KR101507008B1 - Remote system for evaluating safety of offshore wind turbine structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 해상에 설치된 다수의 해상풍력발전 구조물들의 하부 지지구조물 안전도를 원격지에서 원격 평가하기 위해서 해상풍력발전 구조물 각각에 설치된 가속도센서(Acceleration Sensor)를 이용하여 해상풍력발전 구조물의 진동을 측정하여 모니터링하는 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a remote safety evaluation of an offshore wind power generation structure, and more particularly, to a remote evaluation on the safety of a lower support structure of a plurality of offshore wind power generation structures installed on the sea, The present invention relates to a remote safety evaluation system for an offshore wind power generation structure that measures and monitors vibration of an offshore wind power generation structure using an acceleration sensor.
일반적으로, 바람을 이용하여 발전을 하는 풍력발전기는 발전기의 회전축에 블레이드(또는 프로펠러)를 설치하여, 바람에 의해 블레이드가 회전함에 따라 발생되는 회전력을 이용하여 발전을 할 수 있도록 구성된다. 이러한 풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치로서, 통상적으로 블레이드, 변속장치 및 발전기로 구성되며, 풍력발전기의 블레이드를 회전시키고, 이때 발생한 블레이드의 회전력으로 전기를 생산한다.Generally, a wind turbine generator that generates electricity using wind is constructed so that a blade (or a propeller) is installed on a rotary shaft of a generator to generate power by using rotational force generated by the rotation of the blade by the wind. Such a wind turbine is a device for converting wind energy into electric energy, usually composed of a blade, a transmission, and a generator, and rotates a blade of a wind turbine, and generates electric power by rotating the blade.
여기서, 블레이드는 바람에 의해 회전되어 풍력에너지를 기계적인 에너지로 변환시키는 장치이고, 변속장치는 블레이드에서 발생한 회전력이 중심 회전축을 통해서 변속기어에 전달되고, 발전기에서 요구되는 회전수로 높임으로써 발전기를 회전시키는 장치이고, 발전기는 블레이드에서 발생한 기계적인 에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.Here, the blade is a device for converting wind energy into mechanical energy by being rotated by the wind, and the transmission device transmits the rotational force generated by the blade to the transmission gear through the central rotation axis and increases to the rotation speed required by the generator, The generator is a device that converts the mechanical energy generated by the blade into electric energy.
이러한 풍력발전 시스템은 그 구조나 설치 등이 간단하기 때문에 운영 및 관리가 용이하고, 또한, 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 최근에 도입이 비약적으로 증가하고 있는 실정이다. 과거에는 풍력발전 구조물들이 주로 육상에서 이루어졌으나, 풍력 자원량, 미관, 장소의 제약 등의 문제로 인해 최근에는 해상에 대규모의 풍력단지를 건설하는 추세이다. 그러나 해상에 안전하게 풍력발전 구조물을 건설하기 위해서는 높은 위치에 설치될 블레이드 및 타워 구조물에 대한 안전한 설치 공법이 요구되고 있다.Such a wind power generation system is easy to operate and manage because it is simple in its structure and installation, and can be unmanned and automated. In the past, wind power structures were mainly located on land, but due to problems such as wind resource capacity, aesthetics, and location constraints, it is in recent trends to build a large scale wind farm on the sea. However, in order to construct a wind turbine structure safely at sea, a safe installation method for a blade and a tower structure to be installed in a high position is required.
구체적으로, 풍력터빈 설비는 바람에 의한 운동 에너지를 전기적 에너지로 변환할 수 있도록 구성되는 시스템으로서, 설치되는 환경 조건에 따라 육상용(onshore)과 해상용(offshore)로 구분될 수 있다. 또한, 이러한 파일 또는 말뚝을 설치하는 방법으로는 항타식, 유압 타압식, 석션 방식 등이 있는데, 대구경 파일 또는 말뚝을 설치하기 위해서는 수직도를 잘 맞추어서 설치해야 한다.Specifically, a wind turbine system is a system configured to convert kinetic energy by wind into electrical energy, and can be divided into onshore and offshore depending on the environmental conditions to be installed. In addition, there are various methods of installing such a pile or a pile, such as a hovering type, a hydraulic pressure type, and a suction type. In order to install a large diameter file or pile, it is necessary to install the pile in a vertical direction.
이러한 풍력터빈 설비에서 목표하고 원하는 전력을 얻기 위하여 소정의 높이에 풍력발전이 가능한 나셀을 위치시키는 것이 타워의 역할이다. 이러한 풍력터빈에는 수평형 및 수직형이 있는데, 최근 국내 및 해외에서는 주로 수평형의 풍력터빈의 개발과 설치가 활발하게 진행되고 있다.In this wind turbine installation, it is the role of the tower to position the nacelle capable of generating wind power at a given height to achieve the desired and desired power. There are horizontal and vertical types of wind turbines. In recent years, development and installation of horizontal type wind turbines have been actively carried out in domestic and overseas.
도 1은 풍력발전 지지구조물을 개략적으로 예시하는 도면이다.Figure 1 is a schematic illustration of a wind power support structure.
도 1을 참조하면, 해상풍력발전 구조물은, 크게, 터빈(Turbine)과 지지구조물(Substructure)로 구분되며, 이때, 터빈은 기본적으로 육상용 풍력발전 터빈(10)과 동일한 기술을 적용한다. 이러한 해상풍력발전 구조물의 수명은 20년 정도이며, 육상보다 대용량인 3~5MW 이상의 풍력터빈을 적용하고 있다. 이러한 해상풍력발전 구조물의 각각의 구성요소는 염분으로 인한 부식 피해를 막기 위하여 설계 및 코팅될 수 있다.Referring to FIG. 1, an offshore wind power generation structure is roughly divided into a turbine and a support structure. In this case, the turbine basically applies the same technology as the
여기서, 지지구조물(Substructure)은 대표적으로, 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type), 모노파일 타입(Mono-pile type), 자켓 타입(Jacket type), 삼각대 타입(Tripod Type) 및 부유식 타입(Floating type)의 5가지 타입으로 나누어 설명할 수 있다.Here, the support structure is typically a concrete caisson type, a mono-pile type, a jacket type, a tripod type, and a floating type ) Can be divided into five types can be explained.
구체적으로, 콘크리트 케이슨 타입은 중력식으로서, 제작 및 설치가 용이하여 초기 해상풍력발전 단지에 사용된 타입으로서, 빈데비(Vindeby), 미델그룬덴(Middelgrunden) 해상풍력발전 단지 등에 적용되었다. 이러한 콘크리트 케이슨 타입은 비교적 얕은 6~10m의 수심에서 사용가능하며, 자중과 해저면의 마찰력으로 위치를 유지한다. 이때, 콘크리트 케이슨 타입의 기초 직경은 12~15m이다.Concretely, the concrete caisson type is gravity type, which is used in the early offshore wind power generation complex because it is easy to manufacture and install, and was applied to Vindeby, Middelgrunden offshore wind farm, and the like. These types of concrete caissons can be used at relatively shallow water depths of 6 to 10 m and maintain their position with their own friction and seabed friction. At this time, the base diameter of concrete caisson type is 12 ~ 15m.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 모노파일 타입(20)은 현재 가장 많이 쓰이고 있는 해상풍력발전단지 기초 방식으로서, 25~30m의 수심에 설치가 가능하다. 홀스레브(Horns Rev), 노스 호일(North Hoyle) 해상풍력 발전단지 등에 적용되었으며, 해저면에 대구경의 파일(pile)을 항타(Driving) 또는 드릴링(Drilling)하여 고정하는 방식으로 대단위 단지에 이용하는 경우 경제성이 좋다. 이때, 모노파일 타입의 기초 직경은 3~3.5m이다.Also, as shown in FIG. 1, the
자켓 타입은 현재 해상풍력발전 단지 보유국에서 많은 관심을 보이고 실증 중에 있는 타입으로서, 수심 20~80m에 설치가 가능하다. 이러한 자켓 타입은 자켓식 구조물로 지지하고 말뚝 또는 파일(pile)로 해저에 고정하는 방식이다. 이러한 자켓 타입은 대수심 해양의 구조물이고, 실적이 많아 신뢰도가 높은 편이며, 전술한 모노파일 타입(20)과 마찬가지로 대단위 단지 조성에 이용하는 경우 경제성이 좋다는 장점이 있다.The jacket type is currently being shown with great interest in the countries with offshore wind farms, and can be installed at a depth of 20 ~ 80m. These jacket types are supported by a jacketed structure and secured to the seabed with piles or piles. Such a jacket type is a structure of a large water depth ocean, has high performance and high reliability, and is advantageous in that it is economically advantageous when used in a large-scale complex composition like the
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 삼각대 타입(30)은 전술한 모노파일 타입(20)을 하부로 확장한 것으로, 수심 20~80m에 설치가 가능하다. 이러한 삼각대 타입(30)은 바닥을 정리할 필요가 없고 소구경 파일을 사용한다는 특징이 있지만, 앵커파일이 필요하므로 제조비용이 증가하게 된다.As shown in FIG. 1, the
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 부유식 타입(40)은 미래의 심해상 풍력발전의 필수 과제라고 할 수 있고, 수심 40~900m에 설치가 가능하도록 많은 풍력회사에서 연구 중에 있다.Also, as shown in FIG. 1, the floating type (40) is a mandatory task of future deep-sea wind power generation, and many wind turbine companies are studying to be installed at a depth of 40 to 900 meters.
