KR20160064873A - Wind power generator pitch system and control method thereof - Google Patents

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KR20160064873A KR1020140169119A KR20140169119A KR20160064873A KR 20160064873 A KR20160064873 A KR 20160064873A KR 1020140169119 A KR1020140169119 A KR 1020140169119A KR 20140169119 A KR20140169119 A KR 20140169119A KR 20160064873 A KR20160064873 A KR 20160064873A
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Abstract

Disclosed are a wind power generator pitch system and a control method thereof. According to an embodiment of the present invention, the wind power generator pitch system comprises: a blade; a pitch drive unit changing a pitch angle of the blade; a vibration sensor installed in the blade to detect vibration of the blade, outputting a vibration signal; and a pitch control unit analyzing the vibration signal to control a pitch drive unit based on at least one of a vibration intensity maintaining time exceeding a set point, and a number of times generating vibration events. According to the present invention, provided are the wind power generator pitch system and the control method thereof, which independently and safely stops a pitch system by monitoring vibration within the pitch system to grasp an emergency.

Description

풍력발전기 피치 시스템 및 그 제어 방법{WIND POWER GENERATOR PITCH SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}[0001] WIND POWER GENERATOR PITCH SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF [0002]

본 발명은 풍력발전기 피치 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wind turbine pitch control system and method.

자연 에너지를 전기 에너지로 변환하여 사용하는 풍력발전기는 점차적으로 대용량 시스템으로 변화되고 있다. 이는 풍력발전기의 단위 기기당 얻을 수 있는 발전량을 늘릴 수 있는 장점을 가지고 있다. Wind turbines that convert natural energy into electrical energy are gradually changing to large-capacity systems. This has the advantage of increasing the amount of power generated per unit of wind turbine generator.

상용화 되어 있는 풍력발전기의 최대 용량은 7MW 정도로 시스템 크기가 커짐에 따라 시스템 구동을 위해 필요한 부품 역시 대형화로 변화 되고 있다.  The maximum capacity of the commercialized wind turbine is about 7MW. As the system size increases, the parts required for system operation are also becoming larger.

풍력 시스템 구성 요소 중 전기적 피치 시스템은 블레이드 각도를 가변 시켜 시스템의 안정적인 운전 및 최대 출력을 제어하는 역할을 하는 부품으로써 풍력발전시스템의 중요한 역할을 담당하고 있다. Among the components of the wind power system, the electric pitch system plays an important role in the wind power generation system as a part that controls the stable operation and the maximum output of the system by varying the blade angle.

한편, 도 1은 종래의 풍력발전기에 설치되는 피치 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a pitch system installed in a conventional wind turbine generator.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 풍력발전기 피치 시스템(Pitch system)은 복수의 블레이드(미도시)에 각각 대응되어 개별 피치각을 조절하는 피치 모터(1-1, 1-2, 1-3)와 피치 구동부(2-1, 2-1, 2-3), 주 전원이 차단되었을 때 긴급 운전을 위해 비상 전원을 공급하는 배터리(3-1, 3-2, 3-3), 그리고 슬립링을 통해 전달되는 전력을 각 피치 구동부(2-1, 2-2, 2-3)에 공급하거나 배터리(3-1, 3-2, 3-3)를 충전하고 이들의 전반적인 동작을 제어하는 피치 제어부(5)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a conventional wind power generator pitch system includes pitch motors 1-1, 1-2, and 1-3 (not shown) that respectively correspond to a plurality of blades A battery 3-1, 3-2, 3-3 for supplying emergency power for urgent operation when the main power is cut off, 2-2, and 2-3, charging the batteries 3-1, 3-2, 3-3, and controlling the overall operation of the batteries 3-1, 3-2, 3-3, And a pitch control unit 5.

일반적인 전력안정상태에서 피치 제어부(5)로부터 전력과 회전명령을 받은 피치 구동부(2-1, 2-2, 2-3)는 각각의 블레이드를 일정각도로 운전하여 바람에너지를 회전에너지로 변환시키고 안정적인 전력을 공급하도록 한다.The pitch driving units 2-1, 2-2, and 2-3, which receive power and rotation commands from the pitch control unit 5 in a general power stabilized state, convert the wind energy into rotational energy by driving each of the blades at a predetermined angle Provide stable power supply.

반면, 피치 제어부(5)는 상위 제어기(미도시)로부터 지락이나 단락 등의 비상 상황을 수신하면 수신되는 제어신호에 따라 각 블레이드의 각도를 안전한 페더링(Feathering) 위치시켜 풍력발전기를 비상 정지시키는 제어를 수행한다.On the other hand, when an emergency situation such as a ground fault or short-circuit is received from the host controller (not shown), the pitch controller 5 places the angle of each blade in a safe feathering position according to the received control signal to stop the wind generator Control is performed.

이 때, 피치 시스템은 계통과의 단절로 전원 라인으로 전원을 받을 수 없는 비상 상황에서는 배터리(3-1, 3-2, 3-3)의 비상 전원을 이용하여 피치 구동부(2-1, 2-2, 2-3)를 제어할 수 있다.At this time, in an emergency situation in which the pitch system can not receive power from the power supply line due to disconnection from the system, the pitch drive units 2-1 and 2-2 -2, and 2-3.

