KR102190474B1 - 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치 및 방법 - Google Patents

풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치는 풍력발전단지의 총 제어지령, 풍력발전단지 내의 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력 및 풍속하중을 제공받는 입출력부; 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에서 제공된 순시 유효전력을 이용하여 상기 풍력발전단지의 평균 순시 유효전력가능량을 산출하는 평균 순시 유효전력가능량 산출부; 상기 총 제어지령을 복수 개의 풍력터빈들 각각에서 출력한 순시 유효전력에 기초하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각을 제어하는 개별제어지령으로 분할하는 개별 제어지령 산출부; 및 상기 복수 개의 풍력터빈들 중 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 순시 유효전력 출력량을 풍속하중에 따라 기 설정된 비율로 감쇄시키기 위한 보정값을 생성한 후, 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 개별제어지령에 적용시킨 최종 개별제어지령을 제공하는 최종 개별제어지령 제공부를 포함한다.

Description

풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치 및 방법{Apparatus and Method for advancing effective power of wind farm}
본 발명은 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치 및 방법에 관한 것이다.
풍력터빈의 순시 무효전력 공급 가능량은 계통의 역률 범위 제한에 의해 순시 유효전력의 크기에 따라 결정되므로, 풍력단지 내 풍력터빈의 유효전력의 할당 방법에 따라 출력 가능한 무효전력량도 달라지게 된다.
또한 풍력터빈의 풍속 하중은 정격 풍속에서 가장 크게 받는데, 풍력단지 내 풍력터빈의 유효전력 할당을 어떻게 하느냐에 따라 각 풍력터빈들이 갖는 풍속 하중의 편차가 달라진다.
도 1은 2MW급 풍력터빈의 풍속별 하중분포를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 2MW 급 풍력터빈의 정격풍속은 약 11m/s 이며, 정격풍속 구간에서 풍속별 하중분포가 높게 형성됨을 알 수 있다.
즉, 풍력터빈의 하중은 정격풍속에서 가장 크기 받으며 정격풍속을 기준으로 퐁속이 낮아지거나 정격풍속이 높아지면 하중은 감소하게 됨을 알 수 있다.
그러나, 종래에는 풍력발전단지의 총 유효전력량을 제어함에 있어, 풍속하중에 관계없이 일괄적으로 풍력터빈들 각각을 동일한 비율로 제어하였고, 이러한 제어방식은 풍력발전단지의 총 유효전력을 감소시키는 결과 및 풍력터빈들 각각의 수명을 단축시키는 결과를 초래하게 된다는 문제점이 있다.
대한민국 특허등록공보 제10-1418413호 (발명의 명칭: 풍력 발전 단지 제어 방법)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 풍력단지 내 풍력터빈들의 무효전력 공급 가능량과 각 풍력터빈들의 하중 편차를 고려하여 풍력단지 내 풍력터빈들에 유효전력을 할당할 수 있는 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치는 풍력발전단지의 총 제어지령, 풍력발전단지 내의 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력 및 풍속하중을 제공받는 입출력부; 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에서 제공된 순시 유효전력을 이용하여 상기 풍력발전단지의 평균 순시 유효전력가능량을 산출하는 평균 순시 유효전력가능량 산출부; 상기 총 제어지령을 복수 개의 풍력터빈들 각각에서 출력한 순시 유효전력에 기초하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각을 제어하는 개별제어지령으로 분할하는 개별 제어지령 산출부; 및 상기 복수 개의 풍력터빈들 중 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 순시 유효전력 출력량을 풍속하중에 따라 기 설정된 비율로 감쇄시키기 위한 보정값을 생성한 후, 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 개별제어지령에 적용시킨 최종 개별제어지령을 제공하는 최종 개별제어지령 제공부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대방법은 풍력발전단지의 총 제어지령, 풍력발전단지 내의 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력 및 풍속하중을 제공받는 정보수신단계; 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에서 제공된 순시 유효전력을 이용하여 상기 풍력발전단지의 평균 순시 유효전력가능량을 산출하는 평균 순시 유효전력가능량 산출단계; 상기 총 제어지령을 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에서 출력한 순시 유효전력에 기초하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각을 제어하는 개별제어지령으로 분할하는 개별 제어지령 산출단계; 및 상기 복수 개의 풍력터빈들 중 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 순시 유효전력 출력량을 풍속하중에 따라 기 설정된 비율로 감쇄시키기 위한 보정값을 생성한 후, 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 개별제어지령에 적용시킨 최종 개별제어지령을 제공하는 최종 개별제어지령 제공단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치 및 방법을 이용하면, 풍력터빈들 각각의 유효전력 출력율을 서로 다르게 할당, 예컨대, 높은 출력을 내는 풍력터빈의 유효전력 출력률은 감소시키고, 낮은 출력의 풍력터빈은 그대로 운전하도록 함으로써, 풍력단지 내 풍력터빈의 하중 편차가 줄어들어 유지보수 기간을 조절할 수 있다는 이점을 제공한다.
도 1은 2MW급 풍력터빈의 풍속별 하중분포를 나타낸 그래프이다
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치를 나타낸 장치 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치의 동작을 설명하기 위한 일 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치 및 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서, 본 발명에서 제시하는 풍력발전단지 내에 위치하는 복수 개의 풍력터빈들 각각은 순시 유효전력을 측정하는 유효전력 측정기기(A) 및 풍속하중을 측정하는 풍속하중 측정기기(B)를 구비하고 있어, 각 풍력터빈들은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치로 순시 유효전력 및 풍속하중을 제공할 수 있다.