한편, 해상풍력발전은 풍력 에너지의 방대한 보유량과 무한한 에너지원 활용의 가능성으로 많은 주목을 받게 되면서, 해상풍력발전기 시장도 갈수록 커지고 있으며, 또한, 대용량 대규모의 해상풍력발전 단지를 설치하기 위한 해상 풍력의 출력파워 증가하고 있다.On the other hand, the offshore wind power generation has attracted much attention due to the enormous amount of wind energy and the possibility of infinite use of the energy source, so that the offshore wind power generator market is also getting larger and the offshore wind power for installing a large- Output power is increasing.
도 2는 해상풍력발전 지지구조물에 작용하는 외력을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining an external force acting on an offshore wind power generating support structure.
도 2에 도시된 바와 같이, 해상풍력발전 지지구조물은 기존의 육상 풍력발전 지지구조물과는 달리 해상에 설치되기 때문에 파도, 조류 및 바람 등에 의한 외력에 큰 영향을 받게 된다. 이때, 종래의 기술에 따른 해상풍력발전 구조물의 거동을 평가하기 위해서는 일반적인 가속도 측정용 센서인 피에조 센서 대신에 고가의 진동속도 측정용 무빙 코일(moving coil) 형식의 센서를 사용하여야 하며, 또한, 진동신호와 같은 동적신호의 연속계측을 수행하고 원거리에서 모니터링을 하기 위해서는 고가의 다이내믹 데이터 로거(Dynamic Data Logger)를 사용해야 한다.As shown in FIG. 2, since the offshore wind power generation supporting structure is installed on the sea surface, unlike the existing onshore wind power generating supporting structure, the offshore wind power generating supporting structure is greatly influenced by external forces such as waves, tides and winds. At this time, in order to evaluate the behavior of the offshore wind power generation structure according to the related art, a moving coil type sensor for measuring an expensive vibration velocity should be used instead of a piezo sensor, which is a general acceleration sensor, To perform continuous measurements of dynamic signals such as signals and to monitor remotely, an expensive Dynamic Data Logger should be used.
또한, 해상풍력발전의 출력파워가 증가할수록 발전기의 타워 및 로터나셀부의 크기가 커지고 있으며, 이를 지지하기 위한 지지구조물의 크기도 점차 커지고 있고, 기존 형식의 해상풍력 지지구조물의 크기가 커질수록 기존 지지구조물(중력식 및 모노파일)에 작용하는 파력이 증가함으로써 지지구조물의 안전성이 크게 감소할 수 있다는 문제점이 있다.Also, as the output power of the offshore wind power generation increases, the size of the tower and the rotor nacelle of the generator increases, and the size of the support structure for supporting the tower is increasing. As the size of the existing offshore wind support structure increases, There is a problem in that the safety of the support structure can be greatly reduced due to the increase in the wave force acting on the structures (gravity type and mono file).
전술한 바와 같이, 협소한 국토 및 민원문제 등으로 인한 육상풍력 발전의 한계점들을 극복하고 해상의 고품질 풍력자원을 이용하기 위하여 해상풍력발전기에 대한 개발이 활발히 진행되고 있다. 또한, 건설비용 절감을 위한 구조물 및 기계요소의 대형화 및 접근성 제약으로 인하여 효과적 유지관리 및 신뢰성 확보를 위한 기술개발의 필요성이 대두되고 있다. 이에 따라 상태 모니터링 시스템(condition monitoring system) 적용을 통한 효과적인 유지관리기술 개발의 중요성이 증가하고 있다. As described above, development of an offshore wind turbine is progressing actively in order to overcome limitations of onshore wind power generation due to narrow land and civil affairs problems and to utilize high quality wind resource on the sea. In addition, due to the limitation of size and accessibility of structures and machine elements to reduce construction costs, there is a need for technology development for effective maintenance and reliability assurance. Thus, the importance of developing effective maintenance technology through application of condition monitoring system is increasing.
또한, 육상풍력발전기와는 달리 해상풍력발전기의 경우, 지지구조물의 제작 및 시공비용이 상당부분 차지하며, 이의 유지관리 및 건전성 모니터링에 대한 관심이 고조되고 있다. 예를 들면, 해상풍력발전기의 지지구조물은 타워, 하부구조물 및 기초로 구분할 수 있는데, 이는 나셀과 블레이드를 포함한 발전기 구조물을 지지하는 역할을 하는 중요한 구조물이며, 이러한 지지구조물의 손상 및 붕괴는 풍력발전기 운용을 중단시켜 막대한 비용손실을 초래하고 안전상의 문제도 야기한다.Unlike onshore wind turbine generators, offshore wind turbine generators cost much to build and construct support structures, and there is a growing interest in maintenance and soundness monitoring. For example, the support structure of an offshore wind turbine can be divided into towers, substructures, and bases, which are important structures that serve to support generator structures including nacelles and blades, Stop operation and cause massive cost loss and safety problems.
한편, 육상풍력발전 구조물과 비교하면, 해상풍력발전 구조물은 파도, 조류, 바람 및 지진 등 다양한 외력이 작용함에 따라 육상풍력발전 구조물에 비해 진동이 크게 발생할 수 있다. 즉, 이러한 해상풍력발전 구조물은 다양한 해상환경조건에 노출되기 때문에 이를 고려한 설계기술 및 유지관리기술 개발이 필수적이다. 이러한 해상풍력발전 구조물의 효과적 유지관리를 위해서는 해상풍력발전 구조물에 대한 건전성 모니터링(structural health monitoring) 기술의 개발 및 적용이 필요하다. On the other hand, as compared with onshore wind power generation structures, offshore wind power generation structures can generate a large vibration as compared with onshore wind power generation structures due to various external forces such as waves, tides, winds, and earthquakes. In other words, the offshore wind power generation structure is exposed to various marine environment conditions, so it is essential to develop design technology and maintenance technology considering this. For effective maintenance of offshore wind power structures, development and application of structural health monitoring technology for offshore wind power structures is required.
