KR101525104B1 - 풍력 터빈의 기계적 상태를 고려한 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

풍력 터빈의 기계적 상태를 고려한 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

풍력 터빈의 기계적 상태를 고려한 풍력 발전 단지 출력 관리 시스템 및 방법이 개시된다. 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템은, 구비된 기계부품 중 하나 이상의 노후화도 및 고장 상태 중 하나 이상에 대한 정량화값을 생성하고, 미리 저장된 기준 정보를 이용하여 상기 정량화값에 상응하여 산출된 최대 안전 발전량 값을 포함하는 터빈 상태 정보를 생성하여 출력하는 풍력 발전기; 및 풍력 발전 단지 내에 설치된 복수의 풍력 발전기 각각으로부터 상기 터빈 상태 정보를 입력받아 각 풍력 발전기에 대한 발전 지령값을 생성하고, 상응하는 풍력 발전기로 상기 발전 지령값을 제공하는 계통 운영 장치를 포함한다.

Description

풍력 터빈의 기계적 상태를 고려한 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템 및 방법{System and method for managing output of wind farm by mechanical condition of wind turbine}
본 발명은 풍력 터빈의 기계적 상태를 고려한 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
풍력 발전기(혹은 풍력 터빈)는 바람에 의해 회전되는 블레이드(blade)로부터 전기에너지를 생산하는 장치로서, 화석연료의 고갈과 환경문제로 인해 점차 그 중요성이 커지고 있다.
풍력 발전기는 내륙뿐 아니라 해상에 건설되면서 점점 대단지화 및 대형화되어 가는 추세에 있으며, 풍력 발전기의 제어 기술뿐 아니라 고품질의 전력을 생산하기 위한 상위 제어기술을 포함하는 풍력 발전 단지 운영 기술 개발이 중요한 이슈가 되고 있다.
현재 풍력 발전 단지는 각 풍력 발전기에 대한 발전량을 요구할 때 단지 TSO(송전망ㆍ계통운영, Transmission and System Owner)에서 계산된 발전량을 각 풍력 발전기에 할당하는 방식으로 운영되고 있다.
그러나 일반적으로 풍력 발전기의 출력이 증가하면, 풍력 터빈 등의 진동이 증가하고 이는 기계부품의 고장을 유발하는 것으로 알려져 있음에도, 각 풍력 발전기의 기계적 부하 또는 실시간 환경 상태가 고려되지 않아 풍력 발전기의 무리한 운전으로 인한 부품 및 시스템의 급속한 노후화가 우려되고 있다.
즉, 도 1에 도시된 운전 방식에 따른 풍력 발전기의 노후화도 그래프를 참조하면, 풍력 발전기의 기계적 상태를 고려하지 않고 지속적인 발전을 수행하는 경우 급작스런 풍력 발전기의 고장 및 파손의 우려가 커질 수 있다(도 1의 ① 참조).
이에 비해, 풍력 발전기의 이상이 감지될 때마다 즉각적인 기계 부품을 교체하는 경우에는 풍력 발전기의 운전 수명은 연장될 수 있으나(도 1의 ② 참조), 유지보수 비용의 증가로 인한 발전 단가가 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 풍력 발전기의 기계적 상태를 고려하여 기계적 부하가 저감되도록 계산된 발전 상한선 이하에서 운전(도 1의 ③ 참조)함으로써 운전 수명의 연장 및 발전 단가의 감소를 위한 방안이 요구된다.
