KR20220136924A - 풍력 터빈용 전기 필터 - Google Patents

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에이나르 브이. 라센
리지스 페론
가르시아 하비에르 킬라
빈센트 케르버리어우
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제너럴 일렉트릭 레노바블레스 에스빠냐 에스.엘.유.
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Abstract

본 개시는 지지 구조체 상에 지지된 복수의 블레이드를 갖는 풍력 터빈 로터, 전력을 생성하기 위해 상기 풍력 터빈 로터에 작동 가능하게 커플링된 발전기, 상기 발전기에 의해 생성된 전력을 소정의 주파수 및 전압의 변환된 AC 전력으로 변환하기 위한 전력 전자 컨버터, 및 상기 변환된 AC 전력을 더 높은 전압으로 변압하기 위한 저전압측 및 고전압측을 갖는 메인 풍력 터빈 변압기를 포함하는 풍력 터빈에 관한 것이다. 하나 이상의 전기 필터가 상기 메인 변압기의 고전압측에 연결되며, 상기 전기 필터는 상기 지지 구조체 내에 배치된다. 본 개시는 또한 풍력 발전 단지, 특히 해상 풍력 발전 단지, 및 풍력 발전 단지를 운영하는 방법에 관한 것이다.

Description

풍력 터빈용 전기 필터{ELECTRIC FILTERS FOR WIND TURBINES}
본 개시는 풍력 터빈에 관한 것으로, 특히 풍력 터빈과 조합하여 사용하기 위한 전기 필터에 관한 것이다. 본 개시는 또한 풍력 터빈, 및 이러한 전기 필터가 마련된 풍력 발전 단지(wind farm)에 관한 것이다.
현대의 풍력 터빈은 공통적으로 전기 그리드(electrical grid)에 전기를 공급하는 데 이용된다. 이러한 종류의 풍력 터빈은 일반적으로 타워와, 타워 상에 배치된 로터를 포함한다. 통상적으로 허브와 복수의 블레이드를 포함하는 상기 로터는 상기 블레이드에 대한 바람의 영향 하에 회전하도록 설정된다. 상기 회전은, 보통 로터 샤프트를 통해, 직접 또는 기어박스를 통해 발전기로 전달되는 토크를 생성한다. 이러한 방식으로, 상기 발전기는 전기 그리드에 공급할 수 있는 전기를 생산한다.
상기 풍력 터빈 허브는 나셀(nacelle)의 전방에 회전 가능하게 커플링될 수 있다. 상기 풍력 터빈 허브는 로터 샤프트에 연결될 수 있고, 그 다음, 상기 로터 샤프트는 상기 나셀 내부의 프레임 내에 배치된 하나 이상의 로터 샤프트 베어링을 이용하여 상기 나셀 내에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 상기 나셀은, 예컨대 기어박스(있는 경우) 및 발전기, 그리고 풍력 터빈에 따라, 전력 컨버터 및 보조 시스템과 같은 추가 구성 요소를 포함하고 보호하는 풍력 터빈 타워의 상단에 배치된 하우징이다.
풍력 터빈은 종종 소위 "풍력 발전 단지"에서 함께 그룹화된다. 풍력 발전 단지는 복수의 풍력 터빈을 포함한다. 이들 풍력 터빈은 풍력 발전 단지의 로컬(내부) 전기 그리드에 연결될 수 있다. 상기 풍력 발전 단지의 내부 전기 그리드는 복수의 스트링을 포함할 수 있고, 다수의 풍력 터빈이 이들 스트링 각각에 연결될 수 있다. 상기 풍력 발전 단지의 이 전기 그리드는 공통 커플링 지점(point of common coupling; PCC)에서 메인 전력망에 연결될 수 있다.
풍력 터빈 분야에서의 중요한 추세는 해상 풍력 발전 단지(offshore wind park)에 터빈을 배치하는 것이다. 해상 풍력 발전 단지는 고전압 송전선, 예컨대, 고전압 교류(HVAC) 송전 또는 고전압 직류(HVDC) 송전을 통해 본토 전기 그리드에 연결될 수 있다.
풍력 터빈은 예컨대 33kV 또는 66kV의 전압에서 내부 풍력 발전 단지 그리드에 전력을 공급할 수 있다. 변전소에서, 상기 전압은 고전압 변압기를 사용하여 수백 kV까지 올라갈 수 있다. 이어서, 고전압 전력은 본토 전기 그리드에 연결된 고전압 송전선에 공급될 수 있다. 변전소에는 회로 차단기, 서지 피뢰기(surge arrester), 커패시터 뱅크 등이 포함될 수도 있다.
풍력 에너지 분야에서의 여러 추세로 인해 풍력 발전 단지, 특히 해상 풍력 발전 단지에서 고조파 필터(harmonic filter)의 사용에 대한 필요성이 증가하고 있다. 풍력 발전 단지는 해안에서 먼 거리에 위치할 수 있다. 풍력 터빈은 크기와 전력 출력이 크게 증가했다. 5MW, 7MW, 10MW 이상의 개별 풍력 터빈에 대한 공칭 정격 전력(nominal power rating)이 알려져 있다. 크기의 증가로 인해 풍력 발전 단지 내의 풍력 터빈은 서로의 거리가 증가하여 배치되고, 이로 인해 전기 케이블이 길어질 수 있다.
송전선과 케이블의 길이가 증가함에 따라, 케이블 커패시턴스가 증가한다. 이러한 풍력 발전 단지에서 대형 풍력 터빈을 함께 그룹화하면 케이블의 커패시턴스와 변전소의 변압기 및 풍력 터빈의 유도 특성 사이에 전기 공진(electrical resonance)이 발생하는 회로가 생성된다. 이들 공진의 주파수는 연결된 케이블의 수 및 동작 중인 풍력 터빈의 수에 따라 변동한다. 이러한 공진은 풍력 터빈으로부터의 고조파 방출과 함께 PCC에서 과도한 왜곡을 유발할 수 있다.
풍력 발전 단지의 변전소에서 고조파를 감소시키기 위한 필터를 포함시키는 것은 당업계에 공지되어 있다. 그러나 고조파 필터를 수용하기 위해 설비의 물리적 크기를 늘리는 데에는 (경제적 및 기타) 단점이 있다.
본 개시의 일양태에서, 지지 구조체 상에 지지된 복수의 블레이드를 갖는 풍력 터빈 로터, 및 전력을 생성하기 위해 상기 풍력 터빈 로터에 동작가능하게 커플링된 발전기를 포함하는 풍력 터빈이 제공된다. 상기 풍력 터빈은 상기 발전기에 의해 생성된 전력을 소정의 주파수 및 전압의 변환된 AC 전력으로 변환하기 위한 전력 전자 컨버터(power electronic converter), 및 상기 변환된 AC 전력을 보다 높은 전압으로 변압하기 위한 저전압측 및 고전압측을 갖는 메인 풍력 터빈 변압기를 더 포함한다. 상기 풍력 터빈은 상기 메인 변압기의 고전압측에 연결된 하나 이상의 전기 필터를 더 포함하고, 상기 전기 필터는 상기 지지 구조체 내에 배치된다.
