KR101145323B1 - Hydraulic hybrid wind generator system - Google Patents
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Abstract
해양이나 호수에 설치되는 전력계통 연계 지능형 대형 수력 하이브리드 풍력발전기에 관한 것으로서 수력 하이브리드 풍력발전기를 지지하는 기둥의 내부를 상부 저수조로 이용할 수 있으며, 풍력터빈을 이용하여 해수 또는 담수를 직접 상부 저수조로 펌핑하고 상부 저수조의 하부에 위치하는 수력터빈발전기에서 전력을 생산함으로써, 풍속의 급격한 변화에도 발전기의 출력을 일정하게 제어할 수 있고 상부 저수조의 저수 용량을 조절하여 바람이 불지 않을 경우의 발전량을 조절할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 풍량 정보와 함께 수조로 펌핑되는 유량과 취수량 그리고 발전에 사용되는 유량과 발전량으로부터 발전출력 정보와 함께 향후 발전가능량 정보를 전력계통운영자(SO) 또는 중앙통제소로 제공하며 전력계통운영자 또는 중앙 통제소의 명령 또는 발전가격정보를 받아 자동으로 제어할 수 있는 쌍방향 통신 및 제어 기능을 갖는다. The present invention relates to an intelligent large-capacity hybrid wind turbine connected to a power grid installed in an ocean or a lake. The interior of a column supporting a hydro-hybrid wind turbine can be used as an upper reservoir, and a seawater or fresh water is directly pumped to an upper reservoir It is possible to control the output of the generator constantly even by the sudden change of the wind speed by controlling the power generation in the hydro turbine generator located in the lower part of the upper reservoir and to regulate the power generation when the wind is not blowing by controlling the storage capacity of the upper reservoir have. In addition, the hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention can generate power generation information from a power system operator (SO) or a central control center (hereinafter referred to as "SO") together with wind capacity information together with flow rate and water amount pumped into a water tank, And has a bidirectional communication and control function capable of automatically receiving commands or price information of power system operators or central control stations.
풍력발전기, 수력발전기, 수력 하이브리드 풍력발전기, 풍력 하이브리드 수력발전기, 지능형 풍력발전기, 지능형 수력발전기 Wind turbines, hydro generators, hydro-hybrid wind turbines, wind turbine hybrid hydro generators, intelligent wind generators, intelligent hydro generators
Description
본 발명은 수력 하이브리드 풍력발전기에 관한 것으로서, 특히 해양이나 호수에 설치되는 전력계통 연계 지능형 대형 수력 하이브리드 풍력발전기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
풍력발전기는 효율과 소음 때문에 대형화하고 있다. 그러나 종래의 풍력발전기의 출력은 바람의 세기에 따라 급격히 변화하기 때문에 전력계통에 연계할 때 전력계통 운용 및 제어에 상당한 어려움이 있다.Wind turbines are becoming larger due to efficiency and noise. However, since the output of the conventional wind turbine is rapidly changed according to the wind strength, there is a considerable difficulty in operating and controlling the power system in connection with the power system.
배터리와 같은 저장장치를 갖고 있는 풍력발전기는 배터리와 이를 충전하기위해 직류로 변환하고 전력계통에 교류로 보내기 위한 컨버터가 필요하다. 그러나 배터리의 가격이 매우 고가이므로 대규모 풍력발전기에 적용이 곤란하다. 아울러 배터리의 충방전 횟수에 한계가 있고 급속으로 충방전이 곤란하므로 출력이 급격히 변하는 풍력발전기에 적용하기 어렵다.A wind turbine with a storage device, such as a battery, needs a battery and a converter to convert it to DC to charge it and AC to power system. However, since the price of the battery is very high, it is difficult to apply it to a large scale wind turbine generator. In addition, since the number of times of charging and discharging of the battery is limited and it is difficult to rapidly charge and discharge it, it is difficult to apply to a wind turbine generator whose output suddenly changes.
종래의 풍력발전기의 발전량과 출력은 예측할 수 없다. 따라서 전력계통망 운영자에게 발전가능 정도에 대한 정보를 제공할 수 없고 외부에서 발전량을 제어 할 수 없다.The power generation amount and the output of the conventional wind power generator can not be predicted. Therefore, it is impossible to provide information about the degree of power generation to the operator of the power system network, and the amount of power generation can not be controlled from the outside.
종래의 풍력발전기는 풍속에 따라 발전 효율을 최적화하기 위해 터빈 블레이드의 피치를 조절하지만, 아주 강한 바람이 불 경우에는 풍력발전기와 블레이드 보호를 위해서 브레이크를 사용하여 발전을 조절하거나 동작을 멈추기 때문에 효율이 떨어진다.Conventional wind power generators adjust the pitch of the turbine blades to optimize the power generation efficiency according to the wind speed. However, when very strong winds are blown, the brakes are used to protect the wind turbines and the blades, Falls.
