KR101453715B1 - wind power generation controling apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 풍력 발전 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 블레이드(Blade) 및 제너레이터(Generator)의 특성을 분석하여 에너지 효율의 최적 값을 계산하도록 한 풍력 발전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a wind power generation control apparatus and method, and more particularly, to a wind power generation control apparatus and method for analyzing characteristics of a blade and a generator to calculate an optimum value of energy efficiency.
풍력 발전 장치는, 회전 날개가 부착된 로터 헤드와, 회전축 및 발전기를 수납하는 너셀과, 너셀을 지지하는 지지 기둥으로 구성되며, 풍력에 의해 회전 날개가 회전하고 로터 헤드에 연결된 회전축이 회전되어, 발전기를 가동시켜 발전기로부터 전기를 생산하게 된다. 또한, 발전 효율을 향상시키기 위해서는, 바람의 상태에 맞추어, 너셀 선회를 제어하는 선회 기구 제어나, 회전 날개를 피치 방향으로 회전시키는 피치 제어를 수행하는 경우가 많다.The wind turbine generator includes a rotor head having a rotor, a noselle for accommodating a rotor and a generator, and a support column for supporting the nacelle. The rotor is rotated by wind power and the rotary shaft connected to the rotor head is rotated, The generator is operated to produce electricity from the generator. Further, in order to improve power generation efficiency, it is often the case that a turning mechanism control for controlling the nose cell rotation and a pitch control for rotating the rotary blade in the pitch direction are performed in accordance with the wind condition.
이러한 풍력 발전 장치로서는, 너셀에 부착된 풍속계 및 풍향계의 측정 결과를 기초로 하여, 너셀의 방향을 제어하는 것이 있다. 예를 들어, 풍향계에 의해 측정된 풍향의 변동 폭이 제1 설정치보다 작고, 풍속계에 의해 측정된 풍속의 변동 폭이 제2 설정치보다 작은 경우에, 풍향계에 의해 측정된 풍향에 너셀을 추종시켜 효율적으로 발전을 수행하도록 한다.As such a wind turbine generator, there is a method of controlling the direction of the nacelle based on the measurement results of the anemometer and the weather vane attached to the nacelle. For example, when the fluctuation width of the wind direction measured by the weather vane is smaller than the first set value and the fluctuation width of the wind speed measured by the anemometer is smaller than the second set value, To perform power generation.
한국등록특허 제10-1110908호(2012.01.20 등록)는 풍속계 및 풍향계의 측정 결과를 기초로 하여 너셀을 선회시킬 수 있는 풍력 발전 장치 및 풍력 발전 장치의 제어 방법에 관하여 기재되어 있는데, 풍속계 및 풍향계와, 너셀을 선회시키는 너셀 선회 기구와, 풍속계의 측정 결과로부터 얻게 된 풍속이, 컷인 풍속보다도 작은 제1 임계치를 초과할 경우에, 풍향계의 측정 결과로부터 얻게 된 풍향을 기초로 하여 너셀이 선회하는 한편, 풍속계의 측정 결과로부터 얻게 된 풍속이 제1 임계치 이하인 경우에, 너셀의 선회가 정지하도록 너셀 선회 기구를 제어하는 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다. 개시된 기술에 따르면, 풍속계의 측정 결과로부터 얻게 된 풍속이 컷인 풍속보다도 작은 경우라도, 제1 임계치보다 크면, 풍향계의 측정 결과로부터 얻게 된 풍향을 기초로 하여 너셀을 선회시키므로, 바람이 강해지기 시작해서 컷인 풍속을 초과할 때, 너셀 방향이 대개 풍향을 따르고 있어, 컷인 풍속 이상에 있어서의 통상 운전으로 신속하게 이행하는 것이 가능하며, 또한 풍속계의 측정 결과로부터 얻게 된 풍속이 제1 임계치 이하인 경우에는, 너셀의 선회를 정지하므로, 너셀이 빈번히 선회해 버려지는 엄청난 전력을 소비하는 일이 없앨 수 있으며, 강풍이 항상 분다고는 할 수 없는 장소에 풍력 발전 장치가 설치되는 경우라도, 발전 효율의 저하를 억제할 수 있다.Korean Registered Patent No. 10-1110908 (Registered on Jan. 20, 2012) describes a wind power generator and a control method of a wind power generator that can turn a nucelle based on measurement results of an anemometer and an anemoscope. A nucelle turning mechanism for turning the nucelle and a nucelle turning mechanism for turning the nucelle on the basis of the wind direction obtained from the measurement result of the weather vane when the wind speed obtained from the measurement result of the anemometer exceeds the first threshold smaller than the cut wind speed And control means for controlling the nacelle revolving mechanism to stop the rotation of the nacelle when the wind speed obtained from the measurement result of the anemometer is below the first threshold value. According to the disclosed technique, even if the wind speed obtained from the measurement result of the anemometer is smaller than the cut wind speed, if the wind speed is larger than the first threshold value, the nugget is turned on the basis of the wind direction obtained from the measurement result of the weather vane, When the wind speed obtained from the measurement result of the anemometer is less than or equal to the first threshold value, it is possible to perform the normal operation more quickly than the cut wind speed, Since the rotation of the nacelle is stopped, the nacelle can be prevented from consuming a great amount of power that is frequently circulated, and even when the wind turbine is installed in a place where strong wind is not always constant, .
한국등록특허 제10-1063112호(2011.08.31 등록)는 각 고도별 풍속과 블레이드의 회전각에 대한 데이터 테이블을 이용하여 각 블레이드의 피치각을 독립적으로 제어할 수 있는 풍력 발전 시스템에 관하여 기재되어 있다. 개시된 기술에 따르면, 풍력 발전 시스템에 있어서, 다수의 블레이드; 허브를 통해 다수의 블레이드와 연결되어 있으며 블레이드의 회전에 따라 회전되는 주축; 주축에 의해 회전력을 이용하여 전기를 발생시키는 나셀; 나셀의 후방측 상부에 장착되어, 규정 출력이 발생되기 시작하는 규정 속도 내지 이탈 속도 범위의 풍속을 측정할 수 있는 풍속계; 및 풍속과 각 블레이드의 회전각을 이용하여 각 블레이드의 피치각을 제어하기 위한 제어장치를 포함하며, 제어장치는, 풍속계로부터 전송된 정보를 이용하여 풍속을 계측하는 풍속측정부; 풍속과 블레이드의 회전각에 따른 피치의 회전각에 대한 데이터 테이블을 저장하고 있는 저장부; 각 블레이드의 회전각을 측정하는 회전각 감지부; 풍속측정부로부터 전송받은 풍속 정보, 회전각 감지부로부터 전송받은 각 블레이드의 회전각 정보와 데이터 테이블을 이용하여 각 블레이드의 피치각을 결정하는 제어부; 및 제어부의 제어에 따라 각 블레이드 피치각을 변경시키는 피치 구동부를 포함하며, 규정속도와 이탈속도 사이에서 0.5m/s 내지 2m/s 사이의 기준고도 풍속별로 각 블레이드의 회전각에 따른 피치각을 산정하는 것을 특징으로 한다.Korean Patent No. 10-1063112 (registered on Aug. 31, 2011) discloses a wind power generation system capable of independently controlling the pitch angle of each blade by using a data table of the wind speed and the rotation angle of the blade at each altitude have. According to the disclosed technique, in a wind power generation system, a plurality of blades; A main shaft connected to the plurality of blades through the hub and rotated according to the rotation of the blades; A nacelle generating electricity by using a rotational force by a main shaft; An anemometer mounted on an upper portion of a rear side of the nacelle and capable of measuring an air velocity in a predetermined speed range or a departure speed range at which a prescribed output starts to be generated; And a control device for controlling the pitch angle of each blade by using the wind speed and the rotation angle of each blade, wherein the control device comprises: a wind speed measuring part for measuring the wind speed using information transmitted from the anemometer; A storage unit for storing a data table of the wind speed and the rotation angle of the pitch according to the rotation angle of the blade; A rotation angle sensing unit for measuring a rotation angle of each of the blades; A control unit for determining the pitch angle of each blade by using the wind speed information transmitted from the wind speed measuring unit, the rotation angle information of each blade transmitted from the rotation angle sensing unit, and the data table; And a pitch drive unit for changing the blade pitch angle according to the control of the control unit, wherein a pitch angle corresponding to the rotation angle of each blade at a reference altitude wind speed between 0.5 m / s and 2 m / .
