotor) 또는 터빈, 및 일정한 속도 또는 가변 속도로 구동되도록 구성된 발전기를 포함하는 발전 시스템의 가변비 트랜스미션(variable ratio trasmission)을 제어하기 위한 유압 제어 시스템(hydraulic control system)에 있어서,
    상기 트랜스미션은 상기 회전자 또는 터빈을 상기 발전기에 연결하고, 상기 유압 제어 시스템은 중첩 기어(superposition gear)에 동작 가능하게 접속되도록 구성된 유압 모터/펌프 유닛을 포함하고, 상기 유압 모터/펌프 유닛은 사전결정된 유압(hydraulic pressure)에서 개방하도록 구성된 오리피스(orifice) 및/또는 릴리프 밸브(relief valve)를 포함하는 유압 회로에 접속되고, 상기 유압 회로는 가변 저속 동작 모드 및 토크 제한 고속 동작 모드 사이에서 스위칭하도록 구성되고, 상기 토크 제한 고속 동작 모드에서, 상기 유압 모터/펌프 유닛은 상기 중첩 기어에 의해 구동되도록 구성되고, 수동 토크 제한 기능을 제공하기 위해 상기 오리피스 및/또는 릴리프 밸브를 통해 유압 유체(hydraulic fluid)를 구동시키기 위한 펌프로서 동작하고, 상기 가변 저속 동작 모드에서, 상기 유압 모터/펌프 유닛은 상기 중첩 기어를 구동시키기 위한 모터로서 구동되도록 구성되고, 상기 유압 제어 시스템은 상기 유압 모터/펌프 유닛을 통한 유압 유체 유량(flow rate)을 제어함으로써 원하는 회전자 속도를 제공하도록 구성되는
    유압 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압 모터/펌프 유닛은 포지티브 변위 타입(positive displacement type)인
    유압 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유압 회로는 상기 유압 회로에서 측정된 유압에 응답하여 또는 그렇지 않다면 상기 트랜스미션 상에서 측정된 토크에 응답하여 상기 가변 저속 동작 모드와 상기 토크 제한 고속 동작 모드 사이에서 스위칭하도록 구성되는
    유압 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유압 모터/펌프 유닛을 통한 상기 유압 유체 유량은 상기 유압 회로에서 측정된 유압에 응답하여 또는 그렇지 않다면 상기 트랜스미션 상에서 측정된 토크에 응답하여 상기 가변 저속 동작 모드에서 제어되는
    유압 제어 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가변 변위 공급 펌프(variable displacement supply pump)를 더 포함하고, 상기 가변 저속 동작 모드에서, 상기 가변 변위 공급 펌프는 상기 유압 모터/펌프 유닛을 모터로서 구동시키기 위한 유체를 공급하도록 구성되는
    유압 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가변 변위 공급 펌프는 전기적으로 구동되는
    유압 제어 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가변 변위 공급 펌프는 상기 트랜스미션에 의해 직접적으로 구동되도록 구성되는
    유압 제어 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 회로의 고압 영역에서 압력을 측정하도록 구성된 압력 측정 장치를 더 포함하는
    유압 제어 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 압력 측정 장치는 트랜스듀서(transducer)를 포함하는
    유압 제어 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유압 회로는, 상기 가변 저속 동작 모드 및 상기 토크 제한 고속 동작 모드에서 각각 유량을 규정하는 제 1 유체 경로 및 제 2 유체 경로를 형성하는
    유압 제어 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 유체 경로 및 제 2 유체 경로는 폐루프 경로인
    유압 제어 시스템.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    사전결정된 유압에서, 상기 제 1 유체 경로와 상기 제 2 유체 경로 사이에서 상기 유체 회로를 스위칭하도록 구성된 제어기를 더 포함하는
    유압 제어 시스템.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 유체 경로와 상기 제 2 유체 경로 사이에서 스위칭하기 위한 적어도 하나의 솔레노이드 밸브(solenoid valve)를 더 포함하는
    유압 제어 시스템.
  14. 발전 시스템용 가변비 트랜스미션(variable ratio transmission)에 있어서,
    가변 속도로 구동되도록 구성된 트랜스미션 입력부와,
    일정한 속도 또는 가변 속도로 구동되도록 구성된 트랜스미션 출력부와,
    제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 유압 제어 시스템을 포함하는
    가변비 트랜스미션.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가변비 트랜스미션은 상기 트랜스미션 입력부와 상기 트랜스미션 출력부 사이의 유성 기어 장치(planetary gear arrangement)를 포함하고, 상기 유성 기어 장치는 상기 트랜스미션 입력부에 동작 가능하게 접속된 유성 기어 입력부, 상기 트랜스미션 출력부에 동작 가능하게 접속된 유성 기어 출력부, 및 상기 중첩 기어를 포함하는
    가변비 트랜스미션.
  16. 발전 시스템에 있어서,
    가변 속도로 구동되도록 구성된 회전자 또는 터빈과,
    일정한 속도 또는 가변 속도로 구동되도록 구성된 발전기와,
    상기 회전자 또는 터빈과 상기 발전기를 연결하는, 제 14 항 또는 제 15 항에 기재된 가변비 트랜스미션을 포함하는
    발전 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 발전 시스템은 정격 전력(rated power)을 갖고, 상기 가변 저속 동작 모드에 있을 때, 상기 발전 시스템으로부터의 전력 출력은 상기 정격 전력의 약 25% 이하이도록 제한되는
    발전 시스템.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 회전자 또는 터빈은 상기 중첩 기어의 각 속도(angular velocity)가 제로일 때 제로 슬립 속도(zero slip speed)를 갖고, 상기 가변 저속 동작 모드에서 최소 회전자 속도는 상기 제로 슬립 속도의 약 75% 이상인
    발전 시스템.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전 시스템은 정격 전력을 갖고, 상기 가변 저속 동작 모드를 달성하기 위한 상기 유압 제어 시스템 구성요소에 의해 요구된 최대 전력은 상기 발전 시스템의 정격 전력의 약 5% 이하인
    발전 시스템.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발전기는 대형 발전 시스템 또는 그리드에 의해 설정된 일정한 속도로 동작하는 동기식 발전기(synchronous generator)인
    발전 시스템.
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