KR101933720B1 - 최소 하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 최소 하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 관한 것으로서, 풍력발전단지 내 건설된 개별 풍력터빈이 받는 풍하중을 최소화함으로써 풍력터빈의 진동을 저감하면서 풍력터빈의 출력제어를 최적화하여 최적의 풍력발전단지를 제어할 수 있도록 함으로써 사용자가 목표 출력값을 입력하면 풍력터빈이 받는 힘은 최소의 추력을 가지면서 목표 출력값을 유지할 수 있도록 다수의 풍력터빈의 출력값을 자동으로 선택할 수 있다.

Description

최소 하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING OUTPUT OF WIND TURBINE TO MINIMIZE DYNAMIC LOAD}
본 발명은 최소 하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 풍력발전단지 내 건설된 개별 풍력터빈이 받는 풍하중을 최소화함으로써 풍력터빈의 진동을 저감하면서 풍력터빈의 출력제어를 최적화하여 최적의 풍력발전단지를 제어할 수 있도록 하는 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 관한 것이다.
풍력발전단지 제어시 계통연계와 관련된 분야에서는 풍력터빈과 풍력발전단지를 모델링하여 계통으로 유입되는 유/무효전력을 제어하는 방식의 연구는 여러 차례 수행되었다.
일예로, Z. Chen과 E. Spooner는 풍력발전단지에서 다양한 속도의 풍력터빈과 그리드의 전력품질과 관련된 연구를 수행하였으며, 계통 연계시 고조파 최소화를 위한 모델링 및 그리드 인터페이스 방법을 제시하였다.
그리고, T. Petru와 T. Thiringer는 풍력터빈 전력시스템 연구를 위한 모델링 방법을 제안하였으며, 주로 풍속 변화에 따라서 블레이드 에어로다이나믹 토크가 변화하는 것을 기반으로 하여 계통연계 시 P, Q축의 전류가 변화할 때 플리커링 발생에 대응하는 연구를 수행하였다.
또한, Nicholas W. Miller, Juan J. Sanchez-Gasca, William W. Price는 GE 1.6MW, 3.6MW 풍력터빈을 이용하여 Voltage Regulation 및 Power Factor Control 하는 방법을 연구하였으며, Juan Jose Garcia Quirante는 그의 학위 논문에서 풍력터빈의 Power Regulation 및 Load Reduction을 위한 연구를 수행하였고, 풍력터빈의 Power Regulation을 위한 방법과 Load Reduction을 위한 제어전략을 연구하였다.
이와 같이 풍력터빈의 출력 제어, Load Reduction을 위한 연구는 다양하게 수행되었으나, 출력제어시 풍력터빈의 수명을 최장기화 하기위한 방법은 제시된 적이 없으며, 풍력터빈의 상태 및 수명과는 상관없이 피상전력 및 무효전력을 제어하는 실정이다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허 10-2011-0077139호(2011.07.07.) "풍력발전기 하중 저감을 위한 제어방법"이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 것으로서, 풍력발전단지 내 건설된 개별 풍력터빈이 받는 풍하중을 최소화함으로써 풍력터빈의 진동을 저감하면서 풍력터빈의 출력제어를 최적화하여 최적의 풍력발전단지를 제어할 수 있도록 하는 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법은 출력제어를 위한 풍력발전단지내 각 풍력터빈의 특성정보 및 파라미터를 설정하여 초기화하는 단계; 현재 풍속 및 목표 출력값을 SCADA 시스템으로부터 입력하는 단계; 초기설정값과 입력값을 통해 초기조건으로부터 해생성 가능여부를 판단하는 단계; 해생성이 가능한 경우 풍력터빈에 대한 임의의 해를 생성하여 해집합을 구성하는 단계; 해집합을 기반으로 출력값 평가함수와 풍하중 평가함수를 생성하는 단계; 출력값 평가함수와 풍하중 평가함수의 가중치에 따른 최종 평가함수를 생성하는 단계; 최종 평가함수 값을 기반으로 해집합 중 해를 선택하는 단계; 평가함수가 최적안인가 판단하여 최종 평가함수가 최적안인 경우 선택한 해에 대한 결과 데이터를 SCADA 시스템으로 출력하는 단계; 및 최종 평가함수가 최적안이 아닌 경우 해집합을 재구성하여 해집합을 기반으로 출력값 평가함수와 풍하중 평가함수를 생성하는 단계로 리턴하여 