종래의 기술은 양수 발전소를 풍력발전기에서 생산된 전기로 펌프를 구동하여 양수하는 것인데 이는 물을 펌핑하는 과정과 발전 과정이 중복되어 효율이 떨어지며, 상당한 크기의 전력계통 설비가 필요하므로 대규모 투자가 수반되어 경제성이 떨어진다.The conventional technology is to pump a pumped-storage power plant by driving an electric furnace pump produced by a wind power generator. This is because the efficiency and efficiency of the water pumping process and the power generation process are reduced, and a power system of a considerable size is required. And the economy is poor.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 풍력발전기를 지지하는 기둥의 내부를 상부 저수조로 이용하며 풍력터빈을 이용하여 해수 또는 담수를 직접 상부 저수조로 펌핑하고, 상부 저수조의 하부에 위치하는 터빈에 연결된 수력터빈발전기에서 전력을 생산하는 수력 하이브리드 풍력발전기로서 풍속의 급격한 변화에도 수력터빈발전기의 출력을 일정하게 제어할 수 있고, 상부 저수조의 저수 용량을 조절하여 바람이 불지 않을 경우에도 발전량을 조절할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a wind turbine that uses an interior of a column for supporting a wind turbine generator as an upper water reservoir and pumped seawater or fresh water directly into an upper water reservoir by using a wind turbine, This is a hydro-hybrid wind turbine generator that generates electricity from a hydro turbine generator connected to a turbine. It can control the output of a hydro turbine generator constantly even if the wind speed changes rapidly. Also, when the wind turbine is not blowing, And the like.
호수나 해상에 적용시에는 호수나 해양의 물을 직접 취수하며, 호수나 해양의 물을 직접 취수할 수 없는 경우에는 수력터빈을 구동하기 위한 물을 보관하는 상부 저수조(취수조 또는 고(高)수조라고도 함) 뿐만 아니라 상부 저수조로 물을 공급하고 상부 저수조에서 배출된 물을 저장하기 위한 별도의 하부 저수조(저(低)수조라고도 함)를 갖춘다. 발전량의 규모를 고려하여 취수/발전 유량과 상하부 저수조 규모가 결정된다.When it is applied to a lake or sea, it takes water directly from the lake or the ocean. If it can not take water from the lake or the sea directly, it is necessary to use an upper water tank (water intake tank or high water tank) (Also referred to as a water tank), as well as a separate lower water reservoir (also referred to as a lower water reservoir) for supplying water to the upper reservoir and for storing the water discharged from the upper reservoir. The amount of water intake / generation and the size of the upper and lower water tanks are determined in consideration of the volume of power generation.
이러한 목적은 본 발명에 의해 달성되는데, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 수력 하이브리드 풍력발전기로서, 물을 담아두기 위해 지상에 존재하는 상부 저수조;와, 상부 저수조의 물이 아래로 흐르는 힘을 원동력으로 작동하는 수력터빈을 포함하고 수력터빈의 작동에 의해 전력을 생성하는 수력터빈발전기 및, 바람을 원동력으로 하여 작동하는 풍력터빈을 포함하고, 상기 풍력터빈은 바람의 힘을 받는 블레이드와, 블레이드와 결합되어 블레이드가 바람의 힘을 받으면 회전하는 로터와, 로터의 회전축을 이루고 로터가 회전하면 함께 회전하는 구동축과, 상부 저수조로 물을 이동시키기 위한 펌프와, 구동축과 맞물려서 구동축의 회전력을 펌프로 전달하는 베벨기어와, 베벨기어와 펌프사이에 연결되어 구동축의 회전력을 펌프에 전달할지 여부를 제어하는 클러치 및 블레이드와 로터와 구동축을 지면으로부터 높이 위치시키기 위해 블레이드와 로터와 구동축을 지지하는 기둥을 포함한다. 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 상기 기둥의 내부에 상기 상부 저수조를 설치한 구조를 가질 수 있다.This object is achieved by the present invention, wherein a hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention is a hydro-hybrid wind turbine generator, comprising: an upper water reservoir located on the ground to contain water; A hydraulic turbine generator including a hydraulic turbine that operates by a hydraulic turbine and generates electric power by the operation of a hydraulic turbine, and a wind turbine that operates by wind, the wind turbine including a blade receiving the force of wind, A pump for moving the water to the upper water tank; and a pump for transmitting the rotational force of the drive shaft to the pump when the rotor is rotated. The bevel gear is connected between the bevel gear and the pump, and the rotational force of the drive shaft is transmitted to the pump The clutch and the blade and the rotor and the drive shaft for controlling whether or not to include a pole for supporting the blades and the rotor and the driving shaft to a height position above the ground. The hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention may have a structure in which the upper reservoir is installed inside the column.