본 발명은 풍력 발전기의 기계적 상태를 고려하여 발전 상한선 이하에서 운전함으로써 기계 부품의 교체시기를 장기화할 수 있고, 안정적 전력 생산을 위한 운전의 연속성 보장 및 발전 단가의 감소가 가능한 풍력 발전 단지 출력 관리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 발전량과 진동의 연관성을 사전에 인식함으로써 풍력 발전기의 고장 상태를 가속시키지 않으면서 최대의 출력을 발생시킬 수 있는 풍력 터빈의 기계적 상태를 고려한 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템에 있어서, 구비된 기계부품 중 하나 이상의 노후화도 및 고장 상태 중 하나 이상에 대한 정량화값을 생성하고, 미리 저장된 기준 정보를 이용하여 상기 정량화값에 상응하여 산출된 최대 안전 발전량 값을 포함하는 터빈 상태 정보를 생성하여 출력하는 풍력 발전기; 및 풍력 발전 단지 내에 설치된 복수의 풍력 발전기 각각으로부터 상기 터빈 상태 정보를 입력받아 각 풍력 발전기에 대한 발전 지령값을 생성하고, 상응하는 풍력 발전기로 상기 발전 지령값을 제공하는 계통 운영 장치를 포함하는 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템이 제공된다.
상기 풍력 발전기는, 블레이드의 회전 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 터빈 유닛; 상기 터빈 유닛의 진동, 오일 온도, 파티클 성분, 상기 터빈 유닛에 포함된 회전기기의 회전속도 중 하나 이상에 상응하는 센싱 데이터를 생성하는 센싱부; 상기 센싱 데이터를 이용하여 상기 터빈 유닛에 포함된 기계부품의 상태에 상응하는 정량화값을 생성하고, 상기 정량화값에 상응하는 상기 최대 안전 발전량 값을 산출하는 정량화부; 상기 터빈 상태 정보를 상기 계통 운영 장치로 전송하고, 상기 계통 운영 장치로부터 상기 발전 지령값을 수신하는 터빈 통신부; 및 상기 발전 지령값을 이용하여 상기 터빈 유닛의 운전을 제어하는 터빈 제어부를 포함할 수 있다.
상기 계통 운영 장치는, 상기 풍력 발전기로부터 상기 터빈 상태 정보를 수신하고, 상기 풍력 발전기로 상기 발전 지령값을 전송하는 운영장치 통신부; 상기 풍력 발전 단지 내에 설치된 복수의 풍력 발전기 각각으로부터 수신된 최대 안전 발전량 값을 상응하는 각 풍력 발전기에 대응하여 관리하는 단지 발전량 관리부; 및 상기 풍력 발전 단지에 대한 요청 발전량과 각 풍력 발전기에 상응하는 상기 최대 안전 발전량 값을 이용하여 각 풍력 발전기의 발전 요구량에 대한 상기 발전 지령값을 생성하는 터빈별 발전량 할당부를 포함할 수 있다.
상기 터빈별 발전량 할당부는, 각 풍력 발전기의 최대 안전 발전량 값의 합산값이 상기 요청 발전량보다 큰 경우, 양자간의 차이 비율만큼 감산된 발전 요구량에 대한 발전 지령값을 각 풍력 발전기에 상응하도록 생성할 수 있다.
상기 터빈별 발전량 할당부는, 각 풍력 발전기의 최대 안전 발전량 값의 합산값이 상기 요청 발전량보다 큰 경우, 상기 정량화값이 정상, 경고 및 고장 중 정상을 나타내는 풍력 발전기가 상대적으로 많은 비율의 발전 요구량을 가지도록 발전 지령값을 생성할 수 있다.
상기 풍력 발전기에 구비된 기계부품 각각에 대한 정량화값이 상이한 경우, 상기 최대 안전 발전량 값은 복수의 정량화값들 중 가장 취약한 정량화값을 이용하여 산출될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전 단지의 출력 관리 방법에 있어서, 센싱부가 풍력 발전기에 구비된 터빈 유닛의 진동, 오일 온도, 파티클 성분, 상기 터빈 유닛에 포함된 회전기기의 회전속도 중 하나 이상에 상응하는 센싱 데이터를 생성하는 단계; 정량화부가 상기 센싱 데이터를 이용하여 상기 터빈 유닛에 포함된 기계부품의 상태에 상응하는 정량화값과 상기 정량화값에 상응하는 최대 안전 발전량 값을 각각 산출하여 터빈 통신부를 통해 계통 운영 장치로 전송하는 단계; 및 터빈 제어부가 상기 터빈 통신부를 통해 상기 계통 운영 장치로부터 수신된 발전 지령값에 상응하도록 상기 터빈 유닛의 운전을 제어하는 단계를 포함하는 풍력 발전 단지의 출력 관리 방법이 제공된다.