이러한, 피치 시스템은 도 1과 같이 풍력발전기의 전반적인 동작을 제어하는 상위 제어기와 연결된 제어 라인을 통한 지령을 받게 되는 구조로 구성되어 상위 제어기의 제어 지령에 따라 정상적으로 구동할 경우 큰 문제가 발생되지 않는다. 하지만, 상위 제어기의 고장이나 제어 라인의 단선 및 이유를 불문한 상위 제어기와의 연동이 불가능한 경우 피치 시스템 비상 제어가 불가능해져 정상 동작을 하지 못할 경우 대형 사고를 유발하는 문제점이 있다.As shown in FIG. 1, the pitch system is configured to receive a command through a control line connected to an upper controller for controlling the overall operation of the wind power generator, so that a large problem does not occur when the controller is normally operated according to a control command of the host controller . However, if it is impossible to interwork with the host controller regardless of the failure of the host controller or the control line, and the reasons for the failure of the control line, emergency control of the pitch system becomes impossible.

예컨대, 풍력발전기의 구동 중 상위 제어기의 비정상 동작 상황이나 연동 문제로 제어 불능상태가 발생되면, 블레이드의 피치각 조절이 불가능하여 안전한 페더링 위치로 이동시킬 수 없다. 더욱이, 펼쳐진 블레이드에 강한 바람이 불어오는 경우에는 블레이드나 로터의 손상뿐 아니라 풍력발전기가 전체가 무너지는 대형 사고가 발생되는 문제점이 있다.For example, if the abnormal operation state of the host controller or the inability to control due to the interlocking problem occurs during the operation of the wind turbine generator, it is impossible to adjust the pitch angle of the blade, and the blade can not be moved to the safe feathering position. Furthermore, when a strong wind is blown to the opened blade, there is a problem that not only the damage of the blade or the rotor but also a large accident that the entire wind turbine collapses occurs.

따라서, 상위 제어기의 비정상 동작 상황이나 연동이 불가능한 제어불능상태에서도 풍력발전기의 안정성을 확보할 수 있는 방안이 절실히 요구된다.Accordingly, there is a desperate need for a method for ensuring the stability of the wind turbine generator even in the abnormal operation state of the host controller or the inability to control the operation impossible.

특허문헌 1 : 일본공개특허 제2005-30263호 (2005.2.3. 공개)Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-30263 (published on March 2, 2005)

본 발명의 실시 예는 풍력발전기의 상위 제어기의 비정상 동작이나 연동이 불가능한 상황에서도 피치 시스템 내부 진동을 감시하여 비상상황을 파악하여 독립적으로 안전하게 정지시킬 수 있는 풍력발전기 피치 제어 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a wind turbine pitch control system and method for monitoring an internal vibration of a pitch system to detect an emergency situation and to stop the wind turbine safely independently even when an abnormal operation or an interlocking operation of an upper controller of the wind turbine is impossible do.

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기 피치 시스템은, 블레이드; 상기 블레이드의 피치각을 변경하는 피치 구동부; 상기 블레이드에 설치되어, 상기 블레이드의 진동을 감지하고 진동 신호를 출력하는 진동 센서; 및 상기 진동 신호를 분석하여, 설정치를 초과하는 진동 세기 유지 시간 및 진동 이벤트 발생 횟수 중 적어도 하나를 기초로 상기 피치 구동부를 제어하는 피치제어부를 포함한다.According to an aspect of the invention, a wind power generator pitch system comprises: a blade; A pitch driver for changing pitch angles of the blades; A vibration sensor installed on the blade for sensing a vibration of the blade and outputting a vibration signal; And a pitch controller for analyzing the vibration signal and controlling the pitch driver based on at least one of a vibration intensity holding time exceeding a set value and a vibration occurrence frequency.

또한, 상기 피치 제어부는, 상기 설정치를 초과한 진동 세기가 일정 유지 시간 동안 유지되면, 상기 진동 이벤트의 발생을 카운트하고, 상기 카운트 된 진동 이벤트 발생 횟수가 설정 횟수를 초과하면 피치각을 특정 값으로 조절할 수 있다.The pitch control unit counts the occurrence of the vibration event when the vibration intensity exceeding the set value is maintained for a predetermined holding time, and when the counted number of times of the vibration event occurrence exceeds the set number, Can be adjusted.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 풍력발전기의 피치 시스템 제어 방법은, a) 블레이드에 설치된 진동 센서로부터 진동 신호를 수집하는 단계; b) 상기 진동 신호를 분석하여, 진동 세기의 설정치를 초과여부를 판단하는 단계; c) 상기 초과한 진동 세기가 일정 시간 이상 유지되면, 진동 이벤트의 발생을 카운트하여 저장하는 단계; 및 d) 상기 진동 이벤트의 발생 횟수가 설정치를 초과하면 풍력발전기를 정지시키는 단계를 포함한다.Meanwhile, a pitch system control method for a wind turbine according to an aspect of the present invention includes the steps of: a) collecting a vibration signal from a vibration sensor installed on a blade; b) analyzing the vibration signal to determine whether the set value of the vibration intensity is exceeded; c) counting and storing the occurrence of the vibration event when the exceeding vibration intensity is maintained for a predetermined time or longer; And d) stopping the wind power generator when the number of occurrences of the vibration event exceeds a set value.

