KR102273363B1 - 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 o＆m 서비스 플랫폼 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각에 설치된 센서부와 통신하도록 구성되는 통신부; 상기 통신부를 통해 상기 센서부로부터 전송받은 센싱 데이터를 저장하는 저장부; 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각에 대해, 상기 센싱 데이터에 기초하여 후류의 영향을 받는 후류 영향 발전기와 후류의 영향을 받지 않는 후류 미영향 발전기로 구분하고, 상기 후류 영향 발전기에 설치된 센서부와 상기 후류 미영향 발전기에 설치된 센서부의 센싱 데이터 비교를 통해, 상기 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도를 파악하는 제어부; 및 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각에 대해 모델링하는 시뮬레이션부;를 포함하는 관제 서버를 포함하는 것에 기술적 특징이 있다.
Description
본 발명은 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치에 관한 것이다.
풍력 발전기는 바람의 에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 장치로, 풍력 발전기의 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산한다. 풍력 발전은 환경 오염을 발생시키지 않는 청정 에너지에 해당한다.
풍력 발전기의 주요 부품은 블레이드, 타워, 단조, 증속기, 베어링, 발전기 및 인버터 등이다.
풍력 발전기는 풍력 발전의 특성 상 외부 요인인 실시간 변화하는 바람을 포함하는 기상 요인에 많은 영향을 받게 된다.
이러한 풍력 발전기는 해상에서 사용될 때 하나의 풍력 발전기가 설치되는 것이 아니라, 다수의 풍력 발전기가 하나의 단지를 이루도록 구성되어 사용된다.
이처럼 다수의 풍력 발전기가 설치되어 운영되는 해상풍력단지는 디지털 기반으로 효율적인 유지 보수가 가능하도록 하는 통합 O&M 서비스 플랫폼이 필요한 실정이다.
특허문헌 1에 따른 종래의 풍력발전시스템 상태 감시 고장 진단 방법은 풍력 발전기에 의해 발생하는 후류의 영향을 고려하지 않고 있으며 주파수 대역의 분석만으로 고장 진단이 이루어지고 있어 해상풍력단지에 적용되었을 때 전반적인 고장 진단이 어렵고 통합적인 유지 보수가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 풍력 발전기에 의해 발생하는 후류 영향을 분석하고 단지 제어 시뮬레이션을 통해 디지털 기반으로 해상풍력단지의 통합 유지 보수가 가능한 서비스 플랫폼 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각에 설치된 센서부와 통신하도록 구성되는 통신부; 상기 통신부를 통해 상기 센서부로부터 전송받은 센싱 데이터를 저장하는 저장부; 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각에 대해, 상기 센싱 데이터에 기초하여 후류의 영향을 받는 후류 영향 발전기와 후류의 영향을 받지 않는 후류 미영향 발전기로 구분하고, 상기 후류 영향 발전기에 설치된 센서부와 상기 후류 미영향 발전기에 설치된 센서부의 센싱 데이터 비교를 통해, 상기 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도를 파악하는 제어부; 및 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각에 대해 모델링하는 시뮬레이션부;를 포함하는 관제 서버를 포함하는 것에 기술적 특징이 있다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 상기 제어부가 실제 풍력 발전기의 발전 수익률과 모델링된 풍력 발전기의 발전 수익률을 비교하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 상기 센서부는 적어도 하나의 풍향 감지 센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각의 풍향에 기초하여 후류의 영향을 받는 후류 영향 발전기와 후류의 영향을 받지 않는 후류 미영향 발전기로 구분하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 상기 제어부는 상기 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도에 기초하여, 상기 후류 미영향 발전기와 상기 후류 영향 발전기 사이의 관계를 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 상기 제어부는 상기 후류 미영향 발전기와 상기 후류 영향 발전기 사이의 관계를 시각화하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 상기 센서부는 적어도 하나의 변위 감지 센서를 포함하고, 상기 변위 감지 센서에서 감지된 변위 데이터가 상기 저장부에 저장되며, 상기 제어부는 상기 변위 데이터에 기초하여 진단 정보를 생성하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각은 풍력에 의해 회전하는 블레이드; 상기 블레이드에 결합되는 풍력 터빈; 상기 풍력 터빈이 내장되는 외함; 상기 외함과 결합되어 상기 외함을 지지하는 지지대; 상기 지지대와 결합되는 기초구조물;을 포함하고, 상기 블레이드에서 상기 기초구조물로 갈수록 진동이 감쇠하도록, 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각이 진동 감쇠 모델로 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 해상풍력단지를 구성하고 있는 각각의 풍력 발전기의 센싱 데이터에 기초하여 후류의 영향을 받는 후류 영향 발전기와 후류의 영향을 받지 않는 후류 미영향 발전기로 구분이 가능해지고, 후류 영향 발전기의 센싱 데이터와 후류 미영향 발전기의 센싱 데이터 비교를 통해, 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도를 파악이 가능해진다.
