KR101519483B1 - 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치 - Google Patents

풍력발전단지의 시뮬레이션 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101519483B1
KR101519483B1 KR1020130115240A KR20130115240A KR101519483B1 KR 101519483 B1 KR101519483 B1 KR 101519483B1 KR 1020130115240 A KR1020130115240 A KR 1020130115240A KR 20130115240 A KR20130115240 A KR 20130115240A KR 101519483 B1 KR101519483 B1 KR 101519483B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wind power
wind
generator
unit
simulation
Prior art date
Application number
KR1020130115240A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150035083A (ko
Inventor
김동욱
이재경
정남준
최효열
이준신
송재주
Original Assignee
한국전력공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020130115240A priority Critical patent/KR101519483B1/ko
Priority to US14/286,508 priority patent/US10180997B2/en
Priority to EP14169656.7A priority patent/EP2853731B1/en
Publication of KR20150035083A publication Critical patent/KR20150035083A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101519483B1 publication Critical patent/KR101519483B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D17/00Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04Automatic control; Regulation
    • F03D7/042Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/048Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller controlling wind farms
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/83Testing, e.g. methods, components or tools therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/84Modelling or simulation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

본 발명은 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치가 개시된다. 본 발명의 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치는, 가상 풍력발전기 역할을 수행하여 속성값을 동적으로 생성하여 시험대상 SCADA 시스템으로 제공하는 풍력발전기 모의부; 하나의 시스템 내에 다수의 상기 풍력발전기 모의부를 생성하고 관리하며, 상기 하나의 시스템을 감시하고 상기 풍력발전기 모의부의 작동상태를 모니터링하여 전달하는 풍력발전기 모의 플랫폼; 및 다수의 상기 풍력발전기 모의 플랫폼을 단일 클러스터로 묶어 풍력발전단지를 생성하고 상기 풍력발전단지의 모의환경을 관리하는 풍력발전단지 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력발전단지의 시뮬레이션 장치{APPARATUS FOR SIMULATING WIND POWER FARM}
본 발명은 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공간에 구애받지 않으면서 저비용으로 풍력발전단지의 감시 및 제어를 위한 SCADA 시스템의 기능성 및 안정성을 검증하기 위한 대규모 풍력발전단지의 모의 환경을 제공하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발전시스템은 터빈, 엔진, 연료전지 등과 같은 구동원을 이용하여 전력을 생산할 수 있는 시스템을 의미한다.
최근 들어, 세계적으로 에너지 고갈 및 환경오염을 대비하기 위해 친환경 신재생 에너지 설치가 증가하면서, 대표적인 신재생에너지인 풍력발전기의 수요가 증가하고 있는 추세이다.
풍력발전기는 블레이드를 이용해 바람이 가진 에너지를 주축을 통한 기계적인 에너지(회전력)로 변환시키고, 이러한 기계적 에너지는 발전기를 구동함으로써 전기적인 에너지로 변환되어 전력이 생산되는 발전 방식을 말하는 것으로써, 현재까지 개발된 신재생에너지원 중 가장 경제성이 높을 뿐 아니라 무한정, 무비용의 청정 에너지원인 바람을 이용하여 발전할 수 있는 장점이 있다.
이와 같은 풍력발전기는 지면에 대한 회전축의 방향에 따라 수평형 및 수직형으로 분류되며, 이를 구성하는 요소로는 블레이드(Blade)와 허브(Hub)로 구성된 회전자, 회전을 증속하여 발전기를 구동시키는 증속 장치(Gearbox), 전기를 생산하는 발전기(Generator), 각 구성요소의 동작 온도를 적정하게 조절하여 주는 냉각 및 난방 시스템, 각종 안정장치를 제어하는 제어기, 브레이크 장치, 전력 제어 시스템, 철탑 등으로 구성된다.
또한, 풍력발전기의 안정성 및 신뢰성에 대한 요구가 증대되면서 풍력발전기의 풍향/풍속계, 주요 구성장치들의 상태를 측정하는 전류계, 온도계와 같은 센서류와 블레이드의 피치 제어기, 요 제어기, 전력 제어 시스템과 같은 제어기들로부터 상태 데이터를 취득하여, 풍력발전기가 안정적으로 전력을 생산할 수 있도록 주요 구성 장치들의 상태를 감시하고 제어하는 감시 시스템의 필요성이 높아지고 있다.
특히, 운전 중인 풍력발전기인 경우에는 안전상의 문제로 인하여 풍력발전기 근처에 접근할 수 없는 문제점이 있으므로 상태 데이터를 취득하여 주요 구성 장치들의 상태를 감시하고 제어하는 상태감시 및 제어 시스템이 절실히 요구되고 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2012-0121485호(2012. 11. 06. 공개, 발명의 명칭 : 풍력발전기용 시뮬레이션 장치)에 개시되어 있다.