상술한 바와 같은 종래의 풍력 발전 장치는, 대부분 대용량용으로 개발이 이루어져 소 용량 풍력 발전(특히, 3KW급 이하 풍력 발전)에 대해서 효율적인 에너지를 생산하지 못하는 단점을 가지고 있었으며, 또한 평균 풍속을 예측하기 어려운 환경에서 풍력 발전 제어를 올바르게 수행하지 못 하였으며, 낮은 풍속에서는 RPM 제어를 제대로 수행하지 못하고 최대 전력을 산출하기 어려운 단점도 가지고 있었다.
The conventional wind turbine generator as described above has been developed for a large capacity and has a disadvantage in that it can not produce efficient energy for a small capacity wind turbine (especially, a 3 KW or less wind turbine), and also predicts an average wind speed It is difficult to control the wind power generation in a difficult environment and it is difficult to control the RPM at low wind speed and it is difficult to calculate the maximum power.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 바와 같은 문제점 내지는 필요성을 해결하기 위한 것으로, 블레이드(Blade) 및 제너레이터(Generator)의 특성을 분석하여 에너지 효율의 최적 값을 계산하도록 한 풍력 발전 제어 장치 및 방법을 제공한다.
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 power generation control apparatus and a wind power generation control apparatus for analyzing characteristics of a blade and a generator to calculate an optimum value of energy efficiency, ≪ / RTI >
이러한 과제를 해결하기 위해서는, 본 발명의 한 특징에 따르면, 풍속 회전기에 부착된 리드 스위치의 온/오프 주기를 계산하여 현재의 풍속을 측정하는 풍속계부; 제너레이터의 마그네트 극수를 입력하고 제너레이터의 한 극의 회전 주파수를 합산하여 RPM을 계산하는 RPM 측정부; 제너레이터의 모델에 따른 제너레이터 특성 계수에 대한 정보 및 블레이드의 종류와 크기, 또는 날개 형태, 날개 수, 반경, 높이에 따른 블레이드 특성 계수에 대한 정보를 데이터베이스화하여 저장하는 데이터베이스부; 블레이드 특성 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보를 선택 적용하며, 상기 풍속계부에서 측정한 풍속과 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM에 대응하는 토크 값을 산출 및 저장하고, 적용된 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보와 산출된 토크 값을 기초로 하여 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석하여 풍력 발전 제어를 수행하는 제어 장치부; 상기 제어 장치부의 제어에 따라 제너레이터를 정지시켜 주기 위한 브레이킹부; 및 상기 제어 장치부의 제어에 따라 풍력 발전 제어 동작 상태를 디스플레이하기 위한 모니터부를 포함하는 풍력 발전 제어 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wind speed measuring apparatus comprising: an anemometer section for calculating an on / off period of a reed switch attached to a wind speed rotator to measure a current wind speed; An RPM measuring unit for inputting the magnet pole number of the generator and calculating the RPM by summing the rotation frequency of one pole of the generator; A database unit for storing information on generator characteristic coefficients according to a model of a generator, information on blade type and size, blade characteristic coefficient according to blade shape, number of blades, radius, height, and the like; The blade characteristic coefficient information and the generator characteristic coefficient information are selected and applied, and the wind speed measured by the anemometer section and the torque value corresponding to the RPM calculated by the RPM measuring section are calculated and stored, and the applied blade specific coefficient information and generator characteristic coefficient A controller for analyzing characteristics of the blades and the generator based on the information and the calculated torque value to perform wind power generation control; A braking unit for stopping the generator under the control of the control unit; And a monitor unit for displaying a wind power generation control operation state under the control of the control unit.
일 실시 예에서, 상기 제어 장치부는, 상기 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석한 결과로, 지능형 제어 수행 여부, 기 설정된 기준 풍속인지의 여부, MPPT 제어 수행 여부를 판단하고, 그 판단에 따라 지능형 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit determines whether to perform the intelligent control, whether it is the predetermined reference air speed, whether to perform the MPPT control, as a result of analyzing the characteristics of the blade and the generator, .
일 실시 예에서, 상기 제어 장치부는, 상기 풍속계부에서 측정한 풍속을 구간대별로 수집하여 이에 대응하는 최적 분포도를 검출하며, 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM 및 토크 값에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 최적 충전 포인트를 산출하여 데이터베이스화하여 상기 데이터베이스부에 저장하며, 저장된 최적 충전 포인트에 의하여 충전 모드를 결정하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit detects the wind speed measured by the anemometer unit by intervals and detects an optimum distribution corresponding thereto. The control unit calculates the wind speed of the blades and the generator corresponding to the RPM and torque values calculated by the RPM measuring unit The optimum charging point is calculated and stored in the database, and the charging mode is determined according to the stored optimum charging point.
일 실시 예에서, 상기 제어 장치부는, 상기 풍속계부에서 측정한 풍속과 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM을 검출하고 상기 데이터베이스부로부터 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보를 판독하여 최적 충전 포인트를 산출하면서, 최적 충전 포인트 산출 횟수를 카운팅하며, 최적 충전 포인트 산출 횟수가 기 설정된 기준 횟수 이하인 경우에 최적 충전 포인트에 대한 산출 및 데이터베이스화를 수행하며, 기 설정된 횟수를 초과하는 경우에 최적 충전 포인트를 이용하여 RPM 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit detects the wind speed measured by the anemometer unit and the RPM calculated by the RPM measuring unit, reads the blade specific coefficient information and the generator characteristic coefficient information from the database unit, and calculates the optimum charging point The optimum charging point calculation step counts the number of optimal charging point calculation times and performs calculation and database for the optimum charging point when the optimum charging point calculation number is equal to or less than a predetermined reference number. And performs RPM control.
일 실시 예에서, 상기 제어 장치부는, 제너레이터로부터 입력되는 전압이 기 설정된 한계 입력 전압 이상이거나, 축전지로 충전되는 전압이 기 설정된 한계 충전 전압 이상인 경우에, 상기 브레이킹부를 제어하여 제너레이터를 정지시켜 주는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit controls the braking unit to stop the generator when the voltage input from the generator is equal to or higher than a predetermined limit input voltage or the voltage charged to the battery is equal to or higher than a predetermined limit charging voltage .
일 실시 예에서, 상기 제어 장치부는, 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 산출한 후에, 산출된 블레이드 및 제너레이터의 부하를 데이터베이스화하여 상기 데이터베이스부에 저장해 두며, 상기 풍속계부에서 측정한 풍속이 기 설정된 저속에 해당하는지를 확인하고 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM이 증가하는 경우인지를 판단하여, 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 상기 데이터베이스부로부터 판독하여 적용하며, 축전지 충전 전압이 기 설정된 설정 값 이상인 경우에 충전량을 감소시켜 주며, 충전 전력이 기 설정된 최대 전력량 이하인 경우에 충전량을 증가시켜 주며, 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM이 감소하는 경우이면 현재 토크 값이 이전의 토크 값보다 작아지는 경우에 충전량을 감소시켜 주며, 현재 토크 값이 이전의 토크 값과 같거나 증가한 경우에 기 설정된 간격으로 충전량을 증가시키거나 또는 감소시키는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the control unit calculates the loads of the blades and the generators corresponding to the RPM calculated by the RPM measuring unit, stores the calculated loads of the blades and the generators in the database, and stores them in the database unit, It is determined whether the measured wind speed at the anemometer part corresponds to a predetermined low speed and whether the RPM calculated by the RPM measuring part is increased or not. The charge amount is decreased when the charge voltage of the battery is equal to or greater than a predetermined set value and the charge amount is increased when the charge power is equal to or less than the predetermined maximum amount of charge and the RPM calculated by the RPM measurement unit is increased The current torque value becomes smaller than the previous torque value And the charge amount is increased or decreased at a predetermined interval when the current torque value is equal to or increased from the previous torque value.
