KR102190475B1 - Apparatus and Method for controlling real maximum power of wind farm considering wake effect - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치는 풍력발전단지 내에 구비된 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 풍력발전단지의 최대 유효전력 출력가능량을 산출하며, 상기 최대 유효전력 출력가능량에 도달하도록 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 최대유효전력 가능량을 산출하는 MPPT 제어부; 및 외부에서 수신한 상기 풍력발전단지를 제어하기 위한 총 제어지령을 상기 복수 개의 풍력터빈들의 각각의 최대유효전력 가능량에 기초하여 복수 개의 개별 제어지령들로 분배하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에 제공하는 풍력발전단지 제어부를 포함한다According to an embodiment of the present invention, the device for controlling the maximum active power of a wind farm considering the wake effect according to an embodiment of the present invention outputs the maximum active power of the wind farm based on the instantaneous active power of each of a plurality of wind turbines provided in the wind farm. An MPPT control unit that calculates a possible amount and calculates a maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines to reach the maximum available amount of active power output; And a total control command for controlling the wind power farm received from the outside is distributed to a plurality of individual control commands based on the maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines and provided to each of the plurality of wind turbines. It includes a wind farm control unit

Figure R1020150091841
Figure R1020150091841

Description

후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치 및 방법{Apparatus and Method for controlling real maximum power of wind farm considering wake effect}Apparatus and Method for controlling real maximum power of wind farm considering wake effect}

본 발명은 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for controlling maximum active power of a wind farm in consideration of a wake effect.

일반적으로, 풍력발전단지의 출력량은 후류효과로 인하여 출력이 감소되는 경향이 있다.In general, the output amount of a wind farm tends to decrease due to the wake effect.

후류효과에 의한 풍력발전단지의 출력감소에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.A brief description of the output reduction of the wind farm due to the wake effect is as follows.

도 1은 풍력발전단지 내의 풍속터빈들의 배치도이다.1 is a layout diagram of wind turbines in a wind farm.

풍력발전단지 내에 풍력터빈이 도 1과 같이, 배치되어 있다고 가정할 때, 풍속이 처음 들어가는 풍력터빈이 맞는 바람이 10m/s 라고 하면 첫번째 풍력터빈이 바람에너지를 흡수하였기 때문에 뒤로 빠져나가서 두번 째 풍력터빈이 맞는 바람은 약 10% 정도 감소된 90%정도의 바람만 맞게 된다.Assuming that the wind turbines are arranged in the wind farm as shown in FIG. 1, if the wind that the wind turbine where the wind speed first enters is 10 m/s, the wind energy is absorbed by the first wind turbine, so the second wind turbine is removed from the rear. The wind that the turbine hits is only about 90% of the wind, which is reduced by about 10%.

그러므로 두번째 풍력터빈은 약 9m/s에 해당하는 바람에너지만 흡수할 수 있는 것이다. 그리고 세번째 풍력터빈은 약 8.5m/s, 네번 째는 세 번째 풍력터빈에서 흡수하는 바람의 세기보다 적은 세기의 바람에너지를 흡수하게 된다.Therefore, the second wind turbine can only absorb wind energy equivalent to about 9 m/s. And the third wind turbine absorbs about 8.5m/s, and the fourth absorbs wind energy of less intensity than that of the third wind turbine.

이런식으로 앞의 풍력터빈이 바람에너지를 흡수함으로써 뒤의 풍력터빈이 에너지를 적게 흡수하게 되어 풍력발전단지 전체의 출력이 감소하게 되는 것이다.
In this way, the wind turbine in the front absorbs wind energy, so that the wind turbine in the rear absorbs less energy, and the output of the entire wind farm is reduced.

풍력터빈 간의 이격거리를 풍력터빈 로터(블레이드들로 형성된 원궤적)의 지름의 8~10 배 정도 거리를 둔다는 후류효과에 의한 출력 저감은 거의 없다고 하지만 실제로 10 배정도 거리를 두어도 어느 정도의 출력저감은 발생하게 된다.
There is hardly any reduction in output due to the wake effect that the separation distance between the wind turbines is 8 to 10 times the diameter of the wind turbine rotor (circular trajectory formed by blades), but in fact, even if the distance is 10 times, the output is reduced to some extent. Will occur.