상기 계통 운영 장치는, 상기 풍력 발전 단지에 대한 요청 발전량 정보를 미리 저장하는 단계; 상기 풍력 발전 단지에 설치된 복수의 풍력 발전기 각각으로부터 수신된 최대 발전량 값과 상기 저장된 요청 발전량 정보를 대비하여 각 풍력 발전기의 발전 요구량에 대한 상기 발전 지령값을 생성하고, 생성한 상기 발전 지령값을 상응하는 풍력 발전기의 터빈 통신부로 전송하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 터빈 유닛에 구비된 기계부품 각각에 대한 정량화값이 상이한 경우, 상기 최대 안전 발전량 값은 복수의 정량화값들 중 가장 취약한 정량화값을 이용하여 산출될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 장점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 풍력 발전기의 기계적 상태를 고려하여 발전 상한선 이하에서 운전함으로써 기계 부품의 교체시기를 장기화할 수 있고, 안정적 전력 생산을 위한 운전의 연속성 보장 및 발전 단가의 감소가 가능한 효과가 있다.
또한 발전량과 진동의 연관성을 사전에 인식함으로써 풍력 발전기의 고장 상태를 가속시키지 않으면서 최대의 출력을 발생시킬 수 있는 효과도 있다.
도 1은 운전 방식에 따른 풍력 발전기의 노후화도 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 블록 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 운영 장치의 블록 구성도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 최대 정격 출력에 따른 임계값 설정 방식을 예시한 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 기계적 상태를 고려한 풍력 발전 단지의 출력 제어 방법을 나타낸 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 블록 구성도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 운영 장치의 블록 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 최대 정격 출력에 따른 임계값 설정 방식을 예시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템은 복수의 풍력 발전기(210-1, 210-2, ... , 210-n, 이하 210으로 통칭함) 및 각 풍력 발전기(210)에 통신망을 통해 연결된 계통 운영 장치(220)를 포함할 수 있다.
풍력 발전기(210)는 도 3에 도시된 바와 같이, 터빈 유닛(310), 센싱부(320), 정량화부(330), 터빈 통신부(340) 및 터빈 제어부(350)를 포함할 수 있다.
터빈 유닛(310)은 바람의 운동 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 전력을 생산한다. 이때, 터빈 유닛(310)은 터빈 제어부(350)의 제어에 의해 구비된 회전기기의 회전속도(RPM) 등이 조절되어 발전량이 조절될 수 있다. 터빈 유닛(310)은 예를 들어 피치 드라이브, 발전기, 기어박스 등이 포함될 수 있으며, 풍력 발전기(210)에 구비되는 터빈 유닛(310)의 구성은 당업자에게 자명하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
센싱부(320)는 터빈 유닛(310)의 드라이브 트레인부 등에서 발생되는 진동 데이터, 기어박스 및 베어링 등의 오일 온도, 파티클(particle) 성분 등 중 하나 이상에 관한 장비 데이터와, 해당 터빈 유닛(310)의 발전량, 회전기기의 회전속도, 풍향 및 외기 온도 등 중 하나 이상에 관한 공정 데이터 중 하나 이상을 포함하는 센싱 데이터를 생성한다. 여기서, 외기 온도는 오일 온도 평가시 비교 자료로 활용될 수 있고, 풍향은 회전기기의 회전속도, 출력 특성을 평가할 때 보조 자료로 활용될 수 있을 것이다.
센싱부(320)가 전술한 장비 데이터 및 공정 데이터를 생성하기 위해 구비하여야 하는 센서 장치 및 설치 위치 등은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 관한 설명은 생략한다.
정량화부(330)는 센싱부(320)로부터 제공되는 센싱 데이터와 미리 지정된 신호 처리 기법(예를 들어, 실효값(RMS) 연산, 푸리에 연산(FFT), 인벨로프(envelope) 등) 등을 이용하여 터빈 유닛(310)에 포함된 각 기계부품(예를 들어, 기어박스, 베어링, 발전기, 회전축 등 중 하나 이상)의 상태(즉, 기계적 피로도)를 분석하여 평가하고, 각 기계부품의 노후화도(또는 고장률)에 대한 정량화값을 산출한다.