또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 상기 풍력터빈이 2이상 존재하고, 2이상의 풍력터빈들이 상부 저수조를 공유하여 1개의 수력터빈발전기로 발전할 수 있다.Further, the hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention may have two or more wind turbines, and two or more wind turbines may share an upper reservoir to generate one hydro turbine generator.
또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 풍속, 상부 저수조의 수위, 입수량, 출수량, 및 수력터빈발전기 출력을 모니터하여 발전 가능량을 산출하고, 이를 근거로 유량을 조절하여 발전량을 조절하는 제어장치를 더 포함할 수 있다. In addition, the hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention is a control device that controls the wind speed, the water level of the upper reservoir, the amount of water intake, the amount of water flow, and the output of the hydro turbine generator to calculate the power generation amount, As shown in FIG.
또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 운영자로부터 명령을 받아 유량을 조절하여 발전량을 조절할 수 있는 제어장치를 더 포함하거나, 전력 판매 가격이 높을 때는 발전량이 최대가 되도록 유량을 조절하고, 전력 판매 가격이 낮을 때는 상부 저수조의 수위가 최대가 되도록 유량을 조절함으로써 발전량을 조절할 수 있는 제어장치를 더 포함할 수 있다.Further, the hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention may further include a controller capable of adjusting a flow rate by controlling a flow rate by an operator, or may control a flow rate such that the flow rate is maximized when the price is high, And a controller capable of controlling the amount of power generation by adjusting the flow rate so that the water level of the upper reservoir becomes maximum when the price is low.
또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 상부 저수조의 수면보다 수면이 아래에 존재하고 상부 저수조로부터 배출된 물을 저장하는 하부 저수조를 더 포함할 수 있다.In addition, the hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention may further include a lower reservoir for storing water discharged from the upper reservoir and having a water surface below the water surface of the upper reservoir.
또한, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 전력계통으로부터 전력을 공급받아, 상기 수력터빈발전기를 역가압하여 수력터빈을 역회전하여 상부 저수조로 물을 펌핑할 수 있다.In addition, the hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention can receive the electric power from the power system, reverse-pressurize the hydro turbine generator, reverse-rotate the hydro turbine, and pump the water to the upper reservoir.
본 발명에 의한 수력 하이브리드 풍력발전기는 수력 하이브리드 풍력발전기를 지지하는 기둥의 내부를 상부 저수조로 이용하며 풍력터빈을 이용하여 해수를 직접 상부 저수조로 펌핑하고 상부 저수조의 하부에 위치하는 수력터빈발전기에서 전력을 생산하는 풍력 수력 하이브리드 풍력발전기로서 풍속의 급격한 변화에도 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력을 일정하게 제어할 수 있고 상부 저수조의 저수 용량을 조절하여 바람이 불지 않을 경우의 발전량을 조절할 수 있다. The hydro-hybrid wind turbine according to the present invention utilizes the interior of the column supporting the hydro-hybrid wind turbine as an upper reservoir, pumping seawater directly into the upper reservoir using a wind turbine, The output of the hydro-hybrid wind turbine generator can be controlled constantly and the amount of power generated when the wind is not blown can be controlled by adjusting the water storage capacity of the upper reservoir, even if the wind speed rapidly changes.
본 발명에 의한 수력 하이브리드 풍력발전기는 또한 풍량 정보와 함께 수조로 펌핑되는 유량과 상부저수조의 수위(취수량) 그리고 발전에 사용되는 유량과 발전출력과 함께 가능한 발전량에 대한 예측 정보를 전력계통운영자(SO)에게 제공하며 전력계통운영자 또는 중앙 통제소에서 명령 또는 발전가격정보를 받아 발전량을 제어할 수 있다.The hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention can also provide predictive information about the flow rate pumped into the water tank, the water level of the upper reservoir (water intake amount), the flow rate used for power generation, ) And can control power generation by receiving orders or price information from power system operators or central control stations.
본 발명에 의한 수력 하이브리드 풍력발전기는 복잡한 변속장치, 전력변환장 치, 이차 전지 등이 필요하지 않은 간단한 구조이고, 가격이 비싼 이차전지, 전력변환장치, 변속장치 등을 사용하지 않으므로 대규모 수력 하이브리드 풍력발전기에 적용할 경우에 설비투자비용 측면에서 경제성이 있다.The hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention does not require a complicated transmission device, a power conversion device, a secondary battery, etc., and does not use a costly secondary battery, a power conversion device, When applied to generators, it is economical in terms of facility investment costs.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 취수터빈이 취수하여 1~2 개의 발전 터빈이 있는 구조로 상부 저수조의 공동이용이 가능하다.In addition, according to the embodiment of the present invention, it is possible to jointly use the upper water reservoir with a structure in which a plurality of water intake turbines are taken and one or two power generation turbines are provided.
