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KR101407460B1 - Wind power generator and method for operating the same - Google Patents

Wind power generator and method for operating the same Download PDF

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KR101407460B1
KR101407460B1 KR1020130036487A KR20130036487A KR101407460B1 KR 101407460 B1 KR101407460 B1 KR 101407460B1 KR 1020130036487 A KR1020130036487 A KR 1020130036487A KR 20130036487 A KR20130036487 A KR 20130036487A KR 101407460 B1 KR101407460 B1 KR 101407460B1
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KR
South Korea
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wind
wind speed
wind direction
speed
power generator
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Application number
KR1020130036487A
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Korean (ko)
Inventor
고희상
김정훈
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
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Publication date
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Abstract

A wind power generator and a method for operating the same are disclosed. Wind power generators which are installed within a wind farm according to an embodiment of the present invention include: a wind direction and speed sensor which is installed in a nacelle for measuring the wind direction and wind speed; a communications unit for transmitting and receiving the wind direction and wind speed by communicating with neighboring wind power generators; a main control unit for predicting the wind speed inputted from the front of a blade with reference to the wind speed received from the wind power generator in a direction from which main wind blows; and a pitch control unit for controlling a pitch angle of the blade to control output power with reference to the wind speed which is inputted from the front of the blade.

Description

풍력발전기 및 그 운영 방법{WIND POWER GENERATOR AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}[0001] WIND POWER GENERATOR AND METHOD FOR OPERATING THE SAME [0002]

본 발명은 풍력발전단지 내에 복수로 설치되는 풍력발전기 및 그 운영 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wind turbine provided in a plurality of wind turbines and a method of operating the same.

일반적으로 풍력발전단지는 육상이나 해상에서 바람으로 발전기를 돌려 에너지를 생산하는 풍력발전기가 복수로 설치된 장소를 의미한다. 이러한 풍력발전단지는 그 규모가 증가 함에 따른 출력 전력량도 증가하여 기존의 전력망을 운용에 많은 영향을 끼치는 시설로 자리잡고 있다.Generally, a wind power plant is a place where a wind turbine is installed in a wind turbine to produce energy by turning a generator by wind on land or on the sea. As the size of the wind power generation complex increases, the amount of output power increases and it becomes a facility that greatly affects the operation of the existing power grid.

풍력발전단지의 운영에 있어서 풍속은 각 풍력발전기의 전반적인 출력 제어와 안정성확보를 위해 매우 중요한 지표가 되므로 각 풍력발전기는 나셀상에 설치되는 풍향풍속계를 이용하여 지속적인 풍향 및 풍속을 계측하고 있다.In the operation of the wind farm, the wind speed is a very important indicator for securing the overall output control and stability of each wind power generator. Therefore, each wind power generator measures the wind direction and wind speed by using the wind direction anemometer installed on the nacelle.

한편, 종래의 풍력발전기의 출력을 제어하기 위해서는 피치 제어 방법 및 발전기토크 제어 방법이 사용되고 있다.On the other hand, a pitch control method and a generator torque control method are used to control the output of a conventional wind power generator.

먼저, 피치 제어 방법은 블레이드의 피치각 조절을 통해 캡쳐되는 에너지의 양을 조절하는 방법이다. First, the pitch control method is a method of adjusting the amount of energy captured by adjusting the pitch angle of the blade.

풍력발전기에 입력되는 바람에너지는 풍속, 블레이드의 길이, 블레이드의 피치각도, 공기밀도 등과 상관된다. 여기서, 피치제어란 블레이드의 각도를 조절하여 바람에너지의 양을 조절하는 것을 의미한다. Wind energy input to a wind turbine correlates with wind speed, blade length, blade pitch angle, and air density. Here, pitch control means adjusting the amount of wind energy by adjusting the angle of the blade.

통상 블레이드는 정격 풍속 이전까지는 최대의 바람에너지를 이용할 수 있는 피치 각으로 고정 된다. 그리고, 풍력발전기의 정격 출력이 가능한 정격 풍속 이후에는 피치 각을 가변하여 일정한 바람에너지가 이용될 수 있도록 피치제어를 한다. 이 때, 각 풍속 별 피치각은 미리 시뮬레이션을 통하여 정해진 데이터를 참조하여 제어한다. Normally, the blades are fixed at a pitch angle that allows for maximum wind energy before rated wind speed. After the rated wind speed at which the rated power of the wind turbine generator is available, the pitch angle is varied to control the pitch so that the constant wind energy can be utilized. At this time, the pitch angles of the respective wind speeds are controlled by referring to the data determined in advance through simulation.

다음, 발전기 토크 제어 방법은 정격 풍속 이전에 사용되는 제어방법이며, 이용 되는 바람에너지를 풍력발전기에서 최대의 효율로 운전될 수 있는 토크 값으로 운전하는 제어 방법이다. 이 때, P=TW 이므로 입력되는 에너지 값에 따른 성능 하중 등을 고려하여서 최고의 성능을 낼 수 있는 토크와 RPM으로 제어하며, P(Power), T(Torque), W(rotor speed) 값은 시뮬레이션을 통하여 미리 세팅이 되어 있다. Next, the generator torque control method is a control method used before the rated wind speed, and is a control method for operating the used wind energy to a torque value that can be operated with the maximum efficiency in the wind power generator. In this case, since P = TW, it is controlled by torque and RPM that can achieve the best performance in consideration of the performance load according to the input energy value, and values of P (Power), T (Torque) and W In advance.