정량화값은 예를 들어 정상, 경고 또는 고장 등의 단계별 특정값으로 생성되거나, 100% 정상, 80% 정상 등의 선형적 산출값으로 생성될 수 있다.
예를 들어 노후화가 전혀 존재하지 않는 기계부품의 센싱 데이터(예를 들어, 진동, 파티클 성분 등)와 고장으로 인해 전혀 동작되지 않는 기계부품의 센싱 데이터 등을 이용한 사전 분석을 통해 정상, 경고 및 고장을 구분한다. 그리고, 이를 위한 후술될 임계값이 미리 결정되어 데이터베이스에 저장될 수 있고, 결정된 임계값과 해당 기계부품에 대한 정량화값을 이용하여 해당 기계부품이 정상 상태인지 여부 등이 결정될 수 있음은 당업자에게 자명하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
또한 정량화부(330)는 정량화값을 산출함에 있어 해당 풍력 발전기에 구비된 터빈 유닛(310)의 최대 정격 출력을 더 고려할 수도 있다.
도 5에 예시된 바와 같이, 터빈 유닛(310)들이 최대 정격 출력에 따라 5개의 클래스(class 0 내지 class 4)로 분류되도록 하고, 각 클래스별로 정상 또는 경고를 구분하기 위한 하나의 임계값과, 경고 또는 고장 상태로 구분하기 위한 다른 하나의 임계값이 각각 설정될 수 있다. 각각 설정되는 임계값은 미리 지정된 신호 처리 기법을 이용하여 기계부품의 노후화도에 대한 정량화 기준값으로 실험적 통계적 결정된 값일 수 있다.
이와 같이, 터빈 유닛(310)의 최대 정격 출력에 부합하는 정량화값이 생성될 수 있도록 함으로써, 출력량에 따른 진동 특성 및 기계부품 특성의 차이가 고려될 수 있다.
물론 터빈 유닛들을 최대 정격 출력에 따라 분류하기 위한 클래스의 개수나 각 클래스당 각 기계부품의 상태를 결정하기 위한 임계값의 개수 등이 실험적 통계적 방법으로 다양화될 수 있음은 당연하다. 또한 기계부품별로 상태 결정을 위한 임계값이 상이하거나 동일하게 지정될 수도 있음은 당연하다.
이하, 일 예로서 센싱부(320)에서 생성된 장비 데이터 중 진동 데이터를 이용하여 상응하는 기계부품에 대한 정량화값을 산출하는 방법을 간단히 설명한다.
정량화부(330)는 진동 데이터를 예를 들어 시간 영역과 주파수 영역에서 각각 분석할 수 있다.
즉, 시간 영역 분석은 예를 들어 진동 데이터의 실효값(rms), 표준편차, 왜도(skewness) 등을 산출하여 신호의 특성을 분석하고, 산출된 실효값을 임계값과 대비하여 정상, 경고, 고장 중 어느 영역에 속하는지로 정량화된 값이 산출될 수 있을 것이다.
또한 주파수 영역 분석은 예를 들어 푸리에 연산(FFT), 인벨로프(envelope), 차수 분석(order analysis) 등의 기법을 적용하고, 분석된 그래프에서 고장 유발에 민감한 특정 주파수를 선정하거나 해당 주파수를 포함하는 영역(주파수 밴드)을 선정하거나 하모닉 성분을 분석하는 등의 방법으로 신호의 특성을 분석하며, 분석된 신호의 특성을 임계값과 대비하여 정량화된 값이 산출될 수 있을 것이다.
전술한 다양한 분석 방법에서 산출된 정량화값들 중 가장 취약한 기계부품의 상태로 해당 기계부품에 대한 정량화값이 결정될 수 있다.