또한, 상기 b) 단계는, 상기 진동 세기가 설정치를 초과하면, 상기 진동 신호의 입력 시작시간 및 진동 세기를 저장하고, 상기 설정치를 초과하는 진동 세기의 유지 시간을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.The step b) may include storing the input start time and the vibration intensity of the vibration signal when the vibration intensity exceeds the set value, and measuring the holding time of the vibration intensity exceeding the set value .

또한, 상기 d) 단계는, 상기 진동 이벤트 카운트 횟수가 소정 시간 동안 상기 설정치를 초과하지 않으면, 상기 진동 이벤트 카운트 횟수를 초기화하는 단계를 포함할 수 있다.The step d) may include initializing the number of vibration event counts if the number of vibration event counts does not exceed the preset value for a predetermined time.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상위 제어기의 비정상 동작이나 연동이 불가능한 상황에서도 피치 시스템 내부 진동을 감시하여 비상상황을 파악하여 풍력발전기를 독립적으로 안전하게 정지시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to independently and safely stop the wind turbine by monitoring the internal vibration of the pitch system to detect an emergency situation even when the abnormal operation or interlocking of the host controller is impossible.

또한, 피치 시스템의 설비 에러, 나셀 내 센서의 에러, 제어 라인의 단선 및 기어박스와 같은 나셀 내 다양한 설비에러를 상위 제어기가 인식하지 못하더라도 신뢰성 있는 진동 센서를 통해 파악하고 안전한 정지를 유도함으로써 대형사고를 예방할 수 있다.Even if the host controller does not recognize various equipment errors in the nacelle, such as equipment errors in the pitch system, errors in the sensor in the nacelle, disconnection of the control line, gearbox, etc., It can prevent accidents.

또한, 진동 신호의 측정 시간 및 진동 이벤트 카운트 횟수를 누적하여 검증된 정지 이벤트를 발생함으로써 일시적인 진동으로 인한 잦은 정지 오류를 예방하고 정지 이벤트의 신뢰도를 높일 수 있다.Also, it is possible to prevent the frequent stop errors due to the temporary vibration and to increase the reliability of the stop events by generating the stopped stop events by accumulating the measurement time of the vibration signal and the number of vibration event counts.

도 1은 종래의 풍력발전기에 설치되는 피치 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 피치 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 내부 진동을 감시하는 하드웨어를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기 피치 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a block diagram schematically showing a pitch system installed in a conventional wind power generator.
2 is a block diagram schematically showing a configuration of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram schematically showing a configuration of a pitch system according to an embodiment of the present invention.
4 shows hardware for monitoring internal vibration according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of controlling the pitch of a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module," and " module ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.

명세서 전체에서, 제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.Throughout the specification, the terms first or second etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are intended to distinguish one element from another, for example, without departing from the scope of the invention in accordance with the concepts of the present invention, the first element may be termed the second element, The second component may also be referred to as a first component.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기 피치 제어 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A wind turbine pitch control system and method according to an embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing a configuration of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기(100)는 로터(110), 나셀(120) 및 타워(130)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 2, the wind turbine generator 100 includes a rotor 110, a nacelle 120, and a tower 130.

로터(110)는 바람에 의해 회전되는 부분으로 복수의 블레이드(111)가 설치되며, 내부에는 각 블레이드(111)의 피치각도를 조절하는 피치 시스템(112)을 포함한다. The rotor 110 includes a plurality of blades 111, which are rotated by the wind, and a pitch system 112 for adjusting the pitch angle of the blades 111 in the rotor 110.

이하, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 블레이드(111)의 수를 3개로 가정하여 설명하나, 이에 한정되지 않으며 설계에 따라 그 수가 가감될 수 있다.In the following description of the embodiment of the present invention, it is assumed that the number of the blades 111 is three, but the number of the blades 111 is not limited thereto and may be increased or decreased according to the design.

복수의 블레이드(111)는 바람의 방향에 대한 피치각이 조절될 수 있도록 회전 가능하게 로터(110)에 결합된다.The plurality of blades 111 are rotatably coupled to the rotor 110 so that the pitch angle with respect to the wind direction can be adjusted.

피치 시스템(112)은 복수의 블레이드(111)에 대한 개별 피치각을 독립적으로 제어한다.The pitch system 112 independently controls the individual pitch angles for the plurality of blades 111.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른, 피치 시스템(112)은 피치 시스템 내부 진동을 감시하여 비상상황을 파악하며 상위 제어기(메인 제어기라고도 함)의 지령 없이도 독립적으로 페더링 제어를 하여 안전하게 정지시킬 수 있다. Particularly, according to the embodiment of the present invention, the pitch system 112 monitors the internal vibration of the pitch system to grasp the emergency situation and can safely stop the control by independently performing the feathering control without the command of the host controller (also referred to as the main controller) have.

따라서, 피치 시스템(112)은 상위 제어기의 비정상 동작이나 연동이 불가능한 상황에서도 설정 이상의 진동측정 측정결과에 따라 독립적으로 풍력발전기를 안전하게 정지시킬 수 있으며, 이에 대한 설명은 뒤에서 자세히 언급하도록 한다.Therefore, the pitch system 112 can safely stop the wind turbine generator independently in accordance with the vibration measurement measurement result that is higher than the set value even when the abnormal operation of the host controller or the interlocking operation is not possible.

