KR101689539B1 - Electronic device and method for determining capacity and the number of transformers of an offshore substations, recording medium for performing the method - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해상 풍력 발전 단지에서 소비되는 모든 비용을 최소화하기 위한 해상 변전소 내 변압기의 개수 및 용량을 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 전자 장치는 해상 풍력 발전 단지에 대한 초기 투자비용, 운영 비용 및 신뢰도 비용을 기반으로 목적 함수를 결정하는 목적 함수 결정부와, 상기 해상 풍력 발전 단지 내 해상 변전소의 여유도를 기반으로 설치 가능한 변압기의 적어도 하나의 개수를 결정하고, 상기 적어도 하나의 개수 중에서 상기 목적 함수의 값이 최소가 되는 하나의 개수를 선택한 후, 상기 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량 및 상기 선택된 개수를 기반으로 각 변압기의 용량을 결정하는 변압기 개수 및 용량 결정부를 포함할 수 있다.The present invention relates to an apparatus and a method for determining the number and capacity of a transformer in a marine substation to minimize all the costs consumed in an offshore wind farm, And determining a target function based on the reliability cost; determining at least one number of installable transformers based on the margin of the maritime substation in the offshore wind power generation complex, And a transformer number and capacity determiner for determining the capacity of each transformer based on the total capacity of the offshore wind power plant and the selected number after selecting one number that minimizes the value of the objective function.

Description

해상 변전소의 변압기 개수 및 용량을 결정하기 위한 전자 장치 및 방법, 이를 수행하기 위한 기록 매체{ELECTRONIC DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING CAPACITY AND THE NUMBER OF TRANSFORMERS OF AN OFFSHORE SUBSTATIONS, RECORDING MEDIUM FOR PERFORMING THE METHOD}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic apparatus and method for determining the number and capacity of a transformer in a marine substation, and a recording medium for performing the same.

본 발명은 해상 변전소의 변압기 개수 및 용량을 결정하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는, 해상 풍력 발전 단지에서 소비되는 모든 비용을 최소화하기 위한 해상 변전소 내 변압기의 개수 및 용량을 결정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for determining the number and capacity of a transformer in a marine substation in order to minimize the total cost consumed in an offshore wind power plant, and more particularly to a method and apparatus for determining the number and capacity of a transformer in a marine substation. .

바람의 세기는 해안으로부터 멀어질수록 증가하기 때문에, 해상 풍력 발전 단지 내 해상 풍력 터빈은 해안으로부터 수십 킬로미터 떨어진 곳에 설치된다. 해안으로부터 수십 킬로미터 떨어져 설치된 해상 풍력 터빈에서 생성된 전기 에너지가 육상으로 효율적으로 전송되기 위해서는 해상 변전소가 설치되어야 한다. 이때, 해상 변전소는 해상 풍력 터빈에서 생성된 전기를 수요자에게 전송하기 위해 전압이나 전류의 성질을 변환하기 위한 시설을 의미한다.Because the wind intensity increases as the distance from the coast increases, offshore wind turbines within offshore wind farms are installed several tens of kilometers away from the coast. A marine substation must be installed for the efficient transmission of electrical energy generated offshore wind turbines installed several tens of kilometers away from the shore. At this time, the offshore substation is a facility for converting the characteristics of voltage or current to transmit electricity generated from an offshore wind turbine to a consumer.

일반적으로, 변전소를 운용하기 위해서는 변전소 설치에 요구되는 비용인 초기 투자 비용, 변전소 운용에 필요한 비용인 운용 비용, 및 변전소 내 변압기 고장으로 발생되는 비용인 공급 지장 비용이 요구된다. Generally, in order to operate a substation, an initial investment cost required for substation installation, operation cost required for substation operation, and a trouble incurred due to a failure of a transformer in a substation are required.

하지만, 해상에 설치되는 전력 설비는 육상에 설치되는 전력 설비에 비해 초기 투자 비용, 운용 비용 및 공급 지장 비용 등이 높다. 따라서, 비 효율적으로 설치된 전력 설비를 재설치하거나 혹은 고장이 발생한 전력 설비를 수리할때마다, 소비되는 비용이 기하급수적으로 증가하는 문제점이 존재한다.However, the power facilities installed on the sea are higher than those installed on the land, such as initial investment cost, operation cost, and supply failure cost. Therefore, there is a problem that the cost consumed increases exponentially every time a power equipment installed inefficiently is reinstalled or a power facility in which a failure occurs is repaired.

본 발명의 실시 예는 해상 변전소의 변압기 개수 및 용량을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는데 있다. An embodiment of the present invention is to provide an apparatus and method for determining the number and capacity of a transformer of a maritime substation.

본 발명의 다른 실시 예는 해상 변전소에서 소비되는 모든 비용을 최소화하기 위한 변압기의 개수 및 용량을 결정하기 위한 장치 및 방법을 제공하는데 있다.Another embodiment of the present invention is to provide an apparatus and method for determining the number and capacity of a transformer for minimizing all the costs consumed in a marine substation.

본 발명의 실시 예에 따르면, 전자 장치는 해상 풍력 발전 단지에 대한 초기 투자비용, 운영 비용 및 신뢰도 비용을 기반으로 목적 함수를 결정하는 목적 함수 결정부와, 상기 해상 풍력 발전 단지 내 해상 변전소의 여유도를 기반으로 설치 가능한 변압기의 적어도 하나의 개수를 결정하고, 상기 적어도 하나의 개수 중에서 상기 목적 함수의 값이 최소가 되는 하나의 개수를 선택한 후, 상기 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량 및 상기 선택된 개수를 기반으로 각 변압기의 용량을 결정하는 변압기 개수 및 용량 결정부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, an electronic device includes an objective function determination unit for determining an objective function based on an initial investment cost, an operation cost, and a reliability cost for an offshore wind power generation complex, and a margin of a marine substation in the offshore wind power generation complex Determining at least one number of installable transformers based on the number of wind turbines and selecting one number from among the at least one number to minimize the value of the objective function, And a transformer number and capacity determining unit for determining the capacity of each transformer based on the number of transformers.

본 발명의 실시 예에 따르면, 전자 장치의 방법은 해상 풍력발전 단지에 대한 초기 투자비용, 운영 비용 및 신뢰도 비용을 기반으로 목적 함수를 결정하는 단계와, 상기 해상 변전소의 여유도를 기반으로 설치 가능한 변압기의 적어도 하나의 개수를 결정하는 단계와, 상기 적어도 하나의 개수 중에서 상기 목적 함수의 값이 최소가 되는 하나의 개수를 선택하는 단계와, 상기 해상 풍력발전 단지의 전체 용량 및 상기 선택된 개수를 기반으로 각 변압기의 용량을 결정하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a method of an electronic device comprises the steps of: determining an objective function based on an initial investment cost, an operational cost and a reliability cost for an offshore wind farm; Selecting at least one number of the at least one of the at least one number of the wind turbines and the number of the wind turbines at which the value of the objective function is minimized; And determining the capacity of each transformer.