마찬가지로 장비 데이터 및 공정 데이터를 이용하여 각 기계부품에 대해 각각 산출된 정량화값들 중 가장 취약한 기계부품의 상태로 해당 터빈 유닛(310)을 대표하는 정량화값이 결정될 수도 있을 것이다. 이는, 센싱부(320)에 포함된 각 센서가 설치된 위치의 기계부품의 상태를 정량화하기 위한 데이터를 생성하고 이를 이용한 정량화가 수행될 수 있다.그러나 이는 터빈 유닛(310) 전체의 상태를 종합적으로 나타내는 것이 아닌 해당 기계부품인 일부의 상태만을 나타내는 것이므로 보다 안전한 풍력 발전기(210)의 운용이 가능하도록 하기 위함이다.
물론 다양한 방식으로 또한 다양한 기계부품에 상응하여 산출된 각각의 정량화값들을 이용하여 터빈 유닛(310)을 대표하는 정량화값을 결정하는 방법은 이외에도 다양할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 정량화부(330)는 데이터베이스(도시되지 않음)에 미리 저장된 기준을 적용하여 생성된 정량화값에 따른 해당 풍력 발전기(210)에 대한 최대 안전 발전량 값을 산출할 수 있다.
최대 안전 발전량 값을 산출하기 위해 데이터베이스에 미리 저장되는 기준은 예를 들어 단계별 특정값으로 생성된 정량화값이 정상인 경우 정격 출력의 100%, 경고인 경우 정격 출력의 75%, 고장인 경우 정격 출력의 50% 등으로 설정될 수 있다. 또한 정량화값이 선형적 산출값으로 생성된 경우에는 고장률이 증가할수록 최대 안전 발전량이 감소하도록 규정된 선형 그래프가 최대 안전 발전량 값의 산출 기준으로 데이터베이스에 미리 저장될 수도 있을 것이다.
터빈 통신부(340)는 정량화부(330)에 의해 산출된 해당 풍력 발전기(210)에 대한 최대 안전 발전량 값을 포함하는 터빈 상태 정보를 계통 운영 장치(220)로 전송한다. 터빈 상태 정보에는 풍력 발전기(210) 또는 터빈 유닛(310) 등에 대한 식별자가 더 포함될 수도 있다.
터빈 제어부(350)는 계통 운영 장치(220)로부터 발전 지령값을 수신하고, 발전 지령값에 따른 발전이 수행되도록 터빈 유닛(310)의 동작을 제어한다.
계통 운영 장치(220)의 블록 구성이 도시된 도 4를 참조하면, 계통 운영 장치(220)는 운영장치 통신부(410), 단지 발전량 관리부(420) 및 터빈별 발전량 할당부(430)를 포함할 수 있다.
운영장치 통신부(410)는 풍력 발전 단지 내에 설치된 각 풍력 발전기(210)로부터 터빈 상태 정보를 수신하고, 각 풍력 발전기(210)로 발전 지령값을 전송한다.
단지 발전량 관리부(420)는 운영장치 통신부(410)를 통해 각 풍력 발전기(210)로부터 수신된 최대 안전 발전량 값을 데이터베이스(도시되지 않음)에 저장하여 관리한다. 단지 발전량 관리부(420)는 각 풍력 발전기(210)에 대한 최대 안전 발전량 값의 총 합산값을 해당 풍력 발전 단지의 최대 발전량 값으로 관리할 수도 있다.
터빈별 발전량 할당부(430)는 데이터베이스에 미리 저장된 해당 풍력 발전 단지에 대해 요청된 발전량을 각 풍력 발전기(210)에 대해 각각 분배한 발전 지령값을 생성하여 운영장치 통신부(410)를 통해 해당 풍력 발전기(210)로 각각 전송한다.