상기한 두 가지 제어 방법에서 가장 기본이 되는 입력 값은 풍속으로 정확하게는 블레이드 앞쪽에서 입력되는 풍속이 필요하지만 통상 풍력 발전기의 풍속센서는 나셀 위 뒤쪽에 설치 되어 있다.In the above two control methods, the most basic input value is the wind speed, which is precisely the wind speed input from the front side of the blade, but the wind speed sensor of the wind power generator is usually installed behind the nacelle.

즉, 풍력발전기의 출력 제어의 기준이 되는 풍속은 블레이드 앞쪽의 풍속인 반면, 실제로는 바람이 블레이드를 지나친 후인 나셀 뒤쪽에서의 측정된 풍속이 사용되고 있어 블레이드 입력 풍속과 제어에 사용이 되는 풍속의 시간과 풍속차가 발생된다. 여기에, 풍속을 나셀 뒤쪽에서 측정하기 때문에 블레이드에 의한 후류효과까지 포함되어 풍속차가 더 벌어지는 문제가 있다.In other words, the wind speed as a reference for the output control of the wind turbine generator is the wind speed in front of the blade, but actually the measured wind speed at the rear of the nacelle after the wind passes the blade is used, so that the blade input wind speed and the time And a wind speed difference is generated. Here, since the wind speed is measured at the rear of the nacelle, there is a problem that the wind speed difference is further increased by including the wake effect by the blade.

이러한 실제 블레이드에 입력되는 풍속과 측정된 풍속의 차이는 미리 설정된 Cp(Power Coefficient)커브와 토크커브와의 차이로 인한 부정확한 출력 제어가 이루어질 수밖에 없는 문제가 있으며 그로 인해 풍력발전기의 성능손실을 유발하는 문제점이 있다.The difference between the wind speed input to the actual blade and the measured wind speed is inevitably inaccurate due to the difference between the preset Cp curve and the torque curve, which causes the performance loss of the wind turbine generator .

특허문헌 1 : 한국공개특허 제2009-0083371호 (2009.08.03. 공개)Patent Document 1: Korean Published Patent Application No. 2009-0083371 (published on August 3, 2009)

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 실시 예는 풍력발전단지 내의 풍력발전기들 간의 연동으로 블레이드 앞쪽에서 유입되는 풍속을 정확하게 예측하고 이를 피치 제어에 활용하여 안정적인 출력을 제어하는 풍력발전기 및 그 운영 방법을 제공하고자 한다.In order to solve the above-described problems, an embodiment of the present invention is to provide a wind turbine generator that accurately predicts wind speed flowing in front of a blade through interlocking between wind turbines in a wind turbine, .

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전단지 내에 복수로 설치되는 풍력발전기는, 나셀 상에 설치되어 풍향 및 풍속을 계측하는 풍향계풍속계; 주변의 풍력발전기들과 통신하여 풍향 정보 및 풍속 정보를 주고 받는 통신부; 바람이 불어오는 주풍 방향의 풍력발전기에서 수신된 상기 풍속 정보를 참조하여 블레이드의 앞쪽에서 입력되는 풍속을 예측하는 메인 제어부; 및 상기 블레이드의 앞쪽에서 입력되는 풍속을 참조하여 출력 제어를 위한 블레이드의 피치각도를 조절하는 피치 제어부를 포함한다According to an aspect of the present invention, a wind turbine generator installed in a plurality of wind turbines in a wind turbine includes an airfoil anemometer installed on a nacelle and measuring a wind direction and a wind speed; A communication unit for communicating with wind turbines in the vicinity to exchange wind direction information and wind speed information; A main controller for predicting the wind speed inputted from the front side of the blade by referring to the wind speed information received from the wind power generator in the direction of wind blowing wind; And a pitch control unit for adjusting a pitch angle of the blades for output control with reference to a wind speed input in front of the blades

여기에, 로터가 상기 주풍 방향을 향하도록 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍향을 참조하여 나셀의 요잉(yawing)을 제어하는 나셀 제어부를 더 포함할 수 있다.The control unit may further include a nacelle control unit for controlling yawing of the nacelle with reference to the wind direction measured in the wind direction anemometer so that the rotor faces the wind direction.

또한, 상기 메인 제어부는, 상기 풍력발전단지 내 각 풍력발전기들의 설치 위치를 저장 하고, 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍향을 참조로 이웃한 풍력발전기들 중 주풍 방향에 위치한 풍력발전기를 선정하여 상기 풍속 정보 및 풍향 정보의 수신을 위한 통신을 설정할 수 있다.The main control unit stores the installed position of each of the wind turbines in the wind power generator complex and selects a wind turbine located in the wind direction among neighboring wind turbines with reference to the wind direction measured in the wind direction anemometer, And communication for receiving the wind direction information.

또한, 상기 메인 제어부는, 상기 주풍 방향이 변경되면 기존 주풍 방향의 풍력발전기와의 통신 설정을 해제하고, 변경된 주풍 방향의 앞쪽에 위치한 풍력발전기를 주풍 방향의 풍력발전기로 재선정할 수 있다.In addition, the main control unit can cancel communication setting with the wind power generator in the existing wind direction when the wind direction is changed, and re-select the wind power generator positioned in front of the changed wind direction as the wind power generator in the wind direction.