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 임의의 해는 풍력터빈의 특성정보에 따른 출력값을 넘지 않는 상태에서 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 출력값 평가함수는 풍력발전단지에서 출력하고자 하는 목표 출력값과 해집합을 기반으로 각 풍력터빈의 해를 합산한 값과의 차이값의 역수에 의해 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 풍하중 평가함수는 해집합을 기반으로 현재 풍속에서 각 풍력터빈에 작용하는 추력을 합산한 응력의 역수에 의해 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 해집합 중 해를 선택하는 단계는 해집합의 최종평가함수값을 합산하는 단계; 각 해별로 최종평가함수값에서 적합도의 비중을 나누는 단계; 해의 개수만큼 랜덤함수를 발생하는 단계; 및 각 비중별로 선택된 개수를 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 해집합을 재구성한 후 해집합 중 해를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 해를 변경하는 단계는 각 해별로 변경확률을 결정하는 단계; 및 변경확률과 설정된 비교확률과 비교하여 해집합의 해를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 풍력발전단지 내 건설된 개별 풍력터빈이 받는 풍하중을 최소화함으로써 풍력터빈의 진동을 저감하면서 풍력터빈의 출력제어를 최적화하여 최적의 풍력발전단지를 제어할 수 있도록 함으로써 사용자가 목표 출력값을 입력하면 풍력터빈이 받는 힘은 최소의 추력을 가지면서 목표 출력값을 유지할 수 있도록 다수의 풍력터빈의 출력값을 자동으로 선택할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 전체 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에서 해선택 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에서 각 해가 갖는 결과의 적합도 면적을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에서 해변형 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법을 위한 풍속에 따른 풍력터빈의 출력곡선을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법을 위한 개별 풍력터빈의 TSR(Tip Speed Ratio)과 피치각에 대한 출력곡선(Cp)을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법을 위한 풍속에 따른 풍력터빈의 스러스트 계수(Thrust Coefficient) 곡선을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법을 위한 개별 풍력터빈의 TSR(Tip Speed Ratio)과 피치각에 대한 스러스트 곡선(Ct)을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 풍속에 따른 최적해 구성을 위한 탐색구간을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 최적 성능을 나타낸 풍력터빈의 출력과 추력을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 추력기준으로 최적화한 풍력터빈의 출력과 추력을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 출력기준으로 최적화한 풍력터빈의 출력과 추력을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 다른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 최적 성능을 나타낸 풍력터빈의 출력과 추력을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 다른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 출력기준으로 최적화한 풍력터빈의 출력과 추력을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 다른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 추력기준으로 최적화한 풍력터빈의 출력과 추력을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법의 일 실시예를 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 전체 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지는 다수의 풍력터빈(10)들이 SCADA 시스템(20)에 네트워크를 통해 접속되어 있으며, 풍력터빈(10)과 SCADA 시스템(20)은 풍력터빈(10)의 상태정보, 아날로그 정보, 제어정보를 송수신한다. 