본 발명은 해상 풍력 발전 단지에 요구되는 초기 투자 비용, 운영 비용 및 신뢰도 비용을 기반으로 해상 풍력 발전 단지의 전체 비용을 결정하기 위한 목적 함수를 결정하고, 결정된 목적 함수에 대입 시, 최소 비용이 산출되는 변압기의 개수 및 용량을 결정함으로써, 해상 풍력 발전 단지에 소모되는 비용을 절감할 수 있다. 특히, 해상 구조물은 육상의 구조물에 비해 많은 비용이 소모되기 때문에, 상대적으로 큰 비용을 절감할 수 있다.The present invention determines an objective function for determining the overall cost of an offshore wind farm based on the initial investment cost, operating cost and reliability cost required for a offshore wind power generation complex, and calculates a minimum cost By determining the number and capacity of the transformer, the cost consumed in the offshore wind farm can be reduced. Particularly, since the offshore structure is more expensive than onshore structure, it can save a relatively large cost.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 풍력 발전 단지의 시스템을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 변전소 내 변압기의 고장 발생 상황을 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 변전소 내 제어기의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍속의 확률 분포 및 풍력 터빈의 출력 특성을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 풍력 발전 단지의 전체 출력에 대한 확률 밀도를 도시하는 도면,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 변전소에서 소모되는 모든 비용을 최소화하기 위해 변압기의 개수 및 용량을 결정하기 위한 절차를 도시하는 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a system of an offshore wind farm according to a preferred embodiment of the present invention;
2 is a view showing a fault occurrence situation of a transformer in a marine substation according to a preferred embodiment of the present invention,
3 is a block diagram of a controller in a maritime substation according to a preferred embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a probability distribution of wind speed and output characteristics of a wind turbine according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 5 is a graph showing a probability density for the total output of a offshore wind farm according to a preferred embodiment of the present invention,
6 is a diagram illustrating a procedure for determining the number and capacity of a transformer to minimize all the expenditure in a marine substation according to a preferred embodiment of the present invention;

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.

본 문서에서, “가진다,” “가질 수 있다,”“포함한다,” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this document, the expressions " having, " " having, " " comprising, " or &Quot;, and does not exclude the presence of additional features.

본 문서에서, “A 또는 B,”“A 또는/및 B 중 적어도 하나,”또는 “A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상”등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, “A 또는 B,” “ A 및 B 중 적어도 하나,”또는 “ A 또는 B 중 적어도 하나”는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.In this document, the expressions "A or B," "at least one of A or / and B," or "one or more of A and / or B," etc. may include all possible combinations of the listed items . For example, "A or B," "at least one of A and B," or "at least one of A or B" includes (1) at least one A, (2) Or (3) at least one A and at least one B all together.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 풍력 발전 단지의 시스템을 도시하고 있다.1 shows a system of an offshore wind farm according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 해상 풍력 발전 단지(100)는 해상 풍력 터빈(101), 해상 변전소(103), 송전 케이블(105), 공통 연결점(PCC: Point of Common Coupling)(107)을 포함한다.1, an offshore wind power plant 100 includes an offshore wind turbine 101, a marine substation 103, a transmission cable 105, and a common point of connection (PCC) 107.

해상 풍력 터빈(101)은 바람의 운동 에너지인 풍력 에너지를 기계적 에너지인 전력으로 변환시키는 회전 기구를 의미한다. 본 발명의 실시 예에 따른 해상 풍력 발전 단지(100)는 적어도 하나의 해상 풍력 터빈(101)을 포함할 수 있으며, 도 1에 도시된 바와 같이, 배열 형태로 배치된 다수 개의 해상 풍력 터빈(101)을 포함할 수도 있다. 해상 풍력 터빈(101)은 바람의 운동 에너지인 풍력 에너지를 기계적 에너지인 전력으로 변환시킨 후, 변환된 전력을 해상 변전소(103)로 전송할 수 있다.The offshore wind turbine 101 refers to a rotating mechanism that converts wind energy, which is kinetic energy of the wind, into power, which is mechanical energy. The offshore wind farm 100 according to an embodiment of the present invention may include at least one offshore wind turbine 101 and may include a plurality of offshore wind turbines 101 ). The offshore wind turbine 101 can convert the wind energy, which is the kinetic energy of the wind, into the mechanical energy, and then transmit the converted power to the offshore substation 103.

해상 변전소(103)는 해상 풍력 터빈(101)으로부터 수신된 전력을 송전 케이블(105)을 통해 공통 연결점(107)으로 전송하기 위한 장치를 포함하는 시설을 의미한다. 해상 변전소(103)는 해상 풍력 터빈(101)으로부터 수신된 전력이 공통 연결점(107)으로 전송되는 동안 발생되는 전력 손실이 최소화되도록 전압 및 전류를 변환시킬 수 있다. 본 발명의 실시 에에 따른 해상 변전소(103)는 해상 변전소(103)에서 소모되는 모든 비용을 최소화하기 위한 용량을 가지는 적어도 하나의 변압기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 해상 변전소(103)는 해상 변전소(103)에서 소모되는 모든 비용을 최소화하기 위해, 용량이 100%인 하나의 변압기를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 해상 변전소(103)는 해상 변전소(103)에서 소모되는 모든 비용을 최소화하기 위해, 용량이 50%인 두 개의 변압기를 포함할 수 있다. The maritime substation 103 means a facility including an apparatus for transmitting the power received from the offshore wind turbine 101 to the common connection point 107 via the transmission cable 105. [ The offshore substation 103 may convert the voltage and current so that the power loss generated while the power received from the offshore wind turbine 101 is transmitted to the common connection point 107 is minimized. The marine substation 103 according to the embodiment of the present invention may include at least one transformer having a capacity for minimizing all the expenditure in the marine substation 103. [ For example, the offshore substation 103 may include one transformer with a capacity of 100% in order to minimize all the expenditure in the offshore substation 103. [ As another example, the maritime substation 103 may include two transformers with a capacity of 50% in order to minimize all the costs consumed in the marine substation 103.

공통 연결점(107)은 적어도 하나의 전력 수요자에게 전력을 공급하기 위한 네트워크 지점으로써, 해상 변전소로부터 수신된 전력을 송전 케이블(105)을 통해 전력 수요자에게 전송할 수 있다.The common connection point 107 is a network point for supplying power to at least one power consumer, and can transmit the power received from the maritime substation to the power consumer through the transmission cable 105.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 변전소 내 변압기의 고장 발생 상황을 도시하고 있다. FIG. 2 illustrates a fault occurrence situation of a transformer in a marine substation according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 해상 변전소 내 변압기(200)는 두 개의 코일(제 1 코일(201) 및 제 2 코일(203))을 포함한다. 만약, 변압기(200)에 포함된 두 개의 코일 중 하나의 코일이 고장으로 인해 사용이 불가능한 경우, 해상 변전소 내 변압기(200)는 고장으로 인해 사용이 불가능한 코일을 제외한 나머지 코일을 통해서만 전류를 전송하게 되므로, 변압기의 전송 가능한 용량이 감소될 수 있다. 예를 들어, 변압기(200)에 포함된 제 1 코일(201) 및 제 2 코일(203) 중에서, 제 2 코일(203)이 고장으로 인해 사용이 불가능한 경우, 해상 변전소 내 변압기(200)는 제 1 코일(201)만을 통해 전류를 전송할 수 있으므로, 제 1 코일(201) 및 제 2 코일(203)을 통해 전류를 전송하는 경우에 비해 전체 전송 용량이 감소될 수 있다. 2, a transformer 200 in a marine substation includes two coils (a first coil 201 and a second coil 203). If one coil of the two coils included in the transformer 200 can not be used due to a failure, the transformer 200 in the transformer 200 transmits current only through the coils other than the unusable coil due to the failure So that the transferable capacity of the transformer can be reduced. For example, if the second coil 203 of the first coil 201 and the second coil 203 included in the transformer 200 can not be used due to a failure, the transformer 200 in the off- Since the current can be transmitted only through the first coil 201 and the second coil 203, the total transmission capacity can be reduced as compared with the case where current is transmitted through the first coil 201 and the second coil 203. [

