KR102242329B1 - 다종 풍력발전 단지 제어기 운영 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

풍력발전 단지의 풍력 터빈들을 보다 효과적 그리고 효율적으로 운용하기 위한 방안으로, 다수의 풍력발전 단지 제어기들을 적응적으로 선택하여 풍력 터빈들을 제어하는 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 단지 운용 방법은 풍력발전 단지의 풍력 터빈들을 제어하는 다수의 제어기들의 성능들을 측정하는 단계; 측정된 성능들을 기초로, 제어기들 중 하나를 선정하는 단계; 선정된 제어기로 풍력 터빈들을 제어하는 단계;를 포함한다.
이에 의해, 다수의 풍력발전 단지 제어기들을 적응적으로 선택하여 풍력 터빈들을 제어함으로써, 풍력발전 단지의 풍력 터빈들을 보다 효과적 그리고 효율적으로 운용할 수 있게 된다.

Description

다종 풍력발전 단지 제어기 운영 방법 및 시스템{Multi Wind Farm Controller Operation Method and System}
본 발명은 풍력발전 단지 제어/운영 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 풍력발전 단지 제어기들을 적응적으로 이용하여 풍력 터빈들을 효과적으로 제어하여 방법 및 시스템에 관한 것이다.
풍력발전 단지에서 발전 효율을 최대로 높이기 위해서는, 계통 운영자의 요구 발전량을 풍력 터빈들에 적정하게 분배하여야 한다. 이를 위한 다양한 방식의 제어기들이 제시되어 있다.
기존 방식은 단일 제어기에 의존함이 일반적인데, 기상적 요인 외에도 기계적 부하 등의 복잡한 변수가 많이 작용하는 풍력발전에 적응적으로 대응하기에는 무리가 있다.
이에 따라, 풍력발전 단지의 풍력 터빈들을 보다 효과적 그리고 효율적으로 제어하여 운용하기 위한 방안이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 풍력발전 단지의 풍력 터빈들을 보다 효과적 그리고 효율적으로 운용하기 위한 방안으로, 다수의 풍력발전 단지 제어기들을 적응적으로 선택하여 풍력 터빈들을 제어하는 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 풍력발전 단지 운용 방법은 풍력발전 단지의 풍력 터빈들을 제어하는 다수의 제어기들의 성능들을 측정하는 단계; 측정된 성능들을 기초로, 제어기들 중 하나를 선정하는 단계; 선정된 제어기로 풍력 터빈들을 제어하는 단계;를 포함한다.
측정 단계는, 요구 발전량을 정확히 추종하는지 여부, 요구 발전량을 추종하는 시간이 그리드 코드에 만족하는지 여부 및 터빈의 출력량과 부하 중 적어도 하나를 기초로, 제어기를 선정하는 것일 수 있다.
제어기들은, 요구 발전량을 풍력발전 단지의 모든 풍력 터빈들에 균등하게 분배하거나 일부 풍력 터빈들의 운전을 중지시키고 요구 발전량을 나머지 풍력 터빈들에 균등하게 분배하는 제1 제어기를 포함할 수 있다.
제어기들은, 요구 발전량을 풍력발전 단지의 풍력 터빈들의 가용 발전량에 비례하도록 분배하는 제2 제어기를 더 포함할 수 있다.
제어기들은, 요구 발전량을 풍력발전 단지의 풍력 터빈들의 기계적 부하에 반비례하도록 분배하는 제3 제어기를 더 포함할 수 있다.
선정 단계는, 풍력발전 단지의 가용 발전량이 계통 운영자의 요구 발전량 보다 크면, 제어기들 중 하나를 선정하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 풍력발전 단지 운용 방법은 풍력발전 단지의 가용 발전량이 계통 운영자의 요구 발전량 보다 작으면, MPPT(Maximum Power Point Tracking)로 풍력 터빈들을 제어하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력발전 단지의 풍력 터빈들을 제어하는 다수의 제어기들; 제어기들의 성능들을 측정하고, 측정된 성능들을 기초로 제어기들 중 하나를 선정하여 풍력 터빈들을 제어하는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 단지 운용 시스템이제공된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 다수의 풍력발전 단지 제어기들을 적응적으로 선택하여 풍력 터빈들을 제어함으로써, 풍력발전 단지의 풍력 터빈들을 보다 효과적 그리고 효율적으로 운용할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 단지 운영 시스템을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전 단지 운영 방법의 설명에 제공되는 흐름도,
도 3은, 도 1에 도시된 제어기들의 상세 블럭도,
도 4는, 도 1에 도시된 SCADA 시스템의 상세 블럭도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전 단지 운영 시스템을 도시한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 단지 운영 시스템은, 다수의 풍력발전 단지 제어기들을 적응적으로 선택하여 풍력 터빈들을 제어한다.
이와 같은 기능을 수행하는 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전 단지 운영 시스템은, ED 타입 제어기(110), PD 타입 제어기(120), LR 타입 제어기(130), DB(140) 및 SCADA 시스템(150)을 포함하여 구성된다.
제어기들(110,120,130)은 풍력발전 단지의 모든 풍력 터빈들을 제어하여 계통 운영자(TSO : 10)의 요구 발전량을 생산하며, PCC(계통 연계점 : 40)의 전압과 주파수를 모니터링한다.
풍력 터빈들에 대한 제어 방식은 제어기들(110,120,130) 마다 차이가 있는 바, 이하에서 하나씩 설명한다.
ED(Even Distribution) 타입 제어기(110)는 계통 운영자(10)의 요구 발전량을 풍력발전 단지의 모든 풍력 터빈들에 균등하게 분배한다. 또는, 일부 풍력 터빈들의 운전을 중지시키고, 요구 발전량을 나머지 풍력 터빈들에 균등하게 분배할 수도 있다.
PD(Proportional Distribution) 타입 제어기(120)는 계통 운영자(10)의 요구 발전량을 풍력발전 단지의 풍력 터빈들의 가용 발전량에 비례하도록 분배한다. 즉, 가용 발전량이 높은 풍력 터빈에 요구 발전량을 높게 할당하고, 가용 발전량이 낮은 풍력 터빈에 요구 발전량을 낮게 할당한다.