이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로는 풍력터빈이 자신이 낼 수 있는 출력의 90~95% 정도만 내도록 풍력터빈을 제어하는 방안이 있다.As a solution to this problem, there is a method of controlling the wind turbine so that the wind turbine produces only about 90 to 95% of its output.

예를 들어 첫 번째 풍력터빈이 10m/s에서 2MW를 낼 수 있다고 가정한다면 실제로 1.8~1.9MW 정도의 출력을 내도록 설정한다면 뒤로 흘러들어가는 바람에너지가 더 많아져서 두 번째 풍력터빈이 낼 수 있는 에너지가 증가하게 된다.For example, assuming that the first wind turbine can produce 2MW at 10m/s, if it is actually set to output about 1.8~1.9MW, the wind energy flowing back will be more and the energy that the second wind turbine can produce is Will increase.

그러므로 풍력발전단지 전체의 입장에서 볼 때 풍력터빈들의 출력의 합이 최대가 되는 것이다.
Therefore, from the perspective of the entire wind farm, the sum of the outputs of the wind turbines is the maximum.

이것을 룩업 테이블(Look-up table)이나 인위적인 데이터를 가공하여 제어기에 넣고 동작시키는데는 제어기(controller) 개발부터 환경변화에 대응하여 데이터를 수정해주어야 하는 불편함도 있기 때문에 풍력발전단지 제어기에서 자동으로 후류효과를 고려하여 풍력발전단지의 최대출력제어(Maximum Power Point Tracking)을 수행할 수 있도록 한다면 후류효과에 의한 풍력발전단지의 출력저감 현상을 예방할 수 있다.
In order to process this look-up table or artificial data into the controller and operate it, there is an inconvenience of having to modify the data in response to environmental changes from the development of the controller. If the maximum power point tracking of the wind farm can be performed in consideration of the effect, it is possible to prevent the output reduction phenomenon of the wind farm due to the wake effect.

대한민국 특허등록공보 제10-1418413호 (발명의 명칭: 풍력 발전 단지 제어 방법)Korean Patent Registration Publication No. 10-1418413 (Name of invention: Wind farm control method)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 후류효과를 고려하여 풍력발전단지의 최대출력제어(Maximum Power Point Tracking)을 수행하여 후류효과에 의한 풍력발전단지의 최대유효전력 저감 현상을 예방할 수 있는 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
The problem to be solved by the present invention is to perform the maximum power point tracking of the wind farm in consideration of the wake effect, and consider the wake effect that can prevent the phenomenon of reducing the maximum active power of the wind farm due to the wake effect. It is to provide an apparatus and method for controlling maximum active power in a wind farm.

본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치는 풍력발전단지 내에 구비된 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 풍력발전단지의 최대 유효전력 출력가능량을 산출하며, 상기 최대 유효전력 출력가능량에 도달하도록 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 최대유효전력 가능량을 산출하는 MPPT 제어부; 및 외부에서 수신한 상기 풍력발전단지를 제어하기 위한 총 제어지령을 상기 복수 개의 풍력터빈들의 각각의 최대유효전력 가능량에 따라 복수 개의 개별 제어지령들로 분배하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에 제공하는 풍력발전단지 제어부를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the device for controlling the maximum active power of a wind farm considering the wake effect according to an embodiment of the present invention outputs the maximum active power of the wind farm based on the instantaneous active power of each of a plurality of wind turbines provided in the wind farm. An MPPT control unit that calculates a possible amount and calculates a maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines to reach the maximum available amount of active power output; And distributing the total control command for controlling the wind farm received from the outside into a plurality of individual control commands according to the maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines and providing each of the plurality of wind turbines. It includes a wind farm control unit.