한편, 나셀(120)의 내부에는 메인 샤프트(121), 기어박스(122), 발전기축(123), 발전기(124) 및 컨트롤 박스(125) 등이 설치될 수 있다. The main shaft 121, the gear box 122, the generator shaft 123, the generator 124, and the control box 125 may be installed inside the nacelle 120.

기어박스(122)는 로터(110)의 회전력을 전달하는 메인 샤프트(121)에 연결되어, 로터(110)가 바람에 의해 회전되면 메인 샤프트(121)를 통하여 전달되는 회전력을 증속시켜 발전기축(123)을 통해 발전기(124)로 전달할 수 있다. 그리고, 발전기(124)는 전달되는 회전력을 전기에너지로 변환한다.The gear box 122 is connected to the main shaft 121 that transmits the rotational force of the rotor 110. When the rotor 110 is rotated by the wind, the gear box 122 increases the rotational force transmitted through the main shaft 121, 123 to the generator 124. [ Then, the generator 124 converts the transmitted rotational force into electric energy.

컨트롤 박스(125)는 입출력 포트(도시되지 않음) 등이 구비된 전기적 연결장치로, 예컨대, 로터(110) 및 나셀(120)에 포함되는 각종 장비와 후술되는 상위 제어기(131)를 전기적으로 연결시키기 위한 단자 등을 포함한다.The control box 125 is an electrical connection device having an input and output port (not shown) or the like and electrically connects various devices included in the rotor 110 and the nacelle 120 to a host controller 131 And the like.

이 밖에도 나셀(120)은 타워(130)에 의해 지지되며 지면으로부터 소정의 높이에서 타워(130)의 길이방향 축을 중심으로 요잉(yawing) 가능하게 설치될 수 있는데, 이는 출원 시 공지된 다양한 기술을 이용할 수 있으므로, 본 명세서에서 상세한 설명은 생략한다.In addition, the nacelle 120 may be supported by the tower 130 and may be yawing about a longitudinal axis of the tower 130 at a predetermined height from the ground, The detailed description thereof will be omitted herein.

한편, 타워(130)의 내부에는 상위 제어기(131) 및 컨버터(132)가 설치될 수 있다.Meanwhile, an upper controller 131 and a converter 132 may be installed inside the tower 130.

상위 제어기(131)는 풍력발전기(100)의 정상 운전이나 비상 정지의 상황에 맞게 로터(110), 나셀(120) 및 컨버터(132)에 포함된 각종 장치의 작동을 제어할 수 있다.The host controller 131 can control the operation of various devices included in the rotor 110, the nacelle 120 and the converter 132 in accordance with the normal operation or emergency stop of the wind power generator 100.

컨버터(132)는 로터(110)의 회전에 의해 발전기(124)로부터 생성된 전기에너지를 계통(140)으로 공급하기에 적합한 안정적인 전력으로 변환한다.The converter 132 converts electrical energy generated from the generator 124 by rotation of the rotor 110 into stable power suitable for supplying to the system 140.

한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 피치 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram schematically illustrating the configuration of a pitch system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 피치 시스템(112)은 복수의 블레이드(111)에 각각 대응되게 설치되는 피치 모터(10-1, 10-2, 10-3), 피치 구동부(20-1, 20-2, 20-3), 배터리(30-1, 30-2, 30-3), 진동 센서(40-1, 40-2, 40-3), 그리고 슬립링(50)을 통해 전달되는 전력을 각 피치 구동부(20)에 공급하고 피치 시스템(112)의 전반적인 동작을 제어하는 피치 제어부(60)를 포함하여 이루어진다. 3, the pitch system 112 according to the embodiment of the present invention includes pitch motors 10-1, 10-2, and 10-3 provided corresponding to the plurality of blades 111, a pitch drive unit The vibration sensors 40-1, 40-2, and 40-3, and the slip rings 50, 50-1, 50-2, And a pitch control unit 60 for controlling the overall operation of the pitch system 112 by supplying power to the respective pitch driving units 20. [

이하, 피치 시스템(112)의 세부 구성을 설명함에 있어서, 대표로 하나의 블레이드(111)와 그에 대응되는 구성들을 예로 설명하되, 동일한 나머지 구성들 또한 동일한 기능을 갖는다.Hereinafter, in describing the detailed configuration of the pitch system 112, one blade 111 and its corresponding configurations will be described as an example, and the same remaining functions also have the same functions.

피치 모터(10)는 회전축에 형성된 기어(미도시)를 이용하여 로터(110)의 허브에 회전 가능하게 결합되는 피치 베어링(미도시)을 통해 블레이드(111)를 회전시킨다.The pitch motor 10 rotates the blade 111 through a pitch bearing (not shown) rotatably coupled to the hub of the rotor 110 using a gear (not shown) formed on the rotation shaft.

이 때, 피치 모터(10)의 회전기어는 블레이드(111)에 결합된 피치 베어링의 내륜에 형성된 기어이빨과 맞물려 블레이드(111)를 회전시킬 수 있다.At this time, the rotating gear of the pitch motor 10 can rotate with the gear teeth formed on the inner ring of the pitch bearing coupled to the blade 111 to rotate the blade 111.