또한 SCADA 시스템(20)은 출력제어지령을 EMS(Energy Management System)(미도시)나 기타 시스템으로부터 수신하며, 수신받은 출력제어지령 및 현재 측정된 풍속을 출력제어장치(30)로 전송하면, 출력제어장치(30)에서는 출력제어지령에 따른 목표 출력값을 생산하기 위해 각 풍력터빈(10)들이 받는 풍하중을 최소화하면서 목표출력값을 유지할 수 있도록 개별적인 최적의 출력값을 산출하여 SCADA 시스템(20)으로 송신하여 풍력발전단지를 제어할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에서 해선택 과정을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에서 각 해가 갖는 결과의 적합도 면적을 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에서 해변형 과정을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법을 위한 풍속에 따른 풍력터빈의 출력곡선을 나타낸 그래프이고, 도 7은 개별 풍력터빈의 TSR(Tip Speed Ratio)과 피치각에 대한 출력곡선(Cp)을 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법을 위한 풍속에 따른 풍력터빈의 스러스트 계수(Thrust Coefficient) 곡선을 나타낸 그래프이고, 도 9는 개별 풍력터빈의 TSR(Tip Speed Ratio)과 피치각에 대한 스러스트 곡선(Ct)을 나타낸 그래프이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법은 풍력터빈의 출력을 풍력발전단지의 입장에서 제어하면서 풍력터빈의 수명을 연장하기 위해 풍력터빈에 작용하는 힘을 최소화하는 풍력터빈의 출력을 제어하기 위한 것으로 먼저, 풍력터빈의 출력 제어를 위한 풍력발전단지내 각 풍력터빈의 특성정보 및 출력 제어를 위해 연산하는 각종 파라미터를 설정하여 초기화한다(S10).
본 실시예에서 풍력발전단지는 도 6에 도시된 바와 같은 풍속에 따른 풍력터빈의 출력곡선과, 도 7에 도시된 개별 풍력터빈의 TSR(Tip Speed Ratio)과 피치각에 대한 출력곡선(Cp)과, 도 8에 도시된 바와 같은 풍속에 따른 풍력터빈의 스러스트 계수(Thrust Coefficient) 곡선과, 도 9에 도시된 개별 풍력터빈의 TSR(Tip Speed Ratio)과 피치각에 대한 스러스트 곡선(Ct)을 풍력터빈들로 구성된 경우를 설명한다.
이후 출력 제어를 위해 현재 풍속 및 목표 출력값을 SCADA 시스템으로부터 입력받는다(S20).
본 실시예에서는 계통 및 임의의 영향으로 현재 풍력발전단지의 목표 출력값을 P1에서 P2로 감발하여야 한다고 가정한다. 이 경우 풍력발전단지의 출력을 감발하기 위하여 풍력발전단지를 구성하고 있는 각 풍력터빈의 출력을 감발하여야 하며, 감발 할 경우 각 풍력터빈에 작용하는 힘을 최소한으로 줄이면서 출력을 감발 할 경우 풍력발전단지 전체의 수명이 늘어나는 효과를 기대 할 수 있다.
따라서 각 풍력터빈의 블레이드(Blade)의 추력(Thrust Force)을 참고하여 최소의 추력(Thrust Force)을 가지면서 풍력터빈의 목표 출력값을 유지할 수 있도록 제어한다.
이와 같이 풍력터빈의 특성정보 및 파라미터를 설정하여 초기화한 후 풍력발전단지의 제어를 위한 풍속 및 목표 출력값을 입력받으면, 초기 조건으로부터 해생성 가능여부를 판단하여 해생성이 불가능한 경우 제어를 종료한다(S30).
해생성이 불가능한 경우는 목표 출력값(P2)이 일정한 풍속에서 각 풍력터빈의 최대 출력한계를 합산한 값보다 큰 경우에는 해생성이 불가능하여 종료된다(S40).
이와 같이
Figure 112012079159435-pat00001
(단, PTL(i)는 일정한 풍속에서의 최대 출력한계, I는 풍력터빈의 수, P2는 목표 출력값)을 경우 해생성이 불가능하여 종료된다.