대규모 풍력 발전 단지는 대부분 지리적 여건상 풍력 에너지를 얻기 용이한 산간 고지대나 해안가 등에 위치하고, 계통 연계 지점이 선로의 말단인 경우가 많아 계통에 연계될 때 전압 관리 및 전력 품질의 신뢰도가 저하된다. 즉, 사전 영향 평가 및 실증 시험을 통해 실 계통과 연계되는 풍력 발전기의 특성을 파악할 필요성이 있다.
따라서, 풍력발전단지의 경우 단지의 효율적이고 안정적인 운영을 위해 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템이 구축되어 있다.
풍력발전단지의 운영을 위한 SCADA 시스템은 풍력터빈의 제어기(controller)와 연계하여 원격으로 풍력터빈의 제어 기능을 수행하고, 풍력터빈의 운영 성능을 분석 및 보고하기 위한 데이터 수집을 수행하는 컴퓨터 기반 시스템으로써, 크게 제어(Control), 감시(Monitoring), 분석(Analysis) 및 보고(Reporting) 기능을 수행한다.
이와 같이 대규모 풍력발전단지는 실계통에 영향력이 크기 때문에 대형화된 풍력발전단지의 효율적인 운용과 실계통에 대한 즉각적인 대응을 수행하는 대규모 풍력발전단지 SCADA 시스템의 중요성이 매우 커지고 있다.
즉, 풍력발전단지의 감시 및 제어를 담당하는 SCADA 시스템에 문제가 발생할 경우 전체 풍력발전단지의 운영 중지 및 고가의 풍력발전기에 고장을 초래할 수 있기 때문에 풍력발전단지 SCADA 시스템의 중요성과 함께 위험부담도 증대되고 있다.
또한, 대규모 풍력발전단지는 여러 제조사들의 풍력발전기들로 구성되기 때문에 풍력발전기들과 SCADA 시스템 간에 비표준 요소가 존재할 가능성이 높다. 따라서, SCADA 시스템은 풍력발전기들의 비표준 요소들을 처리하면서 전체 풍력발전단지의 운영 기능을 제공해야 하기 때문에 SCADA 시스템의 규모 및 복잡성이 증가하여 안정성이 떨어질 가능성이 높아지는 상황이다.
일반적으로 소규모 풍력발전단지의 운영을 위한 SCADA 시스템 개발 방식을 대규모 풍력발전단지 운영을 위한 SCADA 시스템 개발에 적용하여 기능성 및 안정성을 확보하기 어려운 상황에 직면하고 있다.
따라서 실제 풍력발전단지와 유사한 모의 환경하에서 SCADA 시스템의 검증 필요성이 더욱 더 증가하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 공간에 구애받지 않으면서 저비용으로 풍력발전단지의 감시 및 제어를 위한 SCADA 시스템의 기능성 및 안정성을 검증하기 위한 대규모 풍력발전단지의 모의 환경을 제공하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 풍력발전단지의 규모가 정의되면, 정의된 단지 규모에 대한 풍력발전기들을 가상으로 모의하여 풍력발전단지의 모의 환경을 제공하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다수의 시스템을 기반으로 운영환경을 구축한 후 단일 클러스터로 묶어서 통합 관리함으로써 유연성있게 보다 큰 풍력발전단지의 모의 환경을 제공하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치는, 가상 풍력발전기 역할을 수행하여 속성값을 동적으로 생성하여 시험대상 SCADA 시스템으로 제공하는 풍력발전기 모의부; 하나의 시스템 내에 다수의 풍력발전기 모의부를 생성하고 관리하며, 하나의 시스템을 감시하고 풍력발전기 모의부의 작동상태를 모니터링하여 전달하는 풍력발전기 모의 플랫폼; 및 다수의 풍력발전기 모의 플랫폼을 단일 클러스터로 묶어 풍력발전단지를 생성하고 풍력발전단지의 모의환경을 관리하는 풍력발전단지 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 풍력발전단지 제어부는, 다수의 풍력발전기 모의 플랫폼을 모니터링하여 관리하는 모의 플랫폼 관리부; 풍력발전단지를 구성하는 풍력발전기 모의부를 원격으로 제어하는 발전기 원격제어부; 풍력발전기 모의 플랫폼이 구축된 하나의 시스템의 자원을 모니터링하는 모의 플랫폼 자원감시부; 풍력발전단지의 모의환경을 관리하고 운행상태를 제공하는 풍력발전단지 관리부; 및 풍력발전기 모의 플랫폼과 작업메시지를 교환하고 파싱작업을 수행하기 위한 클라이언트 메시지 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 풍력발전기 모의 플랫폼은, 풍력발전단지 제어부와 메시지를 교환하는 서버 메시지 연결부; 풍력발전기 모의부를 생성하고 소멸시키며 동작을 관리하는 발전기 관리부; 풍력발전기 모의부의 동작에 따른 하나의 시스템에서의 하드웨어 자원 활용률을 추적하는 자원감시부; 풍력발전기 모의 플랫폼이 구축된 하나의 시스템을 제어하고 관리하기 위한 기능을 풍력발전단지 제어부에 제공하는 플랫폼 관리부; 풍력발전기 모의 플랫폼에서 생성된 풍력발전기 모의부의 공통 환경정보를 관리하기 위한 데이터 관리부; 및 발전기 관리부에서 생성한 풍력발전기 모의부를 해쉬테이블 형태로 등록하여 관리하는 