이 양태에 따르면, 전기 필터가 함께 배치된 풍력 터빈이 제공된다. 풍력 발전 단지에서, 다수의 풍력 터빈이 함께 그룹화될 수 있다. 하나 이상의 개별 풍력 터빈과 함께 전기 필터를 배치함으로써, 변전소에서 전기 필터가 덜 필요하거나 필요하지 않게 된다. 상기 전기 필터는 상기 메인 변압기의 고전압측에 연결되며, 풍력 발전 단지 그리드의 중전압선(예: 33kV, 35kV, 60kV, 66kV 또는 132kV)에서 고조파를 효과적으로 감쇠할 수 있다.
본원에서 전기 필터는 전기 시스템에서의 왜곡을 감소시키도록 구성된 전기 시스템에 연결된 임의의 전기 회로 또는 장치로 간주될 수 있다. 이러한 왜곡 중 하나는 고조파일 수 있다. 그리고 본 개시의 범위 내에서 사용될 수 있는 전기 필터의 한 가지 종류는 고조파 필터이다. 본 개시의 범위 내에서, 상기 전기 필터는 예컨대 그리드 공진에 감쇠를 추가하도록 구성된 감쇠 필터(damped filter) 또는 조정 필터(tuned filter) 등일 수 있다.
본원에서 고조파 필터는 고조파 전류(즉, 시스템의 기본 주파수의 정수배인 주파수의 왜곡)를 분로(shunt)하거나 차단하도록 설계된 직렬 또는 병렬 공진 회로로 간주될 수 있다. 이들은 소스로부터 시스템(전기 그리드, 특히 풍력 발전 단지의 전기 그리드)에 흐르는 고조파 전류를 감소시켜 시스템에서의 고조파 전압 왜곡을 감소시키도록 구성된다.
본 개시의 추가 양태에서, 공통 연결 지점을 갖는 변전소, 및 상기 공통 연결 지점에 연결되고, 상기 공통 연결 지점에 또는 그 근처에 제1 단(end)과 반대쪽에 제2 단을 가지며, 상기 제1 단과 제2 단 사이에 복수의 풍력 터빈을 포함하는 하나 이상의 병렬 풍력 발전 단지 스트링을 포함하는 풍력 단지가 제공되며, 상기 풍력 발전 단지 스트링 중 하나 이상은 상기 풍력 터빈의 메인 변압기의 고전압측에 연결된 전기 필터를 갖는 적어도 하나의 풍력 터빈을 포함한다.
본 개시의 또 다른 양태에서, 복수의 풍력 터빈을 포함하는 풍력 발전 단지를 운용하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 복수의 풍력 터빈 중 제1 풍력 터빈의 풍력 터빈 발전기를 상기 풍력 발전 단지의 전기 그리드로부터 분리하는 단계를 포함하고, 상기 제1 풍력 터빈의 지지 구조체 내에 배치된 전기 필터는 상기 풍력 발전 단지의 전기 그리드에 연결된 채 남아 있다.
도 1은 풍력 터빈의 일예의 사시도를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 도 1의 풍력 터빈의 나셀의 일예의 단순화된 내부도를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 풍력 터빈 발전기를 전기 그리드에 전기적으로 연결하는 일예를 개략적으로 나타낸다.
도 3d 및 3e는 스위치기어에 대한 전기 필터의 2개의 대안적인 연결을 개략적으로 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 풍력 터빈 타워 내의 전기 필터의 일예를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 해상 풍력 발전 단지의 일예를 개략적으로 나타낸다.
이제 하나 이상의 예가 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 상세히 참조한다. 각각의 예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 본 발명의 설명을 위해 제공된다. 사실, 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않으면서, 본 발명 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 예컨대, 일 실시예의 일부로서 도시되거나 설명된 특징은 또 다른 실시예를 생성하기 위해 다른 실시예와 함께 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그 균등물의 범위 내에서 그러한 수정 및 변형을 포괄하도록 의도된다.
도 1은 풍력 터빈(10)의 일예의 사시도이다. 이 예에서, 풍력 터빈(10)은 수평축 풍력 터빈(horizontal-axis wind turbine)이다. 별법으로서, 풍력 터빈(10)은 수직축 풍력 터빈일 수 있다. 본 예에서, 풍력 터빈(10)은 지면(12) 상의 지지 시스템(14)으로부터 연장하는 타워(100), 타워(100) 상에 장착된 나셀(16), 및 나셀(16)에 커플링된 로터(18)를 포함한다. 도 1은 구체적으로 육상 풍력 터빈을 도시하지만, 본 개시는 또한 해상 풍력 터빈에 관한 것이다.
로터(18)는 회전 가능한 허브(20) 및 허브(20)에 커플링되어 허브(110)로부터 외측으로 연장하는 적어도 하나의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 본 예에서, 로터(18)는 3개의 로터 블레이드(22)를 포함한다. 별법의 실시예에서, 로터(18)는 3개보다 많거나 적은 로터 블레이드(22)를 포함할 수 있다. 타워(100)는 지지 시스템(14)과, 타원(100)의 상단(102)에 배치된 나셀(16)과의 사이에 공동(도 1에서는 도시되지 않음)을 형성하기 위해 관형의 스틸로 제작될 수 있다. 별법의 실시예에서, 타워(100)는 임의의 적절한 높이를 갖는 임의의 적절한 유형의 타워이다. 별법에 따르면, 상기 타워는 콘크리트로 만들어진 부분과 관형의 스틸 부분을 포함하는 하이브리드 타워일 수 있다. 또한, 상기 타워는 부분 또는 전체 격자 타워일 수 있다.
로터 블레이드(22)는, 운동 에너지가 바람으로부터 이용 가능한 기계적 에너지 및 후속하여 전기 에너지로 전달될 수 있도록 로터(18)를 회전시키는 것을 용이하게 하기 위해 허브(20) 주위에 이격되어 있다. 로터 블레이드(22)는 블레이드 루트 부분(24)을 복수의 하중 전달 영역(26)에서 허브(20)에 커플링함으로써 허브(20)에 결합된다. 하중 전달 영역(26)은 허브 하중 전달 영역 및 블레이드 하중 전달 영역(둘 모두 도 1에 도시되지 않음)을 가질 수 있다. 로터 블레이드(22)에 유도된 하중은 하중 전달 영역(26)을 거쳐 허브(20)에 전달된다.