LR(Load Reduction) 타입 제어기(130)는 계통 운영자(10)의 요구 발전량을 풍력발전 단지의 풍력 터빈들의 기계적 부하에 반비례하도록 분배한다. 풍력 터빈이 후류로 인해 받는 기계적 하중을 저감시켜 전체적인 풍력발전 단지의 이용률을 향상시키기 위함이다.
이를 위해, LR(Load Reduction) 타입 제어기(130)는 DB(140)에 수집/저장되는 MET Mast(20)로부터의 기상정보를 참조하여 풍력 터빈의 후류를 계산하고, DB(140)에 수집/저장되는 풍력 터빈 나셀(30)의 가속도 센싱 정보를 모니터링하여 풍력 터빈이 받는 추력(Thrust Force)를 산출함으로써 풍력 터빈의 기계적 부하를 계산한다.
LR 타입 제어기(130)는 풍력발전 단지 내 전체 풍력 터빈들의 부하를 분산할 수 있도록 각 풍력 터빈의 요구 발전량을 조절하여 할당함으로써, 특정 풍력 터빈의 피로도가 증가하지 않도록 조정하며, 이를 통해 풍력 터빈의 O&M 비용을 줄여 이용률을 향상시킨다.
SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템(150)은 풍력발전 단지 종합 관제를 위한 시스템으로, 풍력발전 단지는 계통 운영자(10)의 발전량 감발 및 증발을 추종해야 하는 의무를 가진다.
이를 위해, 계통 운영자(10)의 요구 발전량이 풍력발전 단지의 가용 발전량 보다 크면, SCADA 시스템(150)은 MPPT(Maximum Power Point Tracking)로 풍력발전 단지 내 풍력 터빈들을 제어한다.
반면, 계통 운영자(10)의 요구 발전량이 풍력발전 단지의 가용 발전량 보다 낮으면, SCADA 시스템(150)은 제어기들(110,120,130) 중 하나를 선정하여 풍력 터빈들에 요구 발전량을 할당한다.
제어기들(110,120,130) 중 하나를 선정하기 위해, SCADA 시스템(150)은 제어기들(110,120,130)에 대한 운영 상황을 모니터링하면서, 운영 성능들을 측정한다. 최근 운영 성능이 가장 우수한 제어기를 선정하기 위함이다.
구체적으로, SCADA 시스템(150)은 제어기들(110,120,130)이, 1) 요구 발전량을 정확히 추종하는지 여부, 2) 요구 발전량을 추종하는 시간이 그리드 코드에 만족하는지 여부 및 3) 터빈의 출력량과 부하 등을 기초로 제어기의 운영 성능을 측정한다.
그리고, SCADA 시스템(150)은 선정된 제어기로 풍력발전단지의 풍력 터빈들을 제어, 즉, 풍력 터빈들에 요구 발전량을 할당한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력발전 단지 운영 방법의 설명에 제공되는 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 풍력발전 단지의 가용 발전량이 계통 운영자(10)의 요구 발전량 보다 작으면(S210-N), SCADA 시스템(150)은 MPPT(Maximum Power Point Tracking)로 풍력발전 단지 내 풍력 터빈들을 제어한다(S220).
반면, 풍력발전 단지의 가용 발전량이 계통 운영자(10)의 요구 발전량 보다 크면(S210-Y), SCADA 시스템(150)은 최근 운영 성능이 가장 우수한 제어기를 선정한다(S230).
이에 따라, S230단계에서 선정된 제어기가 풍력발전 단지의 풍력터빈들에 요구 발전량을 할당한다(S240).
S230단계에서 ED 타입 제어기(110)가 선정되었다면, S240단계에서는 요구 발전량을 풍력발전 단지의 모든 풍력 터빈들에 균등하게 분배한다. 그리고, S230단계에서 PD 타입 제어기(120)가 선정되었다면, S240단계에서는 요구 발전량을 풍력발전 단지의 풍력 터빈들의 가용 발전량에 비례하도록 분배한다. 한편, 그리고, S230단계에서 LR 타입 제어기(130)가 선정되었다면, S240단계에서는 요구 발전량을 풍력발전 단지의 풍력 터빈들의 기계적 부하에 반비례하도록 분배한다.
도 3은, 도 1에 도시된 제어기들(110,120,130)의 상세 블럭도이다. 제어기들(110,120,130)은, 도 3에 도시된 바와 같이, SCADA 인터페이스(101), 제어부(102), DB 인터페이스(103) 및 풍력 터빈 인터페이스(104)를 포함하여 구성된다.
SCADA 인터페이스(101)는 SCADA 시스템(150)과 통신 연결하고, DB 인터페이스(103)는 DB(140)에 액세스 하며, 풍력 터빈 인터페이스(104)는 풍력 터빈들과 통신 연결하기 위한 수단들이다.
제어부(102)는 SCADA 인터페이스(101)에 의해 동작이 제어되며, 풍력 터빈 인터페이스(104)를 통해 풍력 터빈들의 동작을 제어한다. 이 과정에서 DB 인터페이스(103)를 통해 DB(140)에 액세스하여 저장된 정보를 참조할 수 있다.
도 4는, 도 1에 도시된 SCADA 시스템(150)의 상세 블럭도이다. SCADA 시스템(150)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제어기 인터페이스(151), 프로세서(152), 계통 운영자 인터페이스(153) 및 DB 인터페이스(154)를 포함하여 구성된다.
제어기 인터페이스(151)는 제어기들(110,120,130)과 통신 연결하고, 계통 운영자 인터페이스(153)는 계통 운영자(10)의 요구 발전량을 수신하며, DB 인터페이스(103)는 DB(140)에 액세스 하기 위한 수단들이다.
프로세서(152)는 계통 운영자(10)의 요구 발전량에 따라 MPPT 또는 발전량 할당으로 풍력발전 단지 내 풍력 터빈들을 제어한다. 후자의 경우, 프로세서(152)는 최근 운영 성능이 가장 우수한 제어기로 하여금 풍력 터빈들을 제어하도록 한다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10 : 계통 운영자
20 : MET Mast
30 : 풍력 터빈 나셀
40 : PCC(계통 연계점)
110 : ED(Even Distribution) 타입 제어기
120 : PD(Proportional Distribution) 타입 제어기
130 : LR(Load Reduction) 타입 제어기
140 : DB
150 : SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템