저 회전-고토크의 펌핑용 풍력 취수터빈을 이용하므로 종래의 발전용 풍력발전기의 고 회전-저토크의 풍력 터빈처럼 전력계통 주파수와 발전기의 회전속도를 맞추기 위해 회전수를 높이는 고가의 증속 장치가 필요 없으며, 회전수를 일정하게 유지할 필요가 없기 때문에 효율이 최대가 되는 풍속에 맞는 최적 회전수로 운전이 가능하다. 또한, 고토크 저속 날개를 이용하므로 강풍이 불어도 날개가 빨리 회전하지 않아 회전 속도가 느리므로 기기 진동 측면에서도 유리하다.Because of the use of a low-speed, high-torque pumping wind turbine, there is an expensive boost device that increases the number of revolutions to match the power system frequency and the rotational speed of the generator, such as a high- Since it is not necessary to keep the number of revolutions constant, it is possible to operate at an optimum number of revolutions that matches the wind speed at which the efficiency becomes maximum. In addition, since a high-torque low-speed wing is used, even if a strong wind is blown, the wing does not rotate quickly, and the rotation speed is slow.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 구조를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 1 is a schematic view showing a structure of a hydro-hybrid wind turbine generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing the construction of a hydro-hybrid wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기(100)는 블레이드(102), 로터(104), 구동축(106), 베벨기어(108), 클러치(110), 펌프(112), 상부 저수조(114), 수력터빈발전기(116), 기둥(120)을 포함한다. The hydro-hybrid
블레이드(blade)는 바람의 힘을 받는 장치이고, 로터는 블레이드가 결합되는 장치로서, 블레이드에 의해 바람의 힘을 전달받아 회전할 수 있다. 구동축은 로터 의 회전축을 이루고 로터가 회전하면 함께 회전하는 장치이다. A blade is a device that receives wind force, and a rotor is a device to which a blade is coupled, and can be rotated by receiving the force of the wind by the blade. The drive shaft forms a rotation axis of the rotor and rotates together when the rotor rotates.
상부 저수조는 수력발전을 위해 사용될 물을 담아두기 위한 용기로서, 일반적으로 지상에 존재한다. 수력터빈발전기는 상부 저수조의 물이 아래로 흐르는 힘을 원동력으로 작동하는 수력터빈을 포함하고 수력터빈의 작동에 의해 전력을 생성한다. The upper reservoir is a container for holding the water to be used for hydroelectric power generation, and generally exists on the ground. Hydraulic turbine generators include a hydraulic turbine that drives the force of the water in the upper reservoir downward and generates power by operation of the hydro turbine.
수력발전을 위한 물의 근원적인 공급원은 바다, 호수 등이 될 수 있다. 하지만, 바다, 호수 등의 물의 공급원이 없더라도 별도의 저수조를 설치하여 물의 근원적인 공급원으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라서는 수력 하이브리드 풍력발전기는 하부 저수조를 더 포함할 수 있다. 하부 저수조는 상부 저수조의 수면보다 수면이 아래에 존재하고, 상부 저수조로부터 배출된 물을 저장한다.The main source of water for hydroelectric power can be sea, lake, etc. However, even if there is no water source such as sea or lake, a separate water tank can be installed and used as a source of water. Therefore, according to the embodiment of the present invention, the hydro-hybrid wind turbine generator may further include a lower reservoir. The lower reservoir is below the water surface of the upper reservoir and stores water discharged from the upper reservoir.
펌프는 상부 저수조로 물을 이동시키기 위한 장치이고, 베벨기어는 상술한 구동축과 맞물려서 구동축의 회전력을 펌프로 전달하는 장치이고, 클러치는 베벨기어와 펌프사이에 연결되어 구동축의 회전력을 펌프에 전달할지 여부를 제어하기 위한 장치이다. The pump is a device for moving water to the upper reservoir. The bevel gear meshes with the above-described drive shaft to transmit the rotational force of the drive shaft to the pump. The clutch is connected between the bevel gear and the pump to transmit the rotational force of the drive shaft to the pump Or the like.
기둥은 블레이드 및 로터를 지면에서 떨어진 상공에 위치하도록 하는 구조물로서, 일반적으로 블레이드, 로터, 구동축, 베벨기어를 지면으로부터 지지한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 이 기둥의 내부에 상부 저수조를 설치할 수도 있다.The column is a structure that allows the blades and the rotor to be located above the ground and generally supports the blade, the rotor, the drive shaft, and the bevel gear from the ground. According to the embodiment of the present invention, an upper reservoir may be provided inside the column.