후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 실제 풍력 발전기의 발전 수익률과 모델링된 풍력 발전기의 발전 수익률을 비교하고, 비교 결과에 기초하여 해상풍력단지에 설치된 풍력 발전기의 동작을 조정함으로써 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도를 파악함으로써, 후류 미영향 발전기와 후류 영향 발전기 사이의 관계의 파악이 가능해지고, 후류 미영향 발전기와 후류 영향 발전기 사이의 관계를 고장 진단 시 하나의 팩터로 사용하여 진단 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치의 개략적인 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관제 서버의 구성도
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치의 동작을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 해상풍력단지에 설치되는 풍력 발전기의 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관제 서버의 구성도
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치의 동작을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 해상풍력단지에 설치되는 풍력 발전기의 구성도
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치에 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치의 개략적인 구성도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서부의 구성도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관제 서버의 구성도이다.
참고적으로 본 발명에서 O&M은 Operation&Maintenance를 의미한다.
도 1 내지 도 3을 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 다수 개의 풍력 발전기(100) 각각에 설치된 센서부(200)와 통신하도록 구성되는 통신부(310); 통신부(310)를 통해 센서부(200)로부터 전송받은 센싱 데이터를 저장하는 저장부(320); 및 다수 개의 풍력 발전기(100) 각각에 대해 센싱 데이터에 기초하여 전반적인 제어 동작을 수행하는 제어부(330); 다수 개의 풍력 발전기(100) 각각에 대해 모델링하는 시뮬레이션부(340);를 포함하는 관제 서버(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때 제어부(330)는 후류의 영향을 받는 후류 영향 발전기와 후류의 영향을 받지 않는 후류 미영향 발전기로 구분하고, 후류 영향 발전기에 설치된 센서부(200)와 후류 미영향 발전기에 설치된 센서부(200)의 센싱 데이터 비교를 통해, 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도를 파악하도록 구성될 수 있다.
그리고 제어부(330)는 실제 풍력 발전기의 발전 수익률과 모델링된 풍력 발전기의 발전 수익률을 비교하도록 구성될 수 있다. 이때 발전 수익률은 시간당 발전량일 수 있으며, 시간당 발전량이 많을 수록 발전 수익률이 높은 것으로 판단할 수 있다.
시뮬레이션부(340)는 다수 개의 풍력 발전기(100) 각각에 대해 모델링할 수 있는데, 이러한 모델링된 풍력 발전기로 시뮬레이션이 가능해질 수 있다. 예를 들어 시뮬레이션부(340)는 모델링된 풍력 발전기를 가상으로 동작시키는 시뮬레이션을 통해 소정 결과값을 도출할 수 있으며, 이를 시뮬레이션 결과값으로 볼 수 있다.
제어부(330)는 위의 시뮬레이션 결과값과 다수 개의 풍력 발전기(100)를 실제로 구동하여 얻게 된 결과값을 비교할 수 있다.
이러한 결과값의 비교를 통해 실제 풍력 발전기의 발전 수익률과 모델링된 풍력 발전기의 발전 수익률의 비교가 가능해질 수 있고, 상기 비교 결과에 기초하여 해상풍력단지에 설치된 풍력 발전기의 동작을 조정함으로써 발전 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 다수 개의 풍력 발전기(100)가 설치되는 해상풍력단지에 적용하기에 적합한 발명으로, 각각의 풍력 발전기(100)는 풍력에 의해 블레이드가 회전함으로써 후류(後流)를 필연적으로 발생시키게 된다. 따라서 해상풍력단지에 다수 개의 풍력 발전기(100)가 설치되면 일부의 풍력 발전기(100)는 다른 풍력 발전기(100)에 의한 후류의 영향을 받을 수밖에 없다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에서 다수 개의 풍력 발전기(a1~a5, b1~b5)가 2열로 배치될 수 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이 a열에 5개의 풍력 발전기가 배치((a1~a5)될 수 있고, b열에 5개의 풍력 발전기(b1~b5)가 배치될 수 있다.