이하에서는 상술한 바와 같이 변압기 고장에 따른 영향 및 해상 변전소 설치에 대한 초기 투자 비용을 함께 고려한 해상 변전소의 변압기의 최적 개수 및 최적 용량을 결정하는 방법에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a method for determining the optimal number and optimum capacity of a transformer in a marine substation considering the influence of a transformer failure and the initial investment cost for installation of a marine substation will be described.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 변전소 내 제어기의 블록 구성을 도시하고 있다.3 shows a block diagram of a controller in a maritime substation according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 해상 변전소 내 제어기(300)는 초기 투자 비용 결정부(301), 운영 비용 결정부(303), 신뢰도 비용 결정부(305), 목적 함수 결정부(307), 변압기 개수 및 용량 결정부(309)를 포함할 수 있다.3, the controller 300 in the marine substation includes an initial investment cost determination unit 301, an operation cost determination unit 303, a reliability cost determination unit 305, an objective function determination unit 307, And a capacity determining unit 309. [

초기 투자 비용 결정부(301)는 변압기 설비 및 설치 비용, 주변 설비 비용, 해상 변전소 구조물(플랫폼) 비용을 기반으로 초기 투자 비용을 결정할 수 있다. 초기 투자 비용을 결정하는 구체적인 방법에 대해서는 이하 도 6에서 자세히 설명하도록 한다.The initial investment cost determination unit 301 can determine the initial investment cost based on the transformer equipment and installation cost, the cost of the peripheral equipment, and the cost of the marine substation structure (platform). A specific method for determining the initial investment cost will be described later in detail with reference to FIG.

운영 비용 결정부(303)는 변압기의 손실 비용 및 유지 보수 비용을 기반으로 운영 비용을 결정할 수 있다. 이때, 유지 보수 비용은 변압기 고장에 따른 수리 비용 및 점검 비용을 포함할 수 있다. 운영 비용을 결정하는 구체적인 방법에 대해서는 이하 도 6에서 자세히 설명하도록 한다.The operating cost determining unit 303 can determine the operating cost based on the loss cost of the transformer and the maintenance cost. At this time, the maintenance cost may include the repair cost and the inspection cost due to the breakdown of the transformer. A specific method for determining the operating cost will be described in detail in FIG. 6 below.

신뢰도 비용 결정부(305)는 해상 변전소의 변압기 고장으로 인한 손실 비용 및 변압기 교체 기간 동안 전송하지 못한 공급 지장 에너지 비용을 기반으로 신뢰도 비용을 결정할 수 있다. 신뢰도 비용을 결정하는 구체적인 방법에 대해서는 이하 도 6에서 자세히 설명하도록 한다.The reliability cost determining unit 305 can determine the reliability cost based on the loss cost due to the transformer failure of the marine substation and the supply failure energy cost that can not be transmitted during the transformer replacement period. A specific method for determining the reliability cost will be described later in detail with reference to FIG.

목적 함수 결정부(307)는 초기 투자 비용 결정부(301)에서 결정된 초기 투자 비용, 운영 비용 결정부(303)에서 결정된 운영 비용, 신뢰도 비용 결정부(305)에서 결정된 신뢰도 비용을 기반으로 해상 풍력 발전 단지의 전체 비용을 결정하기 위한 목적 함수를 결정할 수 있다. 목적 함수를 결정하는 방법에 대해서도 이하 도 6에서 자세히 설명하도록 한다.Based on the initial investment cost determined by the initial investment cost determination unit 301, the operating cost determined by the operating cost determination unit 303, and the reliability cost determined by the reliability cost determination unit 305, the objective function determination unit 307 determines The objective function for determining the overall cost of the power generation complex can be determined. A method for determining the objective function will also be described in detail with reference to FIG.

변압기 개수 및 용량 결정부(309)는 변전소에 미리 설정된 여유도(redundancy)를 고려하여, 설치 가능한 변압기의 적어도 하나의 개수를 결정하고, 결정된 개수 중에서 목적 함수 대입 시, 최소 비용이 산출되는 개수를 최적의 변압기 개수로 결정할 수 있다.The transformer number and capacity determining unit 309 determines at least one number of installable transformers considering redundancy preset in the substation and calculates the number of calculated minimum costs at the time of substituting the objective function among the determined numbers It can be determined by the number of optimal transformers.

또한, 변압기 개수 및 용량 결정부(309)는 각각의 변압기 용량을 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량을 기준으로 결정할 수 있다. 이때, 변압기 개수 및 용량 결정부(309)는 각각의 변압기 용량의 합이 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량과 동일하도록 결정할 수 있다. Furthermore, the transformer number and capacity determining unit 309 can determine the capacity of each transformer based on the total capacity of the offshore wind farm. At this time, the transformer number and capacity determining unit 309 can determine that the sum of the respective transformer capacities is equal to the total capacity of the offshore wind farm.

상술한 제어기(300)는 설계 방법에 따라, 해상 변전소 내에 구비되거나 혹은 해상 변전소의 영역이 아닌 다른 영역에 별도의 장치로 구비될 수 있다.The controller 300 may be provided in the maritime substation or may be provided as a separate device in a region other than the maritime substation depending on the design method.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍속의 확률 분포 및 풍력 터빈의 출력 특성을 도시하고 있다.FIG. 4 shows a probability distribution of wind speed and output characteristics of a wind turbine according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 해상 풍력 단지 지역 내 풍속의 확률 분포 및 해상 풍력 단지 내 풍력 터빈의 출력 특성은 그래프에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 4, the probability distribution of the wind speed in the offshore wind farm complex and the output characteristics of the wind turbine in offshore wind farm can be represented as shown in the graph.

일반적으로, 해상 풍력 발전 단지에서의 출력의 크기는 일정하지 않으며, 풍속에 따라 출력의 크기가 결정될 수 있다. 다시 말해. 해상 풍력 발전 단지의 출력은 풍속에 따라 결정될 수 있고, 해상 풍력 발전 단지의 전체 출력의 분포는 풍속의 분포에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 풍속에 대한 확률 분포를 결정해야 하며, 풍속에 대한 확률 분포는 와이불(Weibull) 분포 함수를 이용하여 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Generally, the magnitude of the output at the offshore wind farm is not constant, and the magnitude of the output can be determined by the wind speed. In other words. The output of the offshore wind farm can be determined according to the wind speed, and the distribution of the total output of the offshore wind farm can be determined according to the distribution of the wind speed. Therefore, a probability distribution with respect to the wind speed should be determined, and a probability distribution with respect to the wind speed can be expressed by the following Equation 1 using a Weibull distribution function.