즉, 해상풍력발전 구조물의 구조적 안전성 확보 및 지속적 운전을 위한 효과적인 유지관리를 위해서는 구조물의 현 상태를 항시 모니터링하고, 장기간에 걸쳐 누적되는 구조물의 노후화 정도 감시하며, 손상이 발생하는 경우 이를 추정할 수 있는 기법을 적용할 필요가 있다.In other words, to ensure the structural safety of offshore wind power generation structures and to maintain effective operation for continuous operation, it is necessary to constantly monitor the current state of the structure, observe the aging of the accumulated structures over a long period of time, There is a need to apply the technique.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 해상풍력발전 구조물 각각에 설치된 가속도센서를 이용하여 해상풍력발전 구조물의 진동 여부에 따른 하부 지지구조물의 안전도를 원격지에서 용이하게 판단할 수 있는, 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a wind turbine structure capable of easily determining the safety of a lower support structure depending on vibration of an offshore wind power generation structure using an acceleration sensor installed on each of the offshore wind power generation structures To provide a remote safety assessment system for offshore wind power structures.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 다수의 해상풍력발전 구조물에 각각 설치된 가속도센서를 이용하여 해상풍력발전 구조물 각각의 이상 여부를 상호 비교하여 판단함으로써 어느 하나의 해상풍력발전 구조물의 이상 여부를 용이하게 판단할 수 있는, 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템을 제공하기 위한 것이다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wind turbine structure for an offshore wind turbine, including: a plurality of offshore wind turbine structures; And to provide a system for evaluating the remote safety of an offshore wind power generation structure capable of judging whether or not the offshore wind power generation structure can be judged.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 해상풍력발전 구조물 각각에 영향을 미치는 파도, 조류, 바람 및 지진의 외력 데이터를 고려하여 해상풍력발전 구조물의 이상 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있는, 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템을 제공하기 위한 것이다.It is another object of the present invention to provide an offshore wind power generation system capable of more accurately determining whether an offshore wind power generation structure is abnormal in consideration of external force data of waves, algae, wind and earthquakes that affect each offshore wind power generation structure, And to provide a system for evaluating remote safety of a power generation structure.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템은, 하부 구조물, 타워 및 나셀로 각각 이루어진 다수의 해상풍력발전 구조물 각각에 설치되어 상기 해상풍력발전 구조물 각각의 진동에 대응하는 가속도를 측정하는 가속도센서; 상기 다수의 해상풍력발전 구조물의 현장 데이터를 수집하고, 상기 가속도센서에서 측정된 가속도신호와 함께 유선 또는 무선으로 원격 송신하는 현장단말; 및 상기 현장단말로부터 송신된 가속도신호를 변위로 변환하여 기설정된 기준 변위와 비교하고, 상기 변위 비교 결과에 따라 상기 해상풍력발전 구조물의 이상 여부를 1차적으로 판단하고, 상기 해상풍력발전 구조물들 각각의 1차 판단 데이터를 상호 비교하여 상기 해상풍력발전 구조물 각각의 이상 여부를 2차적으로 판단하여 상기 해상풍력발전 구조물의 안전도를 원격 평가하는 원격단말을 포함하되, 상기 원격단말은 상기 1차적으로 판단된 결과 및 상기 2차적으로 판단된 결과를 조합하여, 상기 해상풍력발전 구조물들의 개별 안전도 및 상기 해상풍력발전 구조물들 전체 안전도를 각각 평가하며,
상기 가속도센서는 하부 구조물, 타워 및 나셀에 각각 설치되도록 하여 다수의 해상풍력발전 구조물에 가속도센서를 각각 설치함으로서, 상기 다수의 해상풍력발전 구조물 각각에 영향을 미치는 파도, 조류, 바람 및 지진의 외력 데이터인 현장 데이터를 수집할 수 있어 해상풍력발전 구조물의 하부 지지구조물의 이상 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a system for evaluating the remote safety of a marine wind power generation structure, the system comprising: a plurality of offshore wind power generation structures each including a lower structure, An acceleration sensor for measuring an acceleration corresponding to each vibration of the structure; A field terminal for collecting field data of the plurality of offshore wind power generating structures and remotely transmitting the measured data together with the acceleration signal measured by the acceleration sensor by wire or wireless; And comparing the acceleration signal transmitted from the field terminal with a displacement and comparing the acceleration signal with a preset reference displacement to firstly determine whether the offshore wind power generation structure is abnormal according to a result of the displacement comparison, And a remote terminal for remotely evaluating the safety degree of the offshore wind power generation structure by secondarily determining whether each of the offshore wind power generation structures is abnormal by comparing the first judgment data of the offshore wind power generation structure with each other, Evaluates the individual safety degree of the offshore wind power generating structures and the overall safety degree of the offshore wind power generating structures, respectively, by combining the results obtained by the off-
The acceleration sensor is installed in a lower structure, a tower, and a nacelle, respectively, so that an acceleration sensor is installed in each of a plurality of offshore wind power generating structures. Thus, an external force And it is possible to more accurately determine whether the lower support structure of the offshore wind power generation structure is abnormal.
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여기서, 상기 원격단말은, 상기 해상풍력발전 구조물의 진동에 대응하여 상기 현장단말로부터 상기 가속도신호 및 현장 데이터를 수신하는 송수신기; 상기 수신된 가속도신호 및 현장 데이터를 디지털 신호로 각각 변환하는 A/D 변환기; 상기 가속도신호를 변위로 변환하여 기설정된 기준값과 비교하고, 상기 해상풍력발전 구조물의 안전도를 원격 평가하는 원격단말 제어부; 상기 원격단말 제어부의 동작에 필요한 데이터를 입력하기 위한 입력부; 상기 원격단말 제어부에서 출력되는 상기 해상풍력발전 구조물의 안전도 평가 데이터를 화면으로 출력하는 디스플레이; 및 상기 원격단말 제어부로 입력되는 데이터 및 상기 원격단말 제어부에서 처리된 데이터를 저장하는 데이터베이스를 포함할 수 있다.Here, the remote terminal may include: a transceiver for receiving the acceleration signal and the site data from the field terminal in response to the vibration of the offshore wind power generation structure; An A / D converter for converting the received acceleration signal and the field data into a digital signal; A remote terminal control unit for converting the acceleration signal into a displacement and comparing the acceleration signal with a predetermined reference value to remotely evaluate the safety of the offshore wind power generation structure; An input unit for inputting data necessary for operation of the remote terminal control unit; A display for outputting safety evaluation data of the offshore wind power generation structure output from the remote terminal control unit to a screen; And a database for storing data input to the remote terminal control unit and data processed by the remote terminal control unit.
여기서, 상기 원격단말 제어부는, 상기 수신된 가속도신호를 적분하여 변위로 변환하는 가속도-변위 변환부; 현장 데이터에 따라 변위 기준값을 재설정하는 기준값 설정부; 상기 가속도-변위 변환부에서 변환된 변위를 상기 기준값 설정부에서 재설정된 변위 기준값과 비교하는 변위 비교부; 상기 변위 비교 결과에 따라 상기 해상풍력발전 구조물의 이상 여부를 1차적으로 판단하는 구조물 이상 판단부; 상기 해상풍력발전 구조물 각각의 데이터와 상호 비교하여 상기 해상풍력발전 구조물의 이상 여부를 2차적으로 판단하는 구조물간 데이터 비교부; 및 상기 구조물 이상 판단부에서 1차적으로 판단된 결과 및 상기 구조물간 데이터 비교부에서 2차적으로 판단된 결과를 조합하여 상기 해상풍력발전 구조물들 각각의 안전도를 평가하는 구조물 안전도 판단부를 포함할 수 있다.Here, the remote terminal control unit may include an acceleration-displacement conversion unit for integrating the received acceleration signal and converting the received acceleration signal into a displacement; A reference value setting unit for resetting the displacement reference value according to the field data; A displacement comparison unit for comparing the displacement converted by the acceleration-displacement conversion unit with the displacement reference value reset by the reference value setting unit; A structure abnormality determination unit for primarily determining whether the offshore wind power generation structure is abnormal according to the displacement comparison result; An inter-structure data comparing unit for comparing the data of each of the offshore wind power generating structures with each other to determine whether the off-axis wind power generating structure is abnormal; And a structure safety degree judging unit for evaluating the safety degree of each of the offshore wind power generating structures by combining the results primarily judged by the structure abnormality judging unit and the results judged by the data comparing unit between the structures, have.
여기서, 상기 구조물 이상 판단부는 사전에 상기 해상풍력발전 구조물에 대한 유한요소 구조해석 기반으로 기준값을 설정할 수 있다.Here, the structure abnormality determination unit may set a reference value based on the finite element structure analysis for the offshore wind power generation structure in advance.
