KR101466099B1 - 풍력발전단지 운영 시스템 및 그 방법 - Google Patents

풍력발전단지 운영 시스템 및 그 방법 Download PDF

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이호철
정준희
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

풍력발전단지 운영 시스템 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 바람장 라이다를 이용한 풍력발전단지의 운영 시스템은, 풍력발전단지 내 복수의 열과 횡으로 배치된 풍력발전기 상기 풍력발전단지 내 분산 설치된 라이다 및 상기 라이다를 통해 상기 풍력발전단지 내 지역별 바람장(Wind Field)을 실시간 감지하여 동일한 풍향 조건의 풍력자원 영역을 복수로 구획하고, 풍력자원 영역별 바람장의 풍속에 따른 풍력발전기의 발전량을 개별 제어하는 통합 제어 서버를 포함한다.

Description

풍력발전단지 운영 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR OPERATION OF WIND FARM}
본 발명은 복수의 풍력발전기가 배치되는 풍력발전단지 운영 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전단지는 바람으로 발전기를 돌려 에너지를 생산하는 풍력발전기가 복수로 설치된 지역을 의미하며, 풍력발전의 기술향상으로 육상에 이은 해상으로의 풍력발전단지가 형성되어 풍량과 풍속이 풍부해지고 육지에서의 제약이 어느 정도 해소되었다. 그리고, 최근의 풍력발전단지는 그 규모가 증가 함에 따른 출력 전력량도 증가하여 기존의 전력망을 운용에 많은 영향을 끼치는 시설로 자리잡고 있다.
한편, 풍력발전단지의 운영에 있어서 풍속은 각 풍력발전기의 전반적인 출력 제어와 안정성확보를 위해 매우 중요한 지표가 되므로 풍향풍속계를 이용하여 발전단지 내 지속적인 풍향 및 풍속을 계측하고 있다.
그러나, 복수의 풍력발전기가 복수의 행과 열로 배치되는 풍력발전단지 구조에서 풍력자원을 최대한 활용하는 앞단에 배치된 풍력발전기에 비해, 그 후단에 밀집된 풍력발전기들은 앞단의 풍력발전기의 블레이드를 거쳐온 한층 약해진 풍력으로 발전이 이루어진다.
이로 인해, 후단에 밀집된 각 풍력발전기들은 앞단의 풍력발전기를 통과한 후류 효과로 인해 발전량 저하와 풍력발전단지의 효율 하락 및 이에 따른 풍력발전기의 각각의 내구성 문제가 지속적으로 제기되고 있다.
또한, 풍력발전기를 제어에 있어서 가장 기본이 되는 입력 값은 풍속으로 정확하게는 블레이드 앞쪽에서 입력되는 풍속이 필요하지만 통상 풍력발전기의 풍속센서는 나셀상의 뒤쪽에 설치 되어 있다.
즉, 풍력발전기의 출력 제어의 기준이 되는 풍속은 블레이드 앞쪽의 풍속인 반면, 실제로는 바람이 블레이드를 지나친 후인 나셀 뒤쪽에서의 측정된 풍속이 사용되고 있어 자체 블레이드에 의한 후류 효과까지 더 가중되어 풍속차가 더 벌어지는 문제가 있다.
따라서, 실제 블레이드에 입력되는 풍속과 측정된 풍속의 차이는 미리 설정된 Cp(Power Coefficient)커브와 토크커브와의 차이로 인한 부정확한 출력 제어가 이루어질 수밖에 없으며 그로 인해 상술한 풍력발전기의 문제점들이 가중되는 문제가 있다.
특허문헌 1 : 한국공개특허 제2009-0083371호(2009.08.03. 공개)
본 발명의 실시 예는 풍력발전단지 내에 복수로 분산 설치된 바람장 라이다(Light Detection and Ranging, LIDAR)를 이용하여 실시간으로 지역별 바람장(Wind Field)을 감지하고, 라이다의 위치별 풍속에 따른 풍력발전기들의 발전량을 개별 제어하는 풍력발전단지의 운영 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 바람장 라이다를 이용한 풍력발전단지의 운영 시스템은, 풍력발전단지 복수로 배치된 풍력발전기 상기 풍력발전단지 내 분산 설치된 라이다 및 상기 라이다를 통해 상기 풍력발전단지 내 지역별 바람장(Wind Field)을 실시간 감지하여 동일한 풍향 조건의 풍력자원 영역을 복수로 구획하고, 풍력자원 영역별 바람장의 풍속에 따른 풍력발전기의 발전량을 개별 제어하는 통합 제어 서버를 포함한다.