본 발명의 다른 한 특징에 따르면, 제너레이터의 모델에 따른 제너레이터 특성 계수에 대한 정보 및 블레이드의 종류와 크기, 또는 날개 형태, 날개 수, 반경, 높이에 따른 블레이드 특성 계수에 대한 정보를 데이터베이스화하여 특성 데이터베이스로 저장하는 단계; 운용자의 선택에 의한 블레이드의 특성 정보, 제너레이터 모델의 특성 정보, 및 충전 모드에 따라 상기 블레이드 특성 계수 정보 및 상기 제너레이터 특성 계수 정보를 선택 적용하는 단계; 풍속계부에서 측정한 풍속과 RPM 측정부에서 계산한 RPM을 검출하여 토크 값을 산출 및 저장하는 단계; 및 상기 적용된 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보와 상기 산출된 토크 값을 기초로 하여 상기 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석하여 풍력 발전 제어를 수행하는 단계를 포함하는 풍력 발전 제어 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, information on generator characteristic coefficients according to a model of a generator, type and size of the blades, or information about the blade characteristic coefficient according to the wing shape, number of wings, radius, Storing in a database; Selectively applying the blade characteristic coefficient information and the generator characteristic coefficient information according to the blade characteristic information, the characteristic information of the generator model, and the charging mode by the operator's selection; Calculating and storing the torque value by detecting the wind speed measured by the anemometer part and the RPM calculated by the RPM measuring part; And performing wind power generation control by analyzing characteristics of the blades and the generator based on the applied blade specific coefficient information, generator characteristic coefficient information, and the calculated torque value.
일 실시 예에서, 상기 풍력 발전 제어를 수행하는 단계는, 상기 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석한 결과에 따라 지능형 제어 수행 여부, 기 설정된 기준 풍속인지의 여부, MPPT 제어 수행 여부를 판단하고, 그 판단에 따라 지능형 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of performing the wind power generation control may include determining whether the intelligent control is performed, whether it is a predetermined reference wind speed, whether MPPT control is performed or not, and determining whether to perform the MPPT control according to a result of analyzing the characteristics of the blade and the generator. And performing an intelligent control according to the control information.
일 실시 예에서, 상기 특성 데이터베이스로 저장하는 단계는, 상기 풍속계부에서 측정한 풍속을 구간대별로 수집하여 이에 대응하는 최적 분포도를 검출하는 단계; 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM 및 토크 값에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 최적 충전 포인트를 산출하여 데이터베이스화하여 상기 특성 데이터베이스에 저장하는 단계; 및 상기 저장된 최적 충전 포인트에 의하여 충전 모드를 결정하도록 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the storing in the characteristic database may include collecting wind speeds measured in the anemometer section by intervals and detecting an optimal distribution map corresponding to the collected wind speeds; Calculating optimum charging points of the blades and generators corresponding to the RPM and torque values calculated by the RPM measuring unit, storing the optimized charging points in the database, and storing the databases in the characteristic database; And setting the charging mode to be determined by the stored optimum charging point.
일 실시 예에서, 상기 지능형 제어를 수행하는 단계는, 상기 풍속계부에서 측정한 풍속과 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM을 검출하고 상기 특성 데이터베이스로부터 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보를 판독하여 최적 충전 포인트를 산출하면서, 최적 충전 포인트 산출 횟수를 카운팅하는 단계; 상기 최적 충전 포인트 산출 횟수가 기 설정된 기준 횟수 이하인 경우에, 최적 충전 포인트에 대한 산출 및 데이터베이스화를 수행하는 단계; 및 상기 최적 충전 포인트 산출 횟수가 기 설정된 횟수를 초과하는 경우에, 최적 충전 포인트를 이용하여 RPM 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of performing the intelligent control may include detecting the wind speed measured by the anemometer section and the RPM calculated by the RPM measuring section, reading the blade specific coefficient information and the generator characteristic coefficient information from the characteristic database, Counting the number of optimal charging point calculations while calculating the charging points; Performing calculation and databaseization for the optimal charging point when the number of times of calculating the optimum charging point is equal to or less than a preset reference number; And performing RPM control using the optimal charging point when the number of times of calculating the optimum charging point exceeds a predetermined number.
일 실시 예에서, 상기 지능형 제어를 수행하는 단계는, 제너레이터로부터 입력되는 전압이 기 설정된 한계 입력 전압 이상이거나, 축전지로 충전되는 전압이 기 설정된 한계 충전 전압 이상인 경우에, 브레이킹부를 제어하여 제너레이터를 정지시켜 주는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of performing the intelligent control may include controlling the braking unit to stop the generator when the voltage input from the generator is equal to or greater than a predetermined limit input voltage, or the voltage charged to the battery is equal to or greater than a predetermined limit charging voltage .
일 실시 예에서, 상기 지능형 제어를 수행하는 단계는, 수동 제어의 경우에 제너레이터의 3상을 모두 쇼트시켜 블레이드의 회전을 정지시키며, 자동 제어의 경우에 강풍 시에 회전 속도에 대한 감속 제어와, 충전지 만충 시에 축전지 수명을 연장하기 위해서 감속 제어 또는 기 설정된 방전량만큼 방전시켜 주는 것을 특징으로 한다.In one embodiment, the step of performing the intelligent control includes: stopping the rotation of the blades by shorting all three phases of the generator in the case of manual control; controlling the deceleration of the rotation speed in the case of strong wind in the case of automatic control; The battery is characterized in that it is decelerated or discharged by a predetermined discharge amount in order to extend the life of the battery when the rechargeable battery is fully charged.
일 실시 예에서, 상기 RPM 제어 수행하는 단계는, 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 산출한 후에, 산출된 블레이드 및 제너레이터의 부하를 데이터베이스화하여 상기 특성 데이터베이스에 저장해 두는 단계; 상기 풍속계부에서 측정한 풍속이 기 설정된 저속에 해당하는지를 확인하는 단계; 검출 풍속이 기 설정된 저속에 해당하는 경우, 상기 검출 RPM이 증가하는 경우인지를 판단하는 단계; 상기 검출 RPM이 증가하는 경우, 검출 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 상기 특성 데이터베이스로부터 판독하여 적용하는 단계; 상기 축전지 충전 전압이 기 설정된 설정 값 이상인지를 확인하여 충전량을 감소시켜 주는 단계; 충전 전력이 기 설정된 최대 전력량 이하인지를 확인하여 충전량을 증가시켜 주는 단계; 상기 검출 RPM이 감소하는 경우, 현재 토크 값이 이전의 토크 값보다 작아지는 경우인지를 확인하여 충전량을 감소시켜 주는 단계; 및 상기 현재 토크 값이 이전의 토크 값과 같거나 증가한 경우에 기 설정된 간격으로 충전량을 증가시키거나 또는 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In one embodiment, the step of performing the RPM control may include calculating the loads of the blades and the generators corresponding to the RPM calculated by the RPM measurement unit, storing the loads of the calculated blades and the generators in the database, Placing; Confirming whether the wind speed measured by the anemometer section corresponds to a predetermined low speed; Determining whether the detected RPM increases if the detected wind speed corresponds to a predetermined low speed; Reading and applying a load of the blade and generator corresponding to the detected RPM from the characteristic database when the detected RPM increases; Determining whether the battery charge voltage is equal to or greater than a predetermined set value and decreasing the charge amount; Increasing the charge amount by confirming that the charge power is equal to or less than a preset maximum power amount; Determining whether the current torque value is smaller than the previous torque value when the detected RPM decreases, and decreasing the charged amount; And increasing or decreasing the charge amount at a predetermined interval when the current torque value is equal to or greater than the previous torque value.