Claims (8)

  1. 풍력발전 단지의 풍력 터빈들을 제어하는 다수의 제어기들의 성능들을 측정하는 단계;
    측정된 성능들을 기초로, 제어기들 중 하나를 선정하는 단계; 및
    선정된 제어기로 풍력 터빈들을 제어하는 단계;를 포함하고,
    제어기들은,
    요구 발전량을 풍력발전 단지의 모든 풍력 터빈들에 균등하게 분배하거나 일부 풍력 터빈들의 운전을 중지시키고 요구 발전량을 나머지 풍력 터빈들에 균등하게 분배하는 제1 제어기; 및
    요구 발전량을 풍력발전 단지의 풍력 터빈들의 가용 발전량에 비례하도록 분배하는 제2 제어기;를 포함하며,
    선정 단계는,
    풍력발전 단지의 가용 발전량이 계통 운영자의 요구 발전량 보다 크면, 제어기들 중 하나를 선정하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 단지 운용 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    측정 단계는,
    요구 발전량을 정확히 추종하는지 여부, 요구 발전량을 추종하는 시간이 그리드 코드에 만족하는지 여부 및 터빈의 출력량과 부하 중 적어도 하나를 기초로, 제어기를 선정하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 단지 운용 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    제어기들은,
    요구 발전량을 풍력발전 단지의 풍력 터빈들의 기계적 부하에 반비례하도록 분배하는 제3 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 단지 운용 방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    풍력발전 단지의 가용 발전량이 계통 운영자의 요구 발전량 보다 작으면, MPPT(Maximum Power Point Tracking)로 풍력 터빈들을 제어하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 단지 운용 방법.
  8. 풍력발전 단지의 풍력 터빈들을 제어하는 다수의 제어기들;
    제어기들의 성능들을 측정하고, 측정된 성능들을 기초로 제어기들 중 하나를 선정하여 풍력 터빈들을 제어하는 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템;를 포함하고,
    제어기들은,
    요구 발전량을 풍력발전 단지의 모든 풍력 터빈들에 균등하게 분배하거나 일부 풍력 터빈들의 운전을 중지시키고 요구 발전량을 나머지 풍력 터빈들에 균등하게 분배하는 제1 제어기; 및
    요구 발전량을 풍력발전 단지의 풍력 터빈들의 가용 발전량에 비례하도록 분배하는 제2 제어기;를 포함하며,
    SCADA 시스템은,
    풍력발전 단지의 가용 발전량이 계통 운영자의 요구 발전량 보다 크면, 제어기들 중 하나를 선정하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 단지 운용 시스템.
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