또한, 상기 라이다는, 상기 풍력발전단지에서 바람이 1차적으로 접촉되는 상기 풍력발전기의 허브에 설치되어 블레이드에 의한 휴류 효과가 없는 상기 풍력자원을 측정하는 제1 라이다 및 상기 풍력발전단지 내에서 앞단과 후단에 풍력발전기가 위치한 요소에 설치되어 앞단에 위치한 풍력발전기에 의한 후류 효과가 포함된 풍력자원을 측정하는 제2 라이다를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 라이다는 당해 풍력발전기의 제어를 위한 풍속을 측정하고, 상기 제2 라이다는 바람이 부는 풍향 조건에 따라 측정된 풍속 정보를 후단에 위치하는 적어도 하나의 풍력발전기와 공유하는 것으로 기상측정범위가 서로 다를 수 있다.
또한, 상기 풍력자원은, 풍향 및 풍속 정보를 입체적으로 측정한 정보를 포함하며, 해상 풍력발전단지의 경우 부이에 설치된 상기 라이다에서 측정된 해상의 기상정보를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 통합 제어 서버는, 상기 라이다로부터 수집된 풍력자원을 바탕으로 상기 풍력발전단지 내 공기의 운동을 입체적으로 체크하여 복수의 풍력자원 영역과 상기 풍격자원 영역에 속한 풍력발전 그룹을 설정하는 풍력 그룹 설정부 상기 풍력자원에 따른 풍력발전단지의 발전량을 예측하고, 풍력자원 영역 및 풍력발전 그룹 설정정보에 따라 각 풍력자원 영역에 맞는 발전량을 지정하여 풍력발전 그룹별 개별 풍력발전기에 하달하는 발전량 제어부 및 상기 풍력 그룹 설정부 및 발전량 제어부를 통합 제어하고, 전력 계통으로부터의 발전 요구량 또는 풍력발전단지의 총 목표 발전량을 설정하여 상기 발전량 제어부로 하달하는 중앙 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 풍력 그룹 설정부는, 복수의 상기 풍력자원 영역에 위치한 풍력발전기들을 묶어 각각의 풍력자원 영역별로 동일한 조건의 풍속으로 발전하는 복수의 풍력발전 그룹을 설정할 수 있다.
또한, 상기 발전량 제어부는, 지정된 상기 풍력자원 영역의 풍속에 비례한 목표 발전량을 계산하여 당해 풍력발전기의 개별 목표 발전량을 선정 및 하달하고, 상기 풍속의 변화 또는 풍력발전단지의 총 목표 발전량 변동에 따른 상기 개별 목표 발전량을 상시 갱신할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른, 복수의 풍력발전기가 배치된 풍력발전단지 운영 방법은, a) 상기 풍력발전단지 내 분산 설치된 라이다에서 측정된 지역별 풍력자원 정보를 실시간으로 수집하는 단계 b) 상기 풍력자원 정보를 분석하여 획득된 풍향 및 풍속 정보를 바탕으로 동일한 풍향 조건에 있는 풍력자원 영역을 구획하는 단계 c) 각 풍력자원 영역에 위치한 풍력발전기들을 묶어 풍력발전 그룹을 설정하는 단계 및 d) 상기 풍력자원 영역별 바람장의 풍속에 따른 풍력발전기의 발전량을 개별 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 라이다는, 적어도 하나의 풍력발전기의 허브에 설치하되 블레이드 보다 앞쪽에 위치할 수 있다.
또한, 상기 b) 단계는, 소정의 허용 오차범위 내에서 동일한 풍향 및 풍속이 측정된 라이다들의 바람장을 그룹핑하여 복수의 풍력자원 영역을 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 d) 단계에서 상기 풍속은, 상기 풍력자원 영역 내 복수의 라이다가 포함되어 있는 경우 상기 복수의 라이다에서 측정된 풍속들의 평균값일 수 있다.