블레이드가 바람의 힘을 받으면 로터가 회전하고, 이 회전력이 구동축과 베벨기어를 통해 펌프로 전달되고, 펌프가 작동하여 물을 아래에서 위로 끌어올려 상부 저수조에 저장한다. 상부 저수조의 하부에 수력터빈발전기를 설치하고, 상부 저 수조의 물을 배출하여 수력터빈발전기를 구동하면 전력이 생성된다. 수력터빈으로는 예컨대, 펠톤터빈을 쓸 수 있다. When the blade receives the wind force, the rotor rotates, and this rotational force is transmitted to the pump through the drive shaft and the bevel gear, and the pump is operated to pull the water from the bottom to the top and store it in the upper reservoir. Hydraulic turbine generators are installed in the lower part of the upper reservoir and power is generated by discharging the water in the upper reservoir and driving the hydro turbine generators. As a hydraulic turbine, for example, a Pelton turbine may be used.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 상부 저수조를 공유하는 수력 하이브리드 풍력발전기의 구조를 도시한 개략도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라서 상부 저수조를 공유하는 수력 하이브리드 풍력발전기의 구성을 도시한 블록도이다.FIG. 3 is a schematic view showing the structure of a hydro-hybrid wind turbine sharing an upper reservoir according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic view showing a structure of a hydro- It is a block diagram.
바람을 원동력으로 하여 작동하는 풍력발전기의 구성요소를 풍력터빈이라고 한다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력터빈은, 바람의 힘을 받는 블레이드, 블레이드와 결합되어 블레이드가 바람의 힘을 받으면 회전하는 로터, 로터의 회전축을 이루고 로터가 회전하면 함께 회전하는 구동축, 상부 저수조로 물을 이동시키기 위한 펌프, 구동축과 맞물려서 구동축의 회전력을 펌프로 전달하는 베벨기어, 블레이드와 로터와 구동축을 지면으로부터 높이 위치시키기 위해 블레이드와 로터와 구동축을 지지하는 기둥을 포함한다. Wind turbines are a component of a wind turbine that operates on wind. A wind turbine according to an embodiment of the present invention includes a blade receiving the force of wind, a rotor coupled with the blade to rotate when the blade receives the wind force, a drive shaft rotating together with the rotor, A pump for moving the water, a bevel gear for engaging with the drive shaft to transmit the rotational force of the drive shaft to the pump, a blade and a rotor, and a column for supporting the blade, the rotor and the drive shaft for positioning the drive shaft from the ground.
본 발명의 실시예에 따르면, 풍력터빈이 2이상 존재하는 경우에, 2이상의 풍력터빈들이 상부 저수조를 공유하여 1개의 수력터빈발전기로 발전할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the case where there are two or more wind turbines, two or more wind turbines can share the upper reservoir and develop into one hydraulic turbine generator.
도 5는 종래의 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력 대비 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력변화를 도시한 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating a change in output of a hydro-hybrid wind turbine generator according to an embodiment of the present invention versus the output of a conventional hydro-hybrid wind turbine generator.
종래의 수력 하이브리드 풍력발전기는 풍속에 따라서 출력이 급격하게 변하는 경우가 있지만, 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기에서는 출력변동이 급격하게 변하지 않음을 알 수 있다. In the conventional hydro-hybrid wind turbine generator, the output changes abruptly according to the wind speed. However, it can be seen that the output fluctuation does not change abruptly in the hydro-hybrid wind turbine generator according to the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 제어장치의 입력 및 출력을 도시한 개략도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 운전 설정을 위한 상부 저수조 수위의 단계를 도시한 도면이다.FIG. 6 is a schematic view showing the input and output of the control device of the hydro-hybrid wind turbine generator according to the embodiment of the present invention, and FIG. Fig.
본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 유량을 조절하는 제어장치를 더 포함한다. The hydro-hybrid wind turbine according to the present invention further includes a control device for controlling the flow rate.