발전기 풀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 공통 환경정보는 기상정보, 시간 동기정보 및 가상 데이터 생성을 위한 LN별 시뮬레이션 설정파일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 풍력발전기 모의부는, 풍력발전기 모의부의 동작을 위한 환경정보와 운행정보를 설정하는 발전기 환경구성부; 사용자가 정의한 가상 풍력발전기의 특성값에 따라 발전기 환경구성부에 설정된 구성에 근거하여 LN 속성값을 생성하는 데이터 생성부; 데이터 생성부에서 생성한 LN 속성값을 저장하는 속성값 저장부; 및 속성값 저장부에 저장된 LN 속성값을 시험대상 SCADA 시스템으로 전송하는 통신관리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 통신관리부는 OPC, Modbus 및 MMS 통신 프로토콜 중 어느 하나로 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 데이터 생성부는 랜덤방식, 시퀀스방식, 알고리즘방식 중 어느 하나의 방식으로 LN 속성값을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 가상 풍력발전기의 특성값은 풍속, 피치각, 공기밀도, 회전자의 기계적 각속도, 회전자의 반지름, 저차단속도, 고차단속도, 정격토크 및 출력토크중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 속성값 저장부에는 인덱스, 노드 이름, 데이터 포인터를 포함하는 LN 요소에 의해 LN 속성값이 저장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치는 공간에 구애받지 않으면서 저비용으로 풍력발전단지의 감시 및 제어를 위한 SCADA 시스템의 기능성 및 안정성을 검증하기 위한 대규모 풍력발전단지의 모의 환경을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 풍력발전단지의 규모가 정의되면, 정의된 단지 규모에 대한 풍력발전기들을 가상으로 모의하여 풍력발전단지의 모의 환경을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 다수의 시스템을 기반으로 운영환경을 구축한 후 단일 클러스터로 묶어서 통합 관리함으로써 유연성있게 보다 큰 풍력발전단지의 모의 환경을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에서 풍력발전단지 제어부의 구성을 구체적으로 나타낸 블록구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에서 풍력발전기 모의 플랫폼의 구성을 구체적으로 나타낸 블록구성도이다
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에서 풍력발전기 모의부의 구성을 구체적으로 나타낸 블록구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치는 풍력발전기 모의부(210), 풍력발전기 모의 플랫폼(200) 및 풍력발전단지 제어부(100)를 포함한다.
풍력발전기 모의부(210)는 가상 풍력발전기 역할을 수행하여 속성값을 동적으로 생성하여 시험대상 SCADA 시스템(300)으로 제공한다.
즉, 풍력발전기 모의부(210)는 표준 IEC61400-25 LN(Logical Node) 속성값을 동적으로 생성하고 이를 외부의 시험대상 SCADA 시스템(300)에 OPC(OLE for Proces Control), Modbus, IEC61400-25에서 정의하고 있는 MMS(Manufacturing Message Specification) 프로토콜을 통하여 전달한다.
풍력발전기 모의 플랫폼(200)은 하나의 시스템 내에 다수의 풍력발전기 모의부(210)를 생성하고 관리하며, 시스템의 CPU, 메모리, 네트워크, 하드디스크 등 하드웨어 자원을 감시하고 풍력발전기 모의부(210)의 작동상태를 모니터링하여 원격지의 풍력발전단지 제어부(100)로 전달한다.
풍력발전단지 제어부(100)는 다수의 풍력발전기 모의 플랫폼(200)을 단일 클러스터로 묶어 풍력발전단지를 생성하고, 생성된 풍력발전단지의 모의환경을 관리한다.
다수의 풍력발전기들로 구성된 대규모 풍력발전단지를 단일 시스템상에서 시뮬레이션 하는 것은 시스템의 하드웨어 자원의 제한으로 구축하기 어려운 문제가 있으나, 본원발명에 의한 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치는 다수개의 시스템들에 각각 동일한 운영환경으로 풍력발전 모의 플랫폼(200)을 구축한 후, 단일 클러스터로 묶어서 관리한다. 이를 통해 각 시스템의 자원이 허용하는 범위내에서 풍력발전 모의 플랫폼(200)은 풍력발전 모의부(210)을 생성하고 이를 풍력발전단지 제어부(100)를 통해 통합 관리하여 풍력발전단지의 모의환경을 제공한다.