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여기서, 상기 현장단말은, 상기 해상풍력발전 구조물에 기설치된 센서들로부터 상기 해상풍력발전 구조물 각각에 영향을 미치는 파도, 조류, 바람 및 지진의 외력 데이터를 현장에서 수집하는 현장 데이터 수집부; 상기 가속도센서에서 측정한 아날로그 가속도신호를 수신하여 증폭하는 수신 및 증폭부; 상기 증폭된 아날로그 가속도신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기; 상기 현장 데이터 수집부에서 수집한 현장 데이터 및 상기 A/D 변환기에서 디지털 변환된 가속도신호를 원격 전송이 가능하도록 직렬 데이터로 변환하는 현장단말 제어부; 및 상기 현장단말 제어부에서 처리된 데이터를 유선 또는 무선으로 상기 원격단말에게 송신하는 송수신기를 포함할 수 있다.Here, the field terminal may include a field data collector for collecting on-site external force data of waves, algae, wind, and earthquakes affecting each of the offshore wind power generation structures from sensors installed in the offshore wind power generation structure; A receiving and amplifying unit for receiving and amplifying the analog acceleration signal measured by the acceleration sensor; An A / D converter for converting the amplified analog acceleration signal into a digital signal; A field terminal controller for converting the field data collected by the field data collector and the acceleration signal digitally converted by the A / D converter into serial data for remote transmission; And a transceiver for transmitting data processed by the field terminal controller to the remote terminal by wire or wirelessly.
여기서, 상기 현장단말은 다수의 해상풍력발전 구조물 중에서 어느 하나에 설치되고, 상기 현장단말은 상기 해상풍력발전 구조물 각각에서 전송된 데이터를 취합하여 상기 원격단말에게 일괄 전송할 수 있다.Here, the field terminal is installed in any one of a plurality of offshore wind power generation structures, and the field terminal collects data transmitted from each of the offshore wind power generation structures and collectively transmits the collected data to the remote terminal.
여기서, 상기 해상풍력발전 구조물은 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type), 모노파일 타입(Mono-pile type), 자켓 타입(Jacket type), 삼각대 타입(Tripod Type) 및 부유식 타입(Floating type) 중에서 선택되는 어느 하나의 하부 구조물 상에 타워 및 나셀의 상부 구조물을 설치한 해상풍력발전 구조물일 수 있다.Here, the offshore wind power generation structure may be selected from concrete caisson type, mono-pile type, jacket type, tripod type, and floating type. And the upper structure of the towers and the nacelle may be installed on any one of the lower structures.
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본 발명에 따르면, 해상풍력발전 구조물 각각에 설치된 가속도센서를 이용하여 해상풍력발전 구조물의 진동 여부에 따른 하부 지지구조물의 안전도를 원격지에서 용이하게 판단할 수 있다. 이때, 기존의 고가의 진동속도 측정용 무빙 코일(moving coil) 형식의 센서 대신에 비교적 경제적인 가속도센서를 이용하여 원격지에서 해상풍력발전 구조물의 진동 여부를 판단할 수 있다.According to the present invention, the safety of the lower support structure depending on the vibration of the offshore wind power generation structure can be easily determined from a remote location by using an acceleration sensor installed in each offshore wind power generation structure. At this time, it is possible to determine whether the offshore wind power generation structure is vibrated at a remote place by using a comparatively economical acceleration sensor instead of the existing moving coil type sensor for measuring vibration speed.
본 발명에 따르면, 다수의 해상풍력발전 구조물에 각각 설치된 가속도센서를 이용하여 해상풍력발전 구조물 각각의 이상 여부를 상호 비교하여 판단함으로써 어느 하나의 해상풍력발전 구조물의 이상 여부를 용이하게 판단할 수 있다. 이에 따라 안전도에 이상이 발생한 해상풍력발전 구조물을 후속 조치할 수 있다.According to the present invention, it is possible to easily determine whether any one of the offshore wind power generating structures is abnormal by comparing and determining the anomaly of each of the offshore wind power generation structures using an acceleration sensor provided in each of the plurality of offshore wind power generating structures . As a result, offshore wind power structures with abnormal safety can be followed up.
본 발명에 따르면, 해상풍력발전 구조물 각각에 영향을 미치는 파도, 조류, 바람 및 지진의 외력 데이터를 고려하여 해상풍력발전 구조물의 이상 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다. According to the present invention, it is possible to more accurately determine whether an offshore wind power generation structure is abnormal, taking into account external force data of waves, algae, wind, and earthquakes that affect each offshore wind power generation structure.
도 1은 풍력발전 구조물을 개략적으로 예시하는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 해상풍력발전 구조물에 작용하는 외력을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템의 원리를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템에서 해상풍력발전 구조물을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템에서 제1 해상풍력발전 구조물 상에 설치된 현장단말을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템의 블록구성도이다.
도 7은 도 6에 도시된 원격단말 제어부의 세부 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 방법의 동작흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템이 원격단말 상에 구현된 것을 예시하는 도면이다.Figure 1 is a schematic illustration of a wind power generation structure.
2 is a view for explaining an external force acting on an offshore wind power generation structure according to a conventional technique.
3 is a schematic view for explaining the principle of a remote safety evaluation system of an offshore wind power generation structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining the offshore wind power generation structure in the remote safety degree evaluation system of the offshore wind power generation structure according to the embodiment of the present invention.
5 is a view illustrating a field terminal installed on a first offshore wind power generation structure in a remote safety degree evaluation system of a offshore wind power generation structure according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a remote safety rating system for an offshore wind power structure according to an embodiment of the present invention.
7 is a detailed configuration diagram of the remote terminal control unit shown in FIG.
8 is a flowchart illustrating a method of evaluating the remote safety of a marine wind power generation structure according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a remote safety assessment system for an offshore wind power structure according to an embodiment of the present invention implemented on a remote terminal.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the term "part" or the like, as described in the specification, means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.