또한, 풍력터빈의 출력곡선과 스러스트 곡선에 내삽이나 외삽이 불가능하고, 추력계산이 불가능한 경우 풍력터빈의 출력값 평가함수 및 풍력터빈의 풍하중 평가가 불가능하고, 주어진 출력곡선 및 스러스트 계수가 풍력터빈의 동작구간에서 각 값을 보간하여 추정하지 못하게 된다.
이후 해생성이 가능하면 도 3에 도시된 출력곡선의 출력값을 넘지 않는 상태에서 임의의 초기 해를 구성하여 표 1과 같이 해집합(Si)을 구성한다(S50).
이와 같이 해집합(Si)을 구성함으로써 해집합 군 중 각 해가 가지는 형태를 명확히 할 수 있으며, 동일한 길이의 각 풍력터빈별 해를 가짐으로써, 연산의 편의성을 증대시켜 연산시간을 줄일 수 있다.
풍력터빈 1 풍력터빈 … 풍력터빈 n
1 2 … … n-1 n n+1 n+2 … … 2n+1 2n 2n+1 2n+2 … … 3n-1 3n
이후 해집합을 기반으로 출력값 평가함수(Eps)와 풍하중 평가함수(Ets)를 생성한다(S60).
출력값 평가함수(Eps)는 수학식 1과 같이 생성되어 풍력발전단지 내의 풍력터빈의 출력을 전체 단지 목표 출력값인 P2에 어느 정도 부합하는지를 계산하는 부분으로서 해집합 군내의 해집합을 이용하여 각 함수의 값을 평가한다.
Figure 112012079159435-pat00002
즉, 출력값 평가함수(Eps)는 풍력발전단지가 출력하고자 하는 목표 출력값(P2)과 현재 해(Sps)와의 차이값의 역수를 나타내며, 본 실시예에서는 출력값 평가함수(Eps)의 값을 최대가 되도록 한다.
또한, 풍하중 평가함수(Ets)는 수학식 2와 같이 생성되어 풍력터빈의 임의의 출력에서 풍력터빈이 받는 풍하중을 평가한다.
Figure 112012079159435-pat00003
즉, 풍하중 평가함수(Ets)는 현재 풍력터빈의 출력에서 풍력터빈이 받는 응력(Sts)의 역수를 나타내며, 본 실시예에서는 풍하중 평가함수(Ets)의 값을 최대가 되도록 한다.
이후, 출력값 평가함수(Eps)와 풍하중 평가함수(Ets)의 가중치를 고려하여 수학식 3과 같이 최종 평가함수(Efs)를 생성한다(S70).
Figure 112012079159435-pat00004
즉, 가중치를 고려한 최종평가함수(Efs)는 출력값 평가함수(Eps)와 풍하중 평가함수(Ets)의 합으로 나타내며, 풍하중을 우선에 두는지 출력값 정확도를 우선에 두는지에 따라 최종 평가함수(Efs)의 가중치를 조절 할 수 있다.
이후 최종 평가함수 값을 기반으로 해집합 중에서 해를 선택하여 해의 건전성 및 출력제어에 실패하지 않도록 한다(S80).
해집합 중에서 해를 선택하는 과정을 도 3을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 수학식 4와 같이 해집합들의 최종 평가함수 값을 모두 합산하고(S81), 각 해별로 최종 평가함수 값의 합에서 적합도의 비중을 나눈다(S82).
Figure 112012079159435-pat00005
각 해가 가지는 결과의 적합도의 면적은 표 2와 같은 데이터가 있을 경우 전체 면적의 넓이를 1로 결정을 하였을 경우 도 4와 같이 결정된다.
최종 평가함수값 0.15 0.2 0.17 0.2 0.18 0.1 1.0
PEfs 레이블 PEfs 1 PEfs 2 PEfs 3 … PEfs n-1 PEfs n 합 : 1
최종 해 중 성능이 좋은 해를 선정하기 위해서는 최종 평가함수(Efs) 값이 최대인 해집합을 선정하여야 한다. 그러나 최종 평가함수(Efs)값이 더 좋은 해집합이 나올 수 있기 때문에 좋은 최종 평가함수(Efs)를 가지는 해집합들을 선택하여 더 좋은 값이 나올 수 있도록 또 다른 해집합을 생성한다.