또한, 상기 d) 단계는, d-1) 각 풍력자원 영역의 풍속에 비례한 풍력발전 그룹 내 개별 풍력발전기의 발전량을 계산하는 단계 및 d-2) 풍력발전 그룹별 개별 풍력발전기에 목표 발전량을 선정하여 발전 제어 명령을 하달하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 풍력발전단지 내 분산 설치되는 복수의 라이다를 이용하여 수집된 풍력자원을 바탕으로 복수의 풍력자원 영역과 그에 따른 풍력발전 그룹을 설정하고 동일한 풍속 조건에 맞게 풍력발전 그룹을 제어함으로써 풍력발전단지의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 풍력발전기의 허브에 설치되는 제1 라이다를 이용하여 풍향 및 풍속을 측정함으로써 1차적으로 풍력발전단지에 접촉하는 부분의 풍력자원을정확하게 측정할 수 있다.
또한, 앞단에 배치된 풍력발전기와 후단에 배치된 풍력발전기 사이에 설치되는 제2 라이다를 이용하여 앞단의 풍력발전기를 거쳐온 후류 효과가 포함된 풍속 정보를 정확하게 측정하고 그 풍속 정보에 맞게 후단에 배치된 풍력발전기를 동작시킴으로써 풍력발전기의 소모품 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 바람장 라이다가 설치된 풍력발전단지를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통합 제어 서버(300)의 구성을 개략적으로나타낸 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다를 이용한 풍력자원 영역 설정 예시를 각각 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 에에 따른 라이다를 이용한 풍력발전단지 운영 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
명세서 전체에서 풍력자원은 풍향 및 풍속을 포함하는 의미를 갖는다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전단지의 운영 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 바람장 라이다가 설치된 풍력발전단지를 나타낸다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전단지는 육상 또는 해상에 시설될 수 있으며, 복수의 열과 횡으로 배치된 풍력발전기(100), 풍력발전단지 내 분산 설치된 라이다(200) 및 라이다(200)를 이용하여 풍력발전단지 내 지역별 바람장(Wind Field)을 실시간으로 감지하여 동일한 조건의 풍력자원 영역을 복수로 구획하고, 풍력자원 영역별로 바람장의 풍력자원 정보에 따른 풍력발전기들의 발전량을 개별 제어하는 통합 제어 서버(300)를 포함한다.
풍력발전기(100)는 이웃하는 다른 풍력발전기들과 수백 미터 또는 수 킬로미터로 이격 설치되며, 유선 또는 무선 통신수단을 가지고 풍력발전단지 내 내부네트워크에 연결되어 각종 정보를 주고 받을 수 있다.
풍력발전기(100)는 통합 제어 서버(300)에서 하달되는 발전량 제어 명령에 따른 피치 제어를 수행함으로써 바람에너지에 따른 발전량(발전 출력)을 조절할 수 있다.
여기서, 상기 피치 제어는 블레이드의 피치각 조절을 통해 입력되는 바람에너지의 양을 조절하여 발전 출력을 제어하는 것으로, 상기 바람에너지는 풍속, 블레이드의 길이, 블레이드의 피치각도, 공기밀도 등과 상관되며, 그 중에서도 가장 기본이 되는 입력 값은 풍속으로 정확하게는 블레이드 앞쪽에서 입력되는 풍속인 것이 바람직하다.
따라서, 기존의 풍력 및 풍속 측정에 따른 문제를 해소하고, 풍력발전기(100)의 발전 효율 및 내구성을 극대화하기 위하여 본 발명의 실시 예에서는 바람장 라이다(200)를 이용한다.
여기서, 바람장은 바람이 일정한 공간 영역에 걸쳐 동일한 풍향 및 풍속을 가지고 분포하는 것으로, 동일한 풍향 및 풍속을 가지는 풍력자원 영역을 의미하며 이는 적어도 하나의 라이다(200)를 통해 파악할 수 있다.