피치 구동부(20)는 피치 제어부(60)로부터 3상 전원과 회전 명령을 받아 피치 모터(10)를 구동하여 블레이드(111)의 피치 각도를 회전시킨다.The pitch drive unit 20 receives the rotation command from the pitch control unit 60 and the three-phase power source, and drives the pitch motor 10 to rotate the pitch angle of the blade 111.

피치 구동부(20)는 산업용 인버터(inverter)로 구성될 수 있으며, 일 예로서 다이오드 및 스위치 소자와 같은 전력용 반도체를 사용하여 교류전원을 직류전원으로 변환시킨 후, 이를 다시 소정의 주파수 및 소정의 전압의 교류로 전환시켜 피치 모터(10)의 회전속도를 제어할 수 있다.The pitch drive unit 20 may be an industrial inverter. For example, the pitch drive unit 20 may convert an AC power source to a DC power source by using a power semiconductor such as a diode and a switch element, It is possible to control the rotational speed of the pitch motor 10 by switching to alternating voltage.

배터리(30)는 전원 라인의 단락이나 계통의 고장으로 인한 비상 상황으로 주 전원 공급이 중단되면 비상 전원을 공급하여 각 블레이드(111)의 페더링 동작을 제어할 수 있도록 한다.When the main power supply is interrupted due to a short circuit of the power supply line or a failure of the system, the battery 30 is supplied with the emergency power so as to control the feathering operation of each blade 111.

진동 센서(40)는 피치 시스템(112) 내에 설치되어 풍력발전기 운전에 따른 진동을 감지하여 진동 신호를 출력한다.The vibration sensor 40 is installed in the pitch system 112 to sense the vibration caused by the operation of the wind power generator and output a vibration signal.

이 때, 진동 센서(40)는 각 블레이드(111)에 대응되게 설치되어 블레이드의개별 진동 신호를 출력할 수 있다.At this time, the vibration sensor 40 is provided corresponding to each of the blades 111, and can output individual vibration signals of the blades.

여기서, 피치 시스템(112)이나 블레이드(111)에서 발생되는 진동은 기구적인 구성품의 고장으로 인한 진동이거나, 돌풍과 같은 급작스런 주변 환경 변화에 의한 것일 수 있다. 특히, 풍력발전기는 풍속자원이 많은 산간지역이나 해상에 설치되므로 급작스런 기상변화나 벼락 및 돌풍 등으로 인해 블레이드(111)와 같은 구성품의 손상이 종종 발생한다. Here, the vibration generated in the pitch system 112 or the blade 111 may be caused by a mechanical component failure or a sudden change in the surrounding environment such as a gust. Particularly, since the wind turbine is installed in the mountainous region or the sea where the wind speed resources are large, damage of the components such as the blade 111 often occurs due to sudden change of the weather, lightning and wind.

그러나, 기존의 상위 제어기(131)에서의 정지 지령은 주로 풍력단지 내 기상 타워에서의 풍속을 측정에 근거한 것이고, 이는 실제 단지 내 배치된 풍력발전기 설치위치와 상이하여 측정된 풍속의 정확도가 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 변화무쌍한 기상조건에서는 풍속만으로 실제 풍력발전기에 처한 위험을 예측하기에 한계가 있다.However, the stop command in the existing host controller 131 is mainly based on the measurement of the wind speed in the weather tower in the wind farm, which is different from the actual wind turbine installation position in the actual complex, . Therefore, there is a limitation in predicting the actual wind turbine dangers in wind turbines under varying weather conditions.

반면, 본 발명의 실시 예에 따른 진동 센서(40)는 주변환경의 영향이 피치 시스템이나 블레이드(111)에 가해지는 진동을 직접 측정함으로써 풍력발전기의 위험 감지에 가장 신뢰도가 높은 감지정보이며, 피치 제어부(60)를 이러한 진동을 통하여 비상 정지를 제어할 수 있다.On the other hand, the vibration sensor 40 according to the embodiment of the present invention is the most reliable detection information for detecting the danger of the wind power generator by directly measuring the vibration applied to the pitch system or the blade 111 by the influence of the surrounding environment, The control section 60 can control the emergency stop through this vibration.

피치 제어부(60)는 피치 시스템(112)의 운전을 위한 피치 시스템 내 각 구성의 전반적인 동작을 제어한다.The pitch control unit 60 controls the overall operation of each configuration in the pitch system for operation of the pitch system 112. [

피치 제어부(60)는 풍력발전기(100)의 정상 운전 중 블레이드(111)의 개별 피치를 제어하기 위하여 피치 구동부(20)로의 주 전원과 제어 지령을 전달한다.The pitch control unit 60 transmits a main power source and a control command to the pitch driving unit 20 to control the individual pitches of the blades 111 during normal operation of the wind power generator 100.

피치 제어부(60)는 진동 센서(40)의 진동 측정 정보를 수집하여 일정 설정 치를 초과하는 진동 이벤트를 항시 감시토록 운전한다.The pitch control unit 60 collects the vibration measurement information of the vibration sensor 40 and operates to monitor the vibration event exceeding the predetermined set value at all times.

