KR102106404B1 - 에너지 생성 장치를 위한 제어기 설정값을 출력하기 위한 방법, 이를 위한 장치 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

에너지 생성 장치를 위한 제어기 설정값을 출력하기 위한 방법, 이를 위한 장치 및 이를 포함하는 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 에너지 생성 장치(200), 특히 적어도 하나의 풍력 발전 설비(100) 또는 적어도 하나의 풍력 발전 단지(112) 또는 적어도 하나의 클러스터 제어기(18)를 위한 제어기 설정값(54)을 출력하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 하나의 현재 설정값(48)과 복수의 추후 설정값(40)을 포함하는 데이터 패킷(33)을 데이터 입력부(32)에 의해 수신하는 단계(60), 수신된 데이터 패킷(33)의 추후 설정값(40)을 메모리(36)에 저장하는 단계(62) 및 데이터 패킷(33)의 현재 설정값(48)을 데이터 출력부(34)에 의해 제어기 설정값(54)으로서 출력하는 단계(64)를 포함한다. 데이터 패킷(33)의 수신 후에 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에, 저장된 제 1 추후 설정값(40)이 다음 제어기 설정값(54)으로서 데이터 출력부(34)에 의해 출력된다. 또한, 본 발명은 상기 방법을 실시하기 위한 장치 및 이러한 장치를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

Description

에너지 생성 장치를 위한 제어기 설정값을 출력하기 위한 방법, 이를 위한 장치 및 이를 포함하는 시스템
본 발명은 예를 들어 풍력 발전 설비와 같은 에너지 생성 장치를 제어하기 위한, 특히 공급 그리드 내로 에너지 생성 장치의 전기 에너지의 공급을 제어하기 위한 제어기 설정값의 출력에 관한 것이다.
예를 들어 화석 연료를 이용해서 전기 에너지를 생산하고 기저 부하를 보장하는 데 이용되는 종래의 대형 발전소 외에도 요즘에는 공급 그리드 내로 함께 에너지를 공급하기 위해 점점 더 많은 풍력 발전 설비들이 공급 그리드에 연결된다. 풍력 발전 설비들은 가스-, 수력- 및 태양 발전소와 마찬가지로, 주로 중간- 및 최대 부하를 제공하기 위해 이용된다.
그 이유는, 풍력 발전 설비는 종래의 발전소와 달리, 공급되는 전기 에너지가, 예를 들어 유효- 또는 무효 전력과 같은 파라미터와 관련하여 공급 그리드에 연결된 컨슈머의 요구에 맞게 매우 짧은 기간 내에 특히 유연하게 조정될 수 있는 장점을 갖기 때문이다. 그와 달리, 예를 들어 종래의 대형 발전소에 의해 공급될 전력의 증가 또는 감소의 과정은 매우 느려서, 조정, 즉 증가 또는 감소에 수 시간이 걸릴 수 있다.
그러나 공급 그리드에 연결된 컨슈머의 에너지 수요는 시간대나 요일에 따라 크게 달라지기 때문에, 공급 그리드 내의 이용 가능한 전력의 높은 유연성이 필요하다. 종래의 대형 발전소의 제어 시, 조기에 미리 개입하기 위해, 예를 들어 기저 부하의 충족을 위해 요구되는 가변 에너지를 시간대에 따라 제공하기 위한 예측 메커니즘이 공개되어 있다. 이러한 대형 발전소는 따라서 예측된 주간- 또는 일간 시간표에 따라 에너지 공급량을 조정하여 공급 그리드의 기저 부하를 제공하는데 이용된다. 추가적인 단기 에너지 수요 변동의 경우에 - 중간- 및 최대 부하가 가변적인 경우에 - 풍력 발전 설비는, 높은 유연성과 높은 그리드 안전성을 보장하기 위해 그리드를 지원하는데 점점 더 빈번하게 이용되고 있다.
여기에서 함께 고려되고 이하에서 일반적으로 그리드 운영자로 지칭되는 송전 계통 운영자(TSO) 및/또는 공급 그리드 운영자는, 현재 요구되는 에너지에 기초하여, 예를 들어 풍력 발전 단지의 공급될 전력을 제어하기 위한 현재 설정값을 제어 센터로부터 풍력 발전 단지 또는 개별 풍력 발전 설비들의 제어기에 제어기 설정값으로서 전송한다. 현재 설정값을 전송하기 위해 데이터 통신 라인이 사용된다. 이 경우, 송전 계통 운영자와 풍력 발전 단지 또는 개별 풍력 발전 설비 사이에, 가상 발전소(VK)라고도 하는, 소위 클러스터 제어기(CLU)가 배치된다. 클러스터 제어기는 그리드 운영자에 의해 미리 정해진 현재 설정값을 - 경우에 따라서 클러스터 제어기 내의 조정에 따라 - 공급 그리드의 서브 그리드의, 예를 들어 풍력 발전 단지의 복수의 에너지 생성 장치를 위한 개별 현재 설정값으로서 전송한다. 공급 그리드의 서브 그리드는 클러스터라고도 한다. 이러한 현재 설정값은 따라서 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지에 의해 예를 들어 분 간격으로 수신된다.
이 경우, 그리드 운영자의 컨트롤 센터와 풍력 발전 단지 또는 풍력 발전 설비 사이에 통신 장애가 발생할 수 있는 것이 공개되어 있다. 예를 들어 현재 설정값이 더 이상 전송되지 않는 경우에, 어떤 방식으로든 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지의 자립적인 작동도 보장되어야 한다. 이 경우 선행 기술에, 이러한 통신 오류를 처리하기 위한 방법이 공개되어 있다.