본 발명에 의하면, 블레이드(Blade) 및 제너레이터(Generator)의 특성을 분석하여 에너지 효율의 최적 값을 계산하도록 함으로써, 소 용량(특히, 3KW급 이하) 풍력 발전의 효율적인 에너지를 생산할 수 있으며, 또한 평균 풍속을 예측하기 어려운 환경에서도 풍력 발전 제어를 올바르게 수행할 수 있으며, 낮은 풍속에서도 RPM 제어를 수행할 수 있고 MPPT 제어를 통해 최대 전력을 산출할 수 있는 효과를 가진다.
According to the present invention, by analyzing characteristics of a blade and a generator to calculate an optimum value of energy efficiency, it is possible to produce efficient energy of a small capacity (especially 3 KW or less) wind power generation, It is possible to perform the control of the wind power generation properly even in the environment where the wind speed is difficult to predict, the RPM control can be performed even at a low wind speed, and the maximum power can be calculated through the MPPT control.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전 제어 장치를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 도 2에 있는 지능형 제어 수행 단계를 설명하는 순서도이다.
도 4는 도 3에 있는 RPM 제어 수행 단계를 설명하는 순서도이다.1 is a view for explaining a wind power generation control apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of controlling wind power generation according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating the intelligent control performing step in FIG.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the RPM control performing step in FIG.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.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. However, the description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas. Also, the purpose or effect of the present invention should not be construed as limiting the scope of the present invention, since it does not mean that a specific embodiment should include all or only such effect.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of the terms described in the present invention should be understood as follows.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, but there may be other elements in between. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the singular " include "or" have "are to be construed as including a stated feature, number, step, operation, component, It is to be understood that the combination is intended to specify that it does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used predefined terms should be interpreted to be consistent with the meanings in the context of the related art and can not be interpreted as having ideal or overly formal meaning unless explicitly defined in the present invention.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전 제어 장치 및 방법에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.Now, an apparatus and method for controlling wind power generation according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전 제어 장치를 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a wind power generation control apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 풍력 발전 제어 장치(100)는, 풍속계부(110), RPM(Revolution per minute) 측정부(120), 브레이킹(Braking)부(130), 제어 장치부(140), 데이터베이스부(150), 모니터(Monitor)부(160)를 포함한다.1, the wind power
풍속계부(110)는, 풍속 회전기에 풍속계를 부착하는데, 이때 풍속 회전기에 부착된 리드 스위치의 온/오프(On/Off) 주기를 계산하여, 현재의 풍속을 측정하며, 해당 측정된 풍속을 제어 장치부(140)로 입력해 준다.The
일 실시 예에서, 풍속계부(110)는, 입력 펄스의 시간을 계산하여 풍속을 산출할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 풍속계부(110)는, 고속의 경우에 초당 펄스를 카운팅하고 마지막 펄스의 시간을 1초로 나누어 나머지를 합산해 풍속을 계산할 수 있으며, 저속의 경우에 펄스의 카운터를 1초로 나누고 나머지를 더해서 풍속을 계산할 수 있는데, 이때 고속 계산의 경우에 풍속이 "0"으로 계산되면, 저속 계산을 적용할 수 있으며, 그 값을 아래의 수학식 1과 같이 적용할 수 있다.In one embodiment, the
[수학식 1][Equation 1]
최초 입력된 수(즉, 초당 펄스 카운팅 수)를 기 설정된 시간(예를 들어, 10초) 동안 저장하고 기 설정된 수(예를 들어, 10)로 나눈 수를 감소한 다음에, 신규 들어온 수(즉, 초당 펄스 카운팅 수)를 더해 기 설정된 수(예를 들어, 10)로 나눈 값을 적용할 수 있다. 이렇게 함으로써, 노이즈 감소 및 입력장치 이상으로 정상 펄스가 에러인 경우에도 제어 장치부(140)에 영향을 최소화할 수 있다.After storing the initially input number (i.e., the number of pulse counts per second) for a predetermined time (e.g., 10 seconds) and decreasing the number divided by a predetermined number (e.g., 10) , The number of pulse counts per second), and divide by a predetermined number (for example, 10). By doing so, it is possible to minimize the influence on the
RPM 측정부(120)는, 제너레이터(Generator)의 마그네트(Magnet) 극수를 입력하고 제너레이터의 한 극의 회전 주파수를 합산하여 RPM을 계산하며, 해당 계산된 RPM을 제어 장치부(140)로 입력해 준다.The
일 실시 예에서, RPM 측정부(120)는, 제너레이터 마그네트의 극수 및 회전 주파수를 이용하여 RPM을 산출해 줄 수 있는데, 이때 초당 입력 주파수에 극수를 나누어 적용할 수 있으며, 그 값을 상술한 수학식 1과 같이 적용할 수 있다. 즉, RPM 측정부(120)는, 최초 입력된 수(즉, 초당 입력 주파수)를 기 설정된 시간(예를 들어, 10초) 동안 저장하고 기 설정된 수(예를 들어, 10)로 나눈 수를 감소한 다음에, 신규 들어온 수(즉, 초당 입력 주파수)를 더해 기 설정된 수(예를 들어, 10)로 나눈 값을 적용할 수 있다. 이렇게 함으로써, 노이즈 감소 및 입력장치 이상으로 정상 펄스가 에러인 경우에도 제어 장치부(140)에 영향을 최소화할 수 있다.In one embodiment, the