예에서, 로터 블레이드(22)는 약 15m 내지 약 90m 또는 그 이상의 범위의 길이를 가질 수 있다. 로터 블레이드(22)는 풍력 터빈(10)이 본원에서 설명한 바와 같이 기능할 수 있게 하는 임의의 적절한 길이를 가질 수 있다. 예컨대, 블레이드 길이의 비제한적인 예는 20m 이하, 37m, 48.7m, 50.2m, 52.2m 또는 91m보다 긴 길이를 포함한다. 바람이 풍향(28)으로부터 로터 블레이드(22)와 충돌함에 따라, 로터(18)는 로터 축(30)을 중심으로 회전된다. 로터 블레이드(22)가 회전되어 원심력을 받음에 따라, 로터 블레이드(22)도 다양한 힘과 모멘트를 받게 된다. 이와 같이, 로터 블레이드(22)는 중립 또는 편향되지 않은 위치로부터 편향된 위치로 편향 및/또는 회전할 수 있다.
또한, 로터 블레이드(22)의 피치 각도, 즉 풍향에 대한 로터 블레이드(22)의 배향을 결정하는 각도는, 바람 벡터에 대한 적어도 하나의 로터 블레이드(22)의 각도 위치를 조정함으로써 상기 하중 및 풍력 터빈(10)에 의해 생성된 전력을 제어하기 위하여, 피치 시스템(32)에 의해 변경될 수 있다. 로터 블레이드(22)의 피치 축(34)이 도시되어 있다. 풍력 터빈(10)의 동작 중에, 피치 시스템(32)은 특히, 로터 블레이드(22)(의 일부)의 영각(angle of attack)이 감소되도록 로터 블레이드(22)의 피치 각도를 변경할 수 있으며, 이는 회전 속도 감소를 용이하게 하고, 및/또는 로터(18)의 스톨(stall)을 용이하게 한다.
본 예에서, 각각의 로터 블레이드(22)의 블레이드 피치는 풍력 터빈 컨트롤러(36) 또는 피치 제어 시스템(80)에 의해 개별적으로 제어된다. 별법으로서, 모든 로터 블레이드(22)에 대한 블레이드 피치는 상기 제어 시스템에 의해 동시에 제어될 수 있다.
또한, 본 예에서, 풍향(28)이 바뀜에 따라, 나셀(16)의 요 방향은 요 축(38)을 중심으로 회전되어 풍향(28)에 대해 로터 블레이드(22)를 위치시킬 수 있다.
본 예에서, 풍력 터빈 컨트롤러(36)는 나셀(16) 내에 집중화된 것으로 도시되어 있지만, 풍력 터빈 컨트롤러(36)는 풍력 발전 단지 내에서 및/또는 원격 제어 센터에서, 지지 시스템(14) 상에서 풍력 터빈(10) 전체에 걸친 분산 시스템(distributed system)일 수 있다. 풍력 터빈 컨트롤러(36)는 본원에서 설명한 방법 및/또는 단계를 수행하도록 구성된 프로세서(40)를 포함한다. 또한, 본원에서 설명한 많은 다른 구성요소는 프로세서를 포함한다.
본원에서 사용된 바와 같이, "프로세서"라는 용어는 당업계에서 컴퓨터로 지칭되는 집적 회로로 제한되지 않고, 컨트롤러, 마이크로컨트롤러, 마이크로컴퓨터, 프로그래가능한 로직 컨트롤러(PLC), 애플리케이션 특정 집적 회로 및 기타 프로그램가능한 회로를 광범위하게 지칭하고, 이러한 용어는 본원에서 상호 교환 가능하게 사용된다. 프로세서 및/또는 제어 시스템은 또한 메모리, 입력 채널 및/또는 출력 채널을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.
도 2는 풍력 터빈(10)의 일부의 확대 단면도이다. 본 예에서, 풍력 터빈(10)은 나셀(16) 및 나셀(16)에 회전 가능하게 커플링된 로터(18)를 포함한다. 보다 구체적으로, 로터(18)의 허브(20)는, 메인 샤프트(44), 기어박스(46), 고속 샤프트(48) 및 커플링(50)에 의해 나셀(16) 내에 위치된 발전기(42)에 회전 가능하게 커플링된다. 본 예에서, 메인 샤프트(44)는 나셀(16)의 종축(도시 생략)에 적어도 부분적으로 동축으로 배치된다. 메인 샤프트(44)의 회전은 기어박스(46)를 구동하고, 이는 이어서 로터(18) 및 메인 샤프트(44)의 상대적으로 느린 회전 운동을 고속 샤프트(48)의 상대적으로 빠른 회전 운동으로 변환함으로써 고속 샤프트(48)를 구동한다. 후자는 커플링(50)의 도움으로 전기 에너지를 생성하기 위해 발전기(42)에 연결된다. 또한, 변압기(90) 및/또는 적절한 전자 장치, 스위치 및/또는 인버터가, 400V 내지 1000V의 전압을 갖는, 발전기(42)에 의해 생성된 전기 에너지를 중간 전압(10-35KV)을 갖는 전기 에너지로 변환하기 위하여, 나셀(16) 내에 배치될 수 있다. 상기 전기 에너지는 전력 케이블(160)을 통해 나셀(16)로부터 타워(100)로 전도된다.
기어박스(46), 변압기(90) 내의 발전기(42)는, 선택적으로 메인 프레임(52)으로 구현되는 나셀(16)의 메인 지지 구조 프레임에 의해 지지될 수 있다. 기어박스(46)는 하나 이상의 토크 아암(103)에 의해 메인 프레임(52)에 연결된 기어박스 하우징을 포함할 수 있다. 본 예에서, 나셀(16)은 또한 메인 전방 지지 베어링(60) 및 메인 후방 지지 베어링(62)을 포함한다. 또한, 발전기(42)는, 특히 발전기(42)의 진동이 메인 프레임(52)에 도입되어 노이즈 배출원을 유발하는 것을 방지하기 위해, 지지 수단(54)을 분리함으로써 메인 프레임(52)에 장착될 수 있다.
선택적으로, 메인 프레임(52)은 로터(18) 및 나셀(16)의 구성요소의 중량과 바람 및 회전 하중에 의해 야기되는 전체 하중을 지탱하도록 구성되며, 나아가 이러한 하중을 풍력 터빈(10)의 타워(100)에 도입하도록 구성된다. 로터 샤프트(44), 발전기(42), 기어박스(46), 고속 샤프트(48), 커플링(50), 및 지지체(52), 전방 지지 베어링(60) 및 후방 지지 베어링(62)을 포함하지만 이에 국한되지 않는 임의의 관련 체결, 지지 및/또는 고정 장치를 종종 드라이브 트레인(64)이라고 한다.