[해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템][Remote safety evaluation system of offshore wind power structure]
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템의 원리를 개략적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템에서 해상풍력발전 구조물을 구체적으로 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템에서 제1 해상풍력발전 구조물 상에 설치된 현장단말을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a schematic view for explaining the principle of a remote safety evaluation system of an offshore wind power generation structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view for explaining a remote safety degree evaluation of a offshore wind power generation structure according to an embodiment of the present invention. 5 is a view illustrating a field terminal installed on a first offshore wind power generation structure in a remote safety degree evaluation system of a offshore wind power structure according to an embodiment of the present invention; FIG.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템은, 크게, 다수의 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n), 현장단말(200) 및 원격단말(300)로 이루어지며, 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n) 각각에 가속도센서(110, 120, 130)가 설치된다.Referring to FIG. 3, the system for evaluating remote safety of an offshore wind power structure according to an exemplary embodiment of the present invention includes a plurality of offshore wind
가속도센서(110, 120, 130)는 다수의 해상풍력발전 구조물(100) 각각에 설치되어 상기 해상풍력발전 구조물(100) 각각의 진동에 대응하는 가속도를 측정한다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템의 경우, 기존의 고가의 진동속도 측정용 무빙 코일(moving coil) 형식의 센서 대신에 비교적 경제적인 가속도센서를 이용하여 원격지에서 해상풍력발전 구조물의 진동 여부를 판단할 수 있다.The
현장단말(200)은 상기 가속도센서(110, 120, 130)에서 측정된 가속도신호와 함께 유선 또는 무선으로 원격 송신한다.The
원격단말(300)은 상기 현장단말(200)로부터 송신된 가속도신호를 변위로 변환하여 기설정된 기준 변위와 비교하고, 상기 변위 비교 결과에 따라 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n)의 이상 여부를 1차적으로 판단하고, 상기 해상풍력발전 구조물들(100a, 100b, 100n) 각각의 1차 판단 데이터를 상호 비교하여 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n) 각각의 이상 여부를 2차적으로 판단하여 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n)의 안전도를 원격 평가한다.The
즉, 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템은, 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n) 각각에 설치된 가속도센서(110, 120, 130)를 이용하여 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n)의 진동 여부에 따른 하부 지지구조물의 안전도를 원격지에서 용이하게 판단할 수 있다.That is, the system for evaluating the remote safety of the offshore wind power structure according to the embodiment of the present invention is characterized in that an
도 4를 참조하면, 상기 해상풍력발전 구조물은, 크게 기초부(Foundation) 및 지지 구조물(Support Structure)로 구성되며, 이때, 상기 지지 구조물은 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type), 모노파일 타입(Mono-pile type), 자켓 타입(Jacket type), 삼각대 타입(Tripod Type) 및 부유식 타입(Floating type)일 수 있다. 이때, 다수의 가속도센서(110a, 110b, 110c)가 하부 구조물, 타워 및 나셀에 각각 설치될 수 있는데, 즉, 하나의 해상풍력발전 구조물에 다수의 가속도센서(110a, 110b, 110c)가 설치될 수 있다.Referring to FIG. 4, the offshore wind power generation structure includes a foundation and a support structure. The support structure includes a concrete caisson type, a mono type a pile type, a jacket type, a tripod type, and a floating type. At this time, a plurality of
상기 해상풍력발전 구조물은, 예를 들면, 타워(101), 나셀(Nacelle: 102), 블레이드(103), 모노파일(104) 및 트랜지션 피스(Transition Piece: 105)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 타워(101)의 상부에 설치되는 나셀(102)에는 피치 시스템, 허브(Hub), 메인 축(Main Shaft), 기어 박스(Gear Box), 고속 축(High Speed Shaft), 발전기 및 요(Yaw) 시스템 등이 구비된다.The offshore wind power generation structure may include, for example, a
상기 타워(101)에서 강관의 두께는, 예를 들면, 25~40㎜의 직경을 갖는 강관으로 이루어진다. 이러한 강재 타워(101)는 풍력터빈 제작사에서 일괄 제작하여 시공하며, 자중이 작아 지진에 유리하다.The thickness of the steel pipe in the
본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템에서, 현장단말(200)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n) 중에서 제1 해상풍력발전 구조물(100a)에만 설치될 수 있고, 이때, 다른 해상풍력발전 구조물(100b, 100n)은 유선 또는 무선으로 상기 현장단말(200)에게 각각의 가속도센서(1120, 130)에서 측정된 가속도신호를 전송하고, 상기 현장단말(200)은 상기 다수의 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n)의 현장 데이터를 각각 수집하고, 상기 가속도센서(110, 120, 130)에서 측정된 가속도신호와 함께 유선 또는 무선으로 원격 송신할 수 있다.In the remote safety evaluation system of a offshore wind power structure according to an embodiment of the present invention, the on-
또한, 상기 현장단말(200)은 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n) 각각에 영향을 미치는 파도, 조류, 바람 및 지진의 외력 데이터인 현장 데이터를 수집할 수 있고, 이에 따라 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n)의 이상 여부, 특히, 하부 지지구조물의 이상 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다.In addition, the
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템의 블록구성도이고, 도 7은 도 6에 도시된 원격단말 제어부의 세부 구성도이다.Meanwhile, FIG. 6 is a block diagram of a system for evaluating the remote safety of an offshore wind power structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a detailed configuration diagram of the remote terminal control unit shown in FIG.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템은, 해상풍력발전 구조물(100), 현장단말(200) 및 원격단말(300)을 포함하고, 상기 해상풍력발전 구조물(100)은 다수의 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)을 포함하며, 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각에는 적어도 하나 이상의 가속도센서(110, 120, 130)가 설치된다. 여기서, 상기 해상풍력발전 구조물은 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type), 모노파일 타입(Mono-pile type), 자켓 타입(Jacket type), 삼각대 타입(Tripod Type) 및 부유식 타입(Floating type) 중에서 선택되는 어느 하나의 하부 구조물 상에 타워 및 나셀의 상부 구조물을 설치한 해상풍력발전 구조물일 수 있다.Referring to FIG. 6, a remote safety rating system for an offshore wind power structure according to an embodiment of the present invention includes an offshore wind
가속도센서(110, 120, 130)는, 하부 구조물, 타워 및 나셀로 각각 이루어진 다수의 해상풍력발전 구조물(100) 각각에 설치되어 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각의 진동에 대응하는 가속도를 측정한다. The
현장단말(200)은 상기 다수의 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 현장 데이터를 수집하고, 상기 가속도센서(110, 120, 130)에서 측정된 가속도신호와 함께 유선 또는 무선으로 원격 송신한다. 이때, 상기 현장단말(200)은 다수의 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 중에서 어느 하나에 설치되고, 상기 현장단말(200)은 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각에서 전송된 데이터를 취합하여 상기 원격단말(300)에게 일괄 전송할 수 있다.The
구체적으로, 상기 현장단말(200)은 현장 데이터 수집부(210), 수신 및 증폭부(220), 아날로그-디지털 변환기(A/D Converter; 230), 현장단말 제어부(240) 및 송수신기(250)를 포함한다. 또한, 도시되지 않았지만, 상기 현장단말(200)은 상기 원격단말(300)에 구비된 입력부, 디스플레이, DB 등을 포함할 수 있다.The
상기 현장단말(200)의 현장 데이터 수집부(210)는 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)에 기설치된 센서들로부터 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각에 영향을 미치는 파도, 조류, 바람 및 지진의 외력 데이터를 현장에서 수집한다.The field
상기 현장단말(200)의 수신 및 증폭부(220)는 상기 가속도센서(110, 120, 130)에서 측정한 아날로그 가속도신호를 수신하여 증폭한다.The receiving and amplifying
상기 현장단말(200)의 A/D 변환기(230)는 상기 증폭된 아날로그 가속도신호를 디지털 신호로 변환한다.The A /
상기 현장단말(200)의 현장단말 제어부(240)는 상기 현장 데이터 수집부(210)에서 수집한 현장 데이터 및 상기 A/D 변환기(230)에서 디지털 변환된 가속도신호를 원격 전송이 가능하도록 직렬 데이터로 변환한다.The field