최근에 예를 들어, 공급할 전력의 제어를 위해 컨트롤 센터 또는 클러스터 제어기로부터 현재 설정값을 수신하지 않은 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지는 디폴트 값이라고도 할 수 있는 미리 정해진 표준값으로 제어기 설정값을 설정하는 것이 제공된다. 클러스터 제어기가 그리드 운영자의 컨트롤 센터로부터 설정값을 더 이상 수신하지 않는 경우에 동일하게 적용된다. 풍력 발전 단지 또는 풍력 발전 설비는 따라서, 컨트롤 센터와 풍력 발전 단지 사이의 데이터 전송이 복구되어 추가의 현재 설정값이 수신될 때까지, 이러한 표준값으로 운전된다. 최악의 경우에 풍력 발전 단지는 통신 장애 시간 동안 그리드로부터 분리된다.
특히 공급 그리드의 에너지 변동을 지원하기 위해 중간- 및 최대 부하를 제공하는 풍력 발전 단지 또는 다른 에너지 생성 장치의 영향이 점점 더 증가하는 것과 관련해서, 그리드 운영자의 컨트롤 센터와 에너지 생성 장치 간의 통신의 오류 시에도 에너지 생성 장치의 제어를 위한 제어기 설정값이 표준값으로만 제한되는 것이 아니라, 단기 에너지 수요 변동에 대응하여 그리드 지원을 수행하는 것이 요구된다. 따라서 수요 상황에 따라 조정된 제어를 위한 제어기 설정값은, 이러한 설정값이 통신 오류로 인해 더 이상 직접 미리 정해질 수 없더라도 가능한 한 변함없이 출력되어야 한다.
본 발명의 과제는, 선행 기술에서 전술한 문제들 중 하나를 해결하는 것이다. 특히 그리드 운영자의 컨트롤 센터와 에너지 생성 장치, 특히 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지 간의 통신 오류 시, 변함없이 제어기 설정값은 그리드에 연결된 컨슈머의 에너지 수요에 따라 가급적 양호하게 조정되어야 한다.
본 출원의 우선권 출원시 독일 특허청에 의해 하기 선행 기술들이 조사되었다: DE 10 2010 006 527 A1, US 2014/0049109 A1, US 2013/0185437 A1, US 2015/0142187 A1 및 Novel ACG strategy considering communication failure possibility for interconnected power grids(Li. Z. 외).
본 발명은 또한 에너지 생성 장치, 특히 적어도 하나의 풍력 발전 설비 또는 적어도 하나의 풍력 발전 단지, 또는 클러스터 제어기를 위한 제어기 설정값을 출력하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이를 위해 데이터 입력부에 의해 데이터 패킷이 수신된다. 데이터 패킷은 하나의 현재 설정값과 본 발명에 따라 추가로 복수의 추후 설정값을 포함한다. 바람직하게 데이터 패킷은 그리드 운영자의 컨트롤 센터 또는 클러스터 제어기로부터 사전에 발송된다.
따라서 데이터 패킷의 설정값과 관련해서 현재 설정값과 추후 설정값이 구별된다. 현재 설정값은, 에너지 생성 장치, 예를 들어 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지 또는 클러스터 제어기의 제어기가 현재 시점에, 바람직하게는 데이터 패킷의 수신 시점에 또는 직후에 제공되는 설정값이다. 이러한 현재 설정값은 예를 들어 전술한 정해진 간격, 예를 들어 분간격으로, 송전 계통 운영자에 의해 현재 수요 상황에 대해 계산된 설정값에 상응한다. 그와 달리 추후 설정값은, 예를 들어, 송전 계통 운영자의 예측에 의해 높은 확률로, 추후의 에너지 수요 변동에 대응하기 위한 설정값에 상응하는 값이다.
설정값은 이 경우 예를 들어 에너지 생성 장치의 제어기 또는 전력 제어기를 위해 미리 정해진 전력 설정값, 바람직하게는 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지의 무효 전력 및/또는 유효 전력의 출력을 제어하기 위한 설정값이다. 설정값은 예를 들어 클러스터 제어기를 위한 전압 설정값이기도 하고, 상기 클러스터 제어기는 공급 그리드 내에서 전압 유지의 과제를 위해 이러한 설정값을 필요로 하고, 이로써 클러스터 제어기에 연결된 에너지 생성 장치는 그리드 내에서 소정의 전압 한계가 준수되도록 제어될 수 있다.
수신된 데이터 패킷의 추후 설정값은 이어서 메모리에 보관되고, 즉 저장된다.
또한, 수신된 데이터 패킷의 현재 설정값은 에너지 생성 장치, 예를 들어 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지를 위한, 또는 클러스터 제어기를 위한 제어기 설정값으로서 데이터 출력부에 의해 출력된다. 따라서 수신된 데이터 패킷의 현재 설정값은 바람직하게 에너지 생성 장치, 예를 들어 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지, 또는 클러스터 제어기를 위한 제어기 설정값으로서 데이터 패킷의 수신 후 직접 또는 바로 출력된다.
본 발명에 따라 데이터 패킷의 수신 후에 추가의, 즉 새로운 데이터 패킷이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에, 저장된 추후 설정값들 중 제 1 추후 설정값이 에너지 생성 장치 또는 클러스터 제어기를 위한 다음 제어기 설정값으로서 데이터 출력부에 의해 출력된다.
따라서 본 발명은 데이터 입력부, 메모리 및 데이터 출력부를 구비한 장치에 관한 것이다. 데이터 입력부에 의해, 각각 하나의 현재 설정값과 복수의 추후 설정값을 포함하는 데이터 패킷이 수신될 수 있다. 메모리는, 수신된 데이터 패킷의 추후 설정값을 저장하도록 구성된다. 데이터 출력부는, 에너지 생성 장치 또는 클러스터 제어기를 위한 제어기 설정값을 출력하도록 구성된다.