라이다(200)는 바람의 풍속 및 풍향 정보와 함께 먼지, 연기, 에어로졸, 구름 입자 등의 존재와 이동 등의 풍력자원을 측정하기 위한 레이더로서, 가시광선이나 적외선의 레이저 광선을 이용하는 기상관측장치이다. 본 발명은 라이다(200)를 통해 기존의 풍향계 및 풍속계대비 좀 더 정확하고 입체적인 풍력자원을 측정할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 라이다(200)는 풍력발전단지에서 바람이 1차적으로 접촉되는 풍력발전기(100)의 허브에 설치되는 제1 라이다(210) 및 풍력발전단지 내의 앞단과 후단에 풍력발전기가 위치한 요소에 각각 분산 설치되어 앞단의 풍력발전기에 의한 후류 효과가 포함된 풍력자원을 측정하는 제2 라이다(220)를 포함하며, 각 설치 위치 별 바람장 측정이 용이하도록 설계된다.
제1 라이다(210)는 바람이 풍력발전단지에 1차적으로 접촉하는 가장자리 부분, 즉 바람이 불어오는 방향의 맨앞단에 설치된 풍력발전기(100)에 선택적으로 설치될 수 있다.
이 때, 제1 라이다(210)는 블레이드 보다 앞쪽에 위치하여 종래에 문제점으로 지적되던 블레이드에 의한 후류 효과가 없는 정확한 풍속을 측정할 수 있는 이점이 있다.
제2 라이다(220)는 풍력발전단지 내 분산 배치된 위치에서 측정된 풍향 및 풍속 정보를 통합 제어 서버(300)로 전송하여 제2 라이다(200)의 각 위치로부터 이웃한 적어도 하나의 풍력발전기(100)의 발전량을 제어하는데 사용된다. 이 때, 제2 라이다(220)는 도 1에서와 같이 풍력발전단지의 내측(가장자리 열 안쪽)에 설치되므로 바람이 그 앞단에 위치한 풍력발전기(100)를 통과하면서 발생되는 후류 효과가 포함된 정확한 풍속을 측정할 수 있다.
또한, 제2 라이다(220)는 해상 풍력발전단지의 경우 해상에 고정된 부이에 설치될 수 있으며, 부이에 설치된 제2 라이다(220)는 기존의 풍향 및 풍속 측정과 함께 파고와 같은 해상 데이터를 더 수집할 수 있다. 따라서, 해상의 종합적인 기상정보를 토대로 풍력발전기 제어에 활용할 수 있다.
또한, 허브에 설치되는 제1 라이다(210)는 당해 풍력발전기(100)의 제어를 위한 것이고, 육상 또는 해상에 설치되는 제2 라이다(220)는 풍향 조건에 따른 그 풍속 측정 정보를 후단에 위치하는 적어도 하나의 풍력발전기(100)와 공유하여 참조할 수 있는 것으로 그 기상측정범위가 서로 다를 수 있다.
한편, 도 2를 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 통합 제어 서버(300)의 구성을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통합 제어 서버(300)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 통합 제어 서버(300)는 풍력 그룹 설정부(310), 발전량 제어부(320) 및 중앙 제어부(330)를 포함한다.
다만, 도 2에서는 통합 제어 서버(300)를 하나의 서버에 각 부가 포함된 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 않으며 각부를 복수의 컴퓨터 및 서버로 구성하고 서로 연동되는 통합 제어 시스템으로 구성될 수도 있다.
또한, 해상 풍력발전단지의 경우 통합 제어 서버(300)는 해상 풍력발전단지 내에 있는 해상 플랜트에 구성될 수 있다.
풍력 그룹 설정부(310)는 복수의 라이다(200)로부터 실시간으로 측정되는 풍력자원을 수집하고, 수집된 풍력자원을 바탕으로 풍력발전단지 내 공기의 운동을 입체적으로 체크하여 복수의 풍력자원 영역과 풍력발전 그룹을 설정한다.
예를 들면, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 라이다를 이용한 풍력자원 영역 설정 예시를 나타낸다.
첨부된 도 3 및 도 4를 참조하면, 풍력 그룹 설정부(310)는 소정의 허용 오차범위 내에서 동일한 풍향 및 풍속이 측정된 라이다(200)들의 바람장을 그룹핑하여 복수의 풍력자원 영역을 설정한다. 여기서, 풍력 그룹 설정부(310)는 풍력발전단지 내 설치된 각 풍력발전기(100)와 각 라이다(200)의 설치 위치 및 위치정보를 저장하고 있으며, 각 라이다(200)에서 수집된 풍력자원 정보에서의 식별정보로 분석하여 그 해당 바람장 위치를 파악할 수 있다.