따라서, 이하에서 설명할 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치는 풍력발전단지 내의 각 풍력터빈에서 제공하는 순시 유효전력 및 풍속하중을 이용하여 풍력발전단지의 최대유효전력을 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치를 나타낸 장치 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치(100)는 입출력부(110), 평균 순시 유효전력가능량 산출부(120), 개별제어지령 산출부(130) 및 최종개별제어지령 제공부(140)를 포함할 수 있다.
상기 입출력부(110)는 풍력발전단지의 총 제어지령, 풍력발전단지 내의 복수 개의 풍력터빈들(W1 ~ Wn) 각각의 순시 유효전력 및 풍속하중을 제공받는다. 또한, 상기 입출력부(110)는 하기에 후술할 최종 개별제어지령을 풍력터빈으로 출력하는 기능을 수행한다.
상기 평균 순시 유효전력가능량 산출부(120)는 상기 복수 개의 풍력터빈들(W1~Wn) 각각에서 제공된 순시 유효전력들을 이용하여 상기 풍력발전단지의 평균 순시 유효전력가능량을 산출한다.
상기 개별 제어지령 산출부(130)는 외부에서 제공된 총 제어지령을 복수 개의 풍력터빈들 각각에서 출력한 순시 유효전력에 기초하여 복수 개의 풍력터빈들 각각을 제어하는 개별제어지령으로 분할하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 최종 개별제어지령 제공부(140)는 상기 복수 개의 풍력터빈들(W1~Wn) 중 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 순시 유효전력 출력량을 풍속하중에 따라 기 설정된 비율로 감쇄시키기 위한 보정값을 생성한 후, 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 개별제어지령에 적용시킨 최종 개별제어지령(A1~An)을 제공하는 기능을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치의 동작을 설명하기 위한 예시도로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 풍력발전단지 내의 풍력터빈들(W1~W10)의 평균 순시 유효전력이 1.84MW일 경우, 풍력발전단지 내의 풍력터빈들 중 평균 순시 유효전력(1.84MW) 보다 작은 출력을 내는 풍력터빈들(W4, W5, W6, W9, W10) 의 동작은 그대로 유지시키고, 평균 순시 유효전력(1.84MW) 보다 큰 출력을 내는 풍력터빈들(W1, W2, W3, W7, W8)의 출력을 풍속하중에 따라 기 설정된 비율로 감쇄시키도록 개별적으로 제어한다.
이러한 제어방식을 통해 평균 순시 유효전력(1.84MW) 보다 큰 출력을 내는 풍력터빈들의 풍속하중 및 풍속하중에 따른 순시 유효전력 출력량을 줄여줌으로써, 풍력터빈의 풍속하중에 따른 피로하중이 감소되고, 풍력발전단지의 전체 풍속하중이 분산되어, 풍력발전단지의 전체 유효전력량 및 무효전력공급가능량을 증가시킬 수 있으며, 결과적으로, 풍력터빈들 각각의 유지보수 기간을 조절(연장)할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대방법(S100)은 정보수신단계(S110), 평균 순시 유효전력 가능량 산출단계(S120), 개별 제어지령 산출단계(S130), 최종 개별제어지령 제공단계(S140)를 포함할 수 있다.
상기 정보수신단계(S110)는 풍력발전단지의 총 제어지령, 풍력발전단지 내의 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력 및 풍속하중을 제공받는 단계일 수 있다.
상기 평균 순시 유효전력가능량 산출단계(S120)는 평균 순시 유효전력가능량 산출부(120)에서 상기 복수 개의 풍력터빈들(W1~Wn) 각각에서 제공된 순시 유효전력들을 이용하여 상기 풍력발전단지의 평균 순시 유효전력가능량을 산출하는 단계일 수 있다.
상기 개별 제어지령 산출단계(S130)는 개별 제어지령 산출부(130)에서 외부에서 제공된 총 제어지령을 복수 개의 풍력터빈들(W1~Wn) 각각에서 출력한 순시유효전력에 기초하여 복수 개의 풍력터빈들(W1~Wn) 각각을 제어하는 개별제어지령으로 분할하는 기능을 수행할 수 있다.
상기 최종 개별제어지령 제공단계(S140)는 최종 개별제어지령 제공부(140)에서 상기 복수 개의 풍력터빈들(W1~Wn) 중 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 순시 유효전력 출력량을 풍속하중에 따라 기 설정된 비율로 감쇄시키기 위한 보정값을 생성한 후, 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 개별제어지령에 적용시켜 생성한 최종 개별제어지령(A1~An)을 제공하는 기능을 수행한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 사용되는 구성요소 또는 '~부(unit)' 또는 블록은 메모리 상의 소정 영역에서 수행되는 태스크, 클래스, 서브 루틴, 프로세스, 오브젝트, 실행 쓰레드, 프로그램과 같은 소프트웨어(software)나, FPGA(Fieldprogrammable Gate Array)나 ASIC(Application-specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 (hardware)로 구현될 수 있으며, 또한 상기 소프트웨어 및 하드웨어의 조합으로 이루어질 수도 있다. 상기 구성요소 또는 '~부'는 컴퓨터로 판독 가능한 저장 매체에 포함되어 있을 수도 있고, 복수의 컴퓨터에 그 일부가 분산되어 분포될 수도 있다
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치 및 방법을 이용하면, 일괄적으로 풍력터빈들을 동일한 비율로 풍력터빈의 유효전력을 할당하는 것보다 높은 출력을 내는 풍력터빈의 유효전력을 풍속별 하중에 따라 감소시키고, 낮은 출력을 내는 풍력터빈은 그대로 운전시킴으로써, 풍력발전단지 내 풍력터빈들 각각의 풍속하중 편차가 줄어들어, 이로 인하여 풍력터빈들 각각의 유지보수 기간을 조절(연장)할 수 있게 된다.
이상에서 실시 예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다.
따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치
110: 입출력부
120: 평균 순시 유효전력 가능량 산출부
130: 개별제어지령 산출부
140: 최종 개별제어지령 제공부
A: 유효전력 측정기기
B: 풍속하중 측정기기