일 실시 예에서, 상기 풍력발전단지 제어부는 아래에 기재된 식 1 및 식 2를 이용하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 개별제어지령을 산출한다.In an embodiment, the wind farm control unit calculates individual control commands for each of the plurality of wind turbines using Equations 1 and 2 described below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112015062517865-pat00001
Figure 112015062517865-pat00001

[식 2][Equation 2]

풍력터빈의 개별제어지령 =

Figure 112015062517865-pat00002
× 풍력터빈의 유효전력 출력가능량 × αIndividual control command of wind turbine =
Figure 112015062517865-pat00002
× Ability to output active power of wind turbine × α

여기서,

Figure 112015062517865-pat00003
은 풍력발전 총 유효전력 기준값,
Figure 112015062517865-pat00004
는 풍력발전단지의 유효전력성능비, P1 내지 Pn은 각 풍력터빈의 유효전력 출력가능량, α는 풍력터빈의 지령비례이득을 나타낸다.
here,
Figure 112015062517865-pat00003
Is the reference value of total active power of wind power generation,
Figure 112015062517865-pat00004
Denotes the effective power performance ratio of the wind farm, P1 to Pn denotes the effective power output possible amount of each wind turbine, and α denotes the command proportional gain of the wind turbine.

일 실시 예에서, 상기 MPPT 제어부는 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 지령비례이득을 산출하여 상기 풍력발전단지 제어부로 제공하는 지령비례이득 산출부를 포함할 수 있다.
In an embodiment, the MPPT control unit may include a command proportional gain calculation unit that calculates the command proportional gain based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines and provides it to the wind power complex control unit.

본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어방법은 풍력발전단지 내에 구비된 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 풍력발전단지의 최대 유효전력 출력가능량을 산출하며, 상기 최대 유효전력 출력가능량에 도달하도록 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 최대유효전력 가능량을 산출하는 MPPT 제어단계; 및 외부에서 수신한 상기 풍력발전단지를 제어하기 위한 총 제어지령을 상기 복수 개의 풍력터빈들의 각각의 최대유효전력 가능량에 따라 복수 개의 개별 제어지령들로 분배하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에 제공하는 풍력발전단지 제어단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the method for controlling the maximum active power of a wind farm considering the wake effect according to an embodiment of the present invention outputs the maximum active power of the wind farm based on the instantaneous active power of each of a plurality of wind turbines provided in the wind farm. An MPPT control step of calculating a possible amount and calculating a maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines to reach the maximum available amount of active power output; And distributing the total control command for controlling the wind farm received from the outside into a plurality of individual control commands according to the maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines and providing it to each of the plurality of wind turbines. It includes a wind farm control step.

일 실시 예에서, 상기 풍력발전단지 제어단계는 아래에 기재된 식 1 및 식 2를 이용하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 개별제어지령을 산출하는 단계일 수 있다.In an embodiment, the controlling step of the wind farm may be a step of calculating an individual control command for each of the plurality of wind turbines using Equations 1 and 2 described below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112015062517865-pat00005
Figure 112015062517865-pat00005

[식 2][Equation 2]

풍력터빈의 개별제어지령 =

Figure 112015062517865-pat00006
× 풍력터빈의 유효전력 출력가능량 × αIndividual control command of wind turbine =
Figure 112015062517865-pat00006
× Ability to output active power of wind turbine × α

여기서,

Figure 112015062517865-pat00007
은 풍력발전 총 유효전력 기준값,
Figure 112015062517865-pat00008
는 풍력발전단지의 유효전력성능비, P1 내지 Pn은 각 풍력터빈의 유효전력 출력가능량, α는 풍력터빈의 지령비례이득을 나타낸다.
here,
Figure 112015062517865-pat00007
Is the reference value of total active power of wind power generation,
Figure 112015062517865-pat00008
Denotes the effective power performance ratio of the wind farm, P1 to Pn denotes the effective power output possible amount of each wind turbine, and α denotes the command proportional gain of the wind turbine.

일 실시 예에서, 상기 MPPT 제어단계는 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 지령비례이득을 산출하여, 상기 풍력발전단지 제어단계로 제공하는 단계를 포함한다.
In one embodiment, the MPPT control step includes calculating the command proportional gain based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines, and providing it to the wind farm control step.

본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치 및 방법을 이용하면, 후류효과로 인한 풍력발전단지의 일부 풍력터빈의 유효전력 출력량을 억제시킴에 따라, 결과적으로 풍력발전단지의 전체 유효전력량을 증가시킬 수 있다는 이점이 있다.
When using the device and method for controlling the maximum active power of a wind farm considering the wake effect according to an embodiment of the present invention, as the amount of active power output of some wind turbines in the wind farm due to the wake effect is suppressed, as a result, There is an advantage of being able to increase the total amount of active power in the wind farm.