도 4는 바람이 남쪽에서 불어오는 상태를 도시한 것으로, 도 4와 같은 상태에서 각각의 풍력 발전기(a1~a5, b1~b5) 모두는 남향의 바람에 의해 후류를 발생시킨다. 도면에서 점선이 각각의 풍력 발전기(a1~a5, b1~b5)에서 발생된 후류를 의미한다.
도 4에 도시된 것과 같이 남향의 바람에 의해 각각의 풍력 발전기(a1~a5, b1~b5) 모두가 동작하게 되면, a열은 후류의 영향을 받지 않지만 a열의 뒤에 있는 b열은 a열의 풍력 발전기(a1~a5)에 의해 발생된 후류의 영향을 받게 된다.
본 발명에서 제어부(330)는 후류의 영향을 받는 후류 영향 발전기와 후류의 영향을 받지 않는 후류 미영향 발전기로 구분하는 기능을 하는데, 이러한 구분 기능은 센서부(200)가 적어도 하나의 풍향 감지 센서(210)를 포함하고, 제어부(330)가 다수 개의 풍력 발전기 각각의 풍향에 기초하여 구분이 가능해질 수 있다.
다시 도 4를 참고하면, 모든 풍력 발전기(a1~a5, b1~b5) 각각에 풍향 감지 센서(210)가 설치되면 각각의 풍력 발전기(a1~a5, b1~b5)는 자신이 위치한 지점에서 정확한 풍향을 감지할 수 있게 된다.
도 4에서는 기본적으로 남향이 불어 모든 풍력 발전기(a1~a5, b1~b5)각 동작하고 있는 상태에서, a열의 풍력 발전기(a1~a5)는 자연풍인 남향에 의해서만 영향을 받게 되고, b열의 풍력 발전기(b1~b5)는 a열의 풍력 발전기(a1~a5)에 의해 발생된 후류의 영향을 같이 받게 된다.
따라서, a열의 풍력 발전기(a1~a5)와 b열의 풍력 발전기(b1~b5)에 설치된 풍향 감지 센서에 의한 풍향은 서로 차이가 날 수밖에 없으며, 이러한 풍향의 차이에 기초하여 a열의 풍력 발전기(a1~a5)와 b열의 풍력 발전기(b1~b5)를 구분할 수 있다.
이때 a열의 풍력 발전기(a1~a5)는 후류의 영향을 받지 않기 때문에 후류 미영향 발전기로 구분되고, b열의 풍력 발전기(b1~b5)는 후류의 영향을 받기 때문에 후류 영향 발전기로 구분될 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 해상풍력단지를 구성하고 있는 각각의 풍력 발전기의 센싱 데이터에 기초하여 후류의 영향을 받는 후류 영향 발전기와 후류의 영향을 받지 않는 후류 미영향 발전기로 구분이 가능해진다.
또한 본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 제어부(330)가 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도를 파악이 가능한데, 이는 후류 영향 발전기의 센싱 데이터와 후류 미영향 발전기의 센싱 데이터 비교를 통해 이루어질 수 있다.
예를 들어, 센서부(200)가 풍향 감지 센서(210)를 포함하여 구성되는 경우 풍향 데이터가 센싱 데이터에 포함될 수 있고, 제어부(330)는 후류 영향 발전기의 풍향 데이터와 후류 미영향 발전기의 풍향 데이터의 비교를 통해 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도를 파악할 수 있다.
도 4를 참고하면 a열의 풍력 발전기(a1~a5)는 후류의 영향을 받지 않기 때문에 후류 미영향 발전기로 구분되고, b열의 풍력 발전기(b1~b5)는 후류의 영향을 받기 때문에 후류 영향 발전기로 구분되는데, 이때 b열의 풍력 발전기(b1~b5)는 a열의 풍력 발전기(a1~a5)에 의해 발생한 후류에 의해 풍향의 변동이 발생할 수밖에 없다.