또한, 상기 메인 제어부는, 상기 주풍 방향의 풍력발전기와의 거리를 상기 풍속 정보로 나누어 상기 주풍 방향의 풍력발전기에서 측정된 풍속이 상기 블레이드 앞쪽에 도달하는 시간을 산출할 수 있다.The main control unit may divide the distance to the wind turbine generator in the wind direction by the wind speed information and calculate the time required for the wind speed measured by the wind power generator in the wind direction to reach the front side of the blade.

또한, 상기 메인 제어부는, 상기 주풍 방향의 풍력발전기에서 수신된 상기 풍속 정보와 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍속을 비교하여, 두 풍속 차가 미리 설정된 기준치를 초과하면 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍속을 피치 제어에 사용하도록 제어할 수 있다.The main control unit compares the wind speed information received from the wind power generator in the wind direction with the wind speed measured in the wind direction anemometer and, when the wind speed difference exceeds a predetermined reference value, controls the wind speed measured in the wind speed anemometer to pitch control For example.

또한, 상기 메인 제어부는, 전방에 유효한 풍향 구간을 설정하고 상기 주풍 방향의 풍력발전기에서 측정된 풍속 정보가 유효한 풍향 구간에 있는 경우에만 풍속 예측에 활용할 수 있다.In addition, the main control unit may be used to predict the wind speed only when a valid wind direction section is set in front and the wind speed information measured by the wind power generator in the wind direction is in a valid wind direction section.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 풍력발전단지 내에 복수로 설치되는 풍력발전기의 운영 방법은, a) 나셀 상에 설치된 풍향풍속계를 이용하여 풍향 및 풍속을 측정하는 단계; b) 바람이 불어오는 주풍 방향의 풍력발전기에서 측정된 풍속 정보 및 풍향 정보를 수신하는 단계; c) 주풍 방향의 상기 풍속 정보가 블레이드 앞쪽에 도달하는 시간을 산출하여 블레이드 앞쪽에서 입력되는 풍속을 예측하는 단계; 및 d) 상기 블레이드 앞쪽에서 입력되는 풍속을 참조하여 출력 제어를 위한 블레이드의 피치각도를 조절하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of operating a plurality of wind turbines installed in a wind power generation plant, comprising the steps of: a) measuring wind direction and wind speed using a wind direction anemometer installed on a nacelle; b) receiving the wind speed information and the wind direction information measured in the wind power generator in the wind direction in which the wind is blowing; c) calculating a time at which the wind speed information in the direction of the main wind reaches the front of the blade to predict the wind speed input in front of the blade; And d) adjusting the pitch angle of the blade for output control with reference to the wind speed input in front of the blade.

또한, 상기 b) 단계 이전에, 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍향을 참조로 상기 주풍 방향의 풍력발전기를 선정하고 상기 주풍 방향의 풍력발전기와 상기 풍속 정보 및 상기 풍향 정보 수신을 위한 통신을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, before step b), the wind turbine generator selects the wind turbine generator in the wind direction with reference to the wind direction measured in the wind direction anemometer, and establishes communication with the wind turbine generator in the direction of the wind direction with respect to the wind speed information and the wind direction information reception . ≪ / RTI >

또한, 상기 b) 단계와 c) 단계 사이에, 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍속과 상기 풍속 정보를 비교하여 두 풍속 차가 미리 설정된 기준치를 초과하면, 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍속을 참조하여 피치 각도를 조절할 수 있다.If the wind speed measured in the wind direction anemometer is compared with the wind speed information between the step b) and the step c), if the wind speed difference exceeds a preset reference value, the wind speed measured by the wind speed anemometer is referred to, Can be adjusted.

본 발명의 실시 예에 따르면, 주풍 방향에 위치한 풍력발전기의 풍속 정보를 활용하여 실시간으로 블레이드 앞쪽에 입력되는 풍속을 예측하고 이를 피치 제어에 활용함으로써 정확한 출력을 조절을 통해 성능손실을 예방할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, performance loss can be prevented by controlling the accurate output by predicting the wind speed input to the front of the blade in real time by utilizing the wind speed information of the wind power generator located in the direction of the wind, and using it for pitch control.

또한, 풍력발전기들의 높이가 고른 해상 풍력발전단지에서의 활용도가 높을 뿐 아니라 정확하고 안정적인 출력제어를 통해 풍력발전기의 수명 및 효율을 늘릴 수 있다.In addition, the utilization of wind turbines in offshore wind turbines is high, and the life and efficiency of wind turbines can be increased through accurate and stable output control.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전단지를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 Cp(Power Coefficient) 커브의 예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주풍 방향의 풍력발전기를 재선정하는 방법을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전단지 운영 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
1 shows a wind turbine according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows a configuration of a wind power generator according to an embodiment of the present invention.
3 shows an example of a Cp (Power Coefficient) curve according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a method for re-selecting a wind turbine in the wind direction according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart schematically illustrating a method of operating a wind turbine 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.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전단지 내에 복수로 설치되는 풍력발전기 및 그 운영 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, a plurality of wind turbines installed in a wind turbine according to an embodiment of the present invention and a method of operating the same will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전단지를 나타낸다.1 shows a wind turbine according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전단지는 풍력발전단지 내에 복수로 설치되는 풍력발전기(100)들로 구성된다.Referring to FIG. 1, a wind turbine according to an embodiment of the present invention includes a plurality of wind turbines 100 installed in a wind turbine.