그리고, 피치 제어부(60)는 상기 설정치를 초과하는 진동 세기 유지 시간 및 진동 이벤트 발생 횟수를 누적한 값이 미리 설정된 최종 정지 수행치를 초과하면 정지 이벤트 발생으로 판단한다.The pitch controller 60 determines that a stop event has occurred when the accumulated value of the vibration intensity holding time exceeding the set value and the number of vibration event occurrences exceeds a predetermined final stop performance value.

피치 제어부(60)는 상기 정지 이벤트 발생 시 블레이드(111)가 지면과 평행하도록 안전하게 페더링(Feathering) 제어를 하여 풍력발전기를 정지시킨다. The pitch control unit 60 safely controls the blade 111 so that the blade 111 is parallel to the ground when the stop event occurs, thereby stopping the wind power generator.

이 때, 피치 제어부(60)는 상위 제어기(131)의 풍력발전기 정지 시퀸스에 상관 없이 독립적으로 위험을 판단하여 풍력발전기의 정지를 제어할 수 있으며, 이와 관련해서는 뒤에서 도 5를 통해 구체적으로 설명하기로 한다.At this time, the pitch controller 60 can independently control the stoppage of the wind power generator by independently determining the risk regardless of the stopping sequence of the wind power generator of the host controller 131. In this regard, .

한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 내부 진동을 감시하는 하드웨어를 나타낸다.Meanwhile, FIG. 4 shows hardware for monitoring internal vibration according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 4를 참조하면, 피치 제어부(60)는 내부에 입출력 접점(Digital Input/Output, DIO)을 활용하는 하드웨어를 구성하여 설정 진동 세기를 초과하는 진동 이벤트 발생 시 상위 풍력발전기 내에 있는 안전 라인(Safety line)과 연동하여 블레이드 페더링 제어와 함께 풍력 시스템 설비들이 정지 시퀸스로 동작하도록 제어 할 수 있다. Referring to FIG. 4, the pitch control unit 60 may include hardware that utilizes digital input / output (DIO) in the interior of the pitch control unit 60. In response to a vibration event exceeding the preset vibration intensity, (Safety line) to control the wind turbine system to operate as a stationary sequence with blade feathering control.

이 때, 나셀의 내부 진동을 감지하는 제4 진동 센서를 더 구비하여 상위 제어기(131)가 감지하지 못하는 나셀 내부의 페일이나 고장 이벤트를 더 감지할 수 있으며, 이러한 이벤트를 기초로 풍력발전기의 안전한 동작 제어를 위한 상위 시스템과 연동할 수 있다. In this case, a fourth vibration sensor for detecting the internal vibration of the nacelle may further be provided to further detect faults or failure events in the nacelle that the upper controller 131 can not detect. Based on such events, It can be linked with an upper system for operation control.

이러한, 기존의 피치 제어부(60)가 상위 제어기로부터 정지 지령을 순방향으로 하달 받는 구조였다면, 피치 제어부(60)가 역방향으로 상위 제어기에 정지 신호 이벤트를 전달할 수 있는 구조를 갖는 점과 별도의 추가 제어기의 구성 없이도 나셀 내부의 고장 이벤트를 감지할 수 있는 점에서 차이가 있다. If the conventional pitch control unit 60 receives a stop command from the host controller in the forward direction, the pitch control unit 60 has a structure capable of transmitting a stop signal event to the host controller in the reverse direction, The failure event in the nacelle can be detected without the configuration of the nacelle.

한편, 전술한 본 발명의 실시 예에 따른 피치 시스템의 구성을 바탕으로 하는 풍력발전기 피치 제어 방법을 다음의 도 5를 통해 설명한다.A method of controlling the pitch of a wind power generator based on the configuration of the pitch system according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기 피치 제어 방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method of controlling the pitch of a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 피치 시스템(112)은 진동 센서(40)들로부터 풍력발전기의 운전 중 발생하는 진동 신호를 수집한다(S101)5, the pitch system 112 according to the embodiment of the present invention collects vibration signals generated during operation of the wind power generator from the vibration sensors 40 (S101)

피치 시스템(112)은 수집된 진동 신호의 진동 세기를 분석하여(S102), 상기 진동 세기가 제1 설정치를 초과하면(S103; 예), 상기 진동 신호의 입력 시작시간 및 진동 세기를 저장한다(S104). 여기서, 상기 제1 설정치는 풍력발전기의 안전을 위해 허용 되는 최대 한계 진동 값을 의미한다. The pitch system 112 analyzes the vibration intensity of the collected vibration signal (S102). If the vibration intensity exceeds the first preset value (S103; Yes), the pitch system 112 stores the input start time and the vibration intensity of the vibration signal S104). Here, the first set value means a maximum limit vibration value allowed for the safety of the wind power generator.

피치 시스템(112)은 상기 진동 신호의 입력 시작시간으로부터 진동 세기가 상기 제1 설정치를 초과하는 유지 시간을 측정하여 상기 제1 설정치를 초과한 진동 세기가 일정 시간 이상 지속적으로 유지되면(S105; 예), 진동 이벤트 카운트를 1만큼 증가하여 저장하고 진동 신호 입력 종료시간을 저장한다(S106).The pitch system 112 measures a holding time at which the vibration intensity exceeds the first set value from the input start time of the vibration signal, and if the vibration intensity exceeding the first set value is continuously maintained for a predetermined time or more (S105; Yes ), The vibration event count is incremented by one and stored, and the vibration signal input end time is stored (S106).