따라서 해상풍력단지에 불어오는 동일한 남풍에 대해서 후류 미영향 발전기(a1~a5)와 후류 영향 발전기(b1~b5) 사이에는 풍향의 차이가 발생하게 되면, 제어부(330)가 제어부(330)는 후류 영향 발전기의 풍향 데이터와 후류 미영향 발전기의 풍향 데이터의 비교함으로써 후류 미영향 발전기(a1~a5)와 후류 영향 발전기(b1~b5) 사이에는 풍향의 차이를 확인할 수 있게 된다.
제어부(330)는 이렇게 확인된 후류 영향 발전기와 후류 미영향 발전기의 풍향 차이에 기초하여 후류 영향 정도를 판단할 수 있다.
만일 후류 영향 발전기의 풍향 데이터와 후류 미영향 발전기의 풍향 차이가 크다면 후류 영향 정도가 크다고 판단할 수 있고, 후류 영향 발전기의 풍향 데이터와 후류 미영향 발전기의 풍향 차이가 작다면 후류 영향 정도가 작은 것으로 판단할 수 있다.
또한 본 발명에서 제어부(330)는 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도에 기초하여, 후류 미영향 발전기와 후류 영향 발전기 사이의 관계를 결정할 수 있다.
위의 예에서 살펴본 것과 같이, 도 4에서 해상풍력단지에 불어오는 동일한 남풍에 대해서 후류 미영향 발전기(a1~a5)와 후류 영향 발전기(b1~b5) 사이에는 풍향의 차이가 발생하게 되면, 제어부(330)가 제어부(330)는 후류 영향 발전기의 풍향 데이터와 후류 미영향 발전기의 풍향 데이터의 비교함으로써 후류 미영향 발전기(a1~a5)와 후류 영향 발전기(b1~b5) 사이에는 풍향의 차이를 확인할 수 있는데, 이때 제어부(330)는 이렇게 확인된 후류 영향 발전기와 후류 미영향 발전기의 풍향 차이에 기초하여 후류 영향 정도를 판단한다.
이렇게 판단된 후류 영향 정도는 후류 미영향 발전기와 후류 영향 발전기 사이의 관계의 기초 요소로 사용될 수 있다.
본 발명에서 후류 영향 발전기와 후류 미영향 발전기의 풍향 차이는 다양한 관계로 해석될 수 있는데, 예를 들어 후류 영향 발전기에서 센싱되는 풍향이 어느 한 방향으로 변화할 때, 후류 미영향 발전기에서 센싱되는 풍향이 후류 영향 발전기에서 센싱되는 풍향이 변화하는 방향과 같은 경우, 후류 영향 발전기와 후류 미영향 발전기의 관계를 양의 관계에 있는 것으로 판단할 수 있다.
반대로, 후류 영향 발전기의 풍향이 어느 한 방향으로 변화할 때, 후류 미영향 발전기의 풍향이 반대 방향으로 변화하는 경우, 후류 영향 발전기와 후류 미영향 발전기의 관계를 양의 관계에 있는 것으로 판단할 수 있다.
또 다른 예를 들면, 후류 영향 발전기의 풍향의 변화량이 커질수록 후류 미영향 발전기의 풍향의 변화량이 커진다면 후류 영향 발전기와 후류 미영향 발전기의 관계를 비례 관계에 있는 것으로 판단할 수 있다.
이렇게 제어부(330)에 의해 판단된 영향 발전기와 후류 미영향 발전기의 관계를 머신러닝의 학습 데이터로 활용이 가능하며, 예를 들어 관제 서버(300)가 머신러닝부(350)를 포함하여 구성될 수 있고, 제어부(330)에 의해 판단된 영향 발전기와 후류 미영향 발전기의 관계가 머신러닝부(350)의 학습 데이터로 입력되도록 구성될 수 있다.
본 발명은 이러한 구성에 의해 머신러닝의 학습 효과를 더욱 향상시킬 수 있고, 머신러닝부(350)의 학습 결과를 해상풍력단지 유지/보수의 기초 자료로 활용할 수 있게 된다.