도 1은 풍력발전단지 내의 풍속터빈들의 배치도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치를 나타낸 장치 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a layout diagram of wind turbines in a wind farm.
FIG. 2 is a block diagram showing a device for controlling maximum active power of a wind farm in consideration of a wake effect according to an embodiment of the present invention.
3 is a flow chart illustrating a method for controlling maximum active power of a wind farm in consideration of a wake effect according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. However, in describing a preferred embodiment of the present invention in detail, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for portions having similar functions and functions.

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.
In addition, throughout the specification, when a part is said to be'connected' to another part, it is not only'directly connected', but also'indirectly connected' with another element in the middle. Include. In addition, "including" a certain component means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치 및 방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.Hereinafter, an apparatus and method for controlling maximum active power of a wind farm in consideration of a wake effect according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치를 나타낸 장치 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an apparatus for controlling maximum active power of a wind farm in consideration of a wake effect according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치(100)는 MPPT 제어부(110) 및 풍력발전단지 제어부(120)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the maximum active power control apparatus 100 of a wind power complex considering a wake effect according to an embodiment of the present invention includes an MPPT control unit 110 and a wind power complex control unit 120.

상기 MPPT 제어부(110)는 풍력발전단지 내에 구비된 복수 개의 풍력터빈들(W1 내지 Wn) 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 풍력발전단지의 최대 유효전력 출력가능량을 산출하며, 상기 풍력발전단지의 총 유효전력이 상기 최대 유효전력 출력가능량에 도달하도록 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 최대유효전력 가능량을 산출하는 기능을 수행한다.The MPPT control unit 110 calculates the maximum active power output possible amount of the wind power farm based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines W1 to Wn provided in the wind power farm. A function of calculating the maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines is performed so that the total active power reaches the maximum available amount of active power output.

상기 풍력발전단지 제어부(120)는 외부에서 제공된 상기 풍력발전단지의 총 제어지령을 상기 복수 개의 풍력터빈들(W1 내지 Wn)의 각각의 최대유효전력 가능량에 기초하여 상기 총 제어지령을 복수 개의 개별 제어지령들(A1~An)로 분배한 후, 해당 풍력터빈들 각각에 제공하는 기능을 수행한다.The wind power generation complex control unit 120 sets the total control command of the wind power generation complex provided from the outside based on the maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines W1 to Wn. After distributing to the control commands (A1 to An), it performs the function provided to each of the corresponding wind turbines.

상기 풍력발전단지 제어부(120)는 아래에 기재된 식 1 및 식 2를 이용하여 복수 개의 풍력터빈들 각각의 개별제어지령을 산출한다.The wind farm control unit 120 calculates an individual control command for each of a plurality of wind turbines using Equations 1 and 2 described below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112015062517865-pat00009
Figure 112015062517865-pat00009

[식 2][Equation 2]

풍력터빈의 개별제어지령 =

Figure 112015062517865-pat00010
× 풍력터빈의 유효전력 출력가능량 × αIndividual control command of wind turbine =
Figure 112015062517865-pat00010
× Ability to output active power of wind turbine × α

여기서,

Figure 112015062517865-pat00011
은 풍력발전 총 유효전력 기준값,
Figure 112015062517865-pat00012
는 풍력발전단지의 유효전력성능비, P1 내지 Pn은 각 풍력터빈의 유효전력 출력가능량, α는 풍력터빈의 지령비례이득을 나타낸다. 여기서, α는 0과 1 사이의 값을 갖는다.
here,
Figure 112015062517865-pat00011
Is the reference value of total active power of wind power generation,
Figure 112015062517865-pat00012
Denotes the effective power performance ratio of the wind farm, P1 to Pn denotes the effective power output possible amount of each wind turbine, and α denotes the command proportional gain of the wind turbine. Here, α has a value between 0 and 1.

한편, 상기 MPPT 제어부(110)는 상기 지령비례이득(α)을 산출하는 지령비례이득 산출부(111)를 구비한다.Meanwhile, the MPPT control unit 110 includes a command proportional gain calculation unit 111 for calculating the command proportional gain α.

상기 지령비례이득 산출부(111)는 상기 지령비례이득을 산출하는 기능을 수행한다. 보다 구체적으로, 상기 지령비례이득 산출부(111)는 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 지령비례이득(α)을 산출한다.The command proportional gain calculation unit 111 performs a function of calculating the command proportional gain. More specifically, the command proportional gain calculation unit 111 calculates the command proportional gain α based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines.