이상에서 피치 시스템(112)은 제1 설정치를 초과한 진동 크기가 일정 시간 이상 유지된 조건으로 진동 이벤트가 발생한 것으로 판단하고, 그에 따른 진동 이벤트 카운트 횟수를 1만큼 누적하여 저장하는 것이다.In this case, the pitch system 112 determines that the vibration event has occurred on condition that the vibration magnitude exceeding the first set value is maintained for a predetermined time, and accumulates and accumulates the number of vibration event counts corresponding thereto by one.

그리고, 피치 시스템(112)은 누적된 상기 진동 이벤트 카운트 횟수가 제2 설정치(예; 3회)를 초과하면(S107; 예), 지속적인 과진동이 발생하는 것으로 판단하여 풍력발전기 정지 이벤트를 발생시키고 블레이드를 지면과 평행한 페더링 위치로 제어를 한다(S108).The pitch system 112 determines that continuous overvibration occurs when the accumulated number of times of the vibration event count exceeds a second set value (e.g., three times) (S107; Yes), and generates a wind power generator stop event The blade is controlled to a feathering position parallel to the ground (S108).

이때, 피치 시스템(112)은 상기 정지 이벤트를 풍력발전기의 상위 제어기나 상위 시스템의 안전 라인을 통해 전달하여 풍력발전기가 안전하게 정지할 수 있도록 한다. At this time, the pitch system 112 transmits the stop event through an upper level controller of the wind power generator or a safety line of an upper system so that the wind power generator can be safely stopped.

한편, 이상의 설명에서 피치 제어 시스템(112)이 진동 세기의 상기 유지 시간을 측정하고, 상기 진동 이벤트 횟수를 누적하여 저장하는 이유는, 풍력발전기에서는 위험상황이 아닌 순간 돌풍 등의 영향으로 일시적으로 큰 진동이 종종 검출될 수 있기 때문에 이러한 노이즈를 제거하기 위한 것이다.On the other hand, in the above description, the reason why the pitch control system 112 measures the holding time of the vibration intensity and accumulates and stores the vibration event counts is that the wind power generator is temporarily large This is to eliminate such noise because vibration can often be detected.

만약, 피치 제어 시스템(112)이 제1 설정치를 초과하는 진동을 검출하거나 상기 진동 이벤트로 판단할 때마다 운전을 정지시키는 경우 순간 돌풍에도 민감하여 잦은 운전의 정지 이벤트가 발생하게 된다. 이는 풍력발전기의 전체 운전시간의 감소와 그에 따른 전력생산량이 감소하는 문제가 있으며, 전체적인 운용면에서도 신뢰도가 떨어지는 문제점이 발생한다.If the pitch control system 112 detects the vibration exceeding the first set value or stops the operation every time it determines that the vibration event is occurred, the pitch control system 112 is sensitive to the instantaneous blast and the frequent operation stop event occurs. This results in a problem that the overall operation time of the wind turbine is reduced and the power generation amount is reduced, and the reliability of the entire operation is lowered.

따라서, 피치 시스템(112)은 다음과 같은 과정으로 노이즈를 필터링하고 진동 이벤트 판단을 검증하여 풍력발전기의 민감한 정지오류를 방지할 수 있다.Accordingly, the pitch system 112 can filter the noise and verify the vibration event judgment by the following process to prevent sensitive stop error of the wind power generator.

피치 시스템(112)은 상기 S103 단계에서, 수집된 진동 세기가 제1 설정치를 초과하지 않으면 무시하고(S103; 아니오)한다. 그리고, 상기 S105 단계에서, 상기 제1 설정치를 초과한 진동 세기가 일정 시간 이상 유지되지 않으면 일시적인 것으로 판단하여 이와 관련된 저장 정보를 삭제하고 무시한다(S105; 아니오).In step S103, the pitch system 112 ignores the collected vibration intensity if the collected vibration intensity does not exceed the first set value (S103: NO). If the vibration intensity exceeding the first set value is not maintained for a predetermined time or more in step S105, it is determined that the vibration intensity is temporary, and the stored information related thereto is deleted and ignored (S105;

또한, 피치 시스템(112)은 상기 S107 단계에서 진동 이벤트 카운트 횟수가 상기 제2 설정치를 초과하지 않으면 상기 S101 단계로 돌아가 제2 설정치를 초과할 대까지 진동 신호의 크기를 재 측정한다(S107; 아니오). If the number of vibration event counts does not exceed the second set value in step S107, the pitch system 112 returns to step S101 and re-measures the magnitude of the vibration signal until it exceeds the second set value (S107: NO ).

또한, 도면에서는 생략되었으나, 피치 시스템(112)은 상기 누적된 진동 이벤트 카운트 횟수가 소정 시간 동안 제2 설정치를 초과하지 않으면 상기 누적된 진동 이벤트 카운트 횟수를 리셋하여 초기화할 수 있다.Also, although not shown in the figure, the pitch system 112 may reset the accumulated vibration event count number and initialize the accumulated vibration event count number if the accumulated vibration event count number does not exceed the second set value for a predetermined time.