또한 장치는, 데이터 패킷의 수신 후에 수신된 데이터 패킷의 현재 설정값을 제어기 설정값으로서 데이터 출력부에 의해 출력하도록 및 데이터 패킷의 수신 후에 추가 데이터 패킷이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에, 저장된 제 1 추후 설정값을 데이터 출력부에 의해 다음 제어기 설정값으로서 출력하도록 구성된다. 따라서 제어부는, 먼저 데이터 패킷의 현재 설정값과 추후 설정값을 분리하고 추후 설정값을 메모리에 저장하도록 구성된다. 이때 현재 설정값은 데이터 패킷의 수신 직후에 데이터 출력부에서 제어기 설정값으로서 출력된다.
또한, 제어부는 데이터 패킷의 수신 후에 경과한 지속시간을 모니터링한다. 이러한 지속시간이 미리 규정된 지속시간을 초과하고 이러한 미리 규정된 지속시간 내에 추가 데이터 패킷이 수신되지 않으면, 제어부는 메모리에 저장된 추후 설정값을 메모리로부터 판독하여 상기 값을 - 추가 데이터 패킷의 이용 불가능한 새로운 설정값 대신 - 에너지 생성 장치 또는 클러스터 제어기를 제어하기 위한 제어기 설정값으로서 출력한다.
본 발명에 의해 그리드 운영자 또는 그리드 운영자의 컨트롤 센터 또는 클러스터 제어기로부터 현재 설정값 외에 본 발명에 따라 추후 설정값도 포함하는 데이터 패킷이 본 발명에 따른 장치에 발송될 수 있다. 즉, 그리드 운영자와 풍력 발전단지 간의 또는 클러스터 제어기와 풍력 발전 단지 간의 데이터 연결의 오류 가능성이 있는 경우에 대비해서 그리드 운영자 단독으로 또는 예측 서비스 제공 업체가 예측한 추후 설정값이 함께 전송된다. 데이터 전송에 장애가 발생하면, 여기에서 추후 설정값이라고 하는 예측된 설정값이 실시간으로 계산된 설정값, 즉 여기에서 언급된 현재 설정값 대신 사용될 수 있고, 따라서 에너지 생성 장치, 예를 들어 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지의 제어기 또는 클러스터 제어기에 설정값이 제공될 수 있다.
이 경우 본 발명은, 최근에는 특수한 예측 서비스 공급 업체가 추후 시간 범위에 대해 공급 그리드의 에너지 수요의 매우 정확한 예측을 미리 결정할 수 있다는 사실에 기초한다. 추후의 시간 범위, 예를 들어 20분 내지 한 시간 동안 단기 에너지 수요 변동이 거의 100% 정확도의 확률로 예측될 수 있다. 예를 들어 후속하는 24시간에 대해 예측 시 편차는 심지어 불과 약 3%의 편차로 제한된다.
장기 예측은 오늘날 이미 종래의 발전소에 의해, 발전소의 지연 응답에도 불구하고, 예를 들어 계획된 수요에 따라 조기에 공급 가능한 전력을 늘리거나 낮추어 기저 부하를 보장하기 위해 이용된다.
바람직하게는 실제로 더 정확한 단기 예측이, 본 발명에 따라 데이터 전송 시 장애를 적어도 소정의 시간 범위 동안 극복하기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 그리드 운영자의 컨트롤 센터로부터 정기적으로 업데이트된 설정값을 당시에 수신하지 않는, 예를 들어 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지 또는 클러스터 제어기와 같은 에너지 생성 장치를 하나의 표준값으로 작동하는 것은 불필요할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게 에너지 생성 장치 또는 클러스터 제어기의 제어에 직접 이용된다. 따라서 본 발명에 따른 상응하는 장치는 예를 들어 풍력 발전 단지 제어기, 개별 풍력 발전 설비의 제어부 또는 클러스터 제어기의 구성부이다.
제 1 실시예에 따라 메모리에 저장된 추후 설정값은 추가 데이터 패킷의 수신 후마다, 즉 먼저 수신된 데이터 패킷 후에 수신된 데이터 패킷의 수신 후마다 추가 데이터 패킷의 추후 설정값으로 덮어쓰기된다.
그리드 운영자에 의해 계속해서 새로운 현재 설정값이 결정될 뿐만 아니라, 예측에 의해 추후 설정값도 결정된다. 이러한 새로운 추후 설정값은 새로운 또는 추가 데이터 패킷의 수신 후마다 마지막으로 저장된 추후 설정값을 대체한다.
이로 인해, 예를 들어 데이터 패킷의 발송 시 추가 데이터 패킷이 발송되는 후속 시점보다 더 미래에 관련되었던 예측 추후 설정값은 후속 시점에 더 신뢰적으로 예측 가능한 것이 보장된다. 즉, 예를 들어 특정한 추후 시점에 대해 결정된, 즉 더 오랜 시간 전에 이미 예측되었던 추후 설정값도 예를 들어 또한 동일한 시점에 대해 새로운 추후 설정값에 의해 대체되는데, 그 이유는 새로운 추후 설정값이 더 높은 정확도로 예측될 수 있기 때문이다.
다른 실시예에 따라 데이터 패킷의 각각의 설정값에 각각 하나의 설정값 유효 기간이 할당된다. 이로써 각각의 설정값마다 기간이 할당되고, 상기 설정값은 상기 기간 동안 유효하고 제어기 설정값으로서 출력된다. 이러한 기간의 경과 후에 상응하게 다음 설정값이 제어기 설정값으로서 출력된다. 따라서 미리 규정된 지속시간에 상응하는 설정값 유효 기간도 현재 설정값에 대해 저장된다.