그 예로, P&O(Perturb & Observe) 방식은 풍력터빈의 출력전압을 주기적으로 증가 감소시키고 이전의 출력전력과 현재의 출력전력을 비교하여 최대 전력 동작점을 찾아 지령비례이득을 산출하는 방식일 수 있다. As an example, the P&O (Perturb & Observe) method may be a method of periodically increasing and decreasing the output voltage of a wind turbine and comparing the previous output power with the current output power to find the maximum power operating point and calculating the command proportional gain. .

그리고 IncCond(Incremental Conductance) 방식은 풍력터빈 출력의 컨덕턴스와 증분 컨덕턴스를 비교하여 최대 전력동작점을 추종하여 지령비례이득을 산출하는 방식일 수 있다.And IncCond (Incremental Conductance) method may be a method of calculating a command proportional gain by comparing the conductance of the wind turbine output and the incremental conductance to follow the maximum power operating point.

또 다른 예로 Hyterisis-band 변동제어 방식은 풍력터빈의 출력전압을 최대 전력점까지 증가시킨 후, 임의의 이득(Gain)을 최대 전력점에서의 전력과 곱하여 2개의 최소 전력값을 지정한 후, 최대 전력점을 기준으로 풍력터빈의 출력전압을 증가 혹은 감소시켜 최대 전력 동작점을 추종하여 지령비례이득을 산출하는 방식일 수 있다.As another example, the Hyterisis-band variation control method increases the output voltage of the wind turbine to the maximum power point, multiplies an arbitrary gain by the power at the maximum power point, specifies two minimum power values, and then specifies the maximum power. It may be a method of calculating a command proportional gain by increasing or decreasing the output voltage of the wind turbine based on the point to follow the maximum power operating point.

한편, 본 발명의 일 실시 예에서는 풍력터빈의 지령비례이득(α)를 산출하는 방식을 P&O(Perturb & Observe) 방식, IncCond(Incremental Conductance) 방식, Hysterisis-band 변동 제어 방식만을 언급하였으나, 이에 한정되지 않으며, 풍력터빈의 최대 전력동작점을 추종할 수 있는 방식이라면 모두 가능할 수 있다.
On the other hand, in an embodiment of the present invention, only the method of calculating the command proportional gain (α) of the wind turbine is referred to as the P&O (Perturb & Observe) method, IncCond (Incremental Conductance) method, and Hysterisis-band variation control method, but limited to this. It is not possible, and any method that can follow the maximum power operating point of the wind turbine can be possible.

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
On the other hand, components, or'units' or blocks used in an embodiment of the present invention are software such as tasks, classes, subroutines, processes, objects, execution threads, and programs that are executed in a predetermined area on the memory ( software), or hardware such as a Field Programmable Gate Array (FPGA) or an Application-Specific Integrated Circuit (ASIC), or a combination of the software and hardware. The component or'~ unit' may be included in a computer-readable storage medium, or some of the components may be distributed and distributed across a plurality of computers.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of controlling maximum active power in a wind farm in consideration of a wake effect according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어방법(S100)은 MPPT 제어단계(S110) 및 풍력발전단지 제어단계(S120)를 포함한다.As shown in Figure 3, the maximum active power control method (S100) of the wind farm considering the wake effect according to an embodiment of the present invention includes the MPPT control step (S110) and the wind farm control step (S120) do.

상기 MPPT 제어단계(S110)는 풍력발전단지 내에 구비된 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 풍력발전단지의 최대 유효전력 출력가능량을 산출하며, 상기 풍력발전단지의 총 유효전력이 상기 최대 유효전력 출력가능량에 도달하도록 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 최대유효전력 가능량을 산출하는 단계일 수 있다.The MPPT control step (S110) calculates the maximum active power output possible amount of the wind farm based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines provided in the wind farm, and the total active power of the wind farm is It may be a step of calculating a maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines to reach the maximum available amount of active power output.