풍력발전기(100)는 이웃하는 풍력발전기들과 수백 미터 또는 수 킬로미터로 이격 설치되며, 내부네트워크를 통해 연결되어 서로 각종 정보를 주고 받을 수 있다. The wind turbine generator 100 is installed at a distance of several hundred meters or several kilometers from neighboring wind turbines, and can be connected to each other via an internal network to exchange information.

특히, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기(100)는 나셀 상에 설치되는 풍향풍속계(110)를 이용하여 지속적인 풍향 및 풍속을 계측하고 이를 주변의 풍력발전기(100)들과 서로 공유한다. 그리고, 바람이 불어오는 주풍 방향에 위치한 다른 풍력발전기에서 측정된 풍속 정보를 참조하여 블레이드의 앞쪽에서 입력되는 풍속을 예측할 수 있다. In particular, the wind turbine generator 100 according to the embodiment of the present invention measures the wind direction and the wind speed by using the wind direction anemometer 110 installed on the nacelle and shares it with the surrounding wind turbine generators 100. Then, the wind speed input from the front side of the blade can be predicted by referring to the wind speed information measured by the other wind power generator located in the wind direction.

즉, 풍력발전기(100)는 기존의 바람이 지나간 후에 자신의 풍향풍속계(110)에서 측정된 풍속이 아닌 주풍 방향의 풍력발전기(100)와의 연동으로 획득된 풍속을 참조하여 블레이드의 앞쪽에서 입력되는 순간의 풍속을 예측함으로써 정확한 피치제어를 통한 안정적인 출력을 제어할 수 있다.In other words, the wind turbine generator 100 is inputted from the front side of the blade with reference to the wind speed obtained by interlocking with the wind turbine generator 100 in the wind direction, not the wind speed measured in the wind direction anemometer 110 after the existing wind has passed By predicting the instantaneous wind speed, stable output can be controlled through accurate pitch control.

한편, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 구성을 개략적으로 나타낸다.2 schematically shows a configuration of a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기(100)는 풍향 풍속계(110), 피치 제어부(120), 요 제어부(130), 통신부(140) 및 메인 제어부(150)를 포함한다.2, a wind turbine generator 100 according to an embodiment of the present invention includes a wind direction anemometer 110, a pitch controller 120, a yaw control unit 130, a communication unit 140, and a main controller 150 .

풍향풍속계(110)는 나셀의 상부에 설치되어 외부의 풍향 및 풍속을 측정한다.The wind direction anemometer 110 is installed on the top of the nacelle to measure the wind direction and wind speed of the outside.

피치 제어부(120)는 바람에 의해 회전하는 로터에 설치되고 블레이드의 앞쪽에서 입력되는 풍속을 참조하여 안정적인 출력 제어를 위한 각 블레이드의 피치각도를 조절한다.The pitch controller 120 is installed in a rotor that rotates by wind and adjusts the pitch angle of each blade for stable output control with reference to the wind speed input from the front of the blade.

예를 들어, 피치제어부(120)는 정격 풍속 이하에서는 입력되는 바람 에너지를 최대 효율로 이용할 수 있는 피치각으로 고정이 되어 있다.For example, the pitch controller 120 is fixed at a pitch angle at which the input wind energy can be utilized at maximum efficiency under the rated wind speed.

그리고, 피치 제어부(120)는 정격 풍속 이후(이상) 구간에서는 가변피치제어를 하여 일정한 바람 에너지가 입력되도록 하는 블레이드의 피치각도를 조절할 수 있다.The pitch controller 120 can control the pitch angle of the blades to allow the constant wind energy to be input by controlling the variable pitch after the rated wind speed (or above).

요 제어부(130)는 타워에 의해 지지되는 나셀의 전방에 설치된 로터가 주풍 방향을 향할 수 있도록 풍향 정보를 참조하여 나셀의 요잉(yawing)을 제어한다.The yaw control unit 130 controls the yawing of the nacelle with reference to the wind direction information so that the rotor installed in front of the nacelle supported by the tower can be directed to the direction of the wind.

통신부(140)는 라우터와 같이 입출력 인터페이스가 구비된 전기적 연결장치로, 내부적으로 풍향풍속계(110), 피치 제어부(120) 및 요 제어부(130)를 후술되는 메인 제어부(150)를 연결한다.The communication unit 140 is an electrical connection device having an input and output interface such as a router and internally connects the wind direction anemometer 110, the pitch control unit 120 and the yaw control unit 130 to a main control unit 150 described later.

또한, 통신부(140)는 외부적으로 주변의 다른 풍력발전기(100)들과 메인 제어부(150)를 연결하여, 풍속 및 풍향 정보를 주고 받을 수 있다.In addition, the communication unit 140 can exchange wind speed and direction information by connecting the wind power generators 100 and the main control unit 150 to each other.

이 때, 통신부(140)는 ICP/IP와 같은 유선통신 라인으로 연결되거나 무선 통신 모듈을 통해 연결될 수 도 있다. 예컨대, 육상에 비해 인프라 구축이 까다로운 환경인 해상 풍력발전단지에서는 무선 통신을 통하여 단지 내 네트워크를 형성하고 풍속 및 풍향 정보를 서로 전달하여 블레이드 앞쪽의 풍속 계산에 참조할 수 있다.In this case, the communication unit 140 may be connected to a wired communication line such as an ICP / IP or a wireless communication module. For example, in offshore wind farms, where infrastructure is more difficult to build than on land, a network is formed through wireless communication, and wind speed and direction information are transmitted to each other to refer to the wind speed calculation in front of the blades.