또한 본 발명에서 제어부(330)는 후류 미영향 발전기와 후류 영향 발전기 사이의 관계를 시각화하도록 구성될 수 있다. 이렇게 시각화된 후류 미영향 발전기와 후류 영향 발전기 사이의 관계는 별도의 디스플레이부(미도시)를 통해 표시될 수 있으며, 필요에 따라 사용자 단말기(미도시)로 시각화된 후류 미영향 발전기와 후류 영향 발전기 사이의 관계가 표시되도록 구현될 수도 있다. 이때 사용자는 본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치를 이용하는 사용자일 수 있다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 센서부(200)가 적어도 하나의 변위 감지 센서(220)를 포함하고, 변위 감지 센서(220)에서 감지된 변위 데이터가 저장부(320)에 저장되며, 제어부(330)가 변위 데이터에 기초하여 진단 정보를 생성하도록 구성될 수 있다.
풍력 발전기(100)는 바람에 의해 회전함에 따라 풍력을 생성하기 때문에 필연적으로 진동을 발생시키며, 이러한 진동에 의해 풍력 발전기(100)을 이루는 각각의 부품들의 변위에 변화가 생길 수 있다.
본 발명은 이러한 변위의 변화를 감지함으로써 진단 정보를 생성하는 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 해상풍력단지에 설치되는 풍력 발전기의 구성도로, 도 6을 참조하면 풍력 발전기(100)는 풍력에 의해 회전하는 블레이드(110); 블레이드(110)에 결합되는 풍력 터빈(120); 풍력 터빈(120)이 내장되는 외함(130); 외함(130)과 결합되어 외함(130)을 지지하는 지지대(140); 지지대(140)와 결합되는 기초구조물(150);을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 풍력 발전기(100)에 풍력 터빈(120), 외함(130), 지지대(140) 및 기초구조물(150) 각각에 변위 감지 센서(220)가 설치될 수 있다.
이와 같은 구성에서 제어부(330)에 각각의 구성요소{풍력 터빈(120), 외함(130), 지지대(140) 및 기초구조물(150)}에 대한 기준 변위 변화량이 미리 저장되어 있고, 제어부(330)는 각각의 구성요소{풍력 터빈(120), 외함(130), 지지대(140) 및 기초구조물(150)}에 설치된 변위 감지 센서(220)가 감지하는 변위 변화량이 기준 변위 변화량을 초과하게 되면, 이를 고장으로 판단하여 진단 정보를 생성할 수 있다.
이렇게 생성된 진단 정보는 통신부(310)를 통해 사용자 단말기(미도시)로 전송될 수 있다.
본 발명에서는 해상풍력단지에 설치되는 다수 개의 풍력 발전기(100) 각각이 외함(130)에서 기초구조물(150)로 갈수록 진동이 감쇠하도록, 진동 감쇠 모델로 구현되는 것이 바람직하다.
만일 외함(130)에서 기초구조물(150)로 갈수록 진동이 감쇠하지 않는다면, 블레이드(110) 및 풍력 터빈(120)에 의해 발생하는 진동이 전달될수록 더욱 커지게 되고, 이에 따라 풍력 발전기(100) 자체가 무너지거나 파손될 수 있는 위험성이 있게 된다. 따라서 풍력 발전기(100)의 외함(130)에서 기초구조물(150)로 갈수록 진동이 감쇠하도록, 진동 감쇠 모델로 구현되는 것이 바람직하다.
이와 같이 풍력 발전기(100)의 외함(130)에서 기초구조물(150)로 갈수록 진동이 감쇠하는 점을 고려하면, 평상시에는 외함(130), 지지대(140) 및 기초구조물(150)의 변위 변화량이 외함(130)에서 기초구조물(150)로 갈수록 작아지게 된다.
반대로 고장이 발생하기 전이라도 어떠한 이상{외함(130), 지지대(140) 및 기초구조물(150)의 결합이 느슨해 지는 등의 이상}상태가 생기면 외함(130)에서 기초구조물(150)로 갈수록 평상시의 변위 변화량과는 다른 변화량이 발생할 수 있게 된다.