그리고, 풍력 그룹 설정부(310)는 복수의 풍력자원 영역에 위치한 풍력발전기(100)들을 묶어 각각의 풍력자원 영역별로 동일한 조건의 풍속으로 발전하는 복수의 풍력발전 그룹을 설정한다.
즉, 풍력 그룹 설정부(310)는 수집된 풍속과 풍향정보를 바탕으로 제1 풍력자원 영역에서 1차적으로 바람을 맞아 발전을 하는 제1 풍력발전 그룹에서부터, 제2 풍속자원 영역에서 2차적으로 바람을 맞아 상기 제1 풍속자원 영역에 비해 줄어든 풍속으로 발전하는 제2 풍력발전 그룹, 마찬가지로 제3 풍력발전 그룹, …, 및 제n 풍력발전 그룹까지 복수의 풍력자원 영역 별 대응되는 복수의 풍력발전 그룹을 실시간으로 설정할 수 있다.
또한, 풍력 그룹 설정부(310)는 도 3 및 도 4와과 같이 남동풍이 부는 상태에서 남풍이 부는 상태로 그 풍향이 변경되면 풍력자원 영역과 이에 대응되는 풍력발전 그룹의 설정을 실시간으로 변경하고 발전량 제어부(320)에 통보할 수 있다.
발전량 제어부(320)는 풍력자원에 따른 풍력발전단지의 발전량을 예측하고, 풍력자원 영역 및 풍력발전 그룹 설정정보에 따라 각 풍력자원 영역에 맞는 발전량을 지정하여 풍력발전 그룹별 개별 풍력발전기(100)에 하달한다.
발전량 제어부(320)는 지정된 풍력자원 영역에 위치한 풍력발전기(100)의 풍속에 비례한 목표 발전량을 계산하여 각 풍력발전기(100)의 개별 목표 발전량을 선정 및 하달하고, 이러한 과정을 거쳐 풍력발전단지의 총 발전량 및 개별 풍력발전기(100)의 목표 발전량을 상시 갱신할 수 있다. 따라서, 풍력자원 영역별 풍속에 맞는 풍력발전기(100)의 회전속도를 최적화할 수 있다.
중앙 제어부(330)는 풍력 그룹 설정부(310) 및 발전량 제어부(320)를 통합 제어하며, 전력 계통으로부터의 발전 요구량 또는 풍력발전단지의 총 목표 발전량을 설정하여 발전량 제어부(320)로 하달한다.
한편, 상기한 풍력발전단지 운영 시스템의 구성을 바탕으로 하는 본 발명의 풍력발전단지 운영 방법을 다음의 도 5를 통해 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 에에 따른 라이다를 이용한 풍력발전단지 운영 방법을 나타낸 흐름도이다.
첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전단지 운영 시스템의 통합 제어 서버(300)는 풍력발전단지 내 분산 설치된 라이다(200)에서 풍력자원 정보를 측정하면 실시간 측정된 상기 풍력자원 정보를 수집한다(S110).
상기 풍력자원 정보는 풍향 및 풍속을 포함하며, 해상풍력발전단지에서는 파고와 같은 해상 데이터를 더 포함할 수 있다.
통합 제어 서버(300)는 라이다(200)로부터 수집된 풍력자원 정보를 분석하여 풍향 및 풍속 정보를 바탕으로 풍력발전단지 내 복수의 풍력자원 영역을 설정한다(S120).이 때, 통합 제어 서버(300)는 소정의 허용 오차범위 내에서 동일한 풍향 및 풍속이 측정된 라이다(200)들의 바람장을 그룹핑하여 복수의 풍력자원 영역을 설정할 수 있다.
통합 제어 서버(300)는 각 풍력자원 영역에 위치한 풍력발전기(100)들을 묶어 풍력발전 그룹을 설정한다(S130).
즉, 상기 도 3 및 도 4에서와 같이 바람이 1차적으로 풍력발전단지에 접촉하는 제1 풍력자원 영역으로부터 제3 풍력발전 그룹에 이르기 까지 복수의 풍력자원 영역에 위치한 풍력발전기(100)들을 묶어 각각의 풍력자원 영역별로 동일한 조건의 풍속으로 발전하는 복수의 풍력발전 그룹을 설정한다.