메인 제어부(150)는 풍력발전기(100)의 운영을 위한 상기 각부의 전반적인 동작을 제어하며, 그 제어를 위한 각종 프로그램 및 데이터를 저장 관리한다.The main control unit 150 controls the overall operation of the respective units for operating the wind power generator 100, and stores and manages various programs and data for controlling the respective units.

메인 제어부(150)는 풍력발전단지 내 각 풍력발전기들의 설치 위치를 저장 하고, 풍향풍속계(110)에서 측정된 풍향을 이용하여 이웃한 풍력발전기들 중 주풍 방향에 위치한 풍력발전기(100)를 선정한다.The main control unit 150 stores the installed positions of the respective wind turbines in the wind power generation complex and selects the wind turbine generator 100 located in the wind direction among neighboring wind turbines using the wind direction measured by the wind direction anemometer 110 .

그리고, 메인 제어부(150)는 도 2에서와 같이 선정된 주풍 방향의 풍력발전기(100')에서 측정된 풍속 정보 및 풍향 정보를 수신하여 블레이드 앞쪽에 도착하는 풍속을 예측한다. 2, the main control unit 150 receives the wind speed information and the wind direction information measured by the wind power generator 100 'in the selected wind direction to predict the wind speed arriving in front of the blade.

이 때, 메인 제어부(150)는 아래의 수학식 1을 이용하여 주풍 방향의 풍력발전기(100')에서 측정된 풍속이 자신의 블레이드 앞쪽에 도달하는 시간을 산출할 수 있다.At this time, the main control unit 150 can calculate the time required for the wind speed measured by the wind power generator 100 'in the wind direction to reach the front side of the own blade, using the following equation (1).

Figure 112013029155707-pat00001
Figure 112013029155707-pat00001

한편, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 Cp(Power Coefficient) 커브의 예를 나타낸다.Meanwhile, FIG. 3 shows an example of a curve Cp (Power Coefficient) according to an embodiment of the present invention.

메인 제어부(150)는 위와 같이 바람이 블레이드 앞쪽에 도달하는 타이밍의 풍속을 예측하면 도 3과 같이 미리 사전에 시뮬레이션 된 Cp 커브 값에 따른 피치 각도 값을 피치 제어부(120)로 전달한다. 여기서, Cp 커브는 블레이드의 특성에 따른 시뮬레이션을 통해 결정되며 풍속에 대한 풍력발전기(100)의 출력 제어에 사용되는 파라미터이다.The main control unit 150 transmits the pitch angle value according to the previously simulated Cp curve value to the pitch control unit 120 as shown in FIG. 3 when the wind speed at the timing when the wind arrives at the front side of the blade is estimated. Here, the Cp curve is determined through simulation based on the characteristics of the blades, and is a parameter used for controlling the output of the wind turbine generator 100 with respect to the wind speed.

즉, 메인 제어부(150)는 주풍 방향의 풍력발전기(100')에서 측정된 풍속 정보를 참조로 산출되는 블레이드의 앞쪽의 풍속으로 실시간으로 피치각도를 조절함으로써 풍력발전기(100)에서 출력되는 전력량을 정확하고 안정적으로 조절할 수 있다.That is, the main control unit 150 adjusts the pitch angle in real time with the wind speed of the front side of the blade calculated with reference to the wind speed information measured by the wind power generator 100 'in the wind direction to calculate the amount of power output from the wind power generator 100 It can be adjusted accurately and stably.

한편, 메인 제어부(150)는 주변의 풍력발전기들과 풍속 정보 및 풍향 정보를 교환하고 그 중에서 주풍 방향으로 선정된 풍력발전기의 풍속 정보를 선택적으로 이용하 수 있으나 그런 경우 불필요하게 많은 정보의 교환이 발행될 수 있다.On the other hand, the main control unit 150 exchanges wind speed information and wind direction information with wind power generators in the vicinity, and can selectively use the wind speed information of the wind power generator selected in the wind direction among them. However, in such a case, .

그러므로, 메인 제어부(150)는 선정된 주풍 방향의 풍력발전기에만 풍속 정보 및 풍향 정보를 별도로 요청하여 통신이 설정(약속)된 두 풍력발전기 사이에만 정보를 주고 받는다. 그리고, 풍향이 변경된 경우 변경된 주풍 방향의 풍력발전기에 풍속 정보 및 풍향 정보를 요청하고 기존에 선정된 설정을 해제함으로써 무선 자원의 낭비를 막고 효율적인 통신을 제어할 수 있다Therefore, the main control unit 150 separately requests the wind speed information and the wind direction information only in the wind direction generator in the selected wind direction, so that information is exchanged only between the two wind speed generators set in communication (promised). When the wind direction is changed, the wind speed information and the wind direction information are requested to the wind turbine in the changed wind direction and the previously selected setting is canceled, thereby preventing the waste of the radio resources and controlling the efficient communication

또한, 메인 제어부(150)는 풍력발전기(100)의 주풍 방향에서 측정되어 전달된 풍속 정보와 나셀 상의 풍향풍속계(110)에서 측정된 풍속을 비교하여, 두 풍속 차가 미리 설정된 기준치를 초과하면 주풍 방향에서 측정된 풍속 정보 대신에 나셀 상의 풍향풍속계(110)에서 측정된 풍속을 피치 제어에 사용한다. The main control unit 150 compares the wind speed information measured and transmitted in the main wind direction of the wind power generator 100 with the wind speed measured in the wind speed anemometer 110 of the nacelle, and when the two wind speed differences exceed a predetermined reference value, The wind speed measured in the wind direction anemometer 110 of the nacelle is used for pitch control.