Figure 112015044205038-pat00001
Figure 112015044205038-pat00001

이때, Prob(v)는 풍속 v의 확률을 의미하고, k는 무차원 형상 파라미터의 분포(Dimensionless shape parameter of distribution)를 의미하고, A는 크기 파라미터(Scale parameter)를 의미한다. In this case, Prob (v) means the probability of the wind speed v, k means the dimensionless shape parameter of distribution, and A means the scale parameter.

해상 풍력 터빈은 풍속의 범위에 따라 서로 다른 출력 특성을 나타낼 수 있다. 풍속의 범위에 따른 출력 특성은 아래의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Offshore wind turbines can exhibit different output characteristics depending on the range of wind speed. The output characteristic according to the range of the wind speed can be expressed by the following equation (2).

Figure 112015044205038-pat00002
Figure 112015044205038-pat00002

이때, PWT(v)는 풍속 v에서의 출력(MW)을 의미하고, ρ는 공기 밀도(Air density)(kg/m3)를 의미하며, As는 회전 날 면적(Blade sweep area)(m2)을 의미하고, CP는 풍력 터빈의 성능 계수(Coefficient of performance of the turbine)를 의미한다. 또한,

Figure 112015044205038-pat00003
은 전송 효율(Transmission efficiency)을 의미하며,
Figure 112015044205038-pat00004
는 발전기 효율을 의미한다. 더하여, Vc는 시동 풍속(Cut in wind speed)(m/s)을 의미하고, Vf는 종단 풍속(Cut out wind speed)(m/s)을 의미하며, Vr은 정격 풍속(rated wind speed)(m/s)을 의미한다. 여기서, 시동 풍속이란 풍력 터빈이 발전을 개시할때의 풍속을 의미한다. 종단 풍속이란 풍력 터빈이 과부하되지 않도록 하기 위해, 발전을 정지해야하는 시점의 풍속을 의미한다. 또한, 정격 풍속이란 풍력 모터에 설계 동력을 발생시킬 수 있는 최소 풍력을 의미한다.In this case, P WT (v) denotes the output (MW) at the wind speed v, ρ denotes the air density (kg / m 3 ), A s denotes the blade sweep area m 2 ), and C P means the coefficient of performance of the wind turbine. Also,
Figure 112015044205038-pat00003
Means a transmission efficiency,
Figure 112015044205038-pat00004
Means the generator efficiency. In addition, V c means cut in wind speed (m / s), V f means cut out wind speed (m / s), V r means rated wind speed speed (m / s). Here, the starting wind speed means the wind speed at which the wind turbine starts generating power. The term wind velocity refers to the wind speed at which power generation should be stopped in order to prevent the wind turbine from being overloaded. In addition, the rated wind speed means the minimum wind power that can generate the design power for the wind power motor.

도 4에 도시된 바와 같이, 풍력 터빈이 시동 풍속 미만의 풍속의 영향을 받거나 혹은 종단 풍속 이상의 풍속의 영향을 받는 경우, 풍력 터빈의 출력은 0이 되고, 정격 풍속 이상, 종단 풍속 이하의 풍속의 영향을 받는 경우, 풍력 터빈은 정격 출력을 발생시킬 수 있다. 만약, 해상 풍력 단지 내 모든 풍력 터빈이 동일한 풍속의 영향을 받는다면, 해상 풍력 발전 단지의 전체 출력은 풍력 터빈 하나의 출력에 풍력 터빈의 전체 개수를 곱하여 결정할 수 있다. As shown in FIG. 4, when the wind turbine is influenced by the wind speed below the starting wind speed or by the wind speed above the terminal wind speed, the output of the wind turbine becomes zero, and the wind speed of not less than the rated wind speed, If affected, the wind turbine can generate a rated output. If all wind turbines in an offshore wind farm are affected by the same wind speed, the total output of the offshore wind farm can be determined by multiplying the total output of the wind turbine by the total number of wind turbines.

이를 고려한 해상 풍력 발전 단지 전체 출력의 확률 밀도는 도 5에 도시된 바와 같이 나타낼 수 있다.The probability density of the total output of the offshore wind power plant considering this can be represented as shown in FIG.

도 5에 도시된 바와 같이, 해상 풍력 발전 단지의 출력이 이산적인 특징을 나타내는 경우는, 해상 풍력 발전 단지의 출력이 0인 경우와 정격 출력(Rated output)인 경우이다. 예를 들어, 풍속이 시동 풍속(cut-in wind speed) 미만이거나 혹은 종단 풍속(cut-out wind speed) 이상인 경우, 출력이 발생하지 않고(출력=0), 풍속이 정격 풍속과 종단 풍속 사이의 범위에 포함되는 경우, 정격 출력이 발생할 수 있다. 상술한 두 가지의 경우에 대한 확률이 상대적으로 높게 나타날 수 있다. 이때, 두 확률 사이에 존재하는 연속적인 확률은 시동 풍속과 정격 풍속 사이에서 발생하는 해상 풍력 단지의 출력을 나타낸다. 특히, 두 확률 사이의 범위에서는 풍력 터빈의 출력 특성에 따라 해상 풍력 단지의 출력이 결정될 수 있다. 이와 같은 특징을 기반으로 풍력 발전 단지의 평균 출력은 아래의 수학식 3을 이용하여 결정할 수 있다.As shown in Fig. 5, when the output of the offshore wind farm is discrete, the output of the offshore wind farm is 0 and the rated output. For example, if the wind speed is below the cut-in wind speed or above the cut-out wind speed, no output occurs (output = 0) and the wind speed is between the rated wind speed and the terminal wind speed If it is included in the range, rated output may occur. The probability of the above two cases may be relatively high. At this time, the continuous probability existing between the two probabilities represents the output of the offshore wind farm occurring between the starting wind speed and the rated wind speed. In particular, in the range between the two probabilities, the output of the offshore wind farm can be determined depending on the output characteristics of the wind turbine. Based on this characteristic, the average output power of the wind power generator complex can be determined using Equation (3) below.

Figure 112015044205038-pat00005
Figure 112015044205038-pat00005

이때, Pavg는 풍력 발전 단지의 평균 출력(MW)를 의미하고, PWT는 풍력 발전 단지의 정격 용량(MW)을 의미한다. 또한, x는 풍력 터빈의 출력(MW)을 의미하고 fp(x)는 출력 x의 확률을 의미한다.In this case, P avg denotes the average output (MW) of the wind power generation complex, and P WT denotes the rated capacity (MW) of the wind power generation complex. Also, x means the output (MW) of the wind turbine and f p (x) means the probability of the output x.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해상 변전소에서 소모되는 모든 비용을 최소화하기 위해 변압기의 개수 및 용량을 결정하기 위한 절차를 도시하고 있다.FIG. 6 shows a procedure for determining the number and capacity of a transformer to minimize all the expenditure in a maritime substation according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 제어기는 601단계에서 초기 투자 비용을 결정할 수 있다. 이때, 초기 투자 비용은 해상 풍력 발전 단지의 해상 변전소 구성에 대한 비용을 의미하며, 변압기 설비 및 설치 비용, 주변 설비 비용, 해상 변전소 구조물(플랫폼) 비용 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 6, in step 601, the controller may determine an initial investment cost. In this case, the initial investment cost refers to the cost of the offshore wind power plant's offshore substation configuration, and may include at least one of the transformer facility and installation cost, the peripheral equipment cost, and the offshore substructure (platform) cost.