상기 현장단말(200)의 송수신기(250)는 상기 현장단말 제어부(240)에서 처리된 데이터를 유선 또는 무선으로 상기 원격단말(300)에게 송신한다.The
도 6을 다시 참조하면, 원격단말(300)은 상기 현장단말(200)로부터 송신된 가속도신호를 변위로 변환하여 기설정된 기준 변위와 비교하고, 상기 변위 비교 결과에 따라 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 이상 여부를 1차적으로 판단하고, 상기 해상풍력발전 구조물들(100a, 100b, …, 100n) 각각의 1차 판단 데이터를 상호 비교하여 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각의 이상 여부를 2차적으로 판단하여 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 안전도를 원격 평가한다. 이때, 상기 원격단말(300)은 상기 1차적으로 판단된 결과 및 상기 2차적으로 판단된 결과를 조합하여, 상기 해상풍력발전 구조물들(100a, 100b, …, 100n)의 개별 안전도 및 상기 해상풍력발전 구조물들(100a, 100b, …, 100n) 전체 안전도를 각각 평가할 수 있다.Referring to FIG. 6 again, the
또한, 상기 원격단말(300)은 현장단말(200)과 통신하여 현장단말(200)로부터 전송되는 데이터를 수신하고, 수신된 데이터를 데이터 분석 알고리즘에 의해 수치 데이터 및 그래픽 데이터화하여 표시하거나 저장할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 원격단말(300)에서 센서 출력신호인 진동 가속도 신호를 진동 속도 및 변위 신호로 변환하지만, 이러한 작업을 현장단말(200)에서 실시하여도 무방하다.Also, the
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 원격단말(300)은 송수신기(310), A/D 변환기(320), 입력부(330), 원격단말 제어부(340), 디스플레이(350) 및 DB(360)를 포함한다.6, the
상기 원격단말(300)의 송수신기(310)는 현장단말(200)의 송수신기(250)와 데이터를 주고받는 역할을 수행하며, 예를 들면, 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 진동에 대응하여 상기 현장단말(200)로부터 상기 가속도신호 및 현장 데이터를 수신한다.The
상기 원격단말(300)의 A/D 변환기(320)는 상기 수신된 가속도신호 및 현장 데이터를 디지털 신호로 각각 변환한다.The A /
상기 원격단말(300)의 입력부(330)는 상기 원격단말 제어부(340)의 동작에 필요한 데이터를 입력하기 위한 것으로, 예를 들면, 원격단말(300) 조작자가 기능을 선택하고, 무선정보 수신과 통신포트를 통한 정보 전송 등을 제어하는 각종 기능키 등이 구비된다.The
상기 원격단말(300)의 원격단말 제어부(340)는 상기 가속도신호를 변위로 변환하여 기설정된 기준값과 비교하고, 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 안전도를 원격 평가한다.The remote
상기 원격단말(300)의 디스플레이(350)는 상기 원격단말 제어부(340)에서 출력되는 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 안전도 평가 데이터를 화면으로 출력하며, 예를 들면, 상기 원격단말 제어부(340)의 제어에 의해 가속도센서(110, 120, 130)의 가속도신호, 변환된 속도 및 변위 신호, 데이터 분석 알고리즘을 통해서 측정정보 분석 데이터를 수치나 그래픽으로 표시하고, 각종 제어동작 상태 등을 표시할 수 있다.The
상기 원격단말(300)의 데이터베이스(360)는 상기 원격단말 제어부(340)로 입력되는 데이터 및 상기 원격단말 제어부(340)에서 처리된 데이터를 저장하며, 예를 들면, 현장단말(200)에서 전송된 데이터를 저장하고, 또한, 상기 데이터를 분석할 알고리즘 및 원격단말 제어부(340)의 제어 알고리즘 정보뿐만 아니라 상기 알고리즘에 의해 분석된 데이터들을 저장한다.The
구체적으로, 도 7을 참조하면, 상기 원격단말 제어부(340)는 가속도-변위 변환부(341), 기준값 설정부(342), 변위 비교부(343), 구조물 이상 판단부(344), 구조물간 데이터 비교부(345) 및 구조물 안전도 판단부(346)를 포함한다.7, the remote
상기 원격단말 제어부(340)의 가속도-변위 변환부(341)는 상기 수신된 가속도신호를 적분하여 변위로 변환한다. 여기서, 가속도신호를 적분하여 변위로 변환하는 기법에 대해서는 후술하기로 한다.The acceleration-
상기 원격단말 제어부(340)의 기준값 설정부(342)는 현장 데이터에 따라 변위 기준값을 재설정한다.The reference
상기 원격단말 제어부(340)의 변위 비교부(343)는 상기 가속도-변위 변환부(341)에서 변환된 변위를 상기 기준값 설정부(342)에서 재설정된 변위 기준값과 비교한다.The
상기 원격단말 제어부(340)의 구조물 이상 판단부(344)는 상기 변위 비교 결과에 따라 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 이상 여부를 1차적으로 판단한다. 여기서, 상기 구조물 이상 판단부(344)는 사전에 상기 해상풍력발전 구조물(100)에 대한 유한요소 구조해석 기반으로 기준값을 설정할 수 있는데, 이때, 유한요소 구조해석은 당업자에게 자명하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.The structure
상기 원격단말 제어부(340)의 구조물간 데이터 비교부(345)는 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각의 데이터와 상호 비교하여 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 이상 여부를 2차적으로 판단한다.The inter-structure
상기 원격단말 제어부(340)의 구조물 안전도 판단부(346)는 상기 구조물 이상 판단부(344)에서 1차적으로 판단된 결과 및 상기 구조물간 데이터 비교부(345)에서 2차적으로 판단된 결과를 조합하여 상기 해상풍력발전 구조물들(100a, 100b, …, 100n) 각각의 안전도를 평가하게 된다. 이때, 상기 구조물 안전도 판단부(346)는 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우에 경보(Alarm)를 발생할 수 있다.The structure safety
본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템에 따르면, 다수의 해상풍력발전 구조물에 각각 설치된 가속도센서를 이용하여 해상풍력발전 구조물 각각의 이상 여부를 상호 비교하여 판단함으로써 어느 하나 또는 전체 해상풍력발전 구조물의 이상 여부를 용이하게 판단할 수 있다. 이에 따라 안전도에 이상이 발생한 해상풍력발전 구조물에 대해 후속 조치를 수행할 수 있다.According to the remote safety evaluation system of the offshore wind power generation structure according to the embodiment of the present invention, by using the acceleration sensor provided in each of the plurality of offshore wind power generation structures, Or whether the entire offshore wind power generation structure is abnormal can be easily determined. As a result, follow-up measures can be taken on offshore wind power structures where safety concerns have arisen.
[해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 방법][Evaluation method of remote safety of offshore wind power structure]
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 방법의 동작흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of evaluating the remote safety of a marine wind power generation structure according to an embodiment of the present invention.
도 6 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 방법은, 각각 하부 구조물, 타워 및 나셀로 이루어진 다수의 해상풍력발전 구조물(100)의 안전도를 원격 평가하는 방법으로서, 먼저, 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각의 현장 데이터를 수집한다(S110). 여기서, 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)은 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type), 모노파일 타입(Mono-pile type), 자켓 타입(Jacket type), 삼각대 타입(Tripod Type) 및 부유식 타입(Floating type) 중에서 선택되는 어느 하나의 하부 구조물 상에 타워 및 나셀의 상부 구조물을 설치한 해상풍력발전 구조물일 수 있다.6 and 8, a method for evaluating the remote safety of offshore wind turbine structures according to an embodiment of the present invention is to evaluate the safety of a plurality of offshore
다음으로, 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각에 설치된 가속도센서(110, 120, 130)가 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 진동에 대응하는 가속도를 측정한다(S120).Next, the
다음으로, 상기 측정된 가속도신호를 각각 증폭하고 A/D 변환한다(S130).Next, the measured acceleration signals are amplified and A / D-converted, respectively (S130).
다음으로, 현장단말(200)이 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각에서 측정된 데이터를 취합하여 유선 또는 무선으로 원격단말(300)에게 전송한다(S140). 여기서, 상기 현장단말(200)은 다수의 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)중에서 어느 하나에 설치되고, 상기 현장단말(200)은 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각에서 전송된 데이터를 취합하여 상기 원격단말(300)에게 일괄 전송할 수 있다.Next, the
다음으로, 상기 원격단말(300) 내의 원격단말 제어부(340)가 전송된 가속도를 변위로 적분 변환한다(S150).Next, the remote
구체적으로, 본 발명의 실시예에서 적용되는 가속도 신호를 속도 및 변위신호로 변환시키는 알고리즘에 대해 살펴보기로 한다. 즉, 본 발명의 실시예에서는 해상풍력발전 구조물의 동적 변위를 측정하고자 하는 위치에서 가속도를 측정하고, 다음과 같은 신호처리 기법을 이용하여 변위를 산출할 수 있다.Specifically, an algorithm for converting an acceleration signal applied to an embodiment of the present invention into a velocity and a displacement signal will be described. That is, in the embodiment of the present invention, the acceleration can be measured at the position where the dynamic displacement of the offshore wind power generation structure is measured, and the displacement can be calculated using the following signal processing technique.
먼저, 측정된 가속도 신호를 a(t)라 하면, 시간 영역에서 적분을 수행함으로써 속도 성분은 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.First, if the measured acceleration signal is a (t), the velocity component is expressed by the following
수학식 1을 적분하면, 변위성분 x(t)는 다음의 수학식 2와 같이 주어진다.When the equation (1) is integrated, the displacement component x (t) is given by the following equation (2).