가장 최적의 해를 구하기 위해 해의 개수만큼 0~1 사이의 값을 랜덤함수를 발생하고(S83), 이를 도 4의 면적표에 사상하여 각 비중별로 선택된 개수를 할당할 경우(S84) 만일 랜덤 값의 표본이 충분히 크다면 가장 최적의 해를 가지는 결과가 다음 프로그램 수행시 살아남을 확률이 커지게 되고, 그보다 작은 적합도를 가지는 해라 할지라도 탐색영역을 늘이는 차원에서 추출 될 수 있다. 따라서 가장 많은 히트(hit)가 발생한 해집합과 그 다음 많은 히트(hit)가 발생한 해집합을 추출하여 해를 선택한다(S85).
이후 최종 평가함수가 최적안 인가 판단하여 최종 평가함수가 최적안인 경우 선택한 해에 대한 결과 데이터를 SCADA 시스템으로 출력한다(S90)(S100).
최종 평가함수 값이 최대인 경우 최적으로 판단하여 선택된 해에 대한 결과 데이터를 출력한다.
그러나, 최적이 아닌 경우에는 해집합을 재구성한 후 출력값 평가함수와 풍하중 평가함수를 생성하는 과정을 반복하게 된다(S110).
이때 재구성한 해집합의 해중에서 도 5에 도시된 바와 같이 변경확률을 비교하여 일부를 임의로 변경할 수 있다(S120).
먼저, 각 해별로 변경확률을 결정한(S121) 후 변경확률과 비교확률을 비교하여(S122) 변경확률이 클 경우 해집합의 해를 변경하여(S123) 해집합을 재구성한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 풍속에 따른 최적해 구성을 위한 탐색구간을 나타낸 그래프이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 최적 성능을 나타낸 풍력터빈의 출력과 추력을 나타내며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 추력기준으로 최적화한 풍력터빈의 출력과 추력을 나타내고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 출력기준으로 최적화한 풍력터빈의 출력과 추력을 나타낸다.
이와 같이 본 발명에 의한 출력 제어방법으로 도 6 내지 도 9와 같은 출력곡선과 추력곡선을 갖는 3개의 풍력터빈에 대해 출력 제어를 할 경우 본원 발명에 의한 최적해 구성을 위한 탐색구간은 도 10과 같다.
이를 컴퓨터 시뮬레이션으로 나타낼 경우 목표 출력값을 1MW라고 가정하고 풍속이 8m/s의 속도로 가정하면 도 11과 같이 최적 성능을 나타낸다.
이 경우 출력에 대해 최적화 할 경우 도 12와 같은 결과가 산출되며, 추력에 대하여 최적화할 경우 도 13과 같은 결과가 산출된다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 다른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 최적 성능을 나타낸 풍력터빈의 출력과 추력을 나타내고, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 다른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 출력기준으로 최적화한 풍력터빈의 출력과 추력을 나타내며, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법에 의한 다른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프로써 추력기준으로 최적화한 풍력터빈의 출력과 추력을 나타낸다.
즉, 도 14에서 최적 성능에 따른 결과로써 Turbine 1 Power : 494KW, Turbine 2 Power : 397KW, Turbine 3 Power : 109KW, Total Power Regulation : 1000KW, Total Thrust Force : 394.1414KN을 나타내고, 도 15는 출력기준에 따라 최적화된 결과로써 Turbine 1 Power : 494KW, Turbine 2 Power : 397KW, Turbine 3 Power : 109KW, Total Power Regulation : 999.9KW, Total Thrust Force : 394.1414KN을 나타내며, 도 16은 추력기준에 따른 최적화된 결과로써 Turbine 1 Power : 494KW, Turbine 2 Power : 349KW, Turbine 3 Power : 237KW, Total Power Regulation : 1080KW, Total Thrust Force : 335.3497KN을 나타낸다.