따라서, 원격지의 풍력발전단지 제어부(100)를 이용하여 시험자가 신규 가상 풍력발전기의 생성을 요청하면 풍력발전기 모의 플랫폼(200)은 풍력발전기 모의부(210)를 생성하고, 가상 풍력발전기를 모의하여 생성한 속성값을 시험대상 SCADA 시스템(300)에 시험 데이터로 실시간 전송한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에서 풍력발전단지 제어부의 구성을 구체적으로 나타낸 블록구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에서 풍력발전단지 제어부(100)의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
풍력발전단지 제어부(100)는 모의 플랫폼 관리부(110), 발전기 원격 제어부(120), 모의 플랫폼 자원감시부(130), 풍력발전단지 관리부(140) 및 클라이언트 메시지 연결부(150)를 포함한다.
모의 플랫폼 관리부(110)는 다수의 풍력발전기 모의 플랫폼(200)을 모니터링하여 관리한다.
즉, 신규 풍력발전기 모의 플랫폼(200)의 등록 및 삭제 기능을 제공하고 각 시스템별로 부여된 멀티 IP, 시간 동기화 및 기상데이터 설정과 관련된 기능을 제공한다.
발전기 원격제어부(120)는 풍력발전단지를 구성하는 풍력발전기 모의부(210)를 원격으로 제어한다.
즉, 가상 풍력발전단지를 구성하는 가상 풍력발전기인 풍력발전기 모의부(210)를 생성하고 소멸시키는 제어기능을 수행하고, 생성된 가상 풍력발전기의 특성을 풍력발전기 모의부(210)에 설정할 수 있는 기능을 제공한다.
발전기 원격제어부(120)는 풍력발전단지 제어부(100)에 등록된 풍력발전기 모의 플랫폼(200)을 조회하여, 조회된 풍력발전기 모의 플랫폼(200)의 리스트상에서 가상 풍력발전기의 생성을 위한 풍력발전기 모의 플랫폼(200)을 선택하여 가상 풍력발전기의 생성을 요청하고, 생성한 결과를 수신받아 풍력발전기 모의부(210)의 기능을 설정할 수 있는 기능을 제공한다.
모의 플랫폼 자원감시부(130)는 풍력발전기 모의 플랫폼(200)이 구축된 시스템의 하드웨어 자원의 활용률을 모니터링한다.
이렇게 실시간으로 자원 활용률을 모니터링하여 풍력발전기 모의 플랫폼(200)이 구축된 특정 시스템에 과부하가 집중되는 것을 방지할 수 있도록 하며, 수집된 자원 활용률을 통해 알람 설정 기능을 제공할 수도 있다.
풍력발전단지 관리부(140)는 풍력발전단지의 모의환경을 관리하고 운행상태를 제공한다. 가상 풍력발전단지의 일반적인 정보(생성 및 운행 이력, 시험자 정보)와 외부 시스템 정보(타임 서버, 기상청, 데이터 스토리지)를 관리하면서 가상 풍력발전단지에 대한 운행상태를 시험자에게 제공하는 역할을 수행한다.
클라이언트 메시지 연결부(150)는 다수의 풍력발전기 모의 플랫폼(200)과 작업메시지를 교환하고 파싱작업을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에서 풍력발전기 모의 플랫폼의 구성을 구체적으로 나타낸 블록구성도이다
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에서 풍력발전기 모의 플랫폼의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 모의 플랫폼은, 서버 메시지 연결부(201), 발전기 관리부(202), 자원감시부(203), 플랫폼 관리부(204), 데이터 관리부(205) 및 발전기 풀(POOL)(206)을 포함한다.
서버 메시지 연결부(201)는 풍력발전단지 제어부(100)의 클라이언트 메시지 연결부(150)과 연결되어 메시지를 교환한다.
발전기 관리부(202)는 풍력발전기 모의부(210)를 생성하고 소멸시키며 동작(시작/중지)을 관리한다.
풍력발전단지 제어부(100)에서 가상 풍력발전기의 생성을 요청하면, 가상 풍력발전기 역할을 수행하는 풍력발전기 모의부(210)를 생성한 후 발전기 풀(206)을 구성하는 해쉬테이블에 삽입하여 등록한다. 그리고, 풍력발전기 모의부(210)에 환경 특성을 정의한다.
자원감시부(203)는 풍력발전기 모의부(210)의 동작에 따른 시스템에서의 하드웨어 자원 활용률을 추적한다.