상기 풍력발전단지 제어단계(S120)는 외부에서 제공된 상기 풍력발전단지의 총 제어지령을 상기 복수 개의 풍력터빈들의 각각의 최대유효전력 가능량에 기초하여 상기 총 제어지령을 복수 개의 개별제어지령들(A1 ~ An)로 분배한 후, 상기 개별 제어지령(An)으로 해당 풍력터빈들 각각을 제어하는 단계일 수 있다.The wind farm control step (S120) is based on the total control command of the wind farm provided from the outside based on the maximum active power available amount of each of the plurality of wind turbines, the total control command is a plurality of individual control commands (A1) After distribution to ~ An), it may be a step of controlling each of the corresponding wind turbines with the individual control command (An).

보다 구체적으로, 상기 풍력발전단지 제어단계(S120)는 아래에 기재된 식 1 및 식 2를 이용하여 복수 개의 풍력터빈들 각각의 개별제어지령(A1…An)을 산출하는 단계일 수 있다.More specifically, the wind farm control step (S120) may be a step of calculating individual control commands A1…An of each of the plurality of wind turbines using Equations 1 and 2 described below.

[식 1][Equation 1]

Figure 112015062517865-pat00013
Figure 112015062517865-pat00013

[식 2][Equation 2]

풍력터빈의 개별제어지령 =

Figure 112015062517865-pat00014
× 풍력터빈의 유효전력 출력가능량 × αIndividual control command of wind turbine =
Figure 112015062517865-pat00014
× Ability to output active power of wind turbine × α

여기서,

Figure 112015062517865-pat00015
은 풍력발전 총 유효전력 기준값,
Figure 112015062517865-pat00016
는 풍력발전단지의 유효전력성능비, P1 내지 Pn은 각 풍력터빈의 유효전력 출력가능량, α는 풍력터빈의 지령비례이득을 나타낸다.
here,
Figure 112015062517865-pat00015
Is the reference value of total active power of wind power generation,
Figure 112015062517865-pat00016
Denotes the effective power performance ratio of the wind farm, P1 to Pn denotes the effective power output possible amount of each wind turbine, and α denotes the command proportional gain of the wind turbine.

한편, 상기 MPPT 제어단계(S110)는 상기 지령비례이득을 산출하는 지령비례이득 산출단계를 포함할 수 있다.Meanwhile, the MPPT control step S110 may include a command proportional gain calculation step of calculating the command proportional gain.

상기 지령비례이득 산출단계는 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 지령비례이득(α)을 산출하는 단계일 수 있다.
The command proportional gain calculation step may be a step of calculating the command proportional gain α based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines.

본 발명의 일 실시 예에 따른 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 출력 증대 제어장치 및 방법을 이용하면, 후류효과로 인한 풍력발전단지의 출력억제가 가능하다는 이점이 있다.
The use of the apparatus and method for increasing the output of the wind farm considering the wake effect according to an embodiment of the present invention has an advantage that it is possible to suppress the output of the wind farm due to the wake effect.

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. Although the present invention has been described in more detail by way of examples above, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

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.
Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain the technical idea, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100: 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치
110: MPPT 제어부
120: 풍력발전단지 제어부100: The maximum active power control device of a wind farm considering the wake effect
110: MPPT control unit
120: wind power complex control unit

Claims (10)

풍력발전단지 내에 구비된 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 풍력발전단지의 최대 유효전력 출력가능량을 산출하며, 상기 최대 유효전력 출력가능량에 도달하도록 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 최대유효전력 가능량을 산출하는 MPPT 제어부; 및
상기 풍력발전단지를 제어하기 위한 총 제어지령을 상기 복수 개의 풍력터빈들의 각각의 최대유효전력 가능량에 기초하여 복수 개의 개별 제어지령들로 분배하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에 제공하는 풍력발전단지 제어부;
를 포함하며,
상기 풍력발전단지 제어부는,
아래에 기재된 식 1 및 식 2를 이용하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 개별제어지령을 산출하는 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치.
[식 1]
Figure 112020069292396-pat00028