따라서 여기에서, 마지막으로 수신된 데이터 패킷으로부터 추출된 현재 설정값의 설정값 유효 기간에 상응하며, 데이터 패킷의 수신 후에 추가 데이터 패킷이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에, 새로운 추가 데이터 패킷이 수신되지 않는 한, 저장된 추후 설정값이 각각의 설정값 유효 기간에 상응하는 기간 동안 각각 차례로 데이터 출력부에 의해 제어기 설정값으로서 출력된다.
설정값 유효 기간은 따라서 그리드 운영자에 의해 미리 결정된다. 예를 들어, 가까운 미래에 해당하고 따라서 매우 높은 정확도와 분해도로 결정될 수 있는 설정값은, 더 먼 미래에 해당하고 물론 더이상 비교적 정확하게 결정될 수 없는 설정값보다 짧은 설정값 유효 기간을 갖는다. 따라서 설정값 유효 기간은 그리드 운영자에 의해, 바람직하게 컨트롤 센터에서 결정되어, 설정값에 할당된다. 이때 설정값 유효 기간은 데이터 패킷의 설정값들과 함께 전송될 수 있다.
다른 실시예에 따라 저장된 각각의 추후 설정값에 각각 하나의 타임 스탬프가 할당된다. 데이터 패킷의 수신 후에 추가 데이터 패킷이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에, 새로운 추가 데이터 패킷이 수신되지 않는 한, 저장된 추후 설정값들이 타임 스탬프에 해당하는 각각의 시점에 차례로 데이터 출력부에 의해 다음 제어기 설정값으로서 출력된다.
즉, 데이터 패킷이 데이터 입력부를 통해 수신된 후에, 일단 미리 규정된 지속시간을 대기한다. 새로운 추가 데이터 패킷이 수신되지 않으면, 항상 각 시점마다 추후 설정값의 타임 스탬프의 시점에 해당하는 새로운 제어기 설정값이 출력된다. 따라서 시간이 경과하는 동안 - 추가 데이터 패킷이 수신되지 않는 한 - 각각 타임 스탬프가 할당된 시점들마다 추후 설정값들이 각각 제어기 설정값으로서 출력된다.
이로 인해 예를 들어 그리드 운영자는, 추후 설정값들의 순서를 그것의 타임 스탬프 또는 설정값 유효 기간에 의해 미리 지정할 수 있고, 상기 순서는 가변적이다. 특히, 예를 들어, 그리드 운영자가, 예를 들어 야간의 경우에 해당할 수 있는 바와 같이, 더 긴 시간 범위 동안 설정값이 변동되지 않아도 된다는 것을 고려하면, 이러한 긴 시간 범위 동안 타임 스탬프 또는 설정값 유효 기간은, 예를 들어 공급 그리드로부터 컨슈머에 의해 소비되는 전력 수요가 심하게 변동하는 오전에 필요로 하는 것보다 큰 시간 간격으로 선택될 수 있다.
데이터 패킷으로, 예를 들어 20개 미만의 추후 설정값이 전송되는 경우에, 그렇게 심한 변동이 나타나지 않는 적어도 오류 시간 범위 동안 타임 스탬프의 더 긴 간격 또는 더 긴 설정값 유효 기간의 선택에 의해 데이터 연결의 더 장기 오류가 극복될 수 있다. 특히 야간에는, 예를 들어 서비스 직원이 데이터 연결의 손상을 해결하기가 정상 근무 시간보다 더 어려워질 수 있기 때문에, 주간보다 시간 간격이 더 큰 타임 스탬프 또는 더 긴 설정값 유효 기간을 선택하는 것이 바람직하다.
다른 실시예에 따라 타임 스탬프는 다양한 시점들에 상응하고, 이 경우 타임 스탬프에 상응하는 시점에 할당된 시간 간격은 타임 스탬프의 시간적인 순서에 따라 커진다.
임박한 추후의 설정값들은 가까운 예측 시점으로 인해 매우 정확하게 계산될 수 있고 먼 추후의 설정값들은 비교적 그렇게 정확하게 결정될 수 없기 때문에, 데이터 연결의 오류 시, 더 정확한 값들을 가능한 한 정확하게, 즉 높은 "분해도"로, 즉 제어기 설정값의 높은 업데이트율로 제어를 위해 사용하는 것과, 추후 설정값이 비교적 더 낮은 신뢰성을 갖는 즉시, 이러한 높은 업데이트율을 포기하는 것이 바람직하다.
다른 바람직한 실시예에 따라 저장된 추후 설정값들에 순서가 할당된다. 또한, 데이터 패킷의 수신 후에 추가 데이터 패킷이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에 및 미리 규정된 기간의 재경과 후마다 또는 미리 규정된 추가 지속시간의 경과 후마다 또는 시간적으로 증가하는 지속시간의 경과 후마다 추후 설정값들 중 각각 하나의 설정값이 그 순서에 따라 출력된다. 이는, 추가 데이터 패킷이 수신되지 않는 한 이루어진다.
이러한 실시예는 전술한 실시예와 달리 설정값들을 위한 타임 스탬프의 전송을 절약하여, 데이터 패킷의 데이터 볼륨을 더 작게 선택할 수 있다. 이 경우 그러나, 어느 시점에 설정값이 제어기 설정값으로서 출력되어야 하는지 사전 설정은, 미리 규정된 지속시간, 미리 규정된 다른 지속시간 또는 시간적으로 증가하는 미리 규정된 지속시간에 따라 장치에 의해 결정되고, 더 이상 송전 계통 운영자에 의해 개별적으로 사전 설정될 수 없는 것을 감수해야 한다.
다른 실시예에 따라, 저장된 모든 추후 설정값이 제어기 설정값으로서 이미 출력되었고 추가 데이터 패킷이 수신되지 않은 경우에, 디폴트 값이라고도 할 수 있는 미리 규정된 표준값이 제어기 설정값으로서 출력된다. 이러한 미리 규정된 표준값은 즉, 추가 데이터 패킷이 수신될 때까지, 제어기 설정값으로서 출력된다.