본 발명의 실시예에 따른 제어장치는 풍력터빈의 출력(621), 수력터빈발전기의 출력(622), 출수량(623), 입수량(624), 상부 저수조의 수위(625), 풍속(626) 등을 모니터하여 발전 가능량을 산출할 수 있고, 이를 근거로 수(水)량을 조절하는 기능을 가진다.The control device according to the embodiment of the present invention includes the
풍력터빈의 출력은 바람에 의해 상기 구동축이 회전하는 회전력을 말하고, 수력터빈발전기의 출력은 상부 저수조의 물을 배출하여 수력터빈발전기를 구동시켜서 발생되는 전력을 말한다. 상부 저수조에 담겨 있는 물의 양을 저수량이라고 하고 상부 저수조의 수위에 의해 산출될 수 있고, 저수량 또는 상부 저수조의 수위는 저수량계에 의해 측정된다. 또한, 펌프에 의해서 상부 저수조로 흘러들어가는 단위시간당 물의 양을 입수량이라고 하고, 상부 저수조에서 수력터빈발전기로 공급되는 단위시간당 물의 양을 출수량이라고 하는데, 입수량과 출수량은 유량계를 이용하여 측정될 수 있다. 풍속은 바람의 속도를 말하며, 풍속계에 의해서 측정될 수 있다. The output of the wind turbine refers to the rotational force by which the drive shaft rotates by the wind and the output of the hydro turbine generator refers to the power generated by discharging water from the upper reservoir to drive the hydro turbine generator. The amount of water contained in the upper reservoir may be calculated by the water level of the upper reservoir and the water level of the upper reservoir is measured by the reservoir. The amount of water per unit time flowing into the upper reservoir by the pump is referred to as the quantity of water, and the amount of water per unit time supplied from the upper reservoir to the hydraulic turbine generator is referred to as the water flow rate. have. Wind speed is the speed of the wind and can be measured by an anemometer.
일반적으로, 본 명세서에서의 유량이라는 용어는 물이 흐르는 양을 의미하는 것으로서, 유량을 조절한다고 함은 입수량과 출수량을 조절한다는 것을 의미한다.Generally, the term flow rate in this specification refers to the amount of water flowing, and controlling the flow rate means controlling the flow rate and the flow rate.
상부 저수조의 물은 상부 저수조와 수력터빈발전기 간의 수로에 설치된 밸브의 조절에 의해 유량이 조절되어 수로를 통해 수력터빈발전기로 공급되어 수력터빈 을 돌려서 발전을 한다. 이때 밸브를 통해 흘러나가는 출수량과 수력터빈발전기에서의 출력을 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 저수량, 입수량, 출수량, 수력터빈발전기의 출력에 대한 신호는 제어장치로 보내진다. 제어장치는 순간 풍속, 입수량, 저수량(또는 상부 저수조의 수위), 출수량, 및 수력터빈발전기의 출력으로부터 수력 하이브리드 풍력발전기의 총발전 출력의 범위와 발전량을 산출하고, 풍속의 변화량에 따른 발전량을 예측한다. The water in the upper reservoir is regulated in flow rate by the adjustment of the valve installed in the channel between the upper reservoir and the hydro turbine generator, and supplied to the hydro turbine generator through the water channel to generate electricity by turning the hydro turbine. At this time, the flow rate through the valve and the output from the hydro turbine generator can be measured. The measured flow rate, inlet volume, water flow, and the signal of the output of the hydro turbine generator are sent to the control unit. The control device calculates the range and the amount of power generation of the hydroelectric hybrid wind turbine generator from the instantaneous wind speed, the input quantity, the water volume (or the water level of the upper reservoir), the water amount, and the output of the hydraulic turbine generator, Predict.
본 발명에 따른 제어장치는, 또 다른 실시예에 따르면, 전력계통운영자가 보내 주는 가격 정보에 따라 전력 판매 가격이 최대가 되도록 유량을 조절하여 발전량을 조절하는 기능을 가지는데, 이러한 조절은 발전 가능 범위 내에서 전력 판매 가격이 높을 때 발전량이 최대가 되도록 유량을 조절하고, 전력 판매 가격이 낮을 때는 상부 저수조의 수위가 최대가 되도록 유량을 조절함으로써 가능하다. 즉, 전력 판매 가격이 높을 때는 발전된 전력을 전력계통에 공급하는 비율을 높히고, 전력 판매 가격이 낮을 때는 전력 판매 가격이 높을 때에 대비하여 상부 저수조의 수위가 높아지도록 입수량과 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력을 조절할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, the control apparatus according to the present invention has a function of controlling the generation amount by adjusting the flow rate so as to maximize the power sale price according to the price information sent by the power system operator. The flow rate is adjusted so that the power generation amount is maximized when the power sale price is high within the range, and the flow rate is adjusted so that the water level of the upper reservoir is maximized when the power sale price is low. In other words, when the electricity sales price is high, the ratio of supplying the developed electric power to the electric power system is raised, and when the electric power sale price is low, the output of the hybrid water turbine generator Can be adjusted.