나셀(16)은 또한 풍향(28)에 대한 로터 블레이드(22)의 원근을 제어하기 위해 요 축(38)을 중심으로 나셀(16) 및 그에 따라 로터(18)를 회전시키는 데 사용될 수 있는 요 구동 메커니즘(56)을 포함할 수 있다.
풍향(28)에 대해 적절하게 나셀(16)을 위치시키기 위해, 나셀(16)은 또한 풍향계 및 풍속계를 포함할 수 있는 적어도 하나의 기상 측정 시스템을 포함할 수 있다. 기상 측정 시스템(58)은 풍향(28) 및/또는 풍속을 포함할 수 있는 정보를 풍력 터빈 컨트롤러(36)에 제공할 수 있다. 본 예에서, 피치 시스템(32)은 허브(20) 내에 피치 어셈블리(66)로서 적어도 부분적으로 배치된다. 피치 어셈블리(66)는 하나 이상의 피치 구동 시스템(68) 및 적어도 하나의 센서(70)를 포함한다. 각각의 피치 구동 시스템(68)은 피치 축(34)을 따라 로터 블레이드(22)의 피치 각도를 조절하기 위해 각각의 로터 블레이드(22)(도 1에 도시됨)에 커플링된다. 3개의 피치 구동 시스템(68) 중 하나만이 도 2에 도시되어 있다.
본 예에서, 피치 어셈블리(66)는, 피치 축(34)을 중심으로 각각의 로터 블레이드(22)를 회전시키기 위해 허브(20) 및 각각의 로터 블레이드(22)(도 1에 도시됨)에 커플링된 적어도 하나의 피치 베어링(72)을 포함한다. 피치 구동 시스템(68)은 피치 구동 모터(74), 피치 구동 기어박스(76), 및 피치 구동 피니언(78)을 포함한다. 피치 구동 모터(74)는, 피치 구동 모터(74)가 피치 구동 기어박스(76)에 기계적 힘을 부여하도록 피치 구동 기어박스(76)에 커플링된다. 피치 구동 기어박스(76)는 피치 구동 피니언(78)이 피치 구동 기어박스(76)에 의해 회전되도록 피치 구동 피니언(78)에 커플링된다. 피치 베어링(72)은, 피치 구동 피니언(78)의 회전이 피치 베어링(72)의 회전을 야기하도록 피치 구동 피니언(78)에 커플링된다.
피치 구동 시스템(68)은 풍력 터빈 컨트롤러(36)로부터 하나 이상의 신호를 수신하면 로터 블레이드(22)의 피치 각도를 조정하기 위해 풍력 터빈 컨트롤러(36)에 커플링된다. 본 예에서, 피치 구동 모터(74)는, 피치 어셈블리(66)가 본원에서 설명한 것과 같이 기능할 수 있게 하는 전력 및/또는 유압 시스템에 의해 구동되는 임의의 적절한 모터이다. 별법으로서, 피치 어셈블리(66)는 유압 실린더, 스프링, 및/또는 서보 기구와 같은(그러나 이에 한정되지 않음) 임의의 적절한 구조체, 구성, 배치, 및/또는 구성요소를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 피치 구동 모터(74)는, 허브(20)의 회전 관성 및/또는 풍력 터빈(10)의 구성요소에 에너지를 공급하는 저장된 에너지 소스(도시 생략)로부터 추출된 에너지에 의해 구동된다.
피치 어셈블리(66)는 또한 특정 우선순위 상황의 경우 및/또는 로터(18) 과속 중에, 풍력 터빈 컨트롤러(36)로부터의 제어 신호에 따라 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위한 하나 이상의 피치 제어 시스템(80)을 포함할 수 있다. 본 예에서, 피치 어셈블리(66)는 풍력 터빈 컨트롤러(36)와 독립적으로 피치 구동 시스템(68)을 제어하기 위해 각각의 피치 구동 시스템(68)에 통신 가능하게 커플링된 적어도 하나의 피치 제어 시스템(80)을 포함한다. 본 예에서, 피치 제어 시스템(80)은 피치 구동 시스템(68) 및 센서(70)에 커플링된다. 풍력 터빈(10)의 정상 동작 중에, 풍력 터빈 컨트롤러(36)는 로터 블레이드(22)의 피치 각도를 조정하도록 피치 구동 시스템(68)을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 예컨대 배터리, 전기 커패시터 또는 허브(20)의 회전에 의해 구동되는 발전기를 포함하는 발전기(84)는 허브(20)에 또는 허브(20) 내부에 배치되고, 센서(70), 피치 제어 시스템(80) 및 피치 구동 시스템(68)에 커플링되어 이들 구성요소에 전력의 소스를 제공한다. 본 예에서, 발전기(84)는 풍력 터빈(10)의 동작 중에 피치 어셈블리(66)에 지속적인 전력 소스를 제공한다. 별법의 실시예에서, 발전기(84)는 풍력 터빈(10)의 전력 손실 이벤트 동안에만 피치 어셈블리(66)에 전력을 제공한다. 전력 손실 이벤트는 전력망 손실 또는 급강하(dip), 풍력 터빈(10)의 전기 시스템의 오작동, 및/또는 풍력 터빈 컨트롤러(36)의 고장을 포함할 수 있다. 전력 손실 이벤트 동안, 발전기(84)는 피치 어셈블리(66)가 전력 손실 이벤트 중에 동작할 수 있도록 피치 어셈블리(66)에 전력을 제공하도록 동작한다.
본 예에서, 피치 구동 시스템(68), 센서(70), 피치 제어 시스템(80), 케이블 및 발전기(84)는 각각 허브(20)의 내측면(88)에 의해 형성된 공동(86)에 위치된다. 별법의 실시예에서, 상기 구성요소는 허브(20)의 외측면에 대해 위치되고 그 외측면에 직접 또는 간접적으로 커플링될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 풍력 터빈 발전기를 그리드에 전기적으로 연결하는 일예를 개략적으로 나타낸다. 본 개시의 일양태에서, 지지 구조체 상에 지지된 복수의 블레이드를 갖는 풍력 터빈 로터를 포함하는 풍력 터빈(10)이 제공된다(예컨대, 도 1 및 도 2 참조). 상기 풍력 터빈은 전력을 생성하기 위해 상기 풍력 터빈 로터에 작동 가능하게 커플링된 발전기(42)를 더 포함한다. 상기 풍력 터빈은 발전기에 의해 생성된 전력을 소정의 주파수 및 전압의 변환된 AC 전력으로 변환하기 위한 전력 전자 컨버터(power electronic converter)(120)를 더 포함한다. 상기 풍력 터빈은 상기 변환된 AC 전력을 더 높은 전압으로 변압하기 위한 저전압측 및 고전압측을 갖는 메인 풍력 터빈 변압기(90)를 더 포함한다. 그리고 이 양태에 따르면, 풍력 터빈(10)은 메인 변압기(90)의 고전압측에 연결된 하나 이상의 전기 필터(130)를 포함하고, 상기 전기 필터는 상기 지지 구조체 내에 배치된다.