통합 제어 서버(300)는 각 풍력자원 영역의 풍속에 비례한 풍력발전 그룹 내 개별 풍력발전기(100)의 발전량을 계산한다(S140). 여기서, 각 풍력자원 영역의 풍속은 해당 풍력자원 영역 내 복수의 라이다(200)가 포함되어 있는 경우 복수의 라이다(200)에서 측정된 풍속의 평균값일 수 있다.
통합 제어 서버(300)는 풍력발전 그룹별 개별 풍력발전기(100)에 목표 발전량을 선정하여 발전 제어 명령을 하달한다(S150).
이 때, 통합 제어 서버(300)는 계통 발전 요구량이 증가 또는 감소되거나 각 풍력자원 영역의 풍속이 증가 또는 감소함에 따른 발전 그룹별 풍력발전기(100)의 목표 발전량을 증감하여 상기 발전 제어 명령을 하달할 수 있다.
이후, 도면에서는 생략되었으나, 각 풍력발전기(100)는 하달되는 발전량 제어 명령에 따른 피치 제어를 수행함으로써 바람에너지에 따른 발전량을 조절할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, 풍력발전단지 내 분산 설치되는 복수의 라이다를 이용하여 수집된 풍력자원을 바탕으로 복수의 풍력자원 영역과 그에 따른 풍력발전 그룹을 설정하고 동일한 풍속 조건에 맞게 풍력발전 그룹을 제어함으로써 풍력발전단지의 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고, 풍력발전기의 허브에 설치되는 제1 라이다를 이용하여 풍향 및 풍속을 측정함으로써 1차적으로 풍력발전단지에 접촉하는 부분의 풍력자원을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 앞단에 배치된 풍력발전기와 후단에 배치된 풍력발전기 사이에 설치되는 제2 라이다를 이용하여 앞단의 풍력발전기를 거쳐온 후류 효과가 포함된 풍속 정보를 정확하게 측정하고 그 풍속 정보에 맞게 후단에 배치된 풍력발전기를 동작시킴으로써 풍력발전기의 소모품 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.
예컨대, 앞서 설명된 본 발명의 실시 예에서는 허브에 설치되는 제1 라이다(210)를 바람이 풍력발전단지에 1차적으로 접촉하는 가장자리 부분에 위치한 풍력발전기들에만 설치되는 것으로 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 풍력발전단지 내측(가장자리 안쪽)에 설치된 풍력발전기에도 설치될 수 있다. 이 때, 제1 라이다(210)는 모든 풍력발전기에 각각 설치되거나 배열 구조에서 간헐적으로 선택 설치될 수 있다.
그리고, 이에 반대되는 개념으로, 제1 라이다(210)의 설치 없이 바람이 풍력발전단지에 1차적으로 접촉하는 가장자리 부분에 위치한 풍력발전기들의 전방에 제2 라이다(220)를 배치하여 풍력발전단지 내 풍력자원을 입체적으로 측정할 수도 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
100: 풍력발전기 200: 라이다
210: 제1 라이다 220: 제2 라이다
300: 통합 제어 서버 310: 풍력 그룹 설정부
320: 발전량 제어부 330: 중앙 제어부

Claims (12)

  1. 풍력발전단지 내 복수로 배치된 풍력발전기
    상기 풍력발전단지 내 분산 설치된 라이다 및
    상기 라이다를 통해 상기 풍력발전단지 내 지역별 바람장(Wind Field)을 실시간 감지하여 동일한 풍향 조건의 풍력자원 영역을 복수로 구획하고,풍력자원 영역별 바람장의 풍속에 따른 풍력발전기의 발전량을 개별 제어하는 통합 제어 서버를 포함하는 풍력발전단지 운영 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라이다는,
    상기 풍력발전단지에서 바람이 1차적으로 접촉되는 상기 풍력발전기의 허브에 설치되어 블레이드에 의한 휴류 효과가 없는 상기 풍력자원을 측정하는 제1 라이다 및
    상기 풍력발전단지 내에서 앞단과 후단에 풍력발전기가 위치한 요소에 설치되어 앞단에 위치한 풍력발전기에 의한 후류 효과가 포함된 상기 풍력자원을 측정하는 제2 라이다를 포함하는 풍력발전단지 운영 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 라이다는 당해 풍력발전기의 제어를 위한 풍속을 측정하고,