본 발명의 실시예에 따른 제어장치는 발전량을 조절하기 위해, 클러치를 제어하여(721, 723) 상부 저수조의 수위를 설정하거나 입수량을 조절할 수 있다. The controller according to the embodiment of the present invention may control the clutch to adjust the water level of the upper reservoir or regulate the amount of water to be regulated by controlling the clutch to adjust the power generation amount.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 전력계통으로부터 전력을 공급받아, 상기 수력터빈발전기를 역회전하여 상부 저수조로 물을 펌핑할 수 있는데, 이러한 기능은 바람이 불지 않는 경우 전력 판매 가격이 낮을 때에 전력 판매 가격이 높을 때를 대비하여 상부 저수조의 수위가 높아지도록 하는데 유용하다. In addition, the hydro-hybrid wind turbine generator according to the embodiment of the present invention may receive power from the power system and pump the water to the upper reservoir by rotating the hydro turbine generator in the reverse direction. It is useful to increase the water level of the upper reservoir in case the electricity price is high when the price is low.
수력발전 가능 시간(645)은 현재 상부 저수조 수위(625)와 출수량(623)을 이용하여 제어장치(610)에서 수학식 1과 같이 계산되어 운영자 및 현장운전자에게 전송된다. 수학식 1에서 A는 상부 저수조의 수평단면적으로 L?A는 상부 저수조의 체적이다.The hydroelectric
저수 예상 소요시간(646)은 만수위(711; Lmax)와 현재 수위(625)와의 차이를 순수 유입량인 입수량(624)과 출수량(623)의 차이가 채우는 데 걸리는 예상시간이다. 저수 예상 소요 시간(646)은 현재 상부 저수조 수위(625), 입수량(624) 및 출수량(623)을 이용하여 제어시스템(610)에서 수학식 2와 같이 계산되어 발전기 운영자에게 전송된다. The expected
본 발명의 실시예에 따른 제어장치는 운영자로부터 명령을 받아 유량을 조절하여 발전량을 조절하는 기능을 가진다. 운영자는 유무선 통신장치를 통하여 제어장치에 발전량을 조절하는 명령을 내릴 수 있고, 이때, 수력터빈발전기의 노즐의 개도를 조절하여, 출수량과 수력터빈발전기의 출력을 조정할 수 있고, 이로써 수력 하이브리드 풍력발전기의 총 발전 출력을 조절할 수 있다. The control device according to the embodiment of the present invention has a function of controlling an amount of power generation by receiving a command from an operator and adjusting a flow rate. The operator can issue an instruction to control the power generation amount to the control device through the wired or wireless communication device and adjust the opening of the nozzle of the hydraulic turbine generator to adjust the output of the water turbine and the output of the hydraulic turbine generator, Can be controlled.
가능한 발전량, 출력범위, 예측되는 발전량은 통신장치를 통해 운영자(전력계통운영자 또는 발전조정실)에게로 전송된다. 이를 수신한 운영자는 통신장치를 통해 제어명령을 제어장치로 보낼 수 있고, 제어장치는 운영자가 보낸 정보에 따라 발전량을 조절할 수 있다.Possible power generation, power range, and predicted power generation are transmitted to the operator (power system operator or power generation control room) through the communication device. The operator who receives the command can send a control command to the controller through the communication device, and the controller can adjust the power generation amount according to the information sent by the operator.
수력 하이브리드 풍력발전기의 설치와 관련하여, 입지선정과 설계시에 풍속자료을 바탕으로 상부 저수조의 용량을 결정하여 바람이 불지 않을 경우의 최대 발전량을 미리 산출할 수 있다. With regard to the installation of a hydro-hybrid wind turbine, the capacity of the upper reservoir can be determined based on the wind speed data at site selection and design, so that the maximum power generation can be calculated in advance when the wind is not blowing.