본 발명의 실시 예에 따른 초기 투자 비용(Cinv)은 아래의 수학식 4를 이용하여 결정될 수 있다.The initial investment cost C inv in accordance with the embodiment of the present invention can be determined using Equation (4) below.

Figure 112015044205038-pat00006
Figure 112015044205038-pat00006

이때, αN은 다수의 변압기 설치에 대한 조정률을 나타낸다. 예를 들어, 변압기 2개를 설치할 경우, 조정률은 130%일 수 있다. 다른 예를 들어, 변압기 3개를 설치할 경우, 조정률은 160%일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 개수와 조정률은 상술한 예에 제한되지 않고, 서로 다르게 매칭될 수도 있다. 또한, CostTR은 변압기 설비 비용을 나타내고, CostOP는 해상 변전소 내 구조물 비용을 의미한다.At this time, α N represents the adjustment ratio for a plurality of transformer installations. For example, if two transformers are installed, the rate of adjustment may be 130%. For another example, if three transformers are installed, the adjustment rate may be 160%. The number of transformers and the adjustment ratio according to the embodiment of the present invention are not limited to the above-described examples, and may be matched differently. Cost TR represents the cost of the transformer installation, and Cost OP represents the cost of the structure within the marine substation.

본 발명의 실시 예에 따른 변압기 설비 비용(CostTR)은 아래의 수학식 5를 이용하여 결정할 수 있다.The cost TR of the transformer according to the embodiment of the present invention can be determined using Equation (5) below.

Figure 112015044205038-pat00007
Figure 112015044205038-pat00007

이때, At는 오프셋 상수(offset constant) 값 -1.5244 ×108을 의미하고, Bt는 슬로프 상수(slop constant) 값 2.7043 ×105을 의미한다. 또한, α는 지수(exponent) 값으로 0.4473을 의미하고, Srated는 변압기의 총 정격용량(VA)을 의미한다.At this time, A t means an offset constant value of -1.5244 × 10 8 , and B t means a slop constant value of 2.7043 × 10 5 . Also, α means 0.4473 as an exponent value, and S rated means the total rated capacity (VA) of the transformer.

본 발명의 실시 예에 따른 변압기 설치 및 주변 설비 비용은 상술한 수학식으로 계산된 변압기 설비 비용의 50%로 결정될 수 있다.The transformer installation and peripheral equipment cost according to an embodiment of the present invention can be determined to be 50% of the transformer equipment cost calculated by the above equation.

본 발명의 실시 예에 따른 해상변전소 구조물 비용(CostOP)은 아래의 수학식 6을 이용하여 결정될 수 있다.The cost substructure cost (Cost OP ) according to the embodiment of the present invention can be determined using Equation (6) below.

Figure 112015044205038-pat00008
Figure 112015044205038-pat00008

이때, AP는 오프셋 상수(offset constant) 값 2.5238 ×109을 의미하고, BP는 슬로프 상수(slop constant) 값 88.333을 의미한다.At this time, A P means an offset constant value of 2.5238 × 10 9 , and B P means a slop constant value of 88.333.

이후, 제어기는 603단계로 진행하여 운영 비용을 결정할 수 있다. 이때, 운영 비용은 변압기의 손실 비용 및 유지 보수 비용 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 유지 보수 비용은 변압기 고장에 따른 수리 비용 및 점검 비용 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Thereafter, the controller may proceed to step 603 to determine the operating cost. At this time, the operating cost may include at least one of the loss cost of the transformer and the maintenance cost, and the maintenance cost may include at least one of the repair cost and the inspection cost due to the transformer failure.

본 발명의 실시 예에 따른 운영 비용(Costoperation)은 아래의 수학식 7과 같이 결정될 수 있다.The cost operation according to the embodiment of the present invention can be determined as shown in Equation (7) below.

Figure 112015044205038-pat00009
Figure 112015044205038-pat00009

이때, Closs는 변압기 손실 비용을 의미하고, Cr/m은 유지 보수 비용을 의미한다. 본 발명의 실시 예에 따른 변압기 손실 비용(CostTR)은 풍력 터빈에서 생산된 전력이 변압기를 통과하며 발생되는 손실을 의미하며, 아래의 수학식 8을 이용하여 결정될 수 있다.In this case, C loss means the cost of transformer loss, and C r / m means maintenance cost. The cost loss ratio (Cost TR ) of the transformer according to the embodiment of the present invention means a loss generated when the power produced by the wind turbine passes through the transformer, and can be determined using Equation (8) below.

Figure 112015044205038-pat00010
Figure 112015044205038-pat00010

이때, Ce는 전력의 판매 단가를 의미하고, N은 변압기의 개수를 의미한다. 또한, Sn은 변압기 정격용량을 의미하고, Sin은 변압기 입력 전력을 의미한다. 더하여, P0는 무부하 손실 파라미터(pu)를 의미하고, P1은 부하 손실 파라미터(pu)를 의미하며, P0와 P1은 아래의 수학식 9 및 10과 같이 결정될 수 있다.In this case, C e means the selling unit price of electric power, and N means the number of transformers. In addition, S n means the transformer rated capacity and S in means the transformer input power. In addition, P 0 denotes the no-load loss parameter (pu), P 1 denotes the load loss parameter (pu), and P 0 and P 1 can be determined according to the following equations (9) and (10).

Figure 112015044205038-pat00011
Figure 112015044205038-pat00011

Figure 112015044205038-pat00012
Figure 112015044205038-pat00012

본 발명의 실시 예에 따른 유지 보수 비용(Costr/m)은 변압기 고장에 따른 수리 비용 및 점검 비용을 포함하며, 아래의 수학식 11을 이용하여 결정될 수 있다.The maintenance cost Cost r / m according to the embodiment of the present invention includes the repair cost and the inspection cost due to the failure of the transformer, and can be determined using Equation (11) below.

Figure 112015044205038-pat00013
Figure 112015044205038-pat00013

이때, Crepair는 변압기 1회 고장시 예상되는 수리 비용(억원/회)을 의미하고, Cmt는 변압기에 대한 연간 점검 비용(억원/회)을 의미하며, λ는 변압기 고장률(회/년)을 의미한다.In this case, C repair refers to the expected repair cost (100 million won / year) in case of failure of one transformer, C mt means the yearly inspection cost (100 million won / .

이후, 제어기는 605단계로 진행하여 신뢰도 비용을 결정할 수 있다. 이때, 신뢰도 비용은 해상 변전소의 변압기 고장으로 인한 수리 비용, 변압기 고장으로 인한 손실 비용 및 변압기 교체 기간 동안 전송하지 못한 공급 지장 에너지 비용 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 변압기 고장 시, 변압기 용량이 송전 가용량에 미치지 못하기 때문에, 풍력 터빈에서 전기를 생산하더라도 생산된 전기를 육상으로 전송하지 못하는 상황이 발생되게 되어, 변압기 고장으로 인한 손실 비용이 발생할 수 있다.Thereafter, the controller may proceed to step 605 to determine the reliability cost. At this time, the reliability cost may include at least one of the repair cost due to the transformer failure of the marine substation, the loss cost due to the failure of the transformer, and the supply failure energy cost that can not be transmitted during the transformer replacement period. For example, in the event of a transformer failure, the transformer capacity does not reach the transmission capacity, so that even if the wind turbine produces electricity, the generated electricity can not be transferred to the land, resulting in loss of costs due to transformer failure .