[식 2]
풍력터빈의 개별제어지령 =
Figure 112020069292396-pat00029
× 풍력터빈의 유효전력 출력가능량 × α
여기서,
Figure 112020069292396-pat00030
은 풍력발전 총 유효전력 기준값,
Figure 112020069292396-pat00031
는 풍력발전단지의 유효전력성능비, P1 내지 Pn은 각 풍력터빈의 유효전력 출력가능량, α는 풍력터빈의 지령비례이득을 나타낸다.
The maximum available power output of the wind farm is calculated based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines provided in the wind farm, and each of the plurality of wind turbines reaches the maximum available power output. An MPPT control unit that calculates the maximum active power possible amount; And
A wind farm control unit that distributes a total control command for controlling the wind farm to a plurality of individual control commands based on the maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines and provides each of the plurality of wind turbines ;
Including,
The wind power complex control unit,
The maximum active power control device of a wind farm in consideration of the wake effect of calculating individual control commands for each of the plurality of wind turbines using Equations 1 and 2 described below.
[Equation 1]
Figure 112020069292396-pat00028

[Equation 2]
Individual control command of wind turbine =
Figure 112020069292396-pat00029
× Able to output active power of wind turbine × α
here,
Figure 112020069292396-pat00030
Is the reference value for total active power of wind power generation,
Figure 112020069292396-pat00031
Denotes the effective power performance ratio of the wind farm, P1 to Pn denotes the effective power output possible amount of each wind turbine, and α denotes the command proportional gain of the wind turbine.
 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 MPPT 제어부는,
상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 지령비례이득(α)을 산출하여 상기 풍력발전단지 제어부로 제공하는 지령비례이득산출부를 포함하는 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치.
The method of claim 1,
The MPPT control unit,
The maximum active power of the wind farm considering the wake effect including the command proportional gain calculation unit provided to the wind farm control unit by calculating the command proportional gain α based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines Control device.
 풍력발전단지 내에 구비된 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 풍력발전단지의 최대 유효전력 출력가능량을 산출하며, 상기 최대 유효전력 출력가능량에 도달하도록 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 최대유효전력 가능량을 산출하는 MPPT 제어단계; 및
외부에서 수신한 상기 풍력발전단지를 제어하기 위한 총 제어지령을 상기 복수 개의 풍력터빈들의 각각의 최대유효전력 가능량에 따라 복수 개의 개별 제어지령들로 분배하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각에 제공하는 풍력발전단지 제어단계;
를 포함하며,
상기 풍력발전단지 제어단계는,
아래에 기재된 식 1 및 식 2를 이용하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 개별제어지령을 산출하는 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어방법.
[식 1]
Figure 112020069292396-pat00021

[식 2]
풍력터빈의 개별제어지령 =
Figure 112020069292396-pat00022
× 풍력터빈의 유효전력 출력가능량 × α
여기서,
Figure 112020069292396-pat00023
은 풍력발전 총 유효전력 기준값,
Figure 112020069292396-pat00024
는 풍력발전단지의 유효전력성능비, P1 내지 Pn은 각 풍력터빈의 유효전력 출력가능량, α는 풍력터빈의 지령비례이득을 나타낸다.
The maximum available power output of the wind farm is calculated based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines provided in the wind farm, and each of the plurality of wind turbines reaches the maximum available power output. MPPT control step of calculating the maximum active power possible amount; And
Wind power provided to each of the plurality of wind turbines by distributing the total control command for controlling the wind farm received from the outside into a plurality of individual control commands according to the maximum available amount of active power of each of the plurality of wind turbines Power plant control step;
Including,
The wind farm control step,
A method for controlling the maximum active power of a wind farm in consideration of the wake effect of calculating individual control commands for each of the plurality of wind turbines using Equations 1 and 2 described below.
[Equation 1]
Figure 112020069292396-pat00021