이는 앞쪽에 있는 주풍 방향의 풍력발전기(100')에서 측정된 바람이 풍력발전기(100)의 블레이드 앞까지 도달하는 중간에 허용치 이상으로 변경될 수 있기 때문이다.This is because the wind measured by the wind power generator 100 'in the front wind direction can be changed to an allowable value or more in the middle of reaching the front of the blades of the wind power generator 100.

한편, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 주풍 방향의 풍력발전기를 재선정하는 방법을 나타낸다.Meanwhile, FIG. 4 shows a method for re-selecting a wind turbine in the wind direction according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 메인 제어부(150)는 기상 또는 계절적인 요인으로 인해 풍향이 바뀔 수 있기 때문에 전방에 유효한 풍향 구간을 설정하고 주풍 방향의 풍력발전기에서 측정된 풍속 정보가 유효한 풍향 구간에 있는 경우에만 풍속 예측에 활용한다.Referring to FIG. 4, the main controller 150 according to an embodiment of the present invention sets an effective wind direction section in front of the wind turbine because wind direction can be changed due to weather or seasonal factors, Only when the wind speed information is in the effective wind direction section, it is used for wind speed prediction.

예를 들면, 풍력발전단지 내에서의 풍력발전기들을 사각형으로 배치를 하였을 때, 측정되는 풍향이 제1 주풍 방향이면 풍력발전기(100)가 제1 풍력발전기를 향하도록 제어한다. 즉, 바람이 제1 주풍 방향에서 불어오는 경우는 앞 쪽에 위치한 제1 풍력발전기(100-1)와의 통신을 설정하여 전달되는 풍속 정보를 피치 제어(즉, 출력 제어)에 활용한다. 그리고, 풍향 바뀌어 대각선 방향인 제2 주풍 방향에서 불어오는 경우에는 대각선 앞쪽에 있는 제2 풍력발전기(100-2)의 풍속 정보를 피치 제어에 활용할 수 있다. For example, when the wind turbines in the wind power generation plant are arranged in a quadrangle, the wind turbine generator 100 controls the wind turbine generator 100 to be directed to the first wind turbine generator when the measured wind direction is the first wind direction. That is, when the wind blows in the first wind direction, communication with the first wind power generator 100-1 located at the front side is established and wind speed information transmitted is used for pitch control (i.e., output control). When the wind direction changes in the diagonal direction and the wind direction changes in the second wind direction, the wind speed information of the second wind power generator 100-2 located at the diagonal front can be utilized for pitch control.

이 때, 메인 제어부(150)는 제2 주풍 방향의 제2 풍력발전기(100-2)를 재선정하여 풍속 정보 및 풍향 정보 수신을 위한 통신을 설정하고, 기존의 제1 주풍 방향의 풍력발전기부터의 정보 수신을 위한 통신 설정은 해제할 수 있다.At this time, the main control unit 150 re-selects the second wind power generator 100-2 in the second wind direction to set the communication for receiving the wind speed information and the wind direction information, Communication setting for information reception can be canceled.

한편, 상기한 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전단지 운영 시스템의 구성을 바탕으로 하는 풍력발전단지 운영방법을 다음의 도 5를 통해 설명한다.A method of operating a wind turbine based on the configuration of a wind turbine operating system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전단지 운영 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart schematically illustrating a method of operating a wind turbine according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기(100)는 자신의 나셀 상에 설치된 풍향풍속계(110)를 이용하여 풍향 및 풍속을 측정한다(S101).5, the wind turbine 100 according to the embodiment of the present invention measures the wind direction and the wind speed using the wind direction anemometer 110 installed on its own nacelle (S101).

풍력발전기(100)는 주풍 방향의 풍력발전기에서 측정된 풍속 정보 및 풍향 정보를 수신한다(S102). The wind turbine generator 100 receives the wind speed information and the wind direction information measured by the wind power generator in the wind direction (S102).

이 때, 풍력발전기(100)는 측정된 풍향을 참조하여 주풍 방향 앞쪽에 위치한 풍력발전기를 상기 주풍 방향의 풍력발전기로 선정하고, 주풍 방향의 풍력발전기와 풍속 정보 및 풍향 정보 수신을 위한 통신을 설정할 수 있다.At this time, the wind turbine generator 100 selects the wind turbine generator located in the front wind direction in the direction of the main wind by referring to the measured wind direction, sets the communication with the wind turbine generator in the wind direction to receive the wind speed information and the wind direction information .

또한, 이와 상반된 측면에서의 풍력발전기(100)는 자신의 후방에 위치한 풍력발전기로부터 주풍 방향의 풍력발전기로 선정될 수 있으며, 위와 마찬가지로 통신 설정을 하여 자신의 풍향풍속계(110)에서 측정된 풍속 정보 및 풍향 정보를 후방의 해당 풍력발전기로 전송할 수 있다. Also, the wind turbine generator 100 on the side opposite to the wind turbine generator 100 can be selected as a wind turbine generator in the wind direction from the wind turbine generator located in the rear side of the wind turbine generator 100, And wind direction information to the rear wind turbine generator.

풍력발전기(100)는 수신된 주풍 방향의 풍속이 소정 각도의 유효한 풍향 구간에 있는지 판단하여 유효한 풍향 구간에 있으면(S103; 예), 풍향풍속계(110)에서 측정된 풍속 정보와 주풍 방향의 풍속 정보를 비교한다. 그리고, 두 풍속차가 미리 설정된 기준치 미만이면(S104; 예), 주풍 방향의 풍속이 블레이드 앞쪽에 도달하는 시간을 산출하여 블레이드 앞쪽 풍속을 예측한다(S105, S106).The wind turbine generator 100 determines whether or not the wind speed in the wind direction is within a valid wind direction section of a predetermined angle (S103; YES) . If the two wind speed differences are less than a predetermined reference value (S104; Yes), the time when the wind speed in the direction of the wind reaches the front of the blade is calculated to predict the blade front wind speed (S105, S106).

풍력발전기(100)는 예측된 블레이드 앞쪽 풍속을 사용하여 피치 제어를 함으로써 정확하고 안정적인 출력 제어를 한다(S107). The wind power generator 100 performs accurate and stable output control by performing pitch control using the predicted blade front wind speed (S107).

반면, 상기 S103 단계에서, 수신된 주풍 방향의 풍속이 유효한 풍향 구간에 있지 않으면(S103; 아니오), 풍력발전기(100)는 주풍 방향이 변경된 것으로 판단하여 요 제어부(130)를 통해 나셀의 요잉을 제어 하고, 주풍 방향의 풍력발전기를 재선정한다(S108).On the other hand, if it is determined in step S103 that the wind speed in the wind direction is not in the valid wind direction section (S103: NO), the wind power generator 100 determines that the wind direction is changed, And the wind turbine generator in the wind direction is re-determined (S108).

또한, 상기 S104 단계에서, 두 풍속차가 미리 설정된 기준치를 초과하면(S104; 아니오), 바람이 도달하는 중간에 급격히 변경된 것으로 판단하여 주풍 방향의 풍속 정보 대신에 풍향풍속계(110)에서 측정된 풍속 정보를 사용하여 피치 제어를 한다(S109).If it is determined in step S104 that the difference between the two wind speeds exceeds a preset reference value (S104: NO), it is determined that the wind speed has suddenly changed in the middle of arrival of the wind and the wind speed information measured in the wind direction anemometer 110 (S109). ≪ / RTI >

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 주풍 방향에 위치한 풍력발전기의 풍속 정보를 활용하여 실시간으로 블레이드 앞쪽에 입력되는 풍속을 예측하고 이를 피치 제어에 활용함으로써 정확한 출력을 조절을 통해 성능손실을 예방하는 효과가 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the wind speed inputted to the front of the blade is predicted in real time by utilizing the wind speed information of the wind turbine located in the wind direction, and it is used to control the pitch, .

또한, 풍력발전기들의 높이가 고른 해상 풍력발전단지에서의 활용도가 높을 뿐 아니라 블레이드에 입력되는 풍속을 정확히 예측하여 풍력발전기의 수명 및 효율을 늘릴 수 있다.In addition, the utilization of the wind turbines in the offshore wind turbine having a high height is high, and the lifetime and efficiency of the wind turbine can be increased by accurately predicting the wind speed inputted to the blades.

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: 풍향풍속계
120: 피치 제어부 130: 요 제어부
140: 통신부 150: 메인 제어부
100: Wind power generator 110: Wind direction anemometer
120: pitch control unit 130:
140: communication unit 150:

Claims (10)