브레이킹부(130)는, 수동 또는 자동으로 브레이킹 동작을 수행해 주는데, 수동 제너레이터를 정지할 경우에 사용하거나, 과충전, 강풍에 의한 장비의 손상을 예방하기 위해 제어 장치부(140)의 제어에 따라 자동으로 제너레이터를 정지시켜 준다.The
제어 장치부(140)는, PWM 제어 및 속도 제어를 수행하는 CPU(Central processing unit)로서, 데이터베이스부(150)에 기 설정되어 있는 블레이드의 종류와 크기(또는, 높이, 반경, 입수 등)에 의한 블레이드(Blade) 특성 계수 정보를 선택 적용함과 동시에, 데이터베이스부(150)에 기 설정되어 있는 제너레이터의 모델에 의한 제너레이터 특성 계수 정보를 선택 적용하며, 풍속계부(110)로부터 입력되는 풍속과 RPM 측정부(120)로부터 입력되는 RPM에 대응하는 토크(Torque) 값을 산출하고, 해당 산출한 토크 값을 저장한 다음에, 해당 적용된 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보와 해당 산출한 토크 값을 기초로 하여 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석하여 풍력 발전 제어를 수행하며, 풍력 발전 제어 동작 상태에 대한 정보를 모니터부(160)로 출력해 준다.The
일 실시 예에서, 제어 장치부(140)는, 키패드 등과 같은 입력수단을 통해 블레이드의 날개 형태, 날개 수, 반경, 높이에 대한 특성 정보를 선택 적용할 수 있으며, 제너레이터 모델의 특성 그래프(즉, 입력 전압, 충전 전압, 정격 출력 등에 대한 특성 그래프)를 선택 적용할 수 있으며, 충전 방법(즉, MPPT(Maximum power point tracking) 제어, RPM 제어, 지능형 제어 등과 같은 충전 모드)을 선택 적용할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 제어 장치부(140)는, 블레이드 및 제너레이터의 특성 분석 결과로, 지능형 제어를 수행해야 하는지, 또는 기 설정된 기준 풍속(저속)인지, 또는 MPPT 제어를 수행해야 하는지를 판단하며, 해당 판단된 지능형 제어 수행 여부, 기 설정된 기준 풍속인지의 여부, MPPT 제어 수행 여부에 따라 지능형 제어를 수행할 수 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 평균 풍속을 예측하기 어려운 환경에서의 지능형 제어 경우, 제어 장치부(140)는, 풍속계부(110)로부터 입력되는 풍속을 구간대별로 수집하여 풍속 자료 정보로 저장하고 해당 저장된 풍속 자료 정보에 대응하는 최적 분포도를 검출할 수 있으며, RPM 측정부(120)로부터 입력되는 RPM 및 산출한 토크 값에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 최적 충전 포인트를 산출한 후에, 해당 산출된 최적 충전 포인트를 데이터베이스화하여 비활성 메모리(즉, 데이터베이스부(150))에 저장하며, 해당 저장된 최적 충전 포인트에 의하여 충전 모드를 결정할 수 있다. 이때, 제어 장치부(140)는, 풍속계부(110)로부터 출력되는 풍속과 RPM 측정부(120)로부터 출력되는 RPM을 입력받고 데이터베이스부(150)로부터 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보를 판독하여 상술한 바와 같은 최적 충전 포인트를 산출하면서, 최적 충전 포인트 산출 횟수를 카운팅하며, 해당 카운팅된 최적 충전 포인트 산출 횟수가 기 설정된 기준 횟수 이하의 경우에는 계속해서 상술한 바와 같은 최적 충전 포인트에 대한 데이터베이스화를 수행하도록 하며, 반면에 기 설정된 횟수를 초과하면 산출된 최적 충전 포인트를 이용하여 RPM 제어를 수행할 수 있다.In one embodiment, in the case of intelligent control in an environment where it is difficult to predict the average wind speed, the
일 실시 예에서, 제어 장치부(140)는, 고속 회전 시에 속도를 제어(감속 제어)하여 블레이드, 제어기(Controller), 축전지 등을 보호하거나, 축전지의 충전이 만충인 경우에 회전 속도를 감속하기 위해서, 제너레이터로부터 입력되는 전압이 기 설정된 한계 입력 전압 이상이거나, 축전지로 충전되는 전압이 기 설정된 한계 충전 전압 이상인 경우에 브레이킹부(130)를 제어하여 제너레이터를 정지시켜 줄 수 있으며, 충전지의 충전이 만충일 경우에 PWM(Pulse width modulation) 제어 및 속도 제어를 수행할 수 있다. 이때, 수동 제어의 경우에는 제너레이터의 3상을 모두 쇼트(Short)시켜 블레이드의 회전을 정지시킬 수 있으며, 자동 제어의 경우에는 강풍 시에 회전 속도에 대한 감속 제어와, 충전지 만충 시에 축전지 수명을 연장하기 위해서 감속 제어 또는 기 설정된 방전량(미량)만큼 방전시켜 줄 수도 있다. 여기서, PWM 제어의 경우에는, 신호파와 시간적으로 동기한 반송파를 이용하여 변조하는 동기식과, 반송파를 신호파에 대해서 동기시키지 않고 변조시키는 비동기식이 있다.In one embodiment, the
일 실시 예에서, 낮은 풍속에 유리하도록 하기 위한 지능형 제어의 경우, 제어 장치부(140)는, RPM 적용 평균 풍속이 균일할 시에 RPM이 증가하면 부하를 증가시키고 RPM이 감소하면 일정시간 동안 부하를 임의의 값으로 감소시켜 낮은 풍속에서도 전력 생산이 향상되도록 하기 위해서, RPM 측정부(120)로부터 입력되는 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 산출한 후에, 해당 산출된 블레이드 및 제너레이터의 부하를 데이터베이스화하여 비활성 메모리에 저장할 수 있다. 이때, 제어 장치부(140)는, 풍속계부(110)로부터 출력되는 풍속을 입력받아 기 설정된 저속에 해당하는지를 확인한 후에, RPM 측정부(120)로부터 출력되는 RPM을 입력받아 해당 입력받은 RPM이 증가하는 경우인지를 판단하여, 해당 입력받은 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 데이터베이스부(150)로부터 판독하여 적용해 주며, 축전지 충전 전압이 기 설정된 설정 값 이상인 경우에 과충전의 우려가 있으므로 충전량을 감소시켜 줄 수 있으며, 또한 충전 전력이 기 설정된 최대 전력량 이하인 경우에는 충전량을 증가시켜 줄 수 있으며, 반면에 해당 입력받은 RPM이 감소하는 경우이면, 상술한 바와 같이 제너레이터의 현재 토크 값을 산출하여 해당 산출된 현재 토크 값이 이전의 토크 값보다 작아지는 경우에 충전량을 감소시켜 줄 수 있으며, 해당 산출된 현재 토크 값이 이전의 토크 값과 같거나 증가한 경우에는 블레이드의 회전력이 증가하도록 일정 간격으로 충전량을 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있다.In one embodiment, in the case of an intelligent control for favoring a low wind speed, the
일 실시 예에서, 제어 장치부(140)는, 최대의 전력을 산출하기 위한 MPPT 제어의 경우에, 제너레이터의 입력 전력을 검출하여 이전의 전력과의 차이를 비교하며, 해당 비교한 차이 값에 따라 PWM 출력을 제어할 수 있다. 이때, 제어 장치부(140)는, 전류와 전압 차이도 측정하여 적용해 줄 수도 있다.In one embodiment, in the case of the MPPT control for calculating the maximum power, the
데이터베이스부(150)는, 특성 데이터베이스(제너레이터 특성 데이터베이스 및 블레이드 특성 데이터베이스)로서, 제너레이터의 모델(Model)에 따른 제너레이터 특성 계수에 대한 정보 및 블레이드의 종류와 크기(또는, 높이, 반경, 입수 등)에 따른 블레이드 특성 계수에 대한 정보를 데이터베이스화하여 저장해 둔다.The
모니터부(160)는, 제어 장치부(140)의 제어에 따라 제어 장치부(140)로부터 출력되는 정보에 따라 풍력 발전 제어 동작 상태를 디스플레이해 준다.The
상술한 바와 같은 구성을 가진 풍력 발전 제어 장치(100)는, 제어 장치부(140)가 풍속계부(110) 및 RPM 측정부(120)를 통해 현재 풍속과 제너레이터의 회전수(RPM)를 계산하여 토크 값을 산출하고, 해당 산출한 토크 값을 저장한 다음에, 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석하여 에너지 효율의 최적 값을 계산해 최적의 에너지 생산이 가능하도록 함으로써, 소 용량(특히, 3KW급 이하) 풍력 발전의 효율적인 에너지를 생산할 수 있으며, 또한 평균 풍속을 예측하기 어려운 환경에서도 풍력 발전 제어를 올바르게 수행할 수 있으며, 낮은 풍속에서도 RPM 제어를 수행할 수 있고 MPPT 제어를 통해 최대 전력을 산출할 수 있다.