메모리에 저장된 추후 설정값의 개수는, 그리드 운영자와 에너지 생성 장치, 예를 들어 풍력 발전 설비 및 풍력 발전 단지, 또는 클러스터 제어기 간의 데이터 연결에 장애가 있는 평균적인 오류 시간을 포함한 전체 시간 범위가 극복될 수 있도록 선택되는 것이 전제된다. 장애가 있는 데이터 전송 네트워크의 예외적으로 긴 시간 범위가 발생하는 경우에만, 제어기 설정값으로서 미리 규정된 표준값의 출력을 야기하므로, 이 경우에도 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지의 적어도 하나의 미리 규정된 상태가 보장될 수 있다.
다른 실시예에 따라 미리 규정된 지속시간, 미리 규정된 추가 지속시간 또는 설정값 유효 기간은, 최대 1분, 최대 2분 또는 최대 5분에 해당하도록 선택된다. 또한, 각각의 데이터 패킷으로 적어도 10개, 적어도 20개 또는 적어도 50개의 추후 설정값이 수신된다.
이로 인해, 송전 계통 운영자와의 통신 오류가 발생하더라도 여전히 가능한 한 송전 그리드의 수요 요청을 만족시키는 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지의 제어를 보장하는 것이 보장된다.
또한, 본 발명은, 에너지 생성 장치, 예를 들어 풍력 발전 설비 또는 풍력 발전 단지, 또는 클러스터 제어기의 제어기이고 전술한 실시예들 중 하나에 따른 장치를 포함하는 제어기를 구비한 시스템에 관한 것이다. 바람직하게 시스템은 예를 들어 송전 계통 운영자의 컨트롤 시스템의 구성부인 설정값 결정 장치를 포함하고, 이 경우 설정값 결정 유닛은, 적어도 하나의 에너지 생성 장치, 예를 들어 풍력 발전 단지 또는 적어도 하나의 풍력 발전 설비, 또는 클러스터 제어기를 위한 현재 및 추후 설정값을 결정하도록, 현재 및 추후 설정값을 포함한 데이터 패킷을 생성하도록 및 시스템의 데이터 연결을 통해 제어기에 전송하도록 구성된다.
다른 실시 형태들은 도면에 상세히 기재된 실시예들을 참고로 제시된다.
도 1은 풍력 발전 설비를 도시한 도면.
도 2는 풍력 발전 단지 제어기를 통해 컨트롤 센터에 연결된 풍력 발전 단지를 도시한 도면.
도 3은 클러스터 제어기 및 풍력 발전 단지 제어기를 통해 컨트롤 센터에 연결된 풍력 발전 단지를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 실시예를 도시한 도면.
도 5는 방법의 실시예의 순서를 도시한 도면.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 생성 장치(200), 예컨대 풍력 발전 설비(100)의 개략도를 도시한다. 풍력 발전 설비(100)는 타워(102)와 타워(102) 위의 나셀(104)을 포함한다. 나셀(104)에 3개의 로터 블레이드(108)와 스피너(110)를 가진 공기 역학 로터(106)가 제공된다. 공기 역학 로터(106)는 풍력 발전 설비의 운전 시 풍력에 의해 회전 운동하고, 이로써 공기 역학 로터(106)에 직접 또는 간접적으로 연결된 발전기의 러너 또는 로터(106)도 회전시킨다. 전기 발전기는 나셀(104) 내에 배치되고 전기 에너지를 생성한다. 로터 블레이드(108)의 피치각은 각각의 로터 블레이드(108)의 로터 블레이드 루트(108b)에 있는 피치 모터에 의해 변경될 수 있다.
도 2는 동일하거나 상이할 수 있는, 예를 들어 3개의 풍력 발전 설비(100)를 포함하는 풍력 발전 단지(112)를 도시한다. 3개의 풍력 발전 설비(100)는 따라서 풍력 발전 단지(112)의 풍력 발전 설비들(100)의 기본적으로 임의의 개수를 나타낸다. 풍력 발전 설비들(100)은 전기 단지 그리드(114)를 통해 전력, 예컨대 특히 생성된 전류를 제공한다. 이 경우 개별 풍력 발전 설비들(100)의 각각의 생성된 전류 또는 전력은 합산되고, 일반적으로 변압기(116)가 제공되고, 상기 변압기는, 풍력 발전 단지(112) 내의 전압을, 일반적으로 PPC라고도 하는 공급점(118)에서 공급 그리드(120) 내로 공급하기 위해 승압한다. 도 2는 풍력 발전 단지(112)를 간단하게 도시할 뿐이며, 예를 들어 각각의 개별 풍력 발전 설비(100)의 제어부가 도시되지 않지만, 물론 상기 제어부는 제공될 수 있다. 예를 들어 풍력 발전 단지 그리드(114)는 달리 형성될 수도 있고, 다른 실시예를 들자면, 상기 그리드에도 각각의 풍력 발전 설비(100)의 출력부에 예를 들어 변압기(116)가 제공된다.
또한, 도 2는 풍력 발전 단지 제어기, SCADA-컴퓨터 또는 SCADA-계산기라고도 하며 버스 시스템(12)을 통해 각각의 개별 풍력 발전 설비(100)에 연결된 제어기(10)를 도시한다. 또한, 도 2는 그리드 운영자의 컨트롤 센터(14)를 포함하고, 이 경우 컨트롤 센터(14)와 제어기(10)는 연결(16)을 통해 서로 연결된다. 연결(16)은 예를 들어 TCP/IP-연결이다.