풍력 터빈의 상기 지지 구조체는, 특히 풍력 터빈이 해상 풍력 터빈인지 육상 풍력 터빈인지에 따라 다른 구성을 가질 수 있다. 해상 풍력 터빈의 경우, 풍력 터빈은 떠 있거나 해저의 기반(foundation) 위에 있을 수 있다. 풍력 터빈 로터를 지지하는 풍력 터빈의 지지 구조체는 (도 2에서와 같이) 하나 이상의 하중 지지 프레임을 갖는 나셀(16), 풍력 터빈 타워(12), 및 타워 지지체를 포함할 수 있고, 이 타워 지지체는 천이 피스(transition piece), 타워와 천이 피스의 인터페이스에 배치된 플랫폼 및 기반을 포함한다. 풍력 터빈의 유형에 따라, 상기 지지 구조체에는 모노파일 기반(monopile foundation), 재킷 구조체(jacket structure) 등이 포함될 수 있다.
도 3의 풍력 터빈은 해상 풍력 터빈일 수 있다. 상기 발전기는 다른 토폴로지를 가질 수 있다. 도 3의 특정 예에서, 발전기(42)는 영구 자석 발전기일 수 있다. 발전기 로터는 복수의 영구 자석, 또는 로터 림에 영구 자석 모듈을 탑재할 수 있고, 스테이터는 복수의 전기 코일을 가질 수 있다. 상기 발전기 로터와 발전기 스테이터 사이에 방사상 에어 갭이 배치될 수 있다. 영구 자석 발전기(42)는 풍력 터빈 로터에 의해 직접 구동될 수 있다.
다른 예에서, 다른 발전기 토폴로지가 사용될 수 있다. 예컨대, 풍력 터빈 발전기는 이중 공급 유도 발전기(Doubly Fed Induction Generator; DIFG)일 수 있다. 또한, 상기 전력 컨버터는 다른 구성을 가질 수 있다. 도 3의 특정 예에서, 전력 컨버터(120)는 AC/DC 컨버터(122), DC 링크(124), 및 DC/AC 인버터(126)를 포함한다. 전력 컨버터(120)는 총 전력 컨버터(full power converter)일 수 있다.
상기 전력 컨버터의 출력은 소정의 주파수 및 전압의 전력일 수 있다. 풍력 터빈용 전력 컨버터는 전형적으로 저전압 또는 중전압일 수 있다. 저전압 전력 컨버터는 전형적으로 1kV 미만, 예컨대 575V 또는 690V의 전압의 전력을 전달하도록 구성된다. 중전압 전력 컨버터는 1kV보다 높은 전압의 전력을 전달하도록 구성될 수 있다. 상기 전력 컨버터의 출력 전압은 풍력 발전 단지 그리드(220)에의 전달을 위해 풍력 터빈의 메인 (전압) 변압기에 의해, 예컨대 33kV 또는 66kV까지 증대될 수 있다. 전기 필터(130)는 메인 변압기의 고전압측에 연결된다.
도 3a의 예에서, 상기 지지 구조체는 풍력 터빈 타워(100)를 포함하고, 상기 전기 필터는 풍력 터빈 타워(100) 내부에 배치된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 발전기(42), 전력 컨버터(120) 및 메인 변압기(90)는 풍력 터빈 나셀(16) 내에 배치될 수 있다.
하나 이상의 회로 차단기(150) 또는 스위치도 제공될 수 있다. 이 특정 예에서 전기 그리드(220)와 메인 변압기의 회로 차단기(150) 사이에 연결될 수 있다. 그러한 배치로, 풍력 터빈은 그리드(즉, 풍력 터빈 발전기, 컨버터 및 변압기)로부터 분리될 수 있는 반면, 필터는 연결된 채 남아있을 수 있고 필터가 연결된 그리드(220) 또는 그리드(220)의 버스 또는 스트링 상의 왜곡을 감소시킬 수 있다.
예에서, 전기 필터(130)는 감쇠 필터일 수 있다. 감쇠 필터는 본원에서, 비교적 다양한 주파수에서 고조파를 줄이거나 피하도록 구성된 전기 필터로 간주될 수 있다. 다른 예에서, 전기 필터는 특정 주파수 또는 특정 주파수 대역을 걸러내도록 구성된 조정 필터일 수 있다. 도 3b의 전기 필터는 병렬로 연결된 리액터 뱅크(134) 및 저항기 뱅크(142)를 포함한다. 전기 필터(130)는 리액터 뱅크(134) 및 저항 뱅크(142)와 직렬로 연결된 커패시터 뱅크(137)를 더 포함한다. 예에서, 하나 이상의 전기 필터는 2개의 필터 모듈(140, 135)을 포함할 수 있다. 도 3b에서, 제1 모듈(140)은 병렬로 연결된 리액터 뱅크 및 저항기 뱅크를 포함하고, 제2 모듈(135)은 커패시터 뱅크를 포함하고, 제2 모듈은 제1 모듈과 직렬로 연결된다.
전기 필터는 저항기, 인덕터 및 커패시터를 포함하는 소위 수동 필터일 수 있다. 별법으로서, 전기 필터는 상이한 유형의 BJT, IGBT, MOSFET 및 집적 회로와 같은 능동 구성요소를 이용하는 능동 필터일 수 있다. 예에서, 필터는 예컨대 저역 통과 필터, 대역 통과 필터 또는 노치 필터일 수 있다. 필터는 LC 필터일 수 있다. 상기 발전기는 복수의 전기 위상(예컨대, 3상, 6상, 9상 등)의 전력을 생성하도록 구성될 수 있고, 상기 풍력 터빈은 복수의 전기 위상 각각에 대한 전기 필터를 포함할 수 있다.
전기 필터(130)는 스위치기어(180)를 통해 그리드에 연결될 수 있다. 스위치기어는 전기 장비를 제어, 보호 및 격리하는 데 이용되는 전기 차단 스위치, 퓨즈 또는 회로 차단기로 구성될 수 있다. 도 3의 예에서, 지지 구조체는 천이 피스(TP)를 포함할 수 있고, 스위치기어는 천이 피스 내에 배치될 수 있다. 따라서, 일부 예에서, 상기 발전기, 전력 컨버터 및 메인 전압 변압기는 풍력 터빈 나셀 내에 배치될 수 있고, 상기 전기 필터(들)는 타워의 높이를 따라 분포될 수 있으며, 상기 스위치기어는 천이 피스 내에 배치될 수 있다. 별법의 예에서, 스위치기어와 필터는 타워 내에 배치될 수 있다. 추가의 별법의 예에서, 상기 필터는 상기 천이 피스 내에 배치될 수 있다.