The
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전 제어 방법을 설명하는 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of controlling wind power generation according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 우선 제너레이터의 모델(Model)에 따른 제너레이터 특성 계수에 대한 정보 및 블레이드의 종류와 크기(또는, 높이, 반경, 입수 등)에 따른 블레이드 특성 계수에 대한 정보를 각각 데이터베이스화하여 데이터베이스부(150) 내의 특성 데이터베이스(즉, 제너레이터 특성 데이터베이스 및 블레이드 특성 데이터베이스)로 저장해 둔다.Referring to FIG. 2, information on generator characteristic coefficients according to a model of a generator and information on blade characteristic coefficients according to the type and size (or height, radius, and number of blades) of the blades are converted into databases (I.e., the generator characteristic database and the blade characteristic database) in the
풍력 발전 제어 장치(100)의 운용자가 키패드 등과 같은 입력수단을 통해 블레이드의 종류와 크기(또는, 날개 형태, 날개 수, 반경, 높이 등)에 대한 특성 정보를 선택하거나, 제너레이터 모델의 특성 그래프(즉, 입력 전압, 충전 전압, 정격 출력 등에 대한 특성 그래프)를 선택하거나, 충전 방법(즉, MPPT 제어, RPM 제어, 지능형 제어 등과 같은 충전 모드)을 선택하는 경우, PWM 제어 및 속도 제어를 수행하는 제어 장치부(140)에서는, 입력수단을 통해 선택된 블레이드의 특성 정보, 제너레이터 모델의 특성 정보, 및 충전 모드를 확인한 후에, 해당 확인된 블레이드의 특성 정보, 제너레이터 모델의 특성 정보, 및 충전 모드에 따라 데이터베이스부(150)에 기 설정되어 있는 블레이드 특성 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보를 선택 적용해 준다(S201).The operator of the wind power
예를 들어, 제어 장치부(140)는, 블레이드의 날개 형태, 날개 수, 반경, 높이에 대한 특성 정보를 선택 적용할 수 있으며, 제너레이터 모델의 특성 그래프(즉, 입력 전압, 충전 전압, 정격 출력 등에 대한 특성 그래프)를 선택 적용할 수 있으며, 충전 방법(즉, MPPT 제어, RPM 제어, 지능형 제어 등과 같은 충전 모드)을 선택 적용할 수 있다.For example, the
상술한 단계 S201에서 블레이드의 특성 정보, 제너레이터 모델의 특성 정보, 및 충전 모드를 선택 적용한 후에, 풍속 회전기에 부착된 풍속계부(110)에서는, 풍속 회전기에 부착된 리드 스위치의 온/오프(On/Off) 주기를 계산하여 현재의 풍속을 측정하며, 해당 측정된 풍속을 제어 장치부(140)로 입력해 준다. 또한, RPM 측정부(120)는, 제너레이터의 마그네트 극수와 제너레이터의 한 극의 회전 주파수를 이용하여 RPM을 산출하며, 해당 산출된 RPM을 제어 장치부(140)로 입력해 준다. 이에, 제어 장치부(140)는, 풍속계부(110)로부터 입력되는 풍속과 RPM 측정부(120)로부터 입력되는 RPM을 검출하게 된다(S202).After the application of the characteristic information of the blade, the characteristic information of the generator model, and the charge mode to the
제어 장치부(140)는, 상술한 단계 S202에서 검출한 풍속과 RPM으로 토크 값을 산출하고 해당 산출한 토크 값을 저장한 다음에(S203), 해당 적용된 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보와 해당 산출한 토크 값을 기초로 하여 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석한다(S204).The
제어 장치부(140)는, 상술한 단계 S204에서 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석한 결과에 따라 지능형 제어를 수행해야 하는지(S205), 기 설정된 기준 풍속(저속)인지(S206), MPPT 제어를 수행해야 하는지(S207)를 판단하며, 상술한 단계 S205, 또는 S206, 또는 S207의 판단에 따라 풍력 발전 제어를 위한 지능형 제어를 수행한다(S208).The
제어 장치부(140)는, 상술한 단계 S208에서 수행되고 있는 풍력 발전 제어의 동작 상태에 대한 정보를 모니터부(160)로 출력해 주게 되며, 이에 모니터부(160)는, 제어 장치부(140)의 제어에 따라 제어 장치부(140)로부터 출력되는 정보에 따라 풍력 발전 제어 동작 상태를 디스플레이해 운용자에게 알려 준다(S209).
The
도 3은 도 2에 있는 지능형 제어 수행 단계를 설명하는 순서도이다.3 is a flowchart illustrating the intelligent control performing step in FIG.
도 3을 참조하면, 제어 장치부(140)는, 평균 풍속을 예측하기 어려운 환경 속에서도 지능형 제어를 수행할 수 있는데, 우선 풍속계부(110)로부터 입력되는 풍속을 검출하여 해당 검출된 풍속을 구간대별로 수집한 후에, 해당 수집된 풍속 자료 정보로 저장하면서, 해당 저장된 풍속 자료 정보에 대응하는 최적 분포도를 산출해 주며, RPM 측정부(120)로부터 입력되는 RPM을 검출하고 상술한 단계 S203과 같이 토크 값을 산출한 후에, 해당 검출한 RPM과 해당 산출한 토크 값에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 최적 충전 포인트를 산출한 다음에, 해당 산출된 최적 충전 포인트를 데이터베이스화하여 비활성 메모리(즉, 데이터베이스부(150))에 저장하며, 해당 저장된 최적 충전 포인트에 의하여 충전 방법을 결정할 수 있도록 데이터베이스부(150)를 설정해 준다.3, the
제어 장치부(140)는, 상술한 단계 S202와 같이 풍속계부(110)로부터 입력되는 풍속과 RPM 측정부(120)로부터 입력되는 RPM을 검출하게 되며, 데이터베이스부(150)로부터 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보를 판독하여, 해당 검출한 RPM과 해당 산출한 토크 값에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 최적 충전 포인트를 산출하게 된다(S301).The
제어 장치부(140)는, 상술한 단계 S301에서 산출한 최적 충전 포인트를 데이터베이스화하여 비활성 메모리에 저장하면서(S302), 이와 동시에 최적 충전 포인트를 산출한 횟수를 카운팅하게 된다(S303). 이에, 제어 장치부(140)는, 상술한 단계 S303에서 카운팅한 최적 충전 포인트 산출 횟수가 기 설정된 기준 횟수를 초과하는지를 확인한다(S304).The
상술한 단계 S304에서 최적 충전 포인트 산출 횟수가 기 설정된 기준 횟수 이하인 경우에, 제어 장치부(140)는, 상술한 단계 S301로 복귀하여 계속해서 최적 충전 포인트의 산출 및 데이터베이스화를 수행하도록 한다.When the number of times of calculating the optimum charging point is equal to or less than the preset reference number in the above-described step S304, the
상술한 단계 S304에서 최적 충전 포인트 산출 횟수가 기 설정된 기준 횟수를 초과하는 경우에, 제어 장치부(140)는, 상술한 단계 S301에서 산출한 최적 충전 포인트를 이용하여 RPM 제어를 수행하게 된다(S305).When the number of optimal charging point calculation times exceeds the preset reference number in step S304, the
일 실시 예에서, 제어 장치부(140)는, 회전 속도가 기 설정된 한계 속도보다 빨라 고속 회전의 경우에 속도를 제어(감속 제어)하여 블레이드, 제어기, 축전지 등을 보호하도록 할 수 있다. 또한, 제어 장치부(140)는, 축전지의 충전량을 확인한 후에, 축전지의 충전이 만충인 경우에 회전 속도를 감속시켜 줄 수 있다.In one embodiment, the
예를 들어, 제어 장치부(140)는, 제너레이터로부터 입력되는 전압의 크기를 확인한 후에 해당 확인된 입력 전압의 크기가 기 설정된 한계 입력 전압 이상이거나, 축전지로 충전되는 전압의 크기를 확인한 후에 해당 확인된 충전 전압의 크기가 기 설정된 한계 충전 전압 이상인 경우에, 브레이킹부(130)를 제어하여 제너레이터를 정지시켜 줄 수 있으며, 이때 브레이킹부(130)는, 수동 제너레이터를 정지할 경우에 사용하거나, 과충전, 강풍에 의한 장비의 손상을 예방하기 위해 제어 장치부(140)의 제어에 따라 자동으로 제너레이터를 정지시켜 줄 수 있다.For example, after checking the magnitude of the voltage input from the generator, the
예를 들어, 제어 장치부(140)는, 수동 제어의 경우에 제너레이터의 3상을 모두 쇼트시켜 블레이드의 회전을 정지시킬 수 있으며, 자동 제어의 경우에 강풍 시에 회전 속도에 대한 감속 제어와, 충전지 만충 시에 축전지 수명을 연장하기 위해서 감속 제어 또는 기 설정된 방전량(미량)만큼 방전시켜 줄 수도 있다.For example, in the case of manual control, the
예를 들어, 제어 장치부(140)는, 축전지의 충전량을 확인한 후에 축전지의 충전이 만충인 경우에, PWM 제어 및 속도 제어를 수행할 수도 있다.
For example, the
도 4는 도 3에 있는 RPM 제어 수행 단계를 설명하는 순서도이다.FIG. 4 is a flowchart for explaining the RPM control performing step in FIG.