도 2에서 컨트롤 센터(14)에 예시적으로 하나의 풍력 발전 단지(112)만이 연결된다. 실제로 컨트롤 센터(14)에 각각 복수의 풍력 발전 설비(100) 및/또는 에너지 생성 장치(200)를 포함하는 복수의 풍력 발전 단지(112)가 연결되고, 이는 여기에서는 명료함을 위해 도시되지 않는다. 또한, 도 2에 3개의 풍력 발전 설비(100)가 도시되고, 상기 풍력 발전 설비들은 제어기(10)에 연결되고, 풍력 발전 설비(100)의 복합체는 에너지 생성 장치(200)로서 간주될 수 있다. 풍력 발전 단지(112) 외에 각각의 제어기(10)를 포함하는 개별 풍력 발전 설비(100)도 고려될 수 있고, 상기 제어기는 연결(16)을 통해 다시 컨트롤 센터(14)에 연결된다. 컴퓨터(10)와 컨트롤 센터(14) 사이의 연결(16)은 여기에서 비교적 매우 짧게 도시되지만, 실제로 수십 또는 심지어 수백 킬로미터의 거리일 수 있다.
또한, 연결(16)은 제어기(10)와 컨트롤 센터(14) 사이의 직접적인 연결로서 도시되며, 이 경우 물론 메시지 전송 또는 데이터 전송 분야에서 실제 전송 라인 내에 복수의 추가 전자 부품이 삽입된다. 연결(16)은 여기에서 라인으로서 도시되고, 이 경우 이러한 도면은 예시적이며 연결(16)은 무선 링크도 포함할 수 있다.
풍력 발전 단지의 제어기(10)와 컨트롤 센터(14) 사이의 연결(16)은, 설정값, 예를 들어 전력 설정값을 컨트롤 센터(14)로부터 풍력 발전 단지 제어기(10)로 전송하는 데 이용된다. 제어기(10)는 이러한 설정값에 기반해서 예를 들어, 풍력 발전 설비(100)로부터 그리드(114) 내로 공급되는 전기 에너지의 양을 조절한다.
실질적으로 도 2에 상응하는 도 3에, 추가로 클러스터 제어기(18)가 도시되고, 상기 제어기는 연결(20)을 통해 컨트롤 센터(14)에 연결된다. 연결(16)을 통해 클러스터 제어기(18)는 풍력 발전 단지 제어기(10)에 연결된다. 클러스터 제어기(18)에 또한 다른 풍력 발전 단지(112)의 다른 풍력 발전 단지 제어기(22) 또는 다른 에너지 생성 장치(200)가 연결된다. 이 경우 - 도 2와 관련해서 이미 언급한 - 설정값은 예를 들어 전력 제어를 위해 공급 그리드- 또는 송전 계통 운영자의 컨트롤 센터(14)로부터 클러스터 제어기(18)에 전송된다. 복수의 풍력 발전 단지(112) 또는 다른 에너지 생성 장치(200)에 설정값을 제공하기 위해, 클러스터 제어기(18)는 상기 설정값을 해당 풍력 발전 단지 제어기(10, 22)에 대해 각각 조정된 상태로 제어기(10, 22)에 전달한다. 클러스터 제어기(18)는 여기에서 예를 들어 클러스터라고도 하는, 공급 그리드(120) 또는 송전 그리드의 서브 네트워크에서 에너지를 공급하는 모든 에너지 생성 장치(200)의 제어를 위해 이용된다. 컨트롤 센터(14)에 이 경우 예를 들어 클러스터 제어기(18)가 연결되고, 이 경우 다른 실시예에 따라 복수의 클러스터 제어기(18)가 컨트롤 센터(14)에 연결될 수 있다.
도 4는, 전술한 실시예들 중 하나에 따른, 뿐만 아니라 다른 실시예에 따른 클러스터 제어기(18)에 따른, 예를 들어 풍력 발전 단지 제어기(10) 또는 다른 에너지 생성 장치(200)의 구성부인, 본 발명에 따른 장치의 실시예를 도시한다.
장치(30)는 데이터 입력부(32)와 데이터 출력부(34)를 포함한다. 또한 메모리(36)가 제공된다. 데이터 입력부(32)는 현재 및 추후 설정값들을 포함하는 데이터 패킷(33)을 수신하는 데 이용된다. 데이터 입력부(32)를 통해 수신된 데이터 패킷(33)은 추출 유닛이라고도 하는 분배 유닛(38)에 제공된다. 분배 유닛(38)에서 데이터 패킷(33)은 복수의 추후 설정값(40)과 하나의 현재 설정값(48)으로 분배되고, 즉 데이터 패킷(33)으로부터 하나의 현재 설정값(48)과 복수의 추후 설정값(40)이 추출된다. 현재 설정값(48)은 그리고 나서 메모리(36)에 전달되고, 거기에 보관되며, 즉 저장된다.
메모리(36)는 특히 바람직한 실시예에 따라 표에 따른 추후 설정값들(40)을 저장하고, 이 경우 각각의 행은 추후 설정값(40)과 관련된다. 이 경우, 따라서 메모리(36)는 일종의 표로서 도시된다. 메모리(36)의 좌측 열(42)에 행의 각각의 추후 설정값의 랭킹이 저장된다. 그 옆에 있는 제 2 열(44)에 설정값 자체가 저장되고, 설정값을 위한 타임 스탬프 또는 설정값 유효 기간은 열(46)에 저장된다.
분배 유닛(38)에 의해 데이터 패킷(33)으로부터 추출된 현재 설정값(48)은 결정기(50)에 직접 적용된다. 결정기(50)는 데이터 출력부(34)에 연결되고, 어떤 제어기 설정값이 출력부(34)에서 출력되는지 결정한다. 결정기(50)는 이를 위해 제어부(52)에 따라 제어된다.