풍력발전 모의 플랫폼(200)이 구축된 하나의 시스템에 다수의 풍력발전기 모의부(210)를 생성하여 가상 풍력발전기를 모의하기 때문에 하나의 풍력발전 모의 플랫폼(200)에서 생성할 수 있는 풍력발전기 모의부(210)의 개수는 구축된 시스템의 CPU, 메모리, 하드디스크의 용량 등 하드웨어 자원에 의존적이 된다. 따라서, 풍력발전 모의 플랫폼(200)은 상시적으로 해당 시스템의 자원들을 모니터링할 필요가 있다.
플랫폼 관리부(204)는 풍력발전기 모의 플랫폼(200)이 구축된 시스템을 제어하고 관리하기 위한 기능을 풍력발전단지 제어부(100)에 제공한다.
즉, 플랫폼 관리부(204)는 풍력발전단지 제어부(100)에서 시스템의 리부팅, IP 변경, 발전기 모의 플랫폼(200)의 기동과 정지 및 기상청 설정 등의 기능을 수행할 수 있도록 제공한다.
데이터 관리부(205)는 풍력발전기 모의 플랫폼(200)에서 생성된 풍력발전기 모의부(210)의 공통 환경정보를 관리한다.
공통 환경정보로는 기상정보, 시간 동기정보 및 가상 데이터 생성을 위한 LN(Logical Node)별 시뮬레이션 설정파일을 포함한다.
발전기 풀(206)은 발전기 관리부(202)에서 생성한 풍력발전기 모의부(210)를 해쉬테이블 형태로 등록하여 관리하여 특정 풍력발전기 모의부(210)에 접근할 때 직접 해당 프로세스에 접근할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에서 풍력발전기 모의부의 구성을 구체적으로 나타낸 블록구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에서 풍력발전기 모의부(210)의 구성을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기 모의부(210)는, 발전기 환경구성부(211), 데이터 생성부(212), 속성값 저장부(213) 및 통신관리부(214)를 포함한다.
발전기 환경구성부(211)는 풍력발전기 모의부(210)의 동작을 위한 환경정보와 운행정보를 설정한다.
즉, LN 속성값 생성을 수행하는 시뮬레이션 설정값, 시험 대상 SCADA 시스템(300)과 통신을 위한 자체 네트워크 환경 정보, 그리고, 풍력발전기 모의부(210)에 의한 가상 풍력발전기의 운행 정보(수행시간, 장애발생 건수, 초당 데이터 생성 횟수)를 포함한다.
데이터 생성부(212)는 사용자가 정의한 가상 풍력발전기의 특성값에 따라 발전기 환경구성부(211)에 설정된 구성에 근거하여 가상 풍력발전기의 상태를 나타내는 LN 속성값을 생성한다.
이때 가상 풍력발전기의 특성값은 외부입력으로 풍속, 피치각, 공기밀도, 회전자의 기계적 각속도를 포함하고, 파라미터 입력으로 회전자의 반지름, 저차단속도, 고차단속도, 정격토크를 포함하며, 출력토크를 포함한다.
데이터 생성부(212)는 가상 풍력발전기의 사용 목적에 따라 랜덤방식, 시퀀스방식, 알고리즘방식 중 어느 하나의 방식으로 LN 속성값을 생성한다.
즉, 랜덤방식은 시험 대상 SCADA 시스템(300)과 가상의 풍력발전기들 간의 전반적인 통신 시험을 목적으로 할 때 사용하고, 시퀀스방식은 시험 대상 SCADA 시스템(300)과 가상의 풍력발전기들 간의 정확한 데이터 전달 시험을 목적으로 할 때 사용하고, 알고리즘방식은 풍력발전단지의 모의 시험을 목적으로 할 때 사용한다.
알고리즘 방식은 풍력발전기의 비정상 상태를 나타내는 LN 속성값의 생성기능을 갖고 있어, 가상 풍력발전단지 모의 시험시 사용자가 특정 가상 풍력발전기에 비정상 상태를 지시하면, 이 비정상 상태를 시험 대상 SCADA 시스템(300)에서 감지하는지를 확인하는 목적으로 사용할 수 있다.
속성값 저장부(213)는 데이터 생성부(212)에서 풍력발전 통신 표준안인 IEC61400-25에서 정의한 기준으로 생성한 LN 속성값이 저장된다.
속성값 저장부(213)에는 인덱스, 노드 이름, 데이터 포인터를 포함하는 LN요소에 의해 LN 속성값이 저장된다.
통신관리부(214)는 속성값 저장부(213)에 저장된 LN 속성값을 시험대상 SCADA 시스템(300)으로 전송한다.