본 발명의 실시 예에 따른 신뢰도 비용(CostEENS)은 아래의 수학식 12를 이용하여 결정될 수 있다.The reliability cost (Cost EENS ) according to the embodiment of the present invention can be determined using Equation (12) below.

Figure 112015044205038-pat00014
Figure 112015044205038-pat00014

이때, Punavail은 변압기 i개의 비가용 확률을 의미하며, 변압기의 비가용 확률 Punvail(i)은 아래의 수학식 13을 이용하여 결정될 수 있다.In this case, P unavail means the unavailability probability of the transformer i, and the unavailability probability P unvail (i) of the transformer can be determined using the following equation (13).

Figure 112015044205038-pat00015
Figure 112015044205038-pat00015

여기서, λi는 변압기 i개의 고장률(회/년)을 의미하고, μi는 변압기 i개의 수리율(회/년)을 의미한다.Here, λ i denotes the failure rate (times / year) of the transformer i, and μ i denotes the repair rate (times / year) of the transformer i.

이후, 제어기는 607단계로 진행하여, 결정된 초기 투자 비용, 운영 비용 및 신뢰도 비용을 기반으로 목적 함수를 결정할 수 있다. 특히, 제어기는 운영 비용 및 신뢰도 비용 결정 시, 해상 풍력 발전 단지의 수명과 할인율을 고려하여, 초기 투자 비용이 발생하는 시점을 기준으로 결정할 수 있다.Thereafter, the controller proceeds to step 607 and may determine an objective function based on the determined initial investment cost, operating cost, and reliability cost. In particular, the controller can determine the operating cost and the reliability cost based on the point of time when the initial investment cost occurs, considering the lifetime of the offshore wind farm and the discount rate.

본 발명의 실시 예에 따른 목적 함수는 아래의 수학식 14를 이용하여 결정될 수 있다.The objective function according to the embodiment of the present invention can be determined using Equation (14) below.

Figure 112015044205038-pat00016
Figure 112015044205038-pat00016

이때, L은 해상 풍력 발전 단지의 수명(년)을 의미하고, R은 할인율(%)을 의미한다.In this case, L represents the lifetime (years) of the offshore wind farm and R represents the discount rate (%).

이후, 제어기는 609단계로 진행하여, 결정된 목적 함수를 기반으로 변압기의 개수 및 용량을 결정할 수 있다.Thereafter, the controller may proceed to step 609 to determine the number and capacity of the transformer based on the determined objective function.

먼저, 제어기는 변전소의 여유도를 고려하여 변전소 내에 설치 가능한 변압기 개수를 적어도 하나 제안하고, 제안된 적어도 하나의 개수 중에서 목적 함수 대입 시, 최소 비용이 산출되는 개수를 최적의 변압기 개수로 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 변전소의 여유도 고려 시, 변전소 내에 설치 가능한 변압기의 개수가 1개, 2개 및 3개인 경우, 변압기 개수를 1개로 설정했을 때의 목적 함수 비용을 결정하고, 변압기 개수를 2개로 설정했을 때의 목적 함수의 비용을 결정하고, 변압기의 개수를 3개로 설정했을 때의 목적 함수 비용을 결정한 후, 결정된 세 개의 목적 함수 비용 중에서 최소 비용이 산출되는 변압기 개수를 최적의 변압기 개수로 결정할 수 있다. 다른 예를 들어, 제어기는 변전소의 여유도 고려 시, 변전소 내에 설치 가능한 변압기의 개수가 3개 및 4개인 경우, 변압기 개수를 3개로 설정했을 때의 목적 함수의 비용을 결정하고, 변압기의 개수를 4개로 설정했을 때의 목적 함수 비용을 결정한 후, 결정된 두 개의 목적 함수 비용 중에서 최소 비용이 산출되는 변압기 개수를 최적의 변압기 개수로 결정할 수 있다.First, the controller proposes at least one number of transformers that can be installed in the substation considering the margin of the substation, and the number of the minimum cost calculated at the time of substituting the objective function among the proposed at least one number can be determined as the optimum number of transformers . For example, considering the margin of the substation, the controller determines the objective function cost when the number of transformers that can be installed in the substation is 1, 2, and 3, and sets the number of transformers to 1, The cost of the objective function when the number of transformers is set to two is determined and the objective function cost when the number of transformers is set to three is determined and then the number of transformers in which the minimum cost is calculated among the three objective function costs determined is set as the optimal number of transformers . For another example, when considering the margin of the substation, the controller determines the cost of the objective function when the number of transformers that can be installed in the substation is 3 and 4, and the number of transformers is set to 3, After determining the objective function cost when it is set to four, the number of transformers in which the minimum cost is calculated from the two determined objective function costs can be determined as the optimum number of transformers.

또한, 제어기는 각각의 변압기 용량을 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량 및 변압기의 개수를 기준으로 결정할 수 있으며, 변압기의 수량은 3대 이하로 결정할 수 있다. 제어기는 변압기 용량 결정 시, 변압기 제조사 혹은 전력 회사의 표준 용량에 가장 가까운 용량을 참고하여 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 변압기 개수 및 용량을 아래의 표 1과 같이 결정할 수 있다.In addition, the controller can determine the capacity of each transformer based on the total capacity of the offshore wind farm and the number of transformers, and the number of transformers can be determined to be three or less. The controller can be determined by referring to the capacity closest to the standard capacity of the transformer manufacturer or utility when determining the transformer capacity. For example, the controller can determine the number and capacity of transformers as shown in Table 1 below.

casecase 변압기 개수 및 각 변압기의 용량Number of transformers and capacity of each transformer 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량Total capacity of offshore wind farms 1One 변압기 1개, 100% 용량1 transformer, 100% capacity 100%100% 22 변압기 2개, 50% 용량2 transformers, 50% capacity 100%100% 33 변압기 2개, 60% 용량2 transformers, 60% capacity 120%120% 44 변압기 2개, 70% 용량2 transformers, 70% capacity 140%140% 55 변압기 2개, 80% 용량2 transformers, 80% capacity 160%160% 66 변압기 2개, 100% 용량2 transformers, 100% capacity 200%200% 77 변압기 3개, 34% 용량3 transformers, 34% capacity 102%102% 88 변압기 3개, 40% 용량3 transformers, 40% capacity 120%120% 99 변압기 3개, 50% 용량3 transformers, 50% capacity 150%150%