이와 같은 본 발명의 실시 예에 따르면, 상위 제어기의 비정상 동작이나 연동이 불가능한 상황에서도 피치 시스템 내부 진동을 감시하여 비상상황을 파악하여 풍력발전기를 독립적으로 안전하게 정지시킬 수 있는 효과가 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to independently and safely stop the wind turbine by monitoring the internal vibration of the pitch system to detect an emergency situation even when the abnormal operation or interlocking of the host controller is impossible.

또한, 피치 시스템의 설비 에러, 나셀 내 센서의 에러, 제어 라인의 단선 및 기어박스와 같은 나셀 내 다양한 설비에러를 상위 제어기가 인식하지 못하더라도 신뢰성 있는 진동 센서를 통해 파악하여 안전한 정지를 유도함으로써 대형사고를 예방할 수 있다.In addition, even if the host controller does not recognize various equipment errors in the nacelle, such as equipment errors in the pitch system, sensor errors in the nacelle, disconnection of the control lines, and gearboxes, It can prevent accidents.

또한, 진동 신호의 측정 시간 및 진동 이벤트 카운트 횟수를 누적하여 검증된 정지 이벤트를 발생함으로써 정지 이벤트의 신뢰도를 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that the reliability of the stop event can be increased by generating the stop event which is verified by accumulating the measurement time of the vibration signal and the number of vibration event counts.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

100: 풍력발전기 110: 로터
111: 블레이드 112: 피치 시스템
10: 피치 모터 20: 피치 구동부
30: 배터리 40: 진동 센서
50: 슬립링 60: 피치 제어부
120: 나셀 121: 메인 샤프트
122: 기어박스 123: 발전기축
124: 발전기 125: 컨트롤 박스
130: 타워 131: 상위 제어기(메인 제어기)
132: 컨버터100: Wind power generator 110: Rotor
111: Blade 112: Pitch system
10: pitch motor 20: pitch driver
30: Battery 40: Vibration sensor
50: slip ring 60: pitch control section
120: Nacelle 121: Main shaft
122: Gear box 123:
124: generator 125: control box
130: Tower 131: Host controller (main controller)
132: Converter

Claims (5)

블레이드;
상기 블레이드의 피치각을 변경하는 피치 구동부;
상기 블레이드에 설치되어, 상기 블레이드의 진동을 감지하고 진동 신호를 출력하는 진동 센서; 및
상기 진동 신호를 분석하여, 설정치를 초과하는 진동 세기 유지 시간 및 진동 이벤트 발생 횟수 중 적어도 하나를 기초로 상기 피치 구동부를 제어하는 피치제어부를 포함하는 피치 시스템.blade;
A pitch driver for changing pitch angles of the blades;
A vibration sensor installed on the blade for sensing a vibration of the blade and outputting a vibration signal; And
And a pitch controller for analyzing the vibration signal to control the pitch driver based on at least one of a vibration intensity holding time exceeding a set value and a vibration occurrence frequency. 제 1 항에 있어서,
상기 피치 제어부는,
상기 설정치를 초과한 진동 세기가 일정 유지 시간 동안 유지되면, 상기 진동 이벤트의 발생을 카운트하고, 상기 카운트 된 진동 이벤트 발생 횟수가 설정 횟수를 초과하면 피치각을 특정 값으로 조절하는 피치 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the pitch control unit includes:
Counting the occurrence of the vibration event when the vibration intensity exceeding the set value is maintained for a predetermined holding time and adjusting the pitch angle to a specific value when the counted number of times of the vibration event occurrence exceeds the set number. a) 블레이드에 설치된 진동 센서로부터 진동 신호를 수집하는 단계;
b) 상기 진동 신호를 분석하여, 진동 세기의 설정치를 초과여부를 판단하는 단계;
c) 초과한 진동 세기가 일정 시간 이상 유지되면, 진동 이벤트의 발생을 카운트하여 저장하는 단계; 및
d) 상기 진동 이벤트의 발생 횟수가 설정치를 초과하면 풍력발전기를 정지시키는 단계를 포함하는 피치 제어 방법.a) collecting a vibration signal from a vibration sensor installed on the blade;
b) analyzing the vibration signal to determine whether the set value of the vibration intensity is exceeded;
c) counting and storing the occurrence of the vibration event when the exceeding vibration intensity is maintained for a predetermined time or more; And
d) stopping the wind power generator when the number of occurrences of the vibration event exceeds a set value. 제 3 항에 있어서,
상기 b) 단계는,
상기 진동 세기가 설정치를 초과하면, 상기 진동 신호의 입력 시작시간 및 진동 세기를 저장하고, 상기 설정치를 초과하는 진동 세기의 유지 시간을 측정하는 단계를 포함하는 피치 제어 방법.The method of claim 3,
The step b)
And storing the input start time and the vibration intensity of the vibration signal when the vibration intensity exceeds a set value, and measuring a holding time of the vibration intensity exceeding the set value. 제 3 항에 있어서,
상기 d) 단계는,
상기 진동 이벤트 카운트 횟수가 소정 시간 동안 상기 설정치를 초과하지 않으면, 상기 진동 이벤트 카운트 횟수를 초기화하는 단계를 포함하는 피치 제어 방법.The method of claim 3,
The step d)
And initializing the number of vibration event counts if the number of vibration event counts does not exceed the set value for a predetermined time.
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