제어부(52)는 이를 위해 지속시간을 측정하고, 상기 지속시간을 미리 규정된 지속시간, 예를 들어 설정값 유효 기간과 비교한다. 상세히는, 제어부(52)에서 데이터 패킷(33)의 입력부로부터 데이터 출력부(32)에 이르는 지속시간이 측정된다. 미리 규정된 지속시간 내에 데이터 입력부(32)에서 추가 데이터 패킷(33)이 수신되면, 제어부(52)에 의한 결정기(50)의 제어에 의해 결정기(50)가 추가 데이터 패킷(33)의 현재 설정값(48)을 결정기(50)를 통해 데이터 출력부(33)에서 출력하는 것이 야기된다. 미리 규정된 지속시간의 경과 후에 데이터 입력부(32)를 통해 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않으면, 제어부(52)에 의한 제어에 의해 결정기(50)를 통해 제 1 추후 설정값(40)이 메모리(26)로부터 판독되어, 풍력 발전 설비(100) 또는 풍력 발전 단지(112)의 제어를 위한 제어기 설정값(54)으로서 출력부(34)에서 출력된다. 장치(30)가 풍력 발전 단지 제어기(10)의 구성부인 경우에, 예를 들어 제어기 설정값(54)은 개별 풍력 발전 설비(100)를 위한 추가 제어기 설정값들로 분배된다.
제어부(52), 분배 유닛(38), 메모리(36) 및 결정기(50)는 여기에서 명료함과 이해를 돕기 위해 별도의 부품으로서 도시된다. 이들은 여기에 도시되지 않은 다른 실시예에 따라 마이크로컨트롤러의 개별 프로세서 또는 마이크로컨트롤러 자체로서 구현될 수 있다.
도 5에 방법의 실시예의 순서가 도시된다. 단계(60)에서 데이터 패킷(33)이 수신되고, 단계(62)에서 데이터 패킷(33)으로부터 추출된 추후 설정값(40)이 메모리(36)에 저장된다. 단계(64)에서 데이터 패킷(33)으로부터 추출된 현재 설정값(48)이 데이터 출력부(34)에서 출력된다. 단계(65)에서, 미리 결정된 지속시간 내에 새로운 데이터 패킷(33)이 수신되었는지 여부가 검사된다.
미리 결정된 시간 내에 새로운 데이터 패킷(33)이 수신된 경우(A)에, 방법은 단계(62)에서 다시 반복해서 시작된다. 미리 결정된 시간 범위 내에 새로운 데이터 패킷(33)이 수신되지 않은 경우(B)에, 단계(66)에서 추후 설정값(40)이 메모리(36)로부터 판독되고, 단계(68)에서 상기 설정값(40)이 출력부(34)에서 출력된다. 이어서 단계(69)에서, 메모리로부터 판독된 설정값이 마지막으로 저장된 추후 설정값(40)인지 여부가 검사된다. 출력된 이러한 추후 설정값(40) 외에 추가 설정값들이 더 이상 저장되지 않는 경우(C)에, 단계(72)에서, 추가 데이터 패킷(33)이 수신될 때까지 표준값이 출력된다. 다른 추후 설정값들(40)이 메모리(36)에 저장되는 경우(D)를 위해, 미리 규정된 시간 범위 내에 새로운 데이터 패킷(33)이 수신되지 않은 경우, 이는 다시 단계(65)에서 검사되고, 단계(66)에서 다음 추후 설정값(40)이 메모리(36)로부터 판독되고, 단계(68)에서 출력된다.
컨트롤 센터(14), 클러스터 제어기(18), 에너지 생성 장치(200)의 제어기 및/또는 풍력 발전 단지 제어기(10) 간의 데이터 연결(16, 20)이 중단되더라도, 방법 및 장치(30)에 의해 항상 조정된 새로운 제어기 설정값(54)이 출력된다.

Claims (16)

  1. 적어도 하나의 풍력 발전 설비(100) 또는 적어도 하나의 풍력 발전 단지(112)를 포함하는 적어도 하나의 에너지 생성 장치(200) 또는 적어도 하나의 클러스터 제어기(18)를 위한 제어기 설정값(54)을 출력하기 위한 제어기 설정값 출력 방법으로서,
    - 하나의 현재 설정값(48)과 복수의 추후 설정값(40)을 포함하는 데이터 패킷(33)을 데이터 입력부(32)에 의해 수신하는 단계(60),
    - 수신된 상기 데이터 패킷(33)의 상기 추후 설정값(40)을 메모리(36)에 저장하는 단계(62), 및
    - 상기 데이터 패킷(33)의 상기 현재 설정값(48)을 상기 에너지 생성 장치(200) 또는 클러스터 제어기(18)를 위한 상기 제어기 설정값(54)으로서 데이터 출력부(34)에 의해 출력하는 단계(64)를 포함하고,
    - 상기 데이터 패킷(33)의 수신(60) 후, 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에, 저장된 추후 설정값들(40) 중 제 1 추후 설정값이 다음 제어기 설정값(54)으로서 상기 데이터 출력부(34)에 의해 출력되는 것인 제어기 설정값 출력 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 메모리(36)에 저장된 상기 추후 설정값(40)은 추가 데이터 패킷(33)의 수신(60) 후마다, 상기 추가 데이터 패킷(33)의 추후 설정값(40)으로 덮어쓰기되는 것인 제어기 설정값 출력 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 설정값(40, 48)에 각각 하나의 설정값 유효 기간이 할당되고, 현재 제어기 설정값(54)으로서 출력되는 상기 현재 설정값(48)의 설정값 유효 기간에 상응하며 상기 데이터 패킷(33)의 수신(60) 후에 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에, 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않는 한, 상기 저장된 추후 설정값(40)이 상기 각각의 설정값(40, 48)의 각각의 설정값 유효 기간에 상응하는 기간 동안 상기 데이터 출력부(34)에 의해 제어기 설정값(54)으로서 출력되는 것인 제어기 설정값 출력 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 저장된 각각의 추후 설정값(40)에 타임 스탬프가 할당되고, 상기 데이터 패킷(33)의 수신(60) 후에 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에, 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않는 