본 발명에서 제어부(330)는 외함(130)에서 기초구조물(150)로 갈수록 변위 변화량이 증가하게 되면, 고장 예측 정보를 생성하도록 구성될 수 있다.
예를 들어 외함(130), 지지대(140) 및 기초구조물(150) 각각에 변위 감지 센서(220)가 설치되어 실시간으로 외함(130), 지지대(140) 및 기초구조물(150) 각각의 변위 변화량을 측정할 수 있다.
즉, 외함(130)의 변위 변화량, 지지대(140)의 변위 변화량, 기초구조물(150)의 변위 변화량의 실시간 측정이 가능하다.
이때 외함(130)의 변위 변화량과 지지대(140)의 변위 변화량을 비교하여, 지지대(140)의 변위 변화량이 외함(130)의 변위 변화량보다 작으면, 변위 변화량이 감소하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
그리고 지지대(140)의 변위 변화량과 기초구조물(150)의 변위 변화량을 비교하여, 기초구조물(150)의 변위 변화량이 지지대(140)의 변위 변화량보다 작으면, 변위 변화량이 감소하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
반대로, 외함(130)의 변위 변화량과 지지대(140)의 변위 변화량을 비교하여, 지지대(140)의 변위 변화량이 외함(130)의 변위 변화량보다 크면, 변위 변화량이 증가하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
그리고 지지대(140)의 변위 변화량과 기초구조물(150)의 변위 변화량을 비교하여, 기초구조물(150)의 변위 변화량이 지지대(140)의 변위 변화량보다 크면, 변위 변화량이 증가하고 있는 것으로 판단할 수 있다.
외함(130)과 지지대(140) 사이의 구간을 제1 구간이라고 하고, 지지대(140)와 기초구조물(150) 사이의 구간을 제2 구간이라고 하면, 제어부(330)는 제1 구간에서의 변위 변화량 증가/감소를 판단할 수 있고, 제2 구간에서의 변위 변화량 증가/감소를 판단할 수 있다.
이때 제어부(330)는 제1 구간 및 제2 구간에서의 변위 변화량이 감소하는 것으로 판단되면 외함(130)에서 기초구조물(150)로 갈수록 변위 변화량이 감소하기 때문에 정상 상태인 것으로 판단할 수 있다.
그리고 제어부(330)는 제1 구간 및 제2 구간에서의 변위 변화량이 증가하는 것으로 판단되면 외함(130)에서 기초구조물(150)로 갈수록 변위 변화량이 증가하기 때문에 이상 상태로 판단할 수 있다.
예를 들어, 풍력 발전기(100)가 노후화되거나 어떠한 결함에 의해 외함(130)과 지지대(140) 사이의 결합이 느슨해 지거나 지지대(140)와 기초구조물(150) 사이의 결합이 느슨해 질 수 있고, 이러한 상태는 고장의 원인이 될 가능성이 높은 상태로 볼 수 있다.
본 발명에서는 제1 구간 및 제2 구간에서 모두에서 변위 변화량이 증가하거나, 제1 구간 및 제2 구간 중 어느 하나에서 변위 변화향이 증가하면 해당 구간에서 이상 상태가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
그리고 제어부(330)는 이렇게 이상 상태로 판단하게 되는 경우, 고장 예측 정보를 생성할 수 있다.
이처럼 본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 변위 자체의 변화량으로 고장 여부를 판단할 수 있으면서도, 변위 변화량의 증가/감소에 기초하여 이상 상태를 파악함으로써 고장이 실제로 발생 전에 고장 예측이 가능해진다.
본 발명에 따른 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치는 필요에 따라 센서부(200)가 진동 감지 센서(230)를 포함하여 구성될 수 있고, 감지된 진동을 주파수로 변환하여 주파수 해석을 통해 고장 여부를 판단할 수도 있다.