도 4를 참조하면, 제어 장치부(140)는, 낮은 풍속에 유리하도록 하기 위한 RPM 제어를 수행할 수 있는데, 우선 RPM 적용 평균 풍속이 균일할 시에 RPM이 증가하면 부하를 증가시키고 RPM이 감소하면 기 설정된 시간 동안 부하를 기 설정된 값으로 감소시켜 낮은 풍속에서도 전력 생산이 향상되도록 하기 위해서, RPM 측정부(120)로부터 입력되는 RPM을 검출한 후에 해당 검출된 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 측정하고, 해당 측정된 블레이드 및 제너레이터의 부하를 데이터베이스화하여 비활성 메모리에 저장해 둔다.Referring to FIG. 4, the
제어 장치부(140)는, 풍속계부(110)로부터 출력되는 풍속을 검출한 후에, 해당 검출된 풍속이 기 설정된 저속에 해당하는지를 확인하게 된다(S401).After detecting the wind speed outputted from the
상술한 단계 S401에서 검출 풍속이 기 설정된 저속에 해당하는 경우, 제어 장치부(140)는, RPM 측정부(120)로부터 출력되는 RPM을 검출한 후에, 해당 검출된 RPM이 증가하는 경우인지를 판단한다(S402).If the detected wind speed corresponds to a predetermined low speed in step S401, the
상술한 단계 S402에서 검출 RPM이 증가하는 경우, 제어 장치부(140)는, 검출 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 데이터베이스부(150)로부터 판독하여 적용해 주며(S403), 이때 축전지의 충전 전압을 확인한 후에(S404) 해당 확인된 충전 전압이 기 설정된 설정 값 이상인지를 확인하여(S405), 이런 경우에 과충전의 우려가 있으므로 충전량을 감소시켜 주게 된다(S406). 또한, 제어 장치부(140)는, 축전지의 충전 전력을 확인한 후에(S407) 해당 확인된 충전 전력이 기 설정된 최대 전력량 이하인지를 확인하여(S408), 이런 경우에 충전량을 증가시켜 주도록 한다(S409).When the detected RPM increases in the above-described step S402, the
상술한 단계 S402에서 검출 RPM이 감소하는 경우, 제어 장치부(140)는, 상술한 단계 S203과 같이 제너레이터의 현재 토크 값을 산출하여 해당 산출된 현재 토크 값을 확인하며(S410), 해당 확인된 토크 값이 이전의 토크 값보다 작아지는 경우인지를 확인하며(S411), 이런 경우에 충전량을 감소시켜 주게 된다(S412). 또한, 제어 장치부(140)는, 산출된 현재 토크 값이 이전의 토크 값과 같거나 증가한 경우에, 블레이드의 회전력이 증가하도록 기 설정된 간격으로 충전량을 증가시키거나 또는 감소시켜 준다(S413).If the detected RPM decreases in step S402, the
이상, 본 발명의 실시 예는 상술한 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 by 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: 풍력 발전 제어 장치
110: 풍속계부
120: RPM 측정부
130: 브레이킹부
140: 제어 장치부
150: 데이터베이스부
160: 모니터부100: Wind power control device
110: anemometer part
120: RPM measuring unit
130:
140:
150:
160: Monitor section
Claims (11)
제너레이터의 마그네트 극수를 입력하고 제너레이터의 한 극의 회전 주파수를 합산하여 RPM을 계산하는 RPM 측정부;
제너레이터의 모델에 따른 제너레이터 특성 계수에 대한 정보 및 블레이드의 종류와 크기, 또는 날개 형태, 날개 수, 반경, 높이에 따른 블레이드 특성 계수에 대한 정보를 데이터베이스화하여 저장하는 데이터베이스부;
블레이드 특성 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보를 선택 적용하며, 상기 풍속계부에서 측정한 풍속과 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM에 대응하는 토크 값을 산출 및 저장하고, 적용된 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보와 산출된 토크 값을 기초로 하여 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석하여 풍력 발전 제어를 수행하는 제어 장치부;
상기 제어 장치부의 제어에 따라 제너레이터를 정지시켜 주기 위한 브레이킹부; 및
상기 제어 장치부의 제어에 따라 풍력 발전 제어 동작 상태를 디스플레이하기 위한 모니터부를 포함하는 풍력 발전 제어 장치.
An anemometer part for measuring the current wind speed by calculating the on / off period of the reed switch attached to the wind speed rotator;
An RPM measuring unit for inputting the magnet pole number of the generator and calculating the RPM by summing the rotation frequency of one pole of the generator;
A database unit for storing information on generator characteristic coefficients according to a model of a generator, information on blade type and size, blade characteristic coefficient according to blade shape, number of blades, radius, height, and the like;
The blade characteristic coefficient information and the generator characteristic coefficient information are selected and applied, and the wind speed measured by the anemometer section and the torque value corresponding to the RPM calculated by the RPM measuring section are calculated and stored, and the applied blade specific coefficient information and generator characteristic coefficient A controller for analyzing characteristics of the blades and the generator based on the information and the calculated torque value to perform wind power generation control;
A braking unit for stopping the generator under the control of the control unit; And
And a monitor unit for displaying a wind power generation control operation state under the control of the control unit.
상기 풍속계부에서 측정한 풍속을 구간대별로 수집하여 이에 대응하는 최적 분포도를 검출하며, 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM 및 토크 값에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 최적 충전 포인트를 산출하여 데이터베이스화하여 상기 데이터베이스부에 저장하며, 저장된 최적 충전 포인트에 의하여 충전 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 제어 장치.
The control apparatus according to claim 1,
And a controller for calculating an optimum charging point of the blades and the generator corresponding to the RPM and the torque value calculated by the RPM measuring unit, And the charging mode is determined based on the stored optimum charging point.
상기 풍속계부에서 측정한 풍속과 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM을 검출하고 상기 데이터베이스부로부터 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보를 판독하여 최적 충전 포인트를 산출하면서, 최적 충전 포인트 산출 횟수를 카운팅하며, 최적 충전 포인트 산출 횟수가 기 설정된 기준 횟수 이하인 경우에 최적 충전 포인트에 대한 산출 및 데이터베이스화를 수행하며, 기 설정된 횟수를 초과하는 경우에 최적 충전 포인트를 이용하여 RPM 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 제어 장치.
The control apparatus according to claim 2,
An air speed measured by the anemometer section and an RPM calculated by the RPM measuring section are detected and the blade specific coefficient information and the generator characteristic coefficient information are read from the database section to calculate the optimum charging point and the optimum charging point calculating number is counted And performs calculation and database for the optimum charging point when the number of optimal charging point calculation times is equal to or less than a predetermined reference number and performs RPM control using the optimum charging point when the number of times exceeds a preset number Wind power control equipment.
상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 산출한 후에, 산출된 블레이드 및 제너레이터의 부하를 데이터베이스화하여 상기 데이터베이스부에 저장해 두며, 상기 풍속계부에서 측정한 풍속이 기 설정된 저속에 해당하는지를 확인하고 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM이 증가하는 경우인지를 판단하여, 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 상기 데이터베이스부로부터 판독하여 적용하며, 축전지 충전 전압이 기 설정된 설정 값 이상인 경우에 충전량을 감소시켜 주며, 충전 전력이 기 설정된 최대 전력량 이하인 경우에 충전량을 증가시켜 주며, 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM이 감소하는 경우이면 현재 토크 값이 이전의 토크 값보다 작아지는 경우에 충전량을 감소시켜 주며, 현재 토크 값이 이전의 토크 값과 같거나 증가한 경우에 기 설정된 간격으로 충전량을 증가시키거나 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 제어 장치.