예를 들어, 요청된 발전량이 해당 풍력 발전 단지의 최대 발전량 값의 80%인 경우, 터빈별 발전량 할당부(430)는 각 풍력 발전기의 최대 안전 발전량 값의 80%로 발전하도록 발전 지령값을 생성할 수도 있고, 고장 정도가 낮은 풍력 발전기(210)에서 더 많은 발전량을 가지도록 발전 지령값을 생성할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 터빈의 기계적 상태를 고려한 풍력 발전 단지의 출력 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6을 참조하면, 단계 610에서 풍력 발전기(210)는 터빈 유닛(310)에 대한 센싱 데이터를 생성한다. 센싱 데이터에는 예를 들어 터빈 유닛(310)의 드라이브 트레인부 등에서 발생되는 진동 데이터, 기어박스 및 베어링 등의 오일 온도, 파티클(particle) 성분 등인 장비 데이터와, 해당 터빈 유닛(310)의 발전량, 회전기기의 회전속도, 풍향 및 외기 온도 등에 관한 공정 데이터 중 하나 이상이 포함될 수 있다.
풍력 발전기(210)는 단계 620에서 센싱 데이터를 이용하여 터빈 유닛(310)의 노후화도(또는 고장률)에 대한 정량화값을 산출하고, 산출된 정량화값에 상응하는 최대 안전 발전량 값을 산출하며, 단계 630에서 최대 안전 발전량 값을 포함하는 터빈 상태 정보를 계통 운영 장치(220)로 전송한다.
정량화값은 예를 들어 터빈 유닛(310)에서 발생되는 진동, 기어박스 등의 오일 온도, 파티클 성분 등 각각에 대해 개별적으로 산출될 수 있으며, 분석 대상이 되는 각 기계부품간에 정량화값이 상이한 경우 가장 취약한 기계부품의 정량화값이 터빈 유닛(310)을 대표하는 정량화값으로 지정될 수 있다.
계통 운영 장치(220)는 단계 640에서 풍력 발전 단지에 설치된 각 풍력 발전기(210)로부터 터빈 상태 정보를 수신하고, 단계 650에서 해당 풍력 발전 단지에 대한 발전 요구량과 각 풍력 발전기(210)의 최대 안전 발전량 값을 고려하여 각 터빈별 발전량을 할당한다.
이어서, 단계 650에서 계통 운영 장치(220)는 각 터빈별로 할당된 발전량에 상응하는 발전 지령값을 생성하여 상응하는 풍력 발전기(210)로 전송하고, 각 풍력 발전기(210)는 단계 670에서 발전 지령값을 수신하여 발전 지령값에 상응하는 발전을 수행한다.
전술한 단계 610 내지 670은 풍력 발전 단지에 대한 발전 요구량이 변경되는 경우 재수행될 수 있다. 물론 해당 과정은 미리 지정된 주기마다 반복되거나, 임의의 풍력 발전기(210)로부터 수신되는 최대 안전 발전량 값의 변동이 있는 경우 재수행되도록 할 수도 있을 것이다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
210 : 풍력 발전기 220 : 계통 운영 장치
310 : 터빈 유닛 320 : 센싱부
330 : 정량화부 340 : 터빈 통신부
350 : 터빈 제어부 410 : 운영장치 통신부
420 : 단지 발전량 관리부 430 : 터빈별 발전량 할당부

Claims (9)

  1. 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템에 있어서,
    구비된 기계부품 중 하나 이상의 노후화도 및 고장 상태 중 하나 이상에 대한 정량화값을 생성하고, 미리 저장된 기준 정보를 이용하여 상기 정량화값에 상응하여 산출된 최대 안전 발전량 값을 포함하는 터빈 상태 정보를 생성하여 출력하는 풍력 발전기; 및
    풍력 발전 단지 내에 설치된 복수의 풍력 발전기 각각으로부터 상기 터빈 상태 정보를 입력받아 각 풍력 발전기에 대한 발전 지령값을 생성하고, 상응하는 풍력 발전기로 상기 발전 지령값을 제공하는 계통 운영 장치를 포함하되,
    상기 풍력 발전기는,
    블레이드의 회전 에너지를 이용하여 전력을 생산하는 터빈 유닛;
    상기 터빈 유닛의 진동, 오일 온도, 파티클 성분 및 상기 터빈 유닛에 포함된 회전기기의 회전속도 중 하나 이상에 상응하는 센싱 데이터를 생성하는 센싱부;