Claims (10)

  1. 복수 개의 풍력터빈들 각각에서 제공된 순시 유효전력을 이용하여 풍력발전단지의 평균 순시 유효전력 가능량을 산출하는 평균 순시 유효전력 가능량 산출부;
    외부에서 제공된 총 제어지령을 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에서 출력한 순시 유효전력에 기초하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각을 제어하는 개별제어지령으로 분할하는 개별 제어지령 산출부; 및
    상기 복수 개의 풍력터빈들 중 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 순시 유효전력 출력량을 감쇄시키기 위한 보정값을 생성하는 최종 개별제어지령 제공부;
    를 포함하며,
    상기 최종 개별제어지령 제공부는 상기 보정값을 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 개별제어지령에 적용시킨 최종 개별제어지령을 제공하여, 상기 풍력발전단지 내의 상기 풍력터빈들 중 평균 순시 유효전력 보다 작은 출력을 내는 풍력터빈들의 동작은 그대로 유지시키고, 상기 평균 순시 유효전력 보다 큰 출력을 내는 풍력터빈들의 출력을 기 설정된 비율로 감쇄시키되, 풍속하중에 따라 감쇄시키는 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치는, 풍력발전단지의 총 제어지령, 풍력발전단지 내의 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력 및 풍속하중을 제공받는 입출력부를 더 포함하는 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 입출력부는 상기 최종 개별제어지령 제공부에서 전달된 최종 개별제어지령을 풍력터빈으로 출력하는 풍력발전단지의 최대유효전력 증대장치.
  6. 복수 개의 풍력터빈을 갖는 풍력발전단지의 평균 순시 유효전력 가능량을 산출하는 평균 순시 유효전력 가능량 산출단계;
    외부에서 제공된 총 제어지령을 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에서 출력한 순시 유효전력에 기초하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각을 제어하는 개별제어지령으로 산출하는 개별 제어지령 산출단계, 및
    상기 복수 개의 풍력터빈들 중 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 순시 유효전력 출력량을 감쇄시키기 위한 보정값을 생성하고, 최종 개별제어지령을 제공하는 최종 개별제어지령 제공단계;
    를 포함하며,
    상기 최종 개별제어지령 제공단계는 상기 보정값을 상기 평균 순시 유효전력을 초과 출력하는 풍력터빈의 개별제어지령에 적용시킨 최종 개별제어지령을 제공하며,
    상기 최종 개별제어지령 제공단계는 상기 보정값을 풍속하중에 따라 기 설정된 비율로 감쇄시켜서,
    상기 풍력발전단지 내의 상기 풍력터빈들 중 평균 순시 유효전력 보다 작은 출력을 내는 풍력터빈들의 동작은 그대로 유지시키고, 상기 평균 순시 유효전력 보다 큰 출력을 내는 풍력터빈들의 출력을 기 설정된 비율로 감쇄시키되, 풍속하중에 따라 감쇄시키는 풍력발전단지의 최대유효전력 증대방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 풍력발전단지의 최대유효전력 증대방법은, 풍력발전단지의 총 제어지령, 풍력발전단지 내의 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력 및 풍속하중을 제공받는 정보수신단계를 더 포함하는 풍력발전단지의 최대유효전력 증대방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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