The control apparatus according to claim 1,
The load of the blade and the generator corresponding to the RPM calculated by the RPM measuring unit is calculated and then the load of the calculated blade and the generator is stored in the database and stored in the database unit, The load of the blade and the generator corresponding to the RPM calculated by the RPM measurement unit is read from the database unit and applied, and when the battery charging The charging amount is decreased when the voltage is equal to or greater than the predetermined set value and the charging amount is increased when the charging power is equal to or less than the preset maximum power amount. If the RPM calculated by the RPM measuring unit is decreased, When the torque value becomes smaller than the torque value, the charging amount is decreased. The wind power generation torque control device, comprising a step of increasing the amount of power produced by the predetermined distance in case an increase or equal to the previous value of the torque or decreasing.
운용자의 선택에 의한 블레이드의 특성 정보, 제너레이터 모델의 특성 정보, 및 충전 모드에 따라 상기 블레이드 특성 계수 정보 및 상기 제너레이터 특성 계수 정보를 선택 적용하는 단계;
풍속계부에서 측정한 풍속과 RPM 측정부에서 계산한 RPM을 검출하여 토크 값을 산출 및 저장하는 단계; 및
상기 적용된 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보와 상기 산출된 토크 값을 기초로 하여 상기 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석하여 풍력 발전 제어를 수행하는 단계를 포함하는 풍력 발전 제어 방법.
Information on generator characteristic coefficients according to the model of the generator, type and size of the blades, or blade characteristic coefficients according to the blade shape, the number of wings, the radius, and the height are stored in a database and converted into a database;
Selectively applying the blade characteristic coefficient information and the generator characteristic coefficient information according to the blade characteristic information, the characteristic information of the generator model, and the charging mode by the operator's selection;
Calculating and storing the torque value by detecting the wind speed measured by the anemometer part and the RPM calculated by the RPM measuring part; And
And performing wind power generation control by analyzing characteristics of the blade and the generator based on the applied blade specific coefficient information and generator characteristic coefficient information and the calculated torque value.
상기 블레이드 및 제너레이터의 특성을 분석한 결과에 따라 지능형 제어 수행 여부, 기 설정된 기준 풍속인지의 여부, MPPT 제어 수행 여부를 판단하고, 그 판단에 따라 지능형 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 제어 방법.
6. The method of claim 5, wherein the step of performing the wind power generation control comprises:
Determining whether or not to perform the intelligent control, whether or not it is the predetermined reference air speed, whether to perform the MPPT control, and performing the intelligent control according to the determination, according to the result of analyzing the characteristics of the blade and the generator Wind power generation control method.
상기 풍속계부에서 측정한 풍속을 구간대별로 수집하여 이에 대응하는 최적 분포도를 검출하는 단계;
상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM 및 토크 값에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 최적 충전 포인트를 산출하여 데이터베이스화하여 상기 특성 데이터베이스에 저장하는 단계; 및
상기 저장된 최적 충전 포인트에 의하여 충전 모드를 결정하도록 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 제어 방법.
7. The method of claim 6,
Collecting wind speeds measured in the anemometer section by intervals and detecting an optimal distribution map corresponding thereto;
Calculating optimum charging points of the blades and generators corresponding to the RPM and torque values calculated by the RPM measuring unit, storing the optimized charging points in the database, and storing the databases in the characteristic database; And
And setting the charging mode to be determined by the stored optimum charging point.
상기 풍속계부에서 측정한 풍속과 상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM을 검출하고 상기 특성 데이터베이스로부터 블레이드 특정 계수 정보 및 제너레이터 특성 계수 정보를 판독하여 최적 충전 포인트를 산출하면서, 최적 충전 포인트 산출 횟수를 카운팅하는 단계;
상기 최적 충전 포인트 산출 횟수가 기 설정된 기준 횟수 이하인 경우에, 최적 충전 포인트에 대한 산출 및 데이터베이스화를 수행하는 단계; 및
상기 최적 충전 포인트 산출 횟수가 기 설정된 횟수를 초과하는 경우에, 최적 충전 포인트를 이용하여 RPM 제어를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 제어 방법.
8. The method of claim 7, wherein performing the intelligent control comprises:
An air speed measured by the anemometer section and RPM calculated by the RPM measuring section are detected and the blade specific coefficient information and the generator characteristic coefficient information are read from the characteristic database to calculate the optimum charging point and the optimum charging point calculating number is counted step;
Performing calculation and databaseization for the optimal charging point when the number of times of calculating the optimum charging point is equal to or less than a preset reference number; And
And performing RPM control using an optimum charging point when the number of times of calculating the optimum charging point exceeds a preset number.
제너레이터로부터 입력되는 전압이 기 설정된 한계 입력 전압 이상이거나, 축전지로 충전되는 전압이 기 설정된 한계 충전 전압 이상인 경우에, 브레이킹부를 제어하여 제너레이터를 정지시켜 주는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 제어 방법.
9. The method of claim 8, wherein performing the intelligent control comprises:
Wherein when the voltage input from the generator is equal to or higher than a predetermined limit input voltage or the voltage charged by the battery is equal to or higher than a predetermined limit charging voltage, the generator is stopped by controlling the breaking portion.
수동 제어의 경우에 제너레이터의 3상을 모두 쇼트시켜 블레이드의 회전을 정지시키며, 자동 제어의 경우에 강풍 시에 회전 속도에 대한 감속 제어와, 축전지 만충 시에 축전지 수명을 연장하기 위해서 감속 제어 또는 기 설정된 방전량만큼 방전시켜 주는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 제어 방법.
10. The method of claim 9, wherein performing the intelligent control comprises:
In the case of the manual control, all three phases of the generator are short-circuited to stop the rotation of the blades. In the case of automatic control, the deceleration control for the rotational speed at the time of strong wind and the deceleration control or the machine And discharging the wind power by a predetermined discharge amount.
상기 RPM 측정부에서 계산한 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 산출한 후에, 산출된 블레이드 및 제너레이터의 부하를 데이터베이스화하여 상기 특성 데이터베이스에 저장해 두는 단계;
상기 풍속계부에서 측정한 풍속이 기 설정된 저속에 해당하는지를 확인하는 단계;
검출 풍속이 기 설정된 저속에 해당하는 경우, 상기 검출 RPM이 증가하는 경우인지를 판단하는 단계;
상기 검출 RPM이 증가하는 경우, 검출 RPM에 대응하는 블레이드 및 제너레이터의 부하를 상기 특성 데이터베이스로부터 판독하여 적용하는 단계;
축전지 충전 전압이 기 설정된 설정 값 이상인지를 확인하여 충전량을 감소시켜 주는 단계;
충전 전력이 기 설정된 최대 전력량 이하인지를 확인하여 충전량을 증가시켜 주는 단계;
상기 검출 RPM이 감소하는 경우, 현재 토크 값이 이전의 토크 값보다 작아지는 경우인지를 확인하여 충전량을 감소시켜 주는 단계; 및
상기 현재 토크 값이 이전의 토크 값과 같거나 증가한 경우에 기 설정된 간격으로 충전량을 증가시키거나 또는 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 제어 방법.
The method of claim 8, wherein the performing the RPM control comprises:
Calculating a load of the blade and the generator corresponding to the RPM calculated by the RPM measuring unit, storing the load of the calculated blade and the generator in a database, and storing the database in the characteristic database;
Confirming whether the wind speed measured by the anemometer section corresponds to a predetermined low speed;
Determining whether the detected RPM increases if the detected wind speed corresponds to a predetermined low speed;
Reading and applying a load of the blade and generator corresponding to the detected RPM from the characteristic database when the detected RPM increases;
Determining whether the battery charge voltage is equal to or greater than a predetermined set value to reduce the charge amount;
Increasing the charge amount by confirming that the charge power is equal to or less than a preset maximum power amount;
Determining whether the current torque value is smaller than the previous torque value when the detected RPM decreases, and decreasing the charged amount; And
And increasing or decreasing the charge amount at a predetermined interval when the current torque value is equal to or greater than the previous torque value.
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KR20190110364A (en) | 2018-03-20 | 2019-09-30 | 주식회사 한진산업 | Multy class controller for wind power generator and wind power generation system using the same |
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- 2014-03-17 KR KR20140031148A patent/KR101453715B1/en not_active IP Right Cessation
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