    상기 제2 라이다는 바람이 부는 풍향 조건에 따라 측정된 풍속 정보를 후단에 위치하는 적어도 하나의 풍력발전기와 공유하는 것으로 기상측정범위가 서로 다른 것을 특징으로 하는 풍력발전단지 운영 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 풍력자원은,
    풍향 및 풍속 정보를 입체적으로 측정한 정보를 포함하며, 해상 풍력발전단지의 경우 부이에 설치된 상기 라이다에서 측정된 해상의 기상정보를 더 포함하는 풍력발전단지 운영 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합 제어 서버는,
    상기 라이다로부터 수집된 풍력자원을 바탕으로 상기 풍력발전단지 내 공기의 운동을 입체적으로 체크하여 복수의 풍력자원 영역과 상기 풍격자원 영역에 속한 풍력발전 그룹을 설정하는 풍력 그룹 설정부
    상기 풍력자원에 따른 풍력발전단지의 발전량을 예측하고, 풍력자원 영역 및 풍력발전 그룹 설정정보에 따라 각 풍력자원 영역에 맞는 발전량을 지정하여 풍력발전 그룹별 개별 풍력발전기에 하달하는 발전량 제어부 및
    상기 풍력 그룹 설정부 및 발전량 제어부를 통합 제어하고, 전력 계통으로부터의 발전 요구량 또는 풍력발전단지의 총 목표 발전량을 설정하여 상기 발전량 제어부로 하달하는 중앙 제어부를 포함하는 풍력발전단지 운영 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 풍력 그룹 설정부는,
    복수의 상기 풍력자원 영역에 위치한 풍력발전기들을 묶어 각각의 풍력자원 영역별로 동일한 조건의 풍속으로 발전하는 복수의 풍력발전 그룹을 설정하는 풍력발전단지 운영 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 발전량 제어부는,
    지정된 상기 풍력자원 영역의 풍속에 비례한 목표 발전량을 계산하여 당해 풍력발전기의 개별 목표 발전량을 선정 및 하달하고, 상기 풍속의 변화 또는 풍력발전단지의 총 목표 발전량 변동에 따른 상기 개별 목표 발전량을 상시 갱신하는 풍력발전단지 운영 시스템.
  8. 복수의 풍력발전기가 배치된 풍력발전단지 운영 방법에 있어서
    a) 상기 풍력발전단지 내 분산 설치된 라이다에서 측정된 지역별 풍력자원 정보를 실시간으로 수집하는 단계
    b) 상기 풍력자원 정보를 분석하여 획득된 풍향 및풍속 정보를 바탕으로 동일한 풍향 조건에 있는 풍력자원 영역을 구획하는 단계
    c) 각 풍력자원 영역에 위치한 풍력발전기들을 묶어 풍력발전 그룹을 설정하는 단계 및
    d) 상기 풍력자원 영역별 바람장의 풍속에 따른 풍력발전기의 발전량을 개별 제어하는 단계를 포함하는 풍력발전단지 운영 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 라이다는, 적어도 하나의 풍력발전기의 허브에 설치하되 블레이드 보다 앞쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 풍력발전단지 운영 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    소정의 허용 오차범위 내에서 동일한 풍향 및 풍속이 측정된 라이다들의 바람장을 그룹핑하여 복수의 풍력자원 영역을 설정하는 단계를 포함하는 풍력발전단지 운영 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 상기 풍속은,
    상기 풍력자원 영역 내 복수의 라이다가 포함되어 있는 경우 상기 복수의 라이다에서 측정된 풍속들의 평균값인 것을 특징으로 하는 풍력발전단지 운영 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 d) 단계는,
    d-1) 각 풍력자원 영역의 풍속에 비례한 풍력발전 그룹 내 개별 풍력발전기의 발전량을 계산하는 단계 및
    d-2) 풍력발전 그룹별 개별 풍력발전기에 목표 발전량을 선정하여 발전 제어 명령을 하달하는 단계를 포함하는 풍력발전단지 운영 방법.
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