전기 필터(130)는 다양한 방식으로 스위치기어와 연결될 수 있다. 구성은 그 중에서도 풍력 발전 단지 내의 풍력 터빈의 위치에 의존할 수 있다. 도 3c의 예에서, 풍력 터빈은 풍력 발전 단지에서 스트링의 단에 배치될 수 있다. 이러한 위치에서, 스위치기어는 베이가 하나 덜 필요하므로, 베이를 전기 필터에 연결하는 데에 이용할 수 있다.
스위치기어(180)는 피더 베이(feeder bay)(184), 변압기 베이(186) 및 필터 베이(182)를 포함할 수 있다. 도 3c에는 차단기 및 접지 스위치(192), 접지 스위치(197), 변류기(current transformer)(198), 변압기(194) 및 사용 전압(service voltage) 변압기(196)가 개략적으로 도시되어 있다. 본 개시의 범위 내에서, 임의의 적절한 스위치기어가 사용될 수 있고, 스위치기어에 대한 전기 필터(들)의 연결은 매우 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.
풍력 터빈 발전기를 그리드에 전기적으로 연결하는 것은 도 3a에 도시된 것보다 더 복잡할 수 있음을 이해해야 한다. 특히, 풍력 터빈의 보조 시스템에 연결하기 위한 보조 변압기, 퓨즈 및 회로 차단기는 도 3a를 과도하게 복잡하지 않게 하기 위해 생략되었다.
도 3d 및 도 3e는 전기 필터(130)를 스위치기어(180)에 연결하는 두 가지 가능한 대안을 개략적으로 나타낸다. 도 3d의 예에서, 추가의 피더 베이(184)가 스위치기어(180)에 통합된다. 그 외에는, 배치는 도 3c의 배치와 매우 유사하다. 도 3d의 배치는, 예컨대 풍력 발전 단지 내의 스트링의 단에 풍력 터빈이 배치되지 않은 경우 적절할 수 있다. 인입 라인(incoming line)을 위한 피더 베이와 인출 라인(outgoing line)을 위한 다른 피더 베이가 스위치기어 내에 통합되어 있다. 도 3d의 예와 비교하여, 스위치기어의 크기와 무게가 증가될 수 있다. 그러나, 예에서, 스트링의 단이 아닌 스트링의 중간에 필터를 배치하면 고조파 및 기타 왜곡을 더 효과적으로 감쇠하거나 감소시킬 수 있다.
도 3e는 또 다른 대안적인 배치를 제공한다. 도 3e의 예에서, 필터(130)의 연결은 스위치기어(180)에 통합되지 않는다.
도 4a 내지 도 4c는 풍력 터빈 타워(100) 내의 전기 필터의 일예를 개략적으로 나타낸다. 도 4a의 예에서, 풍력 터빈(10)은, 그 중에서도 발전기를 내장하는 나셀(16) 하우징을 구비한다. 풍력 터빈 로터는 복수의 블레이드(22)를 포함한다. 상기 나셀 내의 발전기는 예컨대, 기어박스를 통해 풍력 터빈 로터에 작동 가능하게 커플링될 수 있다. 상기 나셀은 전력 전자 컨버터 및 메인 전압 변압기(도시 생략)를 더 포함할 수 있다. 전력 케이블(160)은 나셀(16)로부터 타워를 통해 아래쪽으로 그리고 풍력 발전 단지 그리드에의 연결 지점까지 연장될 수 있다.
풍력 터빈 타워(100)는, 서로의 상부에 적층된 복수의 타워 섹션을 포함할 수 있다. 상기 타워 섹션은 예컨대, 타워 벽(108)이 있는 관형 또는 원통형 강철 섹션일 수 있다. 풍력 터빈 타워를 따른 상이한 높이에서, 하나 이상의 유지보수 플랫폼(152)이 배치될 수 있다. 플랫폼(152)은 유지보수 작업자가 검사, 수리, 구성요소의 교체 등을 포함하는 유지보수 작업을 수행할 수 있게 배치될 수 있다. 풍력 터빈 플랫폼(152)은 예컨대, 타워 플랜지, 전기 부품 등과 같은 특정 구성요소에 대한 접근을 제공하도록 선택된, 타워를 따른 높이에 배치될 수 있다.
본 개시의 예에서, 하나 이상의 전기 필터가 풍력 터빈 타워(100) 내부에 배치될 수 있다. 상기한 바와 같이, 전기 필터는 각각의 전기 위상에 연결될 수 있다. 상이한 전기 위상에 대한 전기 필터는 타워를 따라 상이한 높이에 배치될 수 있다. 따라서, 전기 필터는 예컨대 엘리베이터, 사다리 등을 위한 충분한 공간을 유지하면서 타워 내부에 배치될 수 있다.
(도 3과 같은) 예에서, 전기 필터(130)는 상이한 필터 모듈(135, 140)을 포함할 수 있다. 예에서, (도 4a에서와 같이) 전기 필터 중 하나 이상은 적어도 2개의 필터 모듈을 포함하며, 제1 모듈(140)(예: 커패시터 뱅크)은 풍력 터빈 타워 내에서 제1 플랫폼과 함께 배치되고, 제2 모듈(135)(예: 저항기 뱅크 및 리액터 뱅크)은 풍력 터빈 타워 내에서 제2 플랫폼과 함께 배치된다. 즉, 동일한 필터의 다른 모듈들이 다른 높이에 배치될 수 있다. 특히, 이들은 유지 보수를 위한 접근이 제공되도록 타워 플랫폼과 함께 배치될 수 있다. (도 4c에서와 같이) 별법의 예에서, 필터의 제1 및 제2 모듈은 동일한 플랫폼과 함께 배치될 수 있다.
일부 예에서, 상기 필터 모듈은 타워 플랫폼 상에서 지지될 수 있다. 다른 예에서, 상기 필터 모듈은 플랫폼 부근에서 풍력 터빈 타워에 부착될 수 있다. 상기 필터 모듈은 구조적 프레임을 포함할 수 있고, 이 구조적 프레임은 풍력 터빈 타워의 내벽에 부착될 수 있다. 특정 예에서, 상기 풍력 터빈 타워의 내벽은 필터 모듈의 구조적 프레임의 부착을 위한 복수의 보스를 포함할 수 있다. 상기 구조적 프레임은 풍력 터빈 타워와 함께 배치된 상기 보스를 수용하기 위한 적절한 구멍을 포함할 수 있다. 상기 보스는 상기 풍력 터빈 타워의 내벽에 용접될 수 있다. 별법으로서, 상기 필터 모듈은 타워 벽의 내부에 볼트 고정될 수 있다. 필터 모듈의 프레임을 타워 내부에 부착하는 별법의 방법은 자석 또는 마그네틱 파스너를 사용하는 것을 포함한다.