원격에 위치한 운영자는 스마트 수력복합 수력 하이브리드 풍력발전기로부터 전송되는 원격자동운전 가능 신호(644)의 상태에 따라서, 즉 원격자동운전 가능 신호(644)의 상태가 온(on)되면, 원격 운전 신호(641)를 전송함으로써 본 발명에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 운전을 원격에서 조정할 수 있다. 원격에서 뿐만 아니라 수력 하이브리드 풍력발전기의 현장 운전자는 제어장치로부터 전송되는 모든 신호(641 내지 646)를 감시하거나 설정할 수 있다.The remotely located operator can control the
도 8은 본 발명의 실시예에 따라서 선택할 수 있는 운전 모드를 도시한 도면이다.8 is a diagram showing an operation mode that can be selected according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시에에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 상부 저수조의 수위에 따라 운전 모드를 변경할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기는 하나 이상의 운전 모드를 제공할 수 있는데, 이러한 운전 모드 에는 현재 풍속에서의 최대 풍력발전과 보유하고 있는 저수량을 모두 활용하여 최대 수력발전을 동시에 수행하는 풍속 추종 및 수력발전 복합 모드(817), 풍력 에너지 모두를 수력발전을 위해 사용하는 최대 수력발전 모드(816), 원격 또는 로컬에서 주어진 목표 발전량을 만족시키도록 자동으로 풍력발전과 수력발전을 제어하는 자동 운전 모드(814), 그리고 수동 운전 모드(815)가 포함된다.The hydro-hybrid wind turbine according to the embodiment of the present invention can change the operation mode according to the level of the upper reservoir. In addition, the hydro-hybrid wind turbine generator according to the embodiment of the present invention can provide at least one operation mode. In this operation mode, the maximum hydroelectric power generation is simultaneously performed using both the maximum wind power generation at the current wind speed and the stored water amount (817), a maximum hydropower mode (816) that uses both wind energy for hydropower generation, and automatically controls wind power and hydropower generation to meet given target power generation, either remotely or locally An
풍속 추종 및 수력발전 복합 모드(817)에서 풍력 터빈은 풍속을 추종하여 최대 출력내도록 제어되며, 수력발전은 보유하고 있는 저수량을 이용하여 최대 수력 발전이 가능하도록 운전된다. 이때 저수량의 제어는 풍속이 발전 최소기준보다 낮을 경우 풍력 에너지를 모두 저수를 위해 사용하고 수력은 이를 이용하여 최대 발전이 되도록 운전할 수 있도록 제어방법을 변형시킬 수 있다.In the wind speed follow-up and hydro-power combined mode (817), the wind turbine is controlled to have the maximum output in accordance with the wind speed, and the hydroelectric power is operated to enable the maximum hydroelectric power generation by using the stored water amount. At this time, if the wind speed is lower than the power generation minimum criterion, the control method of the low water amount can be modified so that all the wind energy is used for the storage and the hydraulic power can be used for the maximum power generation.
풍속 추종 및 수력발전 복합 모드(817)는 현재 전력시장에서 풍력발전의 거래 단가가 최대일 경우 판단 기준(812)에 따라 자동으로 또는 운영자나 운전자의 선택(812)에 의해 강제적으로 선택되어 질 수 있다.The wind speed following and hydropower combined
원격 자동 운전(814)은 현재 수위(625)가 지정수위보다 높은 경우(712)에 가능하며 원격지의 운전자 선택(641,813)에 의해 선택된다. 로컬 자동 운전(814)은 현재 수위(625)가 지정수위보다 높은 경우(712)에 가능하며 로컬 운전자 선택(813)에 의해 선택된다. 매뉴얼 운전 모드(815)는 로컬 운전자의 임의 선택에 의한다.The remote
본 명세서에 사용된 용어는 단지 구체적인 실시예를 서술하기 위한 목적이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 또한, 상술한 내용 및 그 등가물들은 다양한 형태로 구현될 수 있다는 것이 상기 설명으로부터 이해될 것이다. 그러므 로, 본 발명에 대한 설명이 특정 실시예와 관련하여 서술되었지만, 본 발명의 진정한 범위는 이하의 청구항들 및 당업자들에게 그 자체로 연상될 수 있는 임의의 등가물들을 포함하며, 본 명세서에서 서술된 특정 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing specific embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. It will also be appreciated from the foregoing description that the foregoing description and its equivalents may be embodied in various forms. Thus, while the description of the present invention has been described with reference to particular embodiments, it is to be understood that the subject matter encompassed by the present invention includes the following claims and any equivalents that may occur to those skilled in the art, The present invention is not limited to the particular embodiments described.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 구조에 대한 개략도이다.1 is a schematic view of a structure of a hydro-hybrid wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 구성을 도시한 블록도이다.2 is a block diagram showing a configuration of a hydro-hybrid wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라서 상부 저수조를 공유하는 수력 하이브리드 풍력발전기의 구조에 대한 개략도이다.3 is a schematic diagram of a structure of a hydro-hybrid wind turbine sharing an upper reservoir according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라서 상부 저수조를 공유하는 수력 하이브리드 풍력발전기의 구성을 도시한 블록도이다.4 is a block diagram illustrating the configuration of a hydro-hybrid wind turbine sharing an upper reservoir according to an embodiment of the present invention.
도 5는 종래의 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력 대비 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 출력변화를 도시한 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating a change in output of a hydro-hybrid wind turbine generator according to an embodiment of the present invention versus the output of a conventional hydro-hybrid wind turbine generator.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 제어장치의 입력 및 출력에 대한 개략도이다.6 is a schematic diagram of the input and output of a control device of a hydro-hybrid wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수력 하이브리드 풍력발전기의 운전 설정을 위한 상부 저수조 수위의 단계를 도시한 도면이다.FIG. 7 is a diagram illustrating steps of an upper reservoir level for operation setting of a hydro-hybrid wind turbine generator according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라서 선택할 수 있는 운전 모드를 도시한 도면이다.8 is a diagram showing an operation mode that can be selected according to an embodiment of the present invention.
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