[Equation 2]
Individual control command of wind turbine =
Figure 112020069292396-pat00022
× Ability to output active power of wind turbine × α
here,
Figure 112020069292396-pat00023
Is the reference value for total active power of wind power generation,
Figure 112020069292396-pat00024
Denotes the effective power performance ratio of the wind farm, P1 to Pn denotes the effective power output possible amount of each wind turbine, and α denotes the command proportional gain of the wind turbine.
 삭제delete 제4항에 있어서,
상기 MPPT 제어단계는,
상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 지령비례이득을 산출하여, 상기 풍력발전단지 제어단계로 제공하는 단계를 포함하는 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어방법.
The method of claim 4,
The MPPT control step,
And calculating the command proportional gain based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines and providing it to the wind farm control step.
 제4항에 있어서,
상기 MPPT 제어단계는,
풍력터빈의 출력전압을 주기적으로 증가 감소시키고 이전의 출력전력과 현재의 출력전력을 비교하여 최대 전력 동작점을 찾아 지령비례이득을 산출하는 최대유효전력 제어방법.
The method of claim 4,
The MPPT control step,
A maximum active power control method that periodically increases and decreases the output voltage of a wind turbine and compares the previous output power with the current output power to find the maximum power operating point and calculates the command proportional gain.
 제4항에 있어서,
상기 MPPT 제어단계는,
풍력터빈 출력의 컨덕턴스와 증분 컨덕턴스를 비교하여 최대 전력동작점을 추종하여 지령비례이득을 산출하는 최대유효전력 제어방법.
The method of claim 4,
The MPPT control step,
The maximum active power control method for calculating the command proportional gain by comparing the conductance of the wind turbine output and the incremental conductance to follow the maximum power operating point.
 제4항에 있어서,
상기 MPPT 제어단계는,
풍력터빈의 출력전압을 최대 전력점까지 증가시킨 후, 임의의 이득(Gain)을 최대 전력점에서의 전력과 곱하여 2개의 최소 전력값을 지정한 후, 최대 전력점을 기준으로 풍력터빈의 출력전압을 증가 혹은 감소시켜 최대 전력 동작점을 추종하여 지령비례이득을 산출하는 최대유효전력 제어방법.
The method of claim 4,
The MPPT control step,
After increasing the output voltage of the wind turbine to the maximum power point, multiplying an arbitrary gain by the power at the maximum power point to designate two minimum power values, and then calculate the output voltage of the wind turbine based on the maximum power point. The maximum active power control method that increases or decreases to follow the maximum power operating point and calculates the command proportional gain.
 풍력발전단지 내에 구비된 복수 개의 풍력터빈들 각각의 순시 유효전력에 기초하여 상기 풍력발전단지의 최대 유효전력 출력가능량을 산출하며, 상기 최대 유효전력 출력가능량에 도달하도록 상기 복수 개의 풍력터빈들의 최대유효전력 가능량을 산출하는 MPPT 제어부; 및
상기 복수 개의 풍력터빈들에 개별 제어지령을 제공하는 풍력발전단지 제어부;
를 포함하고,
상기 풍력발전단지 제어부는 풍력발전 총 유효전력 기준값과 풍력터빈의 유효전력 출력가능량에 비례하여 개별 제어지령을 산출하며,
상기 풍력발전단지 제어부는,
아래에 기재된 식 1 및 식 2를 이용하여 상기 복수 개의 풍력터빈들 각각의 개별제어지령을 산출하는 후류효과를 고려한 풍력발전단지의 최대유효전력 제어장치.
[식 1]
Figure 112020069292396-pat00032

[식 2]
풍력터빈의 개별제어지령 =
Figure 112020069292396-pat00033
× 풍력터빈의 유효전력 출력가능량 × α
여기서,
Figure 112020069292396-pat00034
은 풍력발전 총 유효전력 기준값,
Figure 112020069292396-pat00035
는 풍력발전단지의 유효전력성능비, P1 내지 Pn은 각 풍력터빈의 유효전력 출력가능량, α는 풍력터빈의 지령비례이득을 나타낸다. Based on the instantaneous active power of each of the plurality of wind turbines provided in the wind farm, the maximum available power output of the wind farm is calculated, and the maximum effective power of the plurality of wind turbines reaches the maximum available power output. An MPPT control unit that calculates an available amount of power; And
A wind power generation complex control unit for providing individual control commands to the plurality of wind turbines;
Including,
The wind farm control unit calculates an individual control command in proportion to the total active power reference value of wind power and the available power output of the wind turbine,
The wind power complex control unit,
The maximum active power control device of a wind farm in consideration of the wake effect of calculating individual control commands for each of the plurality of wind turbines using Equations 1 and 2 described below.
[Equation 1]
Figure 112020069292396-pat00032

[Equation 2]
Individual control command of wind turbine =
Figure 112020069292396-pat00033
× Ability to output active power of wind turbine × α
here,
Figure 112020069292396-pat00034
Is the reference value of total active power of wind power generation,
Figure 112020069292396-pat00035
Denotes the effective power performance ratio of the wind farm, P1 to Pn denotes the effective power output possible amount of each wind turbine, and α denotes the command proportional gain of the wind turbine.
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