통신관리부(214)는 외부의 시험 대상 SCADA 시스템(300)에 OPC(OLE for Proces Control), Modbus, IEC61400-25에서 정의하고 있는 MMS(Manufacturing Message Specification) 프로토콜 등 다양한 통신프로토콜을 통해 LN 속성값을 전송한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치에 따르면, 공간에 구애받지 않으면서 저비용으로 풍력발전단지의 감시 및 제어를 위한 SCADA 시스템의 기능성 및 안정성을 검증하기 위한 대규모 풍력발전단지의 모의 환경을 제공할 수 있고, 풍력발전단지의 규모가 정의되면, 정의된 단지 규모에 대한 풍력발전기들을 가상으로 모의하여 풍력발전단지의 모의 환경을 제공할 수 있으며, 다수의 시스템을 기반으로 운영환경을 구축한 후 단일 클러스터로 묶어서 통합 관리함으로써 유연성있게 보다 큰 풍력발전단지의 모의 환경을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 풍력발전단지 시뮬레이션 장치는 시험 대상 SCADA 시스템의 기능성 및 안정성 검증에 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 풍력발전단지 시스템의 기능 개선 및 신규 개발시 현장 설치 이전에 통신 프로토콜 적합성 및 기능성, 성능, 안정성 검증을 위한 테스트 베드(Testbed)로 활용할 수 있으며, 가상 풍력발전단지하에서 풍황 예측 데이터와 풍력발전단지와 풍력발전기 출력 사이의 영향 요소를 파악할 수 있는 풍황 예측 모델 개발에 활용될 수 있고, 또한, 풍력발전단지 운용 및 출력 최적화를 위한 가상 해상풍력발전단지를 모사하여 오퍼레이터 교육에 활용할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 풍력발전단지 제어부 110 : 모의 플랫폼 관리부
120 : 발전기 원격 제어부 130 : 모의 플랫폼 자원 감시부
140 : 풍력발전단지 관리부 150 : 클라이언트 메시지 연결부
200 : 풍력발전기 모의 플랫폼 201 : 서버 메시지 연결부
201 : 발전기 관리부 203 : 자원 감시부
204 : 플랫폼 관리부 205 : 데이터 관리부
206 : 발전기 풀 210 : 풍력발전기 모의부
211 : 발전기 환경구성부 212 : 데이터 생성부
213 : 속성값 저장부 214 : 통신관리부

Claims (9)

  1. 가상 풍력발전기 역할을 수행하여 속성값을 동적으로 생성하여 시험대상 SCADA 시스템으로 제공하는 풍력발전기 모의부;
    하나의 시스템 내에 다수의 상기 풍력발전기 모의부를 생성하고 관리하며, 상기 하나의 시스템을 감시하고 상기 풍력발전기 모의부의 작동상태를 모니터링하여 전달하는 풍력발전기 모의 플랫폼; 및
    다수의 상기 풍력발전기 모의 플랫폼을 단일 클러스터로 묶어 풍력발전단지를 생성하고 상기 풍력발전단지의 모의환경을 관리하는 풍력발전단지 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 풍력발전단지 제어부는,
    다수의 상기 풍력발전기 모의 플랫폼을 모니터링하여 관리하는 모의 플랫폼 관리부;
    상기 풍력발전단지를 구성하는 상기 풍력발전기 모의부를 원격으로 제어하는 발전기 원격제어부;
    상기 풍력발전기 모의 플랫폼이 구축된 상기 하나의 시스템의 자원을 모니터링하는 모의 플랫폼 자원감시부;
    상기 풍력발전단지의 모의환경을 관리하고 운행상태를 제공하는 풍력발전단지 관리부; 및
    상기 풍력발전기 모의 플랫폼과 작업메시지를 교환하고 파싱작업을 수행하기 위한 클라이언트 메시지 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 풍력발전기 모의 플랫폼은,
    상기 풍력발전단지 제어부와 메시지를 교환하는 서버 메시지 연결부;
    상기 풍력발전기 모의부를 생성하고 소멸시키며 동작을 관리하는 발전기 관리부;
    상기 풍력발전기 모의부의 동작에 따른 상기 하나의 시스템에서의 하드웨어 자원 활용률을 추적하는 자원감시부;
    상기 풍력발전기 모의 플랫폼이 구축된 상기 하나의 시스템을 제어하고 관리하기 위한 기능을 상기 풍력발전단지 제어부에 제공하는 플랫폼 관리부;
    상기 풍력발전기 모의 플랫폼에서 생성된 상기 풍력발전기 모의부의 공통 환경정보를 관리하기 위한 데이터 관리부; 및
    상기 발전기 관리부에서 생성한 상기 풍력발전기 모의부를 해쉬테이블 형태로 등록하여 관리하는 발전기 풀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 공통 환경정보는 기상정보, 시간 동기정보 및 가상 데이터 생성을 위한 LN별 시뮬레이션 설정파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 풍력발전기 모의부는,
    상기 풍력발전기 모의부의 동작을 위한 환경정보와 운행정보를 설정하는 발전기 환경구성부;
    사용자가 정의한 가상 풍력발전기의 특성값에 따라 상기 발전기 환경구성부에 설정된 구성에 근거하여 LN 속성값을 생성하는 데이터 생성부;
    상기 데이터 생성부에서 생성한 상기 LN 속성값을 저장하는 속성값 저장부; 및
    상기 속성값 저장부에 저장된 상기 LN 속성값을 상기 시험대상 SCADA 시스템으로 전송하는 통신관리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 통신관리부는 OPC, Modbus 및 MMS 통신 프로토콜 중 어느 하나로 전송하는 것을 특징으로 하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 데이터 생성부는 랜덤방식, 시퀀스방식, 알고리즘방식 중 어느 하나의 방식으로 상기 LN 속성값을 생성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 가상 풍력발전기의 특성값은 풍속, 피치각, 공기밀도, 회전자의 기계적 각속도, 회전자의 반지름, 저차단속도, 고차단속도, 정격토크 및 출력토크 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 속성값 저장부에는 인덱스, 노드 이름, 데이터 포인터를 포함하는 LN 요소에 의해 상기 LN 속성값이 저장되는 것을 특징으로 하는 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치.
