KR102406851B1 - Coordinated optimization method for maximizing the power of wind farm using scalable wake digraph and apparatus performing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른, 풍력 발전 단지(WF)의 전력 조정 최적화 방법은, 상기 풍력 발전 단지의 출력 전력과 연관되는, 상기 복수의 풍력 터빈(WT)들에 대한 파라미터를 수집하는 단계; 상기 복수의 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 수치적으로 나타내는 웨이크 가중 계수 행렬과, 상기 WT를 노드로, 상기 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 방향 선으로 나타내는 웨이크 방향 그래프를 생성하는 단계; 웨이크 가중 계수에 기초하여 정의되는 임계치를 이용하여, 상기 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프에 대한 가지치기(pruning) 프로세스를 수행하는 단계; 상기 가지치기 프로세스가 완료된 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프를 기초로 상기 복수의 WT들을 클러스트링하여 복수의 서브 셋들로 분류하는 단계; 상기 서브 셋 분류 결과에 기초하여 상기 복수의 WT들에 적용되는 희소 통신 아키텍처를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 희소 통신 아키텍처에 대응되는 기정의된 전력 조정 최적화 알고리즘을 적용하여, 각 WT의 요각도 및 축 계수를 조정할 수 있는 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하는 단계;를 포함한다.According to the present invention, a method for optimizing power regulation of a wind farm (WF) includes: collecting parameters for the plurality of wind turbines (WT), which are associated with output power of the wind farm; generating a wake weighting coefficient matrix numerically representing a wake effect acting between the plurality of WTs, and a wake direction graph representing a wake effect acting between the WTs as a directional line using the WT as a node; performing a pruning process on the wake weighting coefficient matrix and the wake direction graph using a threshold defined based on a wake weighting coefficient; classifying the plurality of WTs into a plurality of subsets by clustering the plurality of WTs based on a wake weighting coefficient matrix and a wