KR20150081663A - 풍력발전 시스템의 피치제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

풍력발전 시스템의 피치제어 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

풍력발전 시스템의 피치제어 장치 및 그 방법이 개시된다.
풍력발전 시스템의 피치제어 장치는 고도별 풍속을 측정하는 레이저 풍속계, 독립 피치제어를 수행하는 주 제어부 및 주 제어부의 제어에 따라 피치를 변경하는 피치 구동부를 포함한다. 해당 피치제어 장치는 로터 중심고도에서의 중심풍속, 서로 다른 고도에서의 제1 풍속 및 제2 풍속을 측정한 후, 제1 풍속 및 제2 풍속으로부터 출력계수를 계산하고, 기 저장된 하중 시뮬레이션 결과 테이블로부터 출력계수 및 중심풍속에 대응하는 하중 예측값을 추출하며, 하중 예측값에 기초하여 최적 피치 데이터를 산정한다. 이후, 최적 피치 데이터에 기초하여 개별 블레이드에 대한 제어신호가 생성되고, 생성된 제어신호에 기초하여 블레이드의 피치가 조정된다.
이에 따라, 신뢰성 및 내구성 측면에서 취약한 스트레인 게이지를 사용할 필요없이 풍하중 시뮬레이션 결과를 활용해 풍속 분포에 따른 하중을 실시간으로 예측하여 적정한 독립 피치제어를 수행할 수 있다. 또한, 피로하중을 효과적으로 저감하여 구조적인 경량화 및 원가 절감을 이룰 수 있다.

Description

풍력발전 시스템의 피치제어 장치 및 그 방법{PITCH CONTROL APPARATUS OF WIND POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 풍력발전 시스템에 관한 것으로, 특히 풍력발전 시스템의 피치제어 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
풍력발전 시스템은 바람의 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 시스템으로서, 환경 친화적이고, 무한정의 자원을 이용하는 등 여러 가지 이점이 많은 신 재생에너지원이라 할 수 있다.
이러한 풍력발전 시스템에서는 풍황에 따라 일정한 로터 회전속도와 정격출력을 얻도록 블레이드의 경사각인 피치(pitch)를 제어하는 것이 일반적이다.
이중, 공통 피치제어(CPC: Collective Pitch Control)는 모든 블레이드(통상 3개)의 피치를 동시에 동일한 각도만큼 증가 또는 감소시켜 정격출력을 유지하는 방식이다.
풍력발전 시스템의 블레이드에 걸리는 풍하중은 풍속과 바람에 대한 블레이드의 상대각도인 피치에 의해 주로 차이가 난다.
한편, 실제 바람의 평균 풍속 분포를 살펴보면, 지면으로부터 고도가 높아짐에 따라 풍속이 증가하는 분포를 보인다. 즉, 방위각 0도(블레이드가 위로 향하고 있을 때)에서의 블레이드에 들어오는 풍속이 가장 강하고, 방위각 180도(블레이드가 아래로 향하고 있을 때)의 블레이드에 들어오는 풍속이 가장 약하다.
이와 같이, 고도에 따라 풍속이 다르므로, 공통 피치제어로 모든 블레이드의 피치를 동일하게 제어하면 방위각에 따라 풍하중이 바뀌게 되고 주축에는 정현파적(sinusoidal) 굽힘하중이 지속적으로 발생하여 블레이드에 피로하중을 누적시키게 된다.
이에, 최근에는 풍하중에 영향을 미치는 블레이드 피치를 방위각에 따라 개별적으로 제어하여 방위각에 따른 하중 편차를 줄이는 독립 피치제어(IPC: Individual Pitch Control)가 사용되고 있다.
독립 피치제어의 경우, 대부분 로터 중심에 가까운 각 블레이드의 루트 부분에 스트레인 게이지를 설치하고 이를 통해 블레이드에 걸치는 하중을 실시간으로 측정하여 블레이드의 피치를 제어한다.
그런데, 종래의 독립 피치제어는 스트레인 게이지가 설치되는 블레이드 루트 부분의 두께가 두꺼워 측정 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 블레이드 내부 벽면에 부착되는 스트레인 게이지는 내구성이 약해 그 수명이 짧고 고장율이 높기 때문에, 장기간(10년 이상) 운용되는 풍력발전 시스템에는 적합하지 않고 시스템 오작동의 원인이 되는 문제점이 있다.
대한민국등록특허 제10-1179633호
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 독립 피치제어에 있어, 신뢰성 및 내구성 측면에서 취약한 스트레인 게이지를 사용하여 바람에 의한 블레이드의 하중을 실측하는 대신에, 바람이 불어오는 전방의 고도별 풍속을 측정하고 풍속에 따른 하중 시뮬레이션 결과 테이블을 활용해 적정 피치제어를 수행할 수 있게 하는 풍력발전 시스템의 피치제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이와 같은 독립 피치제어를 통해 풍력발전 시스템에 적용되는 피로하중을 효과적으로 저감하고, 그에 따라 구조적인 경량화 및 원가 절감을 이룰 수 있게 하는 풍력발전 시스템의 피치제어 장치 및 그 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치는, 로터 중심고도에서의 중심풍속, 서로 다른 고도에서의 제1 풍속 및 제2 풍속을 측정하는 레이저 풍속계; 상기 제1 풍속 및 상기 제2 풍속으로부터 출력계수를 계산하고, 기 저장된 하중 시뮬레이션 결과 테이블로부터 상기 출력계수 및 상기 중심풍속에 대응하는 하중 예측값을 추출하며, 상기 하중 예측값에 기초하여 최적 피치 데이터를 산정하고, 상기 최적 피치 데이터에 기초하여 개별 블레이드에 대한 제어신호를 생성하는 주 제어부; 및 상기 주 제어부로부터의 제어신호에 기초하여 상기 블레이드의 피치를 조정하는 피치 구동부를 포함한다.
본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치는 풍하중 시뮬레이션을 통해 출력계수와 중심풍속을 포함한 조건변수의 변화에 따른 하중을 예측하여 조건변수별 하중 예측값을 포함한 상기 하중 시뮬레이션 결과 테이블을 구축할 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치에서, 상기 주 제어부는, 상기 하중 시뮬레이션 결과 테이블에 기초하여 2개의 기준 방위각 0°, 180°에서의 하중 편차를 최소화하도록 상기 최적 피치 데이터를 도출할 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치에서, 상기 최적 피치 데이터는 2개의 기준 방위각 α1, α2에서의 피치 목표값을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치는 상기 블레이드의 방위각을 검출하는 방위각 측정센서를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 주 제어부는 상기 최적 피치 데이터에 포함된 2개의 기준 방위각 α1, α2에서의 피치 목표값을 기준으로 상기 블레이드의 피치를 상기 검출된 방위각에 따라 선형적으로 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치는 상기 최적 피치 데이터는 다른 기준 방위각에서의 피치 목표값을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치에서, 상기 주 제어부는 상기 측정된 중심풍속이 정격풍속 이상인 경우 작동하여 피치제어를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 방법은, 로터 중심고도에서의 중심풍속, 서로 다른 고도에서의 제1 풍속 및 제2 풍속을 측정하는 단계; 상기 제1 풍속 및 상기 제2 풍속으로부터 출력계수를 계산하는 단계; 기 저장된 하중 시뮬레이션 결과 테이블로부터 상기 출력계수 및 상기 중심풍속에 대응하는 하중 예측값을 추출하는 단계; 상기 하중 예측값에 기초하여 최적 피치 데이터를 산정하는 단계; 상기 최적 피치 데이터에 기초하여 개별 블레이드에 대한 제어신호를 생성하는 단계; 및 상기 제어신호에 기초하여 상기 블레이드의 피치를 조정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 방법은, 풍하중 시뮬레이션을 통해 출력계수와 중심풍속을 포함한 조건변수의 변화에 따른 하중을 예측하여 조건변수별 하중 예측값을 포함한 상기 하중 시뮬레이션 결과 테이블을 구축하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 방법에서, 상기 최적 피치 데이터는 적어도 2개의 기준 방위각에서의 피치 목표값을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 방법에서, 상기 제어신호를 생성하는 단계는, 상기 블레이드의 방위각을 검출하는 단계; 및 상기 최적 피치 데이터에 포함된 각 기준 방위각에서의 피치 목표값을 기준으로 상기 블레이드의 피치를 상기 검출된 방위각에 따라 선형적으로 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 풍력발전 시스템의 피치제어 장치 및 그 방법에 따르면, 신뢰성 및 내구성 측면에서 취약한 스트레인 게이지를 설치/사용하여 하중 실측값을 획득하지 않고도 적정한 독립 피치제어를 수행할 수 있다.
또한, 이와 같은 독립 피치제어를 통해 풍력발전 시스템에 적용되는 피로하중을 효과적으로 저감하고, 그에 따라 구조적인 경량화 및 원가 절감을 이룰 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치를 나타낸 개략적 구성도.
도 2는 도 1에 나타난 레이저 풍속계의 설치상태를 예시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치 및 그 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치를 나타낸 개략적 구성도이다.
도 1에서, 풍력에 의하여 회전하는 로터(10)는 주축(21)에 연결되는 허브(11)와, 허브(11)에 방사상으로 설치된 블레이드(12)를 포함한다.
블레이드(12)는 허브(10)에 일단이 기계적으로 연결되어 있으며, 허브(10)에는 복수 개(통상적으로는, 3개가 가장 널리 사용됨)의 블레이드(12)가 연결된다. 허브(11)는 복수 개의 블레이드(12)와 주축(21)을 연결한다. 풍력에 의해 블레이드(12)가 회전함에 따라 로터(10)가 회전하고, 해당 로터(10)의 회전에 따라 주축(21)이 회전하며, 해당 회전이 증속부(20)에 의해 속도 증가되어서 발전부(40)를 구동함으로써 발전부(40)에 의해 전기를 발생시킨다.
한편, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치는 고도별 풍속을 측정하는 레이저 풍속계(LIDAR: Light Detection And Ranging)(70)를 구비하며, 레이저 풍속계(70)의 출력을 기초로 독립 피치제어를 수행하는 주 제어부(30), 주 제어부(30)의 제어에 따라 블레이드(12)의 각도를 변경시키는 피치 구동부(13) 등을 포함한다.
일 실시예에서, 증속부(20), 주 제어부(30), 발전부(40) 등은 나셀(50)의 내부에 설치되고, 나셀(50)의 상부에는 레이저 풍속계(70)가 설치되며, 이러한 나셀(50)은 타워(60)에 의해 지지된다.
피치 구동부(13)는 주 제어부(30)로부터의 제어신호에 기초하여 블레이드(12)의 경사각인 피치를 조정한다. 피치는 블레이드(12)의 시위선(chord line)이 주축(21)에 수직인 기준면과 이루는 각도로 정의할 수 있다.
전술한 피치 구동부(13)는 주 제어부(30)의 제어에 따라 전기식이나 유압식으로 블레이드(12)의 피치를 변경할 수 있다. 전기식 피치 구동부는 허브(11)와 블레이드(12)를 연결시키는 베어링, 블레이드(12)를 회전시키는 서보 모터 및 보조 전원장치 등으로 구성될 수 있다. 유압식 피치 구동부는 나셀(50)에 설치되는 유압공급 장치로부터 유압을 전달받아 블레이드(12)를 회전시키는 유압 액츄에이터 등으로 구성될 수 있다.
주축(21)은 로터(10)의 토크를 증속부(20)에 전달하며, 증속부(20)는 저속의 로터(10)의 회전수를 발전부(40)의 회전으로 변환한다.
발전부(40)는 증속부(20)에서 변환된 고속 회전을 이용하여 전기를 생성하여서, 해당 생성된 전기 에너지를 연계 계통에 전달한다. 연계 계통은 풍력발전 시스템에서 생산된 전력을 전력 수요처로 전달한다.
주 제어부(30)는 로터(10)의 회전속도나 정격출력을 유지하기 위하여 독립 피치제어 방식으로 각 블레이드(12)를 개별 제어하되, 스트레인 게이지를 통해 측정되는 하중 실측값 대신에 레이저 풍속계(70)에서 계측되는 고도별 풍속으로부터 예상되는 하중 예측값을 근거로 각 블레이드(12)의 피치제어를 위한 제어신호를 생성한다.
이러한 독립 피치제어를 구현하기 위해, 전술한 주 제어부(30)는 서로 다른 고도의 제1 풍속 및 제2 풍속을 입력받아 그로부터 출력계수(power factor)를 계산하고, 기 저장된 하중 시뮬레이션 결과 테이블(31)로부터 출력계수 및 중심풍속에 대응하는 하중 예측값을 추출한다. 또한, 주 제어부(30)는 추출한 하중 예측값을 근거로 최적 피치 데이터를 산정하고, 산정된 최적 피치 데이터에 기초하여 개별 블레이드(12)에 대한 제어신호를 생성하게 된다.
일 실시예에서, 최적 피치 데이터는 적어도 2개의 기준 방위각 α1, α2(예컨대, 0°, 180°)에서의 피치 목표값 θ1, θ2를 포함한다. 주 제어부(30)는 이러한 최적 피치 데이터에 포함된 2개의 기준 방위각 α1, α2에서의 피치 목표값을 기준으로 각 블레이드(12)의 피치를 방위각에 따라 선형적으로 조정할 수 있다.
예컨대, 주 제어부(30)는 특정 블레이드(12)가 기준 방위각 0°를 지날 때의 피치를 0°에서의 피치 목표값 θ1으로 조정하고, 해당 블레이드(12)가 기준 방위각 180°를 지날 때의 피치를 180°에서의 피치 목표값 θ2로 조정할 수 있다. 해당 블레이드(12)가 피치 목표값이 지정된 기준 방위각 외에 0°~180°, 180°~360°의 나머지 방위각을 가질 때에는 θ1과 θ2 사이의 값을 가지도록 그 피치를 선형적으로 증가 또는 감소시킬 수 있을 것이다.
이와 같이, 개별 블레이드(12)의 피치를 그 방위각에 따라 조정하기 위해, 블레이드(12)들 각각에 방위각 측정센서(80)를 구비하여 각 블레이드(12)의 회전에 따른 방위각을 검출할 수 있다.
도 2는 도 1에 나타난 레이저 풍속계의 설치상태를 예시한 도면이다.
실제 바람은 도 2에 나타난 바와 같이 고도가 높아짐에 따라 풍속이 증가하는 분포를 보인다.
한편, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 독립 피치제어를 구현함에 있어 신뢰성 및 내구성 측면에서 취약한 스트레인 게이지를 사용하여 바람에 의한 블레이드(12)의 하중을 실측하는 대신에, 바람이 불어오는 전방의 고도별 풍속 분포를 측정하고 풍속에 따른 하중 시뮬레이션 결과 테이블(31)을 활용해 적정 피치제어를 수행한다.
이와 같은 방식의 독립 피치제어를 위해, 풍하중 시뮬레이션 프로그램(예컨대, 'GH-Bladed')을 통한 여러 번의 시뮬레이션으로 출력계수, 중심풍속, 피치 등을 포함한 조건변수의 변화에 따른 블레이드(12)의 하중을 예측하여 조건변수별 하중 예측값을 포함한 하중 시뮬레이션 결과 테이블(31)을 미리 구축해둘 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 풍속계(70)는 나셀(50)의 상부에 설치되어 전방의 속도장, 즉 고도에 따른 속도 분포를 계측한다.
주 제어부(30)는 레이저 풍속계(70)로부터 고도별로 3군데 이상의 풍속을 입력받고, 입력받은 풍속 데이터를 이용한 커브 피팅(curve fitting)에 의해 실시간으로 출력계수(α, power factor)의 값을 구할 수 있다. 이때, 일반적인 고도별 풍속 분포식인 수학식 1의 지수 법칙(power law)을 적용해 출력계수를 계산할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, V1, V2는 고도별 풍속, H1, H2는 측정고도, α는 출력계수이다.
또한, 주 제어부(30)는 출력계수 및 중심풍속에 따른 하중 시뮬레이션 결과 테이블(31)을 활용하여 측정된 바람의 출력계수 및 중심풍속에 의거한 최적 피치 데이터를 도출하고, 최적 피치 데이터를 기준으로(예컨대, 기준 방위각 0°, 180°에서의 피치 목표값을 기준으로) 각 블레이드(12)의 피치를 방위각에 따라 선형적으로 조정할 수 있다.
또한, 독립 피치제어 방식은 중심풍속이 빠를수록 피로하중 저감 효과가 커지므로, 주 제어부(30)가 측정된 중심풍속이 정격풍속 이상인 경우 작동하여 피치제어를 수행하도록 구성하면 피로하중 저감 측면에서 더욱 효과적이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
우선, 풍하중 시뮬레이션을 통해 출력계수, 중심풍속, 피치 등을 포함한 조건변수의 변화에 따른 하중 예측을 수행하여 조건변수별 하중 예측값을 포함한 하중 시뮬레이션 결과 테이블(31)을 구축해 미리 저장할 수 있다(S10).
풍력발전 시스템의 나셀(50) 위에 설치된 레이저 풍속계(70)는 로터(10)의 중심고도(Hh)에서의 중심풍속(Vh)을 포함한 3군데 이상의 고도별 풍속(Vh, V1, V2, …)을 측정하여 해당 풍속 데이터를 주 제어부(30)에 제공한다(S20).
주 제어부(30)는 레이저 풍속계(70)에서 계측된 고도별 풍속 데이터, 예컨대, 서로 다른 고도에서의 제1 풍속(V1) 및 제2 풍속(V2)을 입력받아서 그로부터 출력계수(α)의 값을 계산한다(S30).
이후, 주 제어부(30)는 S30을 통해 계산한 출력계수와 S20에서 측정한 실시간 중심풍속(Vh)에 의거하여 기 저장된 하중 시뮬레이션 결과 테이블(31)로부터 하중 예측값을 추출해 낸다(S40).
S40을 통해 실시간 중심풍속(Vh) 및 출력계수(α)에 대응하는 하중 예측값이 파악되면, 주 제어부(30)는 해당 하중 예측값에 기초하여 최적 피치 데이터를 산정하게 된다(S50).
일 실시예에서, 최적 피치 데이터는 적어도 2개의 기준 방위각 α1, α2에서의 피치 목표값 θ1, θ2를 포함한다.
예컨대, 주 제어부(30)는 하중 시뮬레이션 결과 테이블(31)로부터 실시간으로 측정한 고도별 풍속에 따른 하중 예측값을 추출하여 해당 하중 예측값을 근거로 2개의 기준 방위각 0°, 180°에서의 피치 목표값 θ1, θ2을 포함하는 최적 피치 데이터를 산정할 수 있다. 이때, 최적 피치 데이터의 피치 목표값 θ1, θ2는 기준 방위각 0°, 180°에서의 하중 편차를 최소화할 수 있는 범위의 값으로 선택될 수 있다.
전술한 최적 피치 데이터는 다른 기준 방위각에서의 피치 목표값을 더 포함할 수도 있다.
예컨대, 주 제어부(30)는 실시간 측정된 고도별 풍속에 따른 하중 예측값을 근거로 4개의 기준 방위각 0°, 90°, 180°, 270°, 또는 그보다 많은 개수의 기준 방위각들에 대한 피치 목표값들을 포함하는 최적 피치 데이터를 산정할 수 있다.
이때, 일부 기준 방위각(예컨대, 0°, 180°)에서의 피치 목표값이 산정되고 나면, 나머지 기준 방위각에서의 피치 목표값은 방위각의 변화에 따라 선형적으로 증가 또는 감소시켜 얻을 수도 있다.
이와 같이, 기존에는 하중의 실측값을 사용하였으나, 본 발명의 실시예에서는 고도에 따른 풍속 분포를 계측한 후 풍하중 시뮬레이션 결과를 활용해 계측한 풍속으로부터 하중을 예측하고 하중 예측값에 대응하여 방위각에 따른 최적 피치를 산정할 수 있다.
이후, 주 제어부(30)는 S50에서 도출한 최적 피치 데이터에 의거하여 개별 블레이드(12)에 대한 제어신호를 생성한다(S60).
일 실시예에서, 최적 피치 데이터는 적어도 두 개의 기준 방위각 α1, α2에서의 피치 목표값 θ1, θ2을 포함하므로, 주 제어부(30)는 최적 피치 데이터를 기준으로 모든 블레이드(12)들 각각에 대해 방위각에 따라 독립 피치제어를 수행할 수 있다.
예컨대, 기준 방위각 0°, 180°에서의 피치 목표값 θ1, θ2이 지정된 경우, 주 제어부(30)는 어느 하나의 블레이드(12)가 기준 방위각 0°를 지날 때 지정된 피치 목표값 θ1을 만족하도록 해당 블레이드(12)의 피치를 제어한다. 마찬가지로, 해당 블레이드(12)가 기준 방위각 180°를 지날 때 지정된 피치 목표값 θ2를 만족하도록 피치제어가 행해진다.
S60의 제어신호 생성 단계에서, 풍력발전 시스템의 피치제어 장치는 개별 블레이드(12)의 방위각을 검출하여 기준 방위각(예컨대, 0°, 90°, 180°, 270°) 통과 여부를 파악하고(S61), 최적 피치 데이터에 포함된 각 기준 방위각에서의 피치 목표값을 기준으로 해당 블레이드(12)의 피치를 그가 지나는 방위각에 따라 선형적으로 조정하도록 하는 제어신호를 생성할 수 있다(S62).