KR1020130115240A 2013-09-27 2013-09-27 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치 KR101519483B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130115240A KR101519483B1 (ko) 2013-09-27 2013-09-27 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치
US14/286,508 US10180997B2 (en) 2013-09-27 2014-05-23 Apparatus for simulating wind power farm
EP14169656.7A EP2853731B1 (en) 2013-09-27 2014-05-23 Apparatus for simulating wind power farm

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130115240A KR101519483B1 (ko) 2013-09-27 2013-09-27 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150035083A KR20150035083A (ko) 2015-04-06
KR101519483B1 true KR101519483B1 (ko) 2015-05-12

Family

ID=50842073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130115240A KR101519483B1 (ko) 2013-09-27 2013-09-27 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10180997B2 (ko)
EP (1) EP2853731B1 (ko)
KR (1) KR101519483B1 (ko)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103514353A (zh) * 2012-06-29 2014-01-15 国际商业机器公司 新增风机的功率预测方法和系统
EP2765668B1 (en) * 2013-02-11 2020-05-13 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Simulation of an electrical power distribution network in a wind farm
WO2017034050A1 (ko) * 2015-08-26 2017-03-02 전자부품연구원 풍력 터빈의 동적 재구성이 가능한 풍력 단지 실시간 시뮬레이션 시스템 및 방법
DE212016000186U1 (de) * 2015-09-07 2018-05-08 Shoreline As Simulationssystem
CN105306487B (zh) * 2015-11-19 2016-08-31 长沙理工大学 基于虚拟元件主动诱骗的电力调度scada入侵检测方法
CN105956318B (zh) * 2016-05-19 2019-03-26 上海电机学院 基于改进分裂h-k聚类方法的风电场机群划分方法
US11243142B2 (en) 2016-10-17 2022-02-08 Vestas Wind Systems A/S Method for reliability testing of a driven component
CN106777499B (zh) * 2016-11-18 2020-09-29 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种双馈异步风力发电机组的整机动态建模方法
CN106640548B (zh) * 2016-12-19 2019-03-29 北京金风科创风电设备有限公司 用于风力发电机组的状态监测方法和装置
US10671039B2 (en) * 2017-05-03 2020-06-02 Uptake Technologies, Inc. Computer system and method for predicting an abnormal event at a wind turbine in a cluster
CN107608937B (zh) * 2017-09-11 2020-08-18 浙江大学 一种基于云计算平台的机器学习风机状态监测方法及装置
CN107590352B (zh) * 2017-10-12 2020-07-07 贵州电网有限责任公司电力科学研究院 一种电网与电站联合仿真平台通信接口及通信仿真方法
EP3502817A1 (en) * 2017-12-19 2019-06-26 ABB Schweiz AG Method for facilitating control system testing and simulation
CN108194264B (zh) * 2017-12-27 2020-02-07 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电模拟系统及其控制方法
CN109973328B (zh) * 2017-12-28 2020-02-07 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组仿真控制系统及方法
US10815966B1 (en) 2018-02-01 2020-10-27 Uptake Technologies, Inc. Computer system and method for determining an orientation of a wind turbine nacelle
CN110578659B (zh) * 2018-06-07 2021-12-03 华北电力大学 一种用于对风电机组scada数据进行处理的系统和方法
CN109538415B (zh) * 2018-09-03 2021-01-22 北京金风科创风电设备有限公司 虚拟风机和虚拟风电场
CN109505739A (zh) * 2018-11-23 2019-03-22 南京讯联智能科技有限公司 一种风电润滑、水冷系统在全环境条件下的性能测试系统及其工作方法
US11208986B2 (en) 2019-06-27 2021-12-28 Uptake Technologies, Inc. Computer system and method for detecting irregular yaw activity at a wind turbine
US10975841B2 (en) 2019-08-02 2021-04-13 Uptake Technologies, Inc. Computer system and method for detecting rotor imbalance at a wind turbine
CN111596647B (zh) * 2020-06-01 2021-08-06 国电联合动力技术有限公司 风电机组高效智能测试系统及方法