도 4b는 커패시터 뱅크, 구조적 프레임(149)을 갖는 제1 모듈(140), 및 구조적 프레임(139)을 갖는 제2 필터 모듈(135)을 개략적으로 나타낸다. 도 4c는 플랫폼(152)보다 약간 위에 있을 수 있는 높이에서 풍력 터빈 타워의 단면 형상을 제공한다. 즉 이 예에서 필터 모듈은 플랫폼에 의해 지지되지 않는다. 따라서 플랫폼(152)은 하나 이상의 필터 모듈을 탑재할 수 있도록 강화시킬 필요가 없다. 그러나 필터 모듈은 유지 보수 작업자가 필요한 경우 플랫폼으로부터 그 모듈에 액세스할 수 있는 그러한 높이에 배치된다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 사다리(162)는 유지보수 작업자가 플랫폼 사이에서 상하로 이동할 수 있도록 해준다. 서비스 리프트(164)가 사다리(162) 옆에 배치될 수 있으며, 일부 예에서는 사다리(162)에 의해 안내될 수 있다. 유지보수 구역(166) 역시 개략적으로 표시되어 있다.
도 4c는 한 가지 예일 뿐이라는 점에 유의하여야 한다. 필터 모듈의 배치는 이용 가능한 공간에 따라 플랫폼마다 다를 수 있다. 필터 모듈은 충분한 물리적 공간을 확보하고, 충분한 열 제거 또는 냉각을 허용하고, 유지보수 작업자가 나셀에 접근하기에 충분한 공간을 제공하기 위해, 타워의 높이에 걸쳐 분산되고 다른 플랫폼과 함께 배치될 수 있다.
플랫폼(152)은 필터 모듈 주위에 제한된 영역을 제공하기 위해 보호 펜스(168)를 포함할 수 있다. 풍력 발전 단지 그리드에서 고조파 감쇠를 제공하기 위해 풍력 터빈 자체가 작동하지 않는 경우에도 전기 필터는 작동상태에 있고 통전될 수 있음을 염두에 두어야 한다. 즉. 특정 풍력 터빈은 유지보수를 위해 또는 결함으로 인해 중지될 수 있다. 그러나, 동일 풍력 발전 단지 내의 다른 풍력 터빈은 여전히 완전히 동작가능할 수 있다. 풍력 발전 단지의 동일한 스트링을 따라 있는 풍력 터빈도 동작가능할 수 있다. 따라서, 정지되거나 일시정지된(parked) 풍력 터빈 내의 전기 필터도 여전히 동작가능해야 할 수 있다.
펜스 이외의 다른 형태의 차폐도 사용할 수 있다. 일부 예에서, 필터 또는 필터 모듈은 차폐될 수 있다. 도 4c의 예에서, 필터 모듈(135) 주위에 보호 차폐(170)가 제공된다.
특정 전기 배치에 따라, 필터 모듈 주변의 작업자를 위한 최소 안전 거리가 결정될 수 있다. 이러한 안전 거리에 따라, 필터 모듈은 이용 가능한 단면적에 걸쳐 분산될 수 있다.
도 5는 해상 풍력 발전 단지(200)의 일예를 개략적으로 나타낸다. 본 개시의 추가의 양태에서, 풍력 발전 단지(200)가 제공되며, 이는 공통 연결 지점이 있는 변전소(230)를 포함한다. 풍력 발전 단지(200)는, 공통의 연결 지점에 병렬로 연결되고, 공통 연결 지점에 또는 그 부근에 제1 단(222) 및 반대쪽에 제2 단(224)을 구비하고, 제1 단(222)과 제2 단(224) 사이에 복수의 풍력 터빈(210)을 포함하는 하나 이상의 풍력 발전 단지 스트링(220)을 포함한다. 풍력 발전 단지 스트링은 "라인" 또는 "버스"라고도 지칭한다. 풍력 발전 단지 스트링(220) 중 하나 이상은, 특히 풍력 터빈 타워와 같이, 풍력 터빈 지지 구조체와 함께 또는 그 내부에 배치된 전기 필터와 함께 전술한 풍력 터빈 예와 같거나 유사한 풍력 터빈을 포함할 수 있다. 전기 필터는 풍력 터빈의 메인 전압 변압기의 고전압측에 연결될 수 있다.
예에서, 풍력 발전 단지 스트링(220) 각각은 전기 필터를 포함하는 이러한 풍력 터빈을 포함할 수 있다.
하부 스트링(220)에서, 스트링의 제1 풍력 터빈으로서 제1 풍력 터빈(210A)이 배치된다. 풍력 터빈(210C)은 그 스트링의 마지막 풍력 터빈이다. 그리고 풍력 터빈(210B)이 그 스트링을 따라 실질적으로 중앙에 배치된다. 이 특정 예에서, 모든 스트링은 동일한 길이, 그리고 동일한 수의 풍력 터빈을 구비한다. 이것이 반드시 그럴 필요는 없으며 풍력 발전 단지의 스트링은 길이가 다를 수 있고(따라서 정전용량이 다를 수 있음) 풍력 터빈의 수가 다를 수 있다.
예에서, 하나 이상의 전기 필터를 포함하는, 본원에 개시된 예 중 임의의 것에 따른 다중 풍력 터빈이 스트링 중 하나를 따라 배치될 수 있는 반면, 다른 스트링의 경우 전기 필터가 구비된 단일 풍력 터빈(예컨대, 제1 풍력 터빈(210A), 스트링의 마지막 풍력 터빈(210C) 또는 그 사이에 있는 풍력 터빈(210B))이 제공될 수 있다. 예에서, 추가의 전기 필터가 변전소(230)와 함께 배치될 수 있다. 다른 예에서, 변전소(230)에는 어떠한 전기 필터도 배치되지 않을 수 있다.
스트링이 물리적으로 서로 실질적으로 평행한 것처럼 도시되더라도, 이들 스트링은 풍력 발전 단지의 레이아웃에 따라 다양한 방식으로 배치될 수 있음을 분명히 해야 한다. 스트링은 예컨대 공통 연결 지점으로부터 멀리 반경 방향으로 연장힐 수 있다.
또 다른 양태에서, 풍력 발전 단지가 제공되며, 이 단지는 공통 연결 지점을 갖는 변전소(230), 및 하나 이상의 병렬 풍력 발전 단지 스트링(220)을 포함하고, 상기 스트링은 상기 공통 연결 지점에 연결되고, 상이 공통 연결 지점에 또는 그 근처에 제1 단(222)과 반대쪽에 제2 단(224)을 구비하고, 제1 단과 제2 단 사이에 복수의 풍력 터빈(210)을 포함하며, 각각의 풍력 발전 단지 스트링(220)은 풍력 터빈의 메인 변압기의 고전압측에 연결된 전기 필터를 구비하는 적어도 하나의 풍력 터빈을 포함한다.