상기 수학식 2의 변위성분 중에서 측정된 가속도신호에 의한 항과 초기 조건에 의한 항을 구분하여 표시하면 추정된 변위는 다음의 수학식 3과 같고, 이때, 초기 조건이 0인 경우에는 다음의 수학식 4 및 수학식 5와 같이 측정된 가속도 신호만을 적분하여 변위응답을 구할 수 있다.When the term based on the acceleration signal measured in the displacement component of Equation (2) is distinguished from the term based on the initial condition, the estimated displacement is represented by the following Equation (3) The displacement response can be obtained by integrating only the measured acceleration signals as shown in Equations 4 and 5.
다음으로, 측정된 가속도신호의 푸리에 변환에 의해 주파수 영역 적분을 구하면, 다음의 수학식 6과 같이 푸리에 사인변환과 푸리에 코사인변환으로 분리하여 표시할 수 있다.Next, if the frequency domain integral is obtained by the Fourier transform of the measured acceleration signal, it can be displayed separately by the Fourier sine transform and the Fourier cosine transform as shown in the following equation (6).
다음으로, 측정된 가속도신호의 푸리에 변환으로부터 변위응답을 구하기 위하여 다음의 수학식 7 및 수학식 8의 미분치 정리를 도입하여, 전술한 수학식 6에 대입하면 다음의 수학식 9 및 수학식 10과 같이 주어진다.Next, in order to obtain the displacement response from the Fourier transform of the measured acceleration signal, the following differential equation of the equation (7) and the equation (8) is introduced and substituted into the equation (6) As shown in Fig.
여기서, 이고, 로 주어지며, 이에 따라 변위 x(t)는 다음의 수학식 11과 같이 주어진다.here, ego, And the displacement x (t) is given by the following equation (11).
다음으로, 현장 데이터에 따라 변위 기준값을 재설정하고, 재설정 변위 기준값을 가속도 변환 변위와 비교한다(S160).Next, the displacement reference value is reset according to the field data, and the reset displacement reference value is compared with the acceleration displacement displacement (S160).
다음으로, 상기 변위 비교 결과에 따라 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 이상 여부를 1차적으로 판단한다(S170). 이때, 사전에 상기 해상풍력발전 구조물(100)에 대한 유한요소 구조해석 기반으로 기준값을 설정할 수 있다.Next, it is first determined whether the offshore wind
다음으로, 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각의 데이터와 상호 비교하여 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)의 이상 여부를 2차적으로 판단한다(S180).Next, the data of the offshore wind
다음으로, 상기 1차적으로 판단된 결과 및 상기 2차적으로 판단된 결과를 조합하여 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n) 각각의 안전도를 평가한다(S190). 이때, 상기 원격단말(300)은 상기 1차적으로 판단된 결과 및 상기 2차적으로 판단된 결과를 조합하여, 상기 해상풍력발전 구조물들(100a, 100b, …, 100n)의 개별 안전도 및 상기 해상풍력발전 구조물들(100a, 100b, …, 100n) 전체 안전도를 각각 평가할 수 있다. 또한, 상기 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, …, 100n)에 이상이 발생한 것으로 판단된 경우에 경보(Alarm)를 발생할 수 있다.Next, the degree of safety of each of the offshore wind
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템이 원격단말 상에 구현된 것을 예시하는 도면이다.9 is a diagram illustrating an implementation of a remote safety rating system of a offshore wind power structure according to an embodiment of the present invention on a remote terminal.
본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템은 원격단말 상에 구현될 수 있고, 도 9에 도시된 바와 같이, 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템이 화면(400)으로 출력되는 것을 나타낸다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템은, 예를 들면, 상기 원격단말(300)이 PC로 구현되고, 상기 디스플레이(350)에 대응하여 화면으로 출력되고, 또한, 처리된 데이터가 저장되는 것을 나타낸다.The remote safety rating system of the offshore wind power structure according to the embodiment of the present invention can be implemented on a remote terminal and the remote safety rating system of the offshore wind power structure can be implemented on the remote terminal, . That is, for example, the
본 발명의 실시예에 따른 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스에 따르면, 해상풍력발전 구조물 각각에 설치된 가속도센서를 이용하여 해상풍력발전 구조물의 진동 여부에 따른 하부 지지구조물의 안전도를 원격지에서 용이하게 판단할 수 있고, 다수의 해상풍력발전 구조물에 각각 설치된 가속도센서를 이용하여 해상풍력발전 구조물 각각의 이상 여부를 상호 비교하여 판단함으로써 어느 하나의 해상풍력발전 구조물의 이상 여부를 용이하게 판단할 수 있다. 또한, 해상풍력발전 구조물 각각에 영향을 미치는 파도, 조류, 바람 및 지진의 외력 데이터를 고려하여 해상풍력발전 구조물의 이상 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있다.According to the remote safety evaluation system of the offshore wind power generation structure according to the embodiment of the present invention, by using the acceleration sensor installed on each of the offshore wind power generation structures, the safety of the lower support structure depending on the vibration of the offshore wind power generation structure can be easily And it is possible to easily judge whether any one of the offshore wind power generating structures is abnormal by comparing and determining the abnormality of each of the offshore wind power generation structures by using the acceleration sensors respectively installed on the plurality of offshore wind power generating structures have. In addition, it is possible to more accurately determine whether an offshore wind power generation structure is abnormal, taking into consideration the external force data of waves, algae, wind, and earthquakes affecting each offshore wind power generation structure.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
100: 해상풍력발전 구조물
100a: 제1 해상풍력발전 구조물
100b: 제2 해상풍력발전 구조물
100n: 제N 해상풍력발전 구조물
200: 현장단말
300: 원격단말
110: 제1 가속도센서
120: 제2 가속도센서
130: 제N 가속도센서
210: 현장 데이터 수집부
220: 수신 및 증폭부
230: A/D 변환기
240: 현장단말 제어부
250: 송수신기(현장단말)
310: 송수신기(원격단말)
320: A/D 변환기
330: 입력부
340: 원격단말 제어부
350: 디스플레이
360: 데이터베이스(DB)
341: 가속도-변위 변환부
342: 기준값 설정부
343: 변위 비교부
344: 구조물 이상 판단부
345: 구조물간 데이터 비교부
346: 구조물 안전도 판단부100: offshore wind power structure
100a: First offshore wind power structure
100b: Second offshore wind power structure
100n: No. N offshore wind power structure
200: field terminal
300: remote terminal
110: first acceleration sensor
120: second acceleration sensor
130: Nth acceleration sensor
210: Field data collection unit
220: receiving and amplifying unit
230: A / D converter
240: field terminal controller
250: Transceiver (field terminal)
310: Transceiver (remote terminal)
320: A / D converter
330: Input section
340: remote terminal controller
350: Display
360: Database (DB)
341: Acceleration-displacement converter
342: Reference value setting section
343:
344: Structure abnormality judging unit
345: Structural data comparison unit
346: Structure Safety Judgment Unit
Claims (15)
상기 다수의 해상풍력발전 구조물(100)의 현장 데이터를 수집하고, 상기 가속도센서(110, 120, 130)에서 측정된 가속도신호와 함께 유선 또는 무선으로 원격 송신하는 현장단말(200); 및
상기 현장단말(200)로부터 송신된 가속도신호를 변위로 변환하여 기설정된 기준 변위와 비교하고, 상기 변위 비교 결과에 따라 상기 해상풍력발전 구조물(100)의 이상 여부를 1차적으로 판단하고, 상기 해상풍력발전 구조물들(100) 각각의 1차 판단 데이터를 상호 비교하여 상기 해상풍력발전 구조물(100) 각각의 이상 여부를 2차적으로 판단하여 상기 해상풍력발전 구조물(100)의 안전도를 원격 평가하는 원격단말(300)을 포함하되,
상기 원격단말(300)은 상기 1차적으로 판단된 결과 및 상기 2차적으로 판단된 결과를 조합하여, 상기 해상풍력발전 구조물들(100)의 개별 안전도 및 상기 해상풍력발전 구조물들(100) 전체 안전도를 각각 평가하며,
상기 가속도센서(110,120,130)는 하부 구조물, 타워 및 나셀에 각각 설치되도록 하여 다수의 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n)에 가속도센서(110a, 110b, 110c)를 각각 설치함으로서, 다수의 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n) 각각에 영향을 미치는 파도, 조류, 바람 및 지진의 외력 데이터인 현장 데이터를 수집할 수 있어 해상풍력발전 구조물(100a, 100b, 100n)의 하부 지지구조물의 이상 여부를 보다 정확하게 판단할 수 있도록 하는 것으로서,
상기 현장단말(200)은, 상기 해상풍력발전 구조물(100)에 기설치된 센서들로부터 상기 해상풍력발전 구조물(100) 각각에 영향을 미치는 파도, 조류, 바람 및 지진의 외력 데이터를 현장에서 수집하는 현장 데이터 수집부(210); 상기 가속도센서(110, 120, 130)에서 측정한 아날로그 가속도신호를 수신하여 증폭하는 수신 및 증폭부(220); 상기 증폭된 아날로그 가속도신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기(230); 상기 현장 데이터 수집부(210)에서 수집한 현장 데이터 및 상기 A/D 변환기(230)에서 디지털 변환된 가속도신호를 원격 전송이 가능하도록 직렬 데이터로 변환하는 현장단말 제어부(240); 및 상기 현장단말 제어부(240)에서 처리된 데이터를 유선 또는 무선으로 상기 원격단말(300)에게 송신하는 송수신기(250)를 포함하며,