100: 풍력 발전기
200: 센서부
210: 풍향 감지 센서
220: 변위 감지 센서
230: 진동 감지 센서
300: 관제 서버
310: 통신부
320: 저장부
330: 제어부
340: 시뮬레이션부
350: 머신러닝부
200: 센서부
210: 풍향 감지 센서
220: 변위 감지 센서
230: 진동 감지 센서
300: 관제 서버
310: 통신부
320: 저장부
330: 제어부
340: 시뮬레이션부
350: 머신러닝부
Claims (7)
- 해상풍력단지에 구비되는 다수 개의 풍력 발전기를 운영하기 위한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치에 있어서,
상기 다수 개의 풍력 발전기 각각에 설치된 센서부와 통신하도록 구성되는 통신부;
상기 통신부를 통해 상기 센서부로부터 전송받은 센싱 데이터를 저장하는 저장부;
상기 다수 개의 풍력 발전기 각각에 대해, 상기 센싱 데이터에 기초하여 후류의 영향을 받는 후류 영향 발전기와 후류의 영향을 받지 않는 후류 미영향 발전기로 구분하고, 상기 후류 영향 발전기에 설치된 센서부와 상기 후류 미영향 발전기에 설치된 센서부의 센싱 데이터 비교를 통해, 상기 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도를 파악하는 제어부; 및
상기 다수 개의 풍력 발전기 각각에 대해 모델링하는 시뮬레이션부;를 포함하는 관제 서버를 포함하고,
상기 제어부는
상기 후류 영향 발전기의 풍향 데이터와 상기 후류 미영향 발전기의 풍향 데이터의 차이가 크다면 후류 영향 정도가 크다고 판단하고,
상기 후류 영향 발전기의 풍향 데이터와 상기 후류 미영향 발전기의 풍향 데이터의 차이가 작다면 후류 영향 정도가 작은 것으로 판단하고,
상기 제어부는
상기 후류 영향 발전기에 대한 후류 영향 정도에 기초하여, 상기 후류 미영향 발전기와 상기 후류 영향 발전기 사이의 관계를 결정하고,
상기 후류 영향 발전기에서 센싱되는 풍향이 어느 한 방향으로 변화할 때, 상기 후류 미영향 발전기에서 센싱되는 풍향이 상기 후류 영향 발전기에서 센싱되는 풍향이 변화하는 방향과 같은 경우, 상기 후류 영향 발전기와 상기 후류 미영향 발전기의 관계를 양의 관계에 있는 것으로 판단하고,
상기 제어부에 의해 판단된 후류 영향 발전기와 후류 미영향 발전기의 관계가 머신러닝부의 학습 데이터로 입력되고,
상기 센서부는 적어도 하나의 변위 감지 센서를 포함하고,
상기 다수 개의 풍력 발전기 각각은
풍력에 의해 회전하는 블레이드;
상기 블레이드에 결합되는 풍력 터빈;
상기 풍력 터빈이 내장되는 외함;
상기 외함과 결합되어 상기 외함을 지지하는 지지대;
상기 지지대와 결합되는 기초구조물;을 포함하고,
상기 외함에서 상기 기초구조물로 갈수록 진동이 감쇠하도록, 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각이 진동 감쇠 모델로 구현되고,
상기 풍력 터빈, 상기 외함, 상기 지지대 및 상기 기초구조물 각각에 상기 변위 감지 센서가 설치되고,
상기 제어부는 상기 풍력 터빈, 상기 외함, 상기 지지대 및 상기 기초구조물 각각에 설치된 상기 변위 감지 센서가 감지하는 변위 변화량이 기준 변위 변화량을 초과하게 되면, 이를 고장으로 판단하여 진단 정보를 생성하고,
상기 제어부는 상기 외함에서 상기 기초구조물로 갈수록 변위 변화량이 증가하게 되면, 고장 예측 정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는 실제 풍력 발전기의 발전 수익률과 모델링된 풍력 발전기의 발전 수익률을 비교하는 것을 특징으로 하는 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 센서부는 적어도 하나의 풍향 감지 센서를 포함하고,
상기 제어부는 상기 다수 개의 풍력 발전기 각각의 풍향에 기초하여 후류의 영향을 받는 후류 영향 발전기와 후류의 영향을 받지 않는 후류 미영향 발전기로 구분하는 것을 특징으로 하는 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 후류 미영향 발전기와 상기 후류 영향 발전기 사이의 관계를 시각화하는 것을 특징으로 하는 후류 영향 분석 및 단지 제어 시뮬레이션을 통한 디지털 기반 해상풍력단지 통합 O&M 서비스 플랫폼 장치. - 삭제
- 삭제
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2021
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