상기 풍력 발전 단지는 도 5에 도시한 것과 같은 해상 풍력 발전 단지일 수 있다. 변전소(230)는 고전압 변압기를 포함할 수 있으며, 고전압 송전선(240), 예컨대 HVAC 또는 HVDC 송전선에 연결될 수 있다. 이러한 고전압 송전선은 그 길이가 수 킬로미터, 예컨대 5km, 10km 또는 그 이상일 수 있다. 상기 고전압 송전선은 본토 전기 그리드(300)와의 공통 커플링 지점(point of common couling; PPC)(260)에 연결될 수 있다. 참조 부호(250)는 해안선을 나타낸다.
예에서, 전기 필터를 갖는 풍력 터빈은 풍력 발전 단지 스트링의 제2 단에 또는 그 근처에 배치될 수 있다. "최종 라인(end-of-line)" 풍력 터빈이 선택되면, 이는 풍력 터빈의 스위치기어와의 연결 측면에서 유리할 수 있다. 그러나 본 개시의 범위 내에서, 풍력 터빈(210B)과 같이 스트링을 따라 중앙과 같이 상이한 위치에 있는 풍력 터빈도 전기 필터를 포함할 수 있다.
본 개시에서, 모든 풍력 터빈 및 풍력 발전 단지가 해상 풍력 터빈 및 풍력 발전 단지로 도시되고 설명되었지만, 동일 또는 유사한 배치가 육상에서도 사용될 수 있음을 명백히 해야 한다.
본 설명은, 바람직한 실시예를 포함하는 본 발명을 개시하고, 또한 임의의 장치 또는 시스템을 만들고 사용하고 임의의 통합된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 예를 이용한다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 한정되며, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 예는 청구범위의 문언 그대로의 언어와 다르지 않은 구조적 요소를 가지고 있다면 또는 청구범위의 문언적 언어와 실질적으로 차이가 없는 균등의 구조적 요소를 포함한다면 청구범위의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 설명한 다양한 실시예로부터의 양태 및 이러한 각각의 양태에 대한 다른 공지된 균등물은 본 출원의 원리에 따라 추가의 실시예 및 기술을 구성하기 위해 당업자에 의해 혼합 및 매칭될 수 있다. 도면과 관련된 참조 부호가 청구항에서 괄호 안에 배치되는 경우, 이는 오로지 청구항의 명료성을 높이기 위한 것이며 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (15)

  1. 풍력 터빈(10)으로서,
    복수의 블레이드(22)가 지지 구조체(100) 상에 지지되어 있는 풍력 터빈 로터(18);
    전력을 생성하기 위해 상기 풍력 터빈 로터(18)에 작동 가능하게 커플링된 발전기(42);
    상기 발전기(42)에 의해 생성된 전력을 미리 정해진 주파수 및 전압의 변환된 AC 전력으로 변환하기 위한 전력 전자 컨버터(120);
    상기 변환된 AC 전력을 더 높은 전압으로 변압하기 위한, 저전압측 및 고전압측을 갖는 메인 풍력 터빈 변압기(90); 및
    상기 메인 풍력 터빈 변압기의 고전압측에 연결된 하나 이상의 전기 필터(130)
    를 포함하고,
    상기 전기 필터(130)는 상기 지지 구조체(100) 내에 배치되는 것인, 풍력 터빈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지 구조체는 풍력 터빈 타워(100)를 포함하고, 상기 전기 필터(130)는 상기 풍력 터빈 타워 내부에 배치되는 것인, 풍력 터빈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전기 필터(130)는 감쇠 필터인, 풍력 터빈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발전기(42)는 복수의 전기 위상의 전력을 생성하도록 구성되고, 상기 풍력 터빈은 복수의 전기 위상 각각에 대한 전기 필터(130)를 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 필터(130) 중 하나 이상은 적어도 2개의 필터 모듈(135; 140)을 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  6. 제5항에 있어서, 제1 모듈(140)이 상기 풍력 터빈 타워(100) 내에 제1 플랫폼(152)과 함께 배치되고, 제2 모듈(135)이 상기 풍력 터빈 타워(100) 내부에 제2 플랫폼(152)과 함께 배치되는 것인, 풍력 터빈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 및 제2 플랫폼(152)은 상기 필터 모듈 주위에 제한된 영역을 제공하기 위해 보호 펜스(168; 170)를 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 모듈은 구조적 프레임(139; 149)을 포함하고, 상기 구조적 프레임(139; 149)은 상기 풍력 터빈 타워의 내벽에 부착되는 것인, 풍력 터빈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 풍력 터빈 타워의 상기 내벽은 상기 필터 모듈의 구조적 프레임의 부착을 위한 복수의 보스를 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  10. 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 모듈(140)은 병렬로 연결된 리액터 뱅크(144) 및 저항기 뱅크(142)를 포함하는 것인, 풍력 터빈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 모듈(135)은 커패시터 뱅크(137)를 포함하고, 상기 제2 모듈(135)은 상기 제1 모듈(140)과 직렬로 연결되는 것인, 풍력 터빈.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 필터(130)는 리액터(144) 및 저항기 뱅크(142)와 직렬로 연결된 커패시터 뱅크(137)를 포함하고, 상기 커패시터 뱅크(137)는 상기 변압기의 고전압측에 연결되고, 상기 리액터 및 저항기 뱅크(144, 142)는 상기 커패시터 뱅크에 연결되는 것인, 풍력 터빈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 필터(130)는 스위치기어(180)를 통해 전기 그리드(220)에 연결되는 것인, 풍력 터빈.
  14. 풍력 발전 단지(wind farm)로서,
    공통 연결 지점을 갖는 변전소(230), 및
    상기 공통 연결 지점에 연결되고, 상기 공통 연결 지점에 또는 그 부근에서 제1 단(222) 및 반대쪽에 제2 단(224)을 갖고, 상기 제1 단과 제2 단 사이에 복수의 풍력 터빈(210)을 포함하는 하나 이상의 병렬 풍력 발전 단지 스트링(220)
    을 포함하고,
    상기 풍력 발전 단지 스트링 중 하나 이상은 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 풍력 터빈(210)을 포함하는 것인, 풍력 발전 단지.
  15. 제14항에 있어서, 각각의 풍력 발전 단지 스트링(220)은 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 풍력 터빈(210)을 포함하고, 선택적으로 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 풍력 터빈(210)은 상기 풍력 발전 단지 스트링(220)의 제2 단(224)에 또는 그 근처에 배치되는 것인, 풍력 발전 단지.

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