이후, 피치 구동부(13)는 주 제어부(30)로부터의 제어신호에 기초하여 개별 블레이드(12)의 피치를 조정한다(S70).
본 발명에 따른 풍력발전 시스템의 피치제어 장치 및 그 방법의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
10: 로터, 11: 허브,
12: 블레이드, 13: 피치 구동부,
30: 주 제어부, 31: 하중 시뮬레이션 결과 테이블,
70: 레이저 풍속계

Claims (11)

  1. 로터 중심고도에서의 중심풍속, 서로 다른 고도에서의 제1 풍속 및 제2 풍속을 측정하는 레이저 풍속계;
    상기 제1 풍속 및 상기 제2 풍속으로부터 출력계수를 계산하고, 기 저장된 하중 시뮬레이션 결과 테이블로부터 상기 출력계수 및 상기 중심풍속에 대응하는 하중 예측값을 추출하며, 상기 하중 예측값에 기초하여 최적 피치 데이터를 산정하고, 상기 최적 피치 데이터에 기초하여 개별 블레이드에 대한 제어신호를 생성하는 주 제어부; 및
    상기 주 제어부로부터의 제어신호에 기초하여 상기 블레이드의 피치를 조정하는 피치 구동부를 포함하는 풍력발전 시스템의 피치제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    풍하중 시뮬레이션을 통해 출력계수와 중심풍속을 포함한 조건변수의 변화에 따른 하중을 예측하여 조건변수별 하중 예측값을 포함한 상기 하중 시뮬레이션 결과 테이블을 구축하는 풍력발전 시스템의 피치제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 주 제어부는,
    상기 하중 시뮬레이션 결과 테이블에 기초하여 2개의 기준 방위각 0°, 180°에서의 하중 편차를 최소화하도록 상기 최적 피치 데이터를 도출하는 풍력발전 시스템의 피치제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 최적 피치 데이터는 2개의 기준 방위각 α1, α2에서의 피치 목표값을 포함하는 풍력발전 시스템의 피치제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 블레이드의 방위각을 검출하는 방위각 측정센서를 더 포함하고,
    상기 주 제어부는 상기 최적 피치 데이터에 포함된 2개의 기준 방위각 α1, α2에서의 피치 목표값을 기준으로 상기 블레이드의 피치를 상기 검출된 방위각에 따라 선형적으로 조정하는 풍력발전 시스템의 피치제어 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 최적 피치 데이터는 다른 기준 방위각에서의 피치 목표값을 더 포함하는 풍력발전 시스템의 피치제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주 제어부는 상기 측정된 중심풍속이 정격풍속 이상인 경우 작동하여 피치제어를 수행하는 풍력발전 시스템의 피치제어 장치.
  8. 로터 중심고도에서의 중심풍속, 서로 다른 고도에서의 제1 풍속 및 제2 풍속을 측정하는 단계;
    상기 제1 풍속 및 상기 제2 풍속으로부터 출력계수를 계산하는 단계;
    기 저장된 하중 시뮬레이션 결과 테이블로부터 상기 출력계수 및 상기 중심풍속에 대응하는 하중 예측값을 추출하는 단계;
    상기 하중 예측값에 기초하여 최적 피치 데이터를 산정하는 단계;
    상기 최적 피치 데이터에 기초하여 개별 블레이드에 대한 제어신호를 생성하는 단계; 및
    상기 제어신호에 기초하여 상기 블레이드의 피치를 조정하는 단계를 포함하는 풍력발전 시스템의 피치제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    풍하중 시뮬레이션을 통해 출력계수와 중심풍속을 포함한 조건변수의 변화에 따른 하중을 예측하여 조건변수별 하중 예측값을 포함한 상기 하중 시뮬레이션 결과 테이블을 구축하는 단계를 더 포함하는 풍력발전 시스템의 피치제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 최적 피치 데이터는 적어도 2개의 기준 방위각에서의 피치 목표값을 포함하는 풍력발전 시스템의 피치제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어신호를 생성하는 단계는,
    상기 블레이드의 방위각을 검출하는 단계; 및
    상기 최적 피치 데이터에 포함된 각 기준 방위각에서의 피치 목표값을 기준으로 상기 블레이드의 피치를 상기 검출된 방위각에 따라 선형적으로 조정하는 단계를 포함하는 풍력발전 시스템의 피치제어 방법.
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