    상기 센싱 데이터를 이용하여 상기 터빈 유닛에 포함된 기계부품의 상태에 상응하는 정량화값을 생성하고, 상기 정량화값에 상응하는 상기 최대 안전 발전량 값을 산출하는 정량화부;
    상기 터빈 상태 정보를 상기 계통 운영 장치로 전송하고, 상기 계통 운영 장치로부터 상기 발전 지령값을 수신하는 터빈 통신부; 및
    상기 발전 지령값을 이용하여 상기 터빈 유닛의 운전을 제어하는 터빈 제어부를 포함하는, 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 계통 운영 장치는,
    상기 풍력 발전기로부터 상기 터빈 상태 정보를 수신하고, 상기 풍력 발전기로 상기 발전 지령값을 전송하는 운영장치 통신부;
    상기 풍력 발전 단지 내에 설치된 복수의 풍력 발전기 각각으로부터 수신된 최대 안전 발전량 값을 상응하는 각 풍력 발전기에 대응하여 관리하는 단지 발전량 관리부; 및
    상기 풍력 발전 단지에 대한 요청 발전량과 각 풍력 발전기에 상응하는 상기 최대 안전 발전량 값을 이용하여 각 풍력 발전기의 발전 요구량에 대한 상기 발전 지령값을 생성하는 터빈별 발전량 할당부를 포함하는 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 터빈별 발전량 할당부는,
    각 풍력 발전기의 최대 안전 발전량 값의 합산값이 상기 요청 발전량보다 큰 경우, 양자간의 차이 비율만큼 감산된 발전 요구량에 대한 발전 지령값을 각 풍력 발전기에 상응하도록 생성하는, 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 터빈별 발전량 할당부는,
    각 풍력 발전기의 최대 안전 발전량 값의 합산값이 상기 요청 발전량보다 큰 경우, 상기 정량화값이 정상, 경고 및 고장 중 정상을 나타내는 풍력 발전기가 상대적으로 많은 비율의 발전 요구량을 가지도록 발전 지령값을 생성하는, 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 발전기에 구비된 기계부품 각각에 대한 정량화값이 상이한 경우, 상기 최대 안전 발전량 값은 복수의 정량화값들 중 가장 취약한 정량화값을 이용하여 산출되는, 풍력 발전 단지의 출력 관리 시스템.
  7. 풍력 발전 단지의 출력 관리 방법에 있어서,
    센싱부가 풍력 발전기에 구비된 터빈 유닛의 진동, 오일 온도, 파티클 성분, 상기 터빈 유닛에 포함된 회전기기의 회전속도 중 하나 이상에 상응하는 센싱 데이터를 생성하는 단계;
    정량화부가 상기 센싱 데이터를 이용하여 상기 터빈 유닛에 포함된 기계부품의 상태에 상응하는 정량화값과 상기 정량화값에 상응하는 최대 안전 발전량 값을 각각 산출하여 터빈 통신부를 통해 계통 운영 장치로 전송하는 단계; 및
    터빈 제어부가 상기 터빈 통신부를 통해 상기 계통 운영 장치로부터 수신된 발전 지령값에 상응하도록 상기 터빈 유닛의 운전을 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 터빈 유닛에 구비된 기계부품 각각에 대한 정량화값이 상이한 경우, 상기 최대 안전 발전량 값은 복수의 정량화값들 중 가장 취약한 정량화값을 이용하여 산출되는, 풍력 발전 단지의 출력 관리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 계통 운영 장치는,
    상기 풍력 발전 단지에 대한 요청 발전량 정보를 미리 저장하는 단계;
    상기 풍력 발전 단지에 설치된 복수의 풍력 발전기 각각으로부터 수신된 최대 안전 발전량 값과 상기 저장된 요청 발전량 정보를 대비하여 각 풍력 발전기의 발전 요구량에 대한 상기 발전 지령값을 생성하고, 생성한 상기 발전 지령값을 상응하는 풍력 발전기의 터빈 통신부로 전송하는 단계를 수행하는, 풍력 발전 단지의 출력 관리 방법.
  9. 삭제
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