풍력발전단지 내에 복수로 설치되는 풍력발전기에 있어서,
나셀 상에 설치되어 풍향 및 풍속을 계측하는 풍향풍속계;
주변의 풍력발전기들과 통신하여 풍향 정보 및 풍속 정보를 주고 받는 통신부;
바람이 불어오는 주풍 방향의 풍력발전기에서 수신된 상기 풍속 정보를 참조하여 블레이드의 앞쪽에서 입력되는 풍속을 예측하는 메인 제어부; 및
상기 블레이드의 앞쪽에서 입력되는 풍속을 참조하여 출력 제어를 위한 블레이드의 피치각도를 조절하는 피치 제어부를 포함하는 풍력발전기.
A wind turbine generator comprising a plurality of wind turbines installed in a wind turbine,
A wind direction anemometer installed on a nacelle to measure wind direction and wind speed;
A communication unit for communicating with wind turbines in the vicinity to exchange wind direction information and wind speed information;
A main controller for predicting the wind speed inputted from the front side of the blade by referring to the wind speed information received from the wind power generator in the direction of wind blowing wind; And
And a pitch control unit for adjusting a pitch angle of the blade for output control with reference to a wind speed input from the front side of the blade.
제 1 항에 있어서,
로터가 상기 주풍 방향을 향하도록 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍향을 참조하여 나셀의 요잉(yawing)을 제어하는 요 제어부를 더 포함하는 풍력발전기.
The method according to claim 1,
And a yaw control section for controlling yawing of the nacelle with reference to the wind direction measured in the wind direction anemometer so that the rotor faces the wind direction.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 메인 제어부는,
상기 풍력발전단지 내 각 풍력발전기들의 설치 위치를 저장 하고 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍향을 참조로 이웃한 풍력발전기들 중 주풍 방향에 위치한 풍력발전기를 선정하여, 상기 풍속 정보 및 풍향 정보의 수신을 위한 통신을 설정하는 풍력발전기.
3. The method according to claim 1 or 2,
The main control unit,
A wind turbine generator for generating a wind turbine generator for generating a wind turbine generator for generating a wind turbine generator and a wind turbine generator for generating wind turbines, A wind turbine that establishes communications.
제 3 항에 있어서,
상기 메인 제어부는,
상기 주풍 방향이 변경되면 기존 주풍 방향의 풍력발전기와의 통신 설정을 해제하고, 변경된 주풍 방향의 앞쪽에 위치한 풍력발전기를 주풍 방향의 풍력발전기로 재선정하는 풍력발전기.
The method of claim 3,
The main control unit,
The wind power generator releasing communication setting with the wind power generator in the existing wind direction when the wind direction is changed and re-selecting the wind power generator located in the front of the changed wind direction as the wind power generator in the wind direction.
제 1 항에 있어서,
상기 메인 제어부는,
상기 주풍 방향의 풍력발전기와의 거리를 상기 풍속 정보로 나누어 상기 주풍 방향의 풍력발전기에서 측정된 풍속이 상기 블레이드 앞쪽에 도달하는 시간을 산출하는 풍력발전기.
The method according to claim 1,
The main control unit,
Wherein the distance between the wind power generator in the wind direction and the wind power generator in the wind direction is divided by the wind speed information and the time when the wind speed measured by the wind power generator in the wind direction reaches the front side of the blade is calculated.
제 1 항에 있어서,
상기 메인 제어부는,
상기 주풍 방향의 풍력발전기에서 수신된 상기 풍속 정보와 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍속을 비교하여, 두 풍속 차가 미리 설정된 기준치를 초과하면 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍속을 피치 제어에 사용하도록 제어하는 풍력발전기.
The method according to claim 1,
The main control unit,
A wind turbine generator that compares the wind speed information received from the wind turbine generator in the wind direction with the wind speed measured in the wind direction anemometer and controls the wind speed measured in the wind speed anemometer to be used for pitch control when the wind speed difference exceeds a preset reference value .
제 1 항에 있어서,
상기 메인 제어부는,
전방에 유효한 풍향 구간을 설정하고 상기 주풍 방향의 풍력발전기에서 측정된 풍속 정보가 유효한 풍향 구간에 있는 경우에만 풍속 예측에 활용하는 풍력발전기.
The method according to claim 1,
The main control unit,
Wherein the effective wind direction section is set in the front direction and the wind speed information measured in the wind direction generator in the direction of the wind direction is used only in the wind direction section where the wind direction information is valid.
풍력발전단지 내에 복수로 설치되는 풍력발전기의 운영 방법에 있어서,
a) 나셀 상에 설치된 풍향풍속계를 이용하여 풍향 및 풍속을 측정하는 단계;
b) 바람이 불어오는 주풍 방향의 풍력발전기에서 측정된 풍속 정보 및 풍향 정보를 수신하는 단계;
c) 주풍 방향의 상기 풍속 정보가 블레이드 앞쪽에 도달하는 시간을 산출하여 블레이드 앞쪽에서 입력되는 풍속을 예측하는 단계; 및
d) 상기 블레이드 앞쪽에서 입력되는 풍속을 참조하여 출력 제어를 위한 블레이드의 피치각도를 조절하는 단계를 포함하는 풍력발전기 운영 방법.
A method for operating a wind turbine generator installed in a plurality of wind turbine generators,
a) measuring wind direction and wind speed using a wind direction anemometer installed on a nacelle;
b) receiving the wind speed information and the wind direction information measured in the wind power generator in the wind direction in which the wind is blowing;
c) calculating a time at which the wind speed information in the direction of the main wind reaches the front of the blade to predict the wind speed input in front of the blade; And
d) adjusting the pitch angle of the blades for output control with reference to the wind speed input in front of the blades.
제 8 항에 있어서,
상기 b) 단계 이전에,
상기 풍향풍속계에서 측정된 풍향을 참조로 상기 주풍 방향의 풍력발전기를 선정하고 상기 주풍 방향의 풍력발전기와 상기 풍속 정보 및 상기 풍향 정보 수신을 위한 통신을 설정하는 단계를 포함하는 풍력발전기 운영 방법.
9. The method of claim 8,
Prior to step b)
And selecting a wind turbine generator in the direction of the wind with reference to the wind direction measured in the wind direction anemometer and setting communication for receiving the wind speed information and the wind direction information with the wind turbine generator in the wind direction.
제 8 항에 있어서
상기 b) 단계와 c) 단계 사이에,
상기 풍향풍속계에서 측정된 풍속과 상기 풍속 정보를 비교하여 두 풍속 차가 미리 설정된 기준치를 초과하면, 상기 풍향풍속계에서 측정된 풍속을 참조하여 피치 각도를 조절하는 풍력발전기 운영 방법.
The method of claim 8, wherein
Between the steps b) and c)
And comparing the wind speed measured in the wind direction anemometer with the wind speed information to adjust the pitch angle with reference to the wind speed measured in the wind speed anemometer when the wind speed difference exceeds a preset reference value.
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