예를 들어, 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량이 100%이고, 변압기의 개수가 1개인 경우, 변압기의 용량은 100%일 수 있다. 다른 예를 들어, 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량이 100%이고, 변압기의 개수가 2개인 경우, 2개의 변압기 각각의 용량은 50%일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량이 120%이고, 변압기의 개수가 2개인 경우, 2개의 변압기 각각의 용량은 60%일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량이 140%이고, 변압기의 개수가 2개인 경우, 2개의 변압기 각각의 용량은 70%일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량이 160%이고, 변압기의 개수가 2개인 경우, 2개의 변압기 각각의 용량은 80%일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량이 200%이고, 변압기의 개수가 2개인 경우, 2개의 변압기 각각의 용량은 100%일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량이 102%이고, 변압기의 개수가 3개인 경우, 3개의 변압기 각각의 용량은 34%일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량이 120%이고, 변압기의 개수가 3개인 경우, 3개의 변압기 각각의 용량은 40%일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량이 150%이고, 변압기의 개수가 3개인 경우, 3개의 변압기 각각의 용량은 50%일 수 있다.For example, if the total capacity of an offshore wind farm is 100% and the number of transformers is one, the capacity of the transformer may be 100%. For another example, if the total capacity of the offshore wind farm is 100% and the number of transformers is two, the capacity of each of the two transformers may be 50%. As another example, if the total capacity of the offshore wind farm is 120% and the number of transformers is two, the capacity of each of the two transformers may be 60%. As another example, if the total capacity of an offshore wind farm is 140% and the number of transformers is two, the capacity of each of the two transformers may be 70%. As another example, if the total capacity of an offshore wind farm is 160% and the number of transformers is two, the capacity of each of the two transformers may be 80%. As another example, if the total capacity of an offshore wind farm is 200% and the number of transformers is two, the capacity of each of the two transformers may be 100%. For another example, if the total capacity of the offshore wind farm is 102% and the number of transformers is three, the capacity of each of the three transformers may be 34%. As another example, if the total capacity of an offshore wind farm is 120% and the number of transformers is three, the capacity of each of the three transformers may be 40%. As another example, if the total capacity of an offshore wind farm is 150% and the number of transformers is three, the capacity of each of the three transformers may be 50%.

상술한 기술들은 애플리케이션으로 구현되거나 다양한 컴퓨터 구성요소를 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령어의 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 프로그램 명령어, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.The techniques described above may be implemented in an application or may be implemented in the form of program instructions that may be executed through various computer components and recorded in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium may include program commands, data files, data structures, and the like, alone or in combination.

상기 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되는 프로그램 명령어는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거니와 컴퓨터 소프트웨어 분야의 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.The program instructions recorded on the computer-readable recording medium may be ones that are specially designed and configured for the present invention and are known and available to those skilled in the art of computer software.

컴퓨터 판독 가능한 기록 매체의 예에는, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD 와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 ROM, RAM, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령어를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floptical disks, media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as ROM, RAM, flash memory, and the like.

프로그램 명령어의 예에는, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드도 포함된다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명에 따른 처리를 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Examples of program instructions include machine language code such as those generated by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules for performing the processing according to the present invention, and vice versa.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.

Claims (11)

해상 풍력 발전 단지에 대한 초기 투자 비용, 운영 비용 및 신뢰도 비용을 기반으로 목적 함수를 결정하는 목적 함수 결정부와,
상기 해상 풍력 발전 단지 내 해상 변전소의 여유도를 기반으로 설치 가능한 변압기의 적어도 하나의 개수를 결정하고, 상기 적어도 하나의 개수 중에서 상기 목적 함수의 값이 최소가 되는 하나의 개수를 선택한 후, 상기 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량 및 상기 선택된 개수를 기반으로 각 변압기의 용량을 결정하는 변압기 개수 및 용량 결정부를 포함하되,
상기 목적 함수 결정부는,
상기 초기 투자 비용에 운영 비용과 신뢰도 비용을 합산하여 목적 함수를 결정하되, 상기 운영 비용과 신뢰도 비용은 초기 투자 비용이 발생하는 시점을 기준으로 해상 풍력 단지의 수명과 할인율에 따라 결정되며,
상기 목적 함수는 아래의 수식으로 정의되는 것인 전자 장치.
<수식>
Figure 112016113086314-pat00023

여기서, L은 해상 풍력 발전 단지의 수명(년)을 의미하고, R은 할인율(%), Cinv은 초기 투자 비용, Costoperation은 운영 비용, CostEESN은 신뢰도 비용을 의미함.
An objective function determination unit for determining an objective function based on an initial investment cost, an operation cost, and a reliability cost for an offshore wind power plant;
Determining at least one number of installable transformers based on margins of a maritime substation in the offshore wind power generation complex, selecting one number from among the at least one number to minimize the value of the objective function, And a transformer number and capacity determination unit for determining the capacity of each transformer based on the total capacity of the wind power generation complex and the selected number,
Wherein the objective function determination unit comprises:
The operating cost and the reliability cost are determined based on the lifetime and the discount rate of the offshore wind farm based on the time point of the initial investment cost,
Wherein the objective function is defined by the following equation.
<Formula>
Figure 112016113086314-pat00023

L is the lifetime (years) of the offshore wind farm, R is the discount rate (%), C inv is the initial investment cost, Cost operation is the operating cost, and Cost EESN is the reliability cost.
제 1 항에 있어서,
초기 투자 비용 결정부를 더 포함하며,
상기 초기 투자 비용 결정부는 변압기 설비 비용, 다수의 변압기 설치에 대한 조정률, 변압기 설치 비용, 주변 설비 비용, 및 해상 변전소 구조물 비용 중 적어도 하나를 기반으로 초기 투자 비용을 결정하며,
상기 변압기 설비 비용은 제 1 오프셋 상수(Offset constant), 제 1 슬로프 상수(Slop constant), 지수(Exponent), 변압기의 전체 정격 용량 중 적어도 하나를 기반으로 결정하고,
상기 해상 변전소 구조물 비용은, 제 2 오프셋 상수, 제 2 슬로프 상수, 변압기의 전체 정격 용량 중 적어도 하나를 기반으로 결정하는 전자 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising an initial investment cost determination section,
The initial investment cost determination unit determines an initial investment cost based on at least one of a cost of a transformer installation, a modification ratio of a plurality of transformer installation, a transformer installation cost, a peripheral facility cost, and a marine substation structure cost,
Wherein the transformer equipment cost is determined based on at least one of a first offset constant, a first slop constant, an exponent, and a total rated capacity of the transformer,
Wherein the marine substation structure cost is determined based on at least one of a second offset constant, a second slope constant, and a total rated capacity of the transformer.
제 1 항에 있어서,
운영 비용 결정부를 더 포함하며,
상기 운영 비용 결정부는 변압기 손실 비용, 유지 보수 비용 중 적어도 하나를 기반으로 운영 비용을 결정하며,
상기 변압기 손실 비용은, 전력판매 단가, 변압기 수, 변압기 정격 용량, 변압기 입력 전력, 무부하 손실 파라미터, 및 부하 손실 파라미터 중 적어도 하나를 기반으로 결정하고,
상기 유지 보수 비용은 변압기 수리 비용 및 점검 비용 중 적어도 하나를 기반으로 결정하는 전자 장치.
The method according to claim 1,
Further comprising an operating cost determining unit,
The operating cost determining unit determines an operating cost based on at least one of a loss cost of a transformer and a maintenance cost,
Wherein the transformer loss cost is determined based on at least one of a power sale unit price, a transformer number, a transformer rated capacity, a transformer input power, a no-load loss parameter, and a load loss parameter,
Wherein the maintenance cost is based on at least one of a transformer repair cost and a check cost.
제 1 항에 있어서,
신뢰도 비용 결정부를 더 포함하며,
상기 신뢰도 비용 결정부는 변압기 비가용 확률, 전력 판매 단가, 해상 풍력 발전 단지의 평균 출력 중 적어도 하나를 기반으로 신뢰도 비용을 결정하며,
상기 해상 풍력 발전 단지의 평균 출력은, 해상 풍력 발전 단지의 정격 용량, 풍력 터빈의 출력, 상기 풍력 터빈의 출력에 대한 확률 중 적어도 하나를 기반으로 결정하고,
상기 변압기 비가용 확률은 변압기의 고장률 및 수리율 중 적어도 하나를 기반으로 결정하는 전자 장치.
The method according to claim 1,
And a reliability cost determining unit,
Wherein the reliability cost determining unit determines a reliability cost based on at least one of a transformer unavailability probability, a power sale unit price, and an average output of an offshore wind farm,
Wherein the average power of the offshore wind farm is determined based on at least one of a rated capacity of the offshore wind farm, an output of the wind turbine, and a probability of the output of the wind turbine,
Wherein the probability of non-use of the transformer is determined based on at least one of a failure rate and a repair rate of the transformer.
삭제delete 해상 풍력 발전 단지에 대한 초기 투자 비용, 운영 비용 및 신뢰도 비용을 기반으로 목적 함수를 결정하는 단계와,
상기 해상 풍력 발전 단지 내 해상 변전소의 여유도를 기반으로 설치 가능한 변압기의 적어도 하나의 개수를 결정하는 단계와,
상기 적어도 하나의 개수 중에서 상기 목적 함수의 값이 최소가 되는 하나의 개수를 선택하는 단계와,
상기 해상 풍력 발전 단지의 전체 용량 및 상기 선택된 개수를 기반으로 각 변압기의 용량을 결정하는 단계를 포함하되,
상기 목적 함수를 결정하는 단계는,
상기 초기 투자 비용에 운영 비용과 신뢰도 비용을 합산하여 목적 함수를 결정하되, 상기 운영 비용과 신뢰도 비용은 초기 투자 비용이 발생하는 시점을 기준으로 해상 풍력 단지의 수명과 할인율에 따라 결정되며,
상기 목적 함수는 아래의 수식으로 정의되는 것인 해상 변전소의 변압기 개수 및 용량을 결정하기 위한 전자 장치의 방법.
<수식>
Figure 112016113086314-pat00024