상기 원격단말(300)은,
상기 해상풍력발전 구조물(100)의 진동에 대응하여 상기 현장단말(200)로부터 상기 가속도신호 및 현장 데이터를 수신하는 송수신기(310); 상기 수신된 가속도신호 및 현장 데이터를 디지털 신호로 각각 변환하는 A/D 변환기(320);상기 가속도신호를 변위로 변환하여 기설정된 기준값과 비교하고, 상기 해상풍력발전 구조물(100)의 안전도를 원격 평가하는 원격단말 제어부(340);상기 원격단말 제어부(340)의 동작에 필요한 데이터를 입력하기 위한 입력부(330);상기 원격단말 제어부(340)에서 출력되는 상기 해상풍력발전 구조물(100)의 안전도 평가 데이터를 화면으로 출력하는 디스플레이(350); 및 상기 원격단말 제어부(340)로 입력되는 데이터 및 상기 원격단말 제어부(340)에서 처리된 데이터를 저장하는 데이터베이스(DB)를 포함하며,
상기 원격단말 제어부(340)는,
상기 수신된 가속도신호를 적분하여 변위로 변환하는 가속도-변위 변환부(341); 현장 데이터에 따라 변위 기준값을 재설정하는 기준값 설정부(342); 상기 가속도-변위 변환부(341)에서 변환된 변위를 상기 기준값 설정부(342)에서 재설정된 변위 기준값과 비교하는 변위 비교부(343); 상기 변위 비교 결과에 따라 상기 해상풍력발전 구조물(100)의 이상 여부를 사전에 상기 해상풍력발전 구조물(100)에 대한 유한요소 구조해석 기반으로 기준값을 설정하여 1차적으로 판단하는 구조물 이상 판단부(344); 상기 해상풍력발전 구조물(100) 각각의 데이터와 상호 비교하여 상기 해상풍력발전 구조물(100)의 이상 여부를 2차적으로 판단하는 구조물간 데이터 비교부(345); 및 상기 구조물 이상 판단부(344)에서 1차적으로 판단된 결과 및 상기 구조물간 데이터 비교부(345)에서 2차적으로 판단된 결과를 조합하여 상기 해상풍력발전 구조물들(100) 각각의 안전도를 평가하는 구조물 안전도 판단부(346)를 포함하는 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템.An acceleration sensor (110, 120, 130) installed in each of a plurality of offshore wind power generating structures (100) each composed of a substructure, a tower and a nacelle, for measuring an acceleration corresponding to a vibration of each of the offshore wind power generating structures (100);
A field terminal (200) for collecting field data of the plurality of offshore wind power generating structures (100) and remotely transmitting the measured data together with acceleration signals measured by the acceleration sensors (110, 120, 130); And
The acceleration signal transmitted from the field terminal 200 is converted into a displacement and is compared with a predetermined reference displacement to primarily determine whether the offshore wind power generating structure 100 is abnormal according to the displacement comparison result, A remote control system for remotely evaluating the safety of the offshore wind power generation structure (100) by determining the abnormality of each of the offshore wind power generation structures (100) by comparing the first judgment data of each of the wind power generation structures A terminal 300,
The remote terminal 300 may combine the primary determination result and the secondary determination result to determine the individual safety degree of the offshore wind power generating structures 100 and the total safety degree of the offshore wind power generating structures 100 Each of the safety assessments,
The acceleration sensors 110a, 110b and 110c are installed in a plurality of offshore wind power generating structures 100a, 100b and 100n so that the acceleration sensors 110, 120 and 130 are respectively installed in a lower structure, a tower and a nacelle, Field data that are external force data of waves, algae, wind, and earthquakes that affect each of the power generation structures 100a, 100b, and 100n can be collected. Thus, abnormality of the lower support structure of the offshore wind power generation structures 100a, 100b, So that it can be determined more accurately,
The field terminal 200 collects external force data of waves, algae, wind and earthquakes that affect each of the offshore wind power generating structures 100 from the sensors installed in the offshore wind power generating structure 100 A field data collecting unit 210; A receiving and amplifying unit 220 receiving and amplifying the analog acceleration signal measured by the acceleration sensors 110, 120 and 130; An A / D converter 230 for converting the amplified analog acceleration signal into a digital signal; A field terminal controller 240 for converting the field data collected by the field data collector 210 and the acceleration signal digitally converted by the A / D converter 230 into serial data so as to be remotely transmitted; And a transceiver (250) for transmitting data processed by the field terminal control unit (240) to the remote terminal (300) by wire or wireless,
The remote terminal (300)
A transceiver (310) for receiving the acceleration signal and the site data from the field terminal (200) in response to the vibration of the offshore wind power generator structure (100); An A / D converter 320 for converting the received acceleration signal and the field data into a digital signal, a controller 320 for converting the acceleration signal into a displacement and comparing the acceleration signal with a preset reference value, And an output unit 330 for inputting data necessary for the operation of the remote terminal control unit 340. The remote control unit 340 is connected to the remote terminal control unit 340, A display 350 for outputting evaluation data to a screen; And a database (DB) for storing data input to the remote terminal control unit 340 and data processed by the remote terminal control unit 340,
The remote terminal control unit 340,
An acceleration-displacement conversion unit (341) for integrating the received acceleration signal and converting it into a displacement; A reference value setting unit 342 for resetting the displacement reference value according to the field data; A displacement comparison unit 343 for comparing the displacement converted by the acceleration-displacement conversion unit 341 with the displacement reference value reset by the reference value setting unit 342; And a structure abnormality determination unit for determining the abnormality of the offshore wind power generation structure 100 in advance based on a finite element structure analysis for the offshore wind power generation structure 100 and determining a reference value based on the comparison result, 344); An inter-structure data comparing unit 345 for comparing the data of each of the offshore wind power generating structures 100 with each other to determine whether the off-axis wind power generating structure 100 is abnormal; And the reliability of each of the offshore wind power generating structures 100 by combining the results primarily determined by the structure abnormality determiner 344 and the results determined by the inter-structure data comparator 345 And a structural safety degree judging unit (346) for evaluating the safety of the offshore wind power generating structure.
상기 해상풍력발전 구조물은 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type), 모노파일 타입(Mono-pile type), 자켓 타입(Jacket type), 삼각대 타입(Tripod Type) 및 부유식 타입(Floating type) 중에서 선택되는 어느 하나의 하부 구조물 상에 타워 및 나셀의 상부 구조물을 설치한 해상풍력발전 구조물인 것을 특징으로 하는 해상풍력발전 구조물의 원격 안전도 평가 시스템.The method according to claim 1,
The offshore wind power generation structure may be any one selected from a concrete caisson type, a mono-pile type, a jacket type, a tripod type, and a floating type. Wherein the wind turbine is a offshore wind power structure having tower and nacelle superstructures installed on one substructure.
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