US11921145B1 (en) * 2020-10-12 2024-03-05 Regents Of The University Of Minnesota Electrical emulator system
CN112610407B (zh) * 2020-12-17 2024-04-02 华能辽宁清洁能源有限责任公司 一种新型的风力发电机组变桨系统模拟维护方法
CN113609758B (zh) * 2021-07-19 2023-06-02 电子科技大学 一种新建风电场的功率预测方法
CN113805494B (zh) * 2021-09-03 2023-09-01 东方电气风电股份有限公司 一种纯数字风力发电机组在线仿真方法及仿真平台
KR102638570B1 (ko) * 2023-10-05 2024-02-20 (주)제스엔지니어링 시뮬레이터를 기반으로 하는 풍력 발전 제어기의 검증 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101104127B1 (ko) 2011-09-02 2012-01-13 한국전력공사 풍력터빈 시뮬레이션 시스템 및 그 방법

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101089606B1 (ko) 2009-09-30 2011-12-06 한국전력공사 풍력 발전 시뮬레이션 시스템
WO2011150941A1 (en) 2010-06-04 2011-12-08 Vestas Wind Systems A/S Device and method for testing a wind power plant component
KR101288330B1 (ko) 2011-04-27 2013-07-22 케이.엘.이.에스 주식회사 풍력발전기용 시뮬레이션 장치
EP2765668B1 (en) 2013-02-11 2020-05-13 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Simulation of an electrical power distribution network in a wind farm

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101104127B1 (ko) 2011-09-02 2012-01-13 한국전력공사 풍력터빈 시뮬레이션 시스템 및 그 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
논문(2012.12)

Also Published As

Publication number Publication date
EP2853731A1 (en) 2015-04-01
US10180997B2 (en) 2019-01-15
US20150095004A1 (en) 2015-04-02
KR20150035083A (ko) 2015-04-06
EP2853731B1 (en) 2019-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101519483B1 (ko) 풍력발전단지의 시뮬레이션 장치
Fischer et al. Operational experiences with inertial response provided by type 4 wind turbines
US10902163B2 (en) Simulation method and system
US7523001B2 (en) Method and apparatus for operating wind turbine generators
KR102403593B1 (ko) 부유식 해상풍력 터빈용 디지털 트윈 시스템 장치
Wu et al. Power system frequency management challenges–a new approach to assessing the potential of wind capacity to aid system frequency stability
BRPI0415728B1 (pt) System for the management of a wind farm
CN105508149B (zh) 用于风力发电机组的故障检测方法及装置
CN103558771A (zh) 风电场仿真测试平台及其测试方法
CN103400302A (zh) 一种风电基地连锁故障风险感知预警方法及其系统
CN104182902A (zh) 一种基于调度数据网集中运维系统的监控方法
Ayodele et al. Wind energy resource, wind energy conversion system modelling and integration: a survey
CN111913935A (zh) 一种基于cim模型的风电场集控中心scada系统
Shi et al. Analysis of impact of grid‐connected wind power on small signal stability
CN102175373A (zh) 一种大型风力发电机组全功率测试系统
Wu et al. Development of an equivalent wind farm model for frequency regulation
Datta et al. Cyber Threat Analysis Framework for the Wind Energy Based Power System
Hussain et al. Multilayer communication network architecture for wind power farm
Topić et al. Reliability model of different wind power plant configuration using sequential Monte Carlo simulation
CN111176135A (zh) 一种含电源全动力过程的实时仿真模型构建方法
CN108223278B (zh) 一种偏航控制方法及相关设备
Kim et al. IEC 61400-25 protocol based monitoring and control protocol for tidal current power plant
KR20170029879A (ko) 풍력 발전기의 모니터링 시스템
Amiri Monitoring and Evaluation of Wind Turbines Status Based on SCADA and ADSP Data Analysis
Lee et al. Development of Wind Turbine Simulation System Based on IEC 61400-25 Standard

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180430

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190426

Year of fee payment: 5