여기서, L은 해상 풍력 발전 단지의 수명(년)을 의미하고, R은 할인율(%), Cinv은 초기 투자 비용, Costoperation은 운영 비용, CostEESN은 신뢰도 비용을 의미함.
Determining an objective function based on an initial investment cost, an operating cost, and a reliability cost for an offshore wind farm;
Determining at least one number of installable transformers based on margin of a maritime substation in the offshore wind power plant;
Selecting one number among the at least one number in which the value of the objective function is minimized;
Determining the capacity of each transformer based on the total capacity and the selected number of offshore wind farms,
Wherein the step of determining the objective function comprises:
The operating cost and the reliability cost are determined based on the lifetime and the discount rate of the offshore wind farm based on the time point of the initial investment cost,
Wherein the objective function is defined by the following equation: < EMI ID = 17.1 >
<Formula>
Figure 112016113086314-pat00024

L is the lifetime (years) of the offshore wind farm, R is the discount rate (%), C inv is the initial investment cost, Cost operation is the operating cost, and Cost EESN is the reliability cost.
제 6 항에 있어서,
상기 초기 투자 비용은 변압기 설비 비용, 다수의 변압기 설치에 대한 조정률, 변압기 설치 비용, 주변 설비 비용, 및 해상 변전소 구조물 비용 중 적어도 하나를 기반으로 결정되며,
상기 변압기 설비 비용은, 제 1 오프셋 상수, 제 1 슬로프 상수, 지수, 변압기의 전체 정격 용량 중 적어도 하나를 기반으로 결정되며,
상기 해상 변전소 구조물 비용은, 제 2 오프셋 상수, 제 2 슬로프 상수, 변압기의 전체 정격 용량 중 적어도 하나를 기반으로 결정되는 해상 변전소의 변압기 개수 및 용량을 결정하기 위한 전자 장치의 방법.
The method according to claim 6,
The initial investment cost is determined based on at least one of the cost of the transformer equipment, the adjustment ratio for installing a plurality of transformers, the cost of transformer installation, the cost of peripheral equipment, and the cost of offshore substructure structure,
The transformer installation cost is determined based on at least one of a first offset constant, a first slope constant, an index, and a total rated capacity of the transformer,
Wherein the cost of the offshore substructure structure is determined based on at least one of a second offset constant, a second slope constant, and a total rated capacity of the transformer.
제 6 항에 있어서,
상기 운영 비용은 변압기 손실 비용, 유지 보수 비용 중 적어도 하나를 기반으로 결정되며,
상기 변압기 손실 비용은, 전력판매 단가, 변압기 수, 변압기 정격 용량, 변압기 입력 전력, 무부하 손실 파라미터, 및 부하 손실 파라미터 중 적어도 하나를 기반으로 결정되며,
상기 유지 보수 비용은 변압기 수리 비용 및 점검 비용 중 적어도 하나를 기반으로 결정되는 해상 변전소의 변압기 개수 및 용량을 결정하기 위한 전자 장치의 방법.
The method according to claim 6,
The operating cost is determined based on at least one of loss cost of the transformer, maintenance cost,
The transformer loss cost is determined based on at least one of a power sale unit price, a transformer number, a transformer rated capacity, a transformer input power, a no-load loss parameter, and a load loss parameter,
Wherein the maintenance cost is determined based on at least one of a transformer repair cost and a check cost.
제 6 항에 있어서,
상기 신뢰도 비용은 변압기 비가용 확률, 전력 판매 단가, 해상 풍력 발전 단지의 평균 출력 중 적어도 하나를 기반으로 결정되며,
상기 해상 풍력 발전 단지의 평균 출력은, 해상 풍력 발전 단지의 정격 용량, 풍력 터빈의 출력, 상기 풍력 터빈의 출력에 대한 확률 중 적어도 하나를 기반으로 결정되며,
상기 변압기 비가용 확률은, 변압기의 고장률 및 수리율 중 적어도 하나를 기반으로 결정되는 해상 변전소의 변압기 개수 및 용량을 결정하기 위한 전자 장치의 방법.
The method according to claim 6,
The reliability cost is determined based on at least one of a transformer unavailability probability, a power sale unit price, and an average power of an offshore wind farm,
The average output of the offshore wind farm is determined based on at least one of the rated capacity of the offshore wind farm, the output of the wind turbine, and the probability of the output of the wind turbine,
Wherein the transformer unavailability probability is determined based on at least one of a failure rate and a repair rate of the transformer.
삭제delete 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 하나의 항에 기재된 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.A computer-readable recording medium storing a program for causing a computer to execute the method according to any one of claims 6 to 9.
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문원식 외 3인. 해상변전소의 변압기 적정 용량에 관한 연구. 대한전기학회 학술대회 논문집, 2013년 10월, pp71~72(2013. 10)*

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