이와 같은 결과는 목표 출력값을 1MW로 제어하기 위하여 1번 터빈은 494KW, 2번 터빈은 397KW, 3번 터빈은 109KW로 출력을 제어하며, 이 때 받는 추력은 394.1KN이다. 또한, 유사 출력에서 추력을 최적화할 경우 335.34KN으로 추력이 계산되나, 출력이 1080KW로 적정 출력제어가 불가능한 상태를 나타낸다.
이와 같이 풍력발전단지에서 풍력터빈의 출력을 제어할 때 추력을 출력에 접목함으로써, 풍력발전단지 운용 시 풍력터빈의 수명을 최장화하기 위하여 풍력터빈이 받는 힘을 최소화함으로써, 단지 운용 시 터빈의 수명연장을 기대 할 수 있으며, 유지보수 비용 감소 및 다운타임 감소로 이용률 및 가동률을 증대시킬 수 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.
10 : 풍력터빈
20 : SCADA 시스템
30 : 출력제어장치

Claims (7)

  1. 출력제어를 위한 풍력발전단지내 각 풍력터빈의 특성정보 및 파라미터를 설정하여 초기화하는 단계;
    현재 풍속 및 목표 출력값을 SCADA 시스템으로부터 입력하는 단계;
    초기설정값과 입력값을 통해 초기조건으로부터 해생성 가능여부를 판단하는 단계;
    상기 해생성이 가능한 경우 상기 풍력터빈에 대한 임의의 해를 생성하여 해집합을 구성하는 단계;
    상기 해집합을 기반으로 출력값 평가함수와 풍하중 평가함수를 생성하는 단계;
    상기 출력값 평가함수와 상기 풍하중 평가함수의 가중치에 따른 최종 평가함수를 생성하는 단계;
    상기 최종 평가함수 값을 기반으로 상기 해집합 중 해를 선택하는 단계;
    평가함수가 최적안인가 판단하여 상기 최종 평가함수가 최적안인 경우 선택한 해에 대한 결과 데이터를 SCADA 시스템으로 출력하는 단계; 및
    상기 최종 평가함수가 최적안이 아닌 경우 상기 해집합을 재구성하여 상기 해집합을 기반으로 상기 출력값 평가함수와 상기 풍하중 평가함수를 생성하는 단계로 리턴하여 반복하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 임의의 해는 상기 풍력터빈의 특성정보에 따른 출력값을 넘지 않는 상태에서 생성하는 것을 특징으로 하는 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 출력값 평가함수는 상기 풍력발전단지에서 출력하고자 하는 상기 목표 출력값과 상기 해집합을 기반으로 상기 각 풍력터빈의 해를 합산한 값과의 차이값의 역수에 의해 생성하는 것을 특징으로 하는 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 풍하중 평가함수는 상기 해집합을 기반으로 현재 풍속에서 상기 각 풍력터빈에 작용하는 추력을 합산한 응력의 역수에 의해 생성하는 것을 특징으로 하는 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 해집합 중 해를 선택하는 단계는
    상기 해집합의 상기 최종평가함수 값을 합산하는 단계;
    상기 각 해별로 상기 최종평가함수 값에서 적합도의 비중을 나누는 단계;
    상기 해의 개수만큼 랜덤함수를 발생하는 단계; 및
    상기 각 비중별로 선택된 개수를 할당하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 해집합을 재구성한 후 상기 해집합 중 해를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 해를 변경하는 단계는
    상기 각 해별로 변경확률을 결정하는 단계; 및
    상기 변경확률과 설정된 비교확률과 비교하여 상기 해집합의 해를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 최소하중에 의한 풍력터빈의 출력 제어방법.
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