한, 상기 저장된 추후 설정값(40)이 타임 스탬프에 해당하는 각각의 시점에 차례로 상기 데이터 출력부(34)에 의해 다음 제어기 설정값(54)으로서 출력되는 것인 제어기 설정값 출력 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 타임 스탬프는 다양한 시점들에 상응하고, 타임 스탬프에 상응하는 시점들의 시간 간격은 상기 타임 스탬프의 시간적인 순서에 따라 커지는 것인 제어기 설정값 출력 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 저장된 추후 설정값들(40)에 순서가 할당되고, 상기 데이터 패킷(33)의 수신(60) 후에 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에는 물론, 미리 규정된 지속시간의 재경과 후마다, 미리 규정된 추가 지속시간의 경과 후마다 또는 시간적으로 증가하는 지속시간의 경과 후마다, 추가 데이터 패킷이 수신되지 않는 한, 상기 설정값들(40) 중 하나의 설정값이 각각 그 순서에 따라 출력되는 것인 제어기 설정값 출력 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 저장된 모든 추후 설정값(40)이 차례로 제어기 설정값(54)으로서 출력된 경우에, 미리 규정된 표준값이 제어기 설정값(54)으로서 출력되는 것인 제어기 설정값 출력 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 미리 규정된 지속시간 또는 미리 규정된 추가 지속 시간은 최대 1분, 최대 2분 또는 최대 5분에 해당하거나, 하나의 데이터 패킷(33)으로 적어도 10개, 적어도 20개 또는 적어도 50개의 추후 설정값(40)이 수신되는 것인 제어기 설정값 출력 방법.
  9. 적어도 하나의 풍력 발전 설비(100) 또는 적어도 하나의 풍력 발전 단지(112)를 포함하는 적어도 하나의 에너지 생성 장치(200) 또는 적어도 하나의 클러스터 제어기(18)를 위한 제어기 설정값(54)을 출력하기 위한 제어기 설정값 출력 장치로서,
    - 하나의 현재 설정값(48)과 복수의 추후 설정값(40)을 포함하는 데이터 패킷(33)을 수신(60)하기 위한 데이터 입력부(32),
    - 상기 데이터 패킷(33)의 상기 추후 설정값(40)을 저장하기 위한 메모리(36),
    - 상기 데이터 패킷(33)의 상기 현재 설정값(48)을 상기 에너지 생성 장치(200) 또는 클러스터 제어기(18)를 위한 제어기 설정값(54)으로서 출력하기 위한 데이터 출력부(34), 및
    - 상기 데이터 패킷(33)의 수신(60) 후에 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에, 저장된 제 1 추후 설정값(40)을 상기 데이터 출력부(34)에 의해 다음 제어기 설정값(54)으로서 출력하도록 구성된 제어유닛(52)
    을 포함하는 제어기 설정값 출력 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어유닛(52)은, 상기 메모리(36)에 저장된 상기 추후 설정값(40)을 상기 추가 데이터 패킷(33)의 수신(60) 후마다 상기 추가 데이터 패킷(33)의 추후 설정값(40)으로 덮어쓰도록 구성되는 것인 제어기 설정값 출력 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 각각의 저장된 추후 설정값(40)에 타임 스탬프가 할당되거나 각각의 설정값(40, 48)에 설정값 유효 기간이 할당되고, 상기 제어유닛(52)은, 상기 설정값(40, 48)을 그 타임 스탬프 또는 그 설정값 유효 기간에 해당하는 기간 동안 상기 데이터 출력부(34)에서 제어기 설정값(54)으로서 출력하도록 구성되는 것인 제어기 설정값 출력 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 타임 스탬프는 다양한 시점들에 상응하고, 타임 스탬프에 상응하는 시점들의 시간 간격은 상기 타임 스탬프의 시간적인 순서에 따라 커지는 것인 제어기 설정값 출력 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 저장된 추후 설정값들(40)에 순서가 할당되고, 상기 제어유닛(52)은, 상기 데이터 패킷(33)의 수신(60) 후에 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않는 미리 규정된 지속시간의 경과 후에는 물론 미리 규정된 기간의 재경과 후마다, 미리 규정된 추가 지속시간의 경과 후마다 또는 시간적으로 증가하는 지속시간의 경과 후마다, 추가 데이터 패킷(33)이 수신되지 않는 한, 상기 설정값들(40) 중 하나의 설정값을 각각 그 순서에 따라 출력하도록 구성되는 것인 제어기 설정값 출력 장치.
  14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 장치(30)는 에너지 생성 장치(200)의 제어기(10)의 영역 또는 클러스터 제어기(18) 영역에 배치되는 것인 제어기 설정값 출력 장치.
  15. 제 9 항에 따른 장치(30)와, 에너지 생성 장치(200)의 제어기(10) 또는 클러스터 제어기(18)를 포함하는 시스템으로서, 상기 장치(30)는 상기 에너지 생성 장치(200)의 상기 제어기(10) 또는 상기 클러스터 제어기(18)에 통합되는 것인 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 시스템은 추가로 컨트롤 센터(14)를 포함하고, 상기 컨트롤 센터는, 현재 설정값(48)과 추후 설정값(40)을 결정하도록, 각각 하나의 현재 설정값(48)과 복수의 추후 설정값(40)을 포함하는 데이터 패킷(33)을 생성하도록 및 데이터 연결(16, 20)을 통해 상기 에너지 생성 장치(200)의 상기 제어기(10) 또는 상기 클러스터 제어기(18)에 데이터 패킷을 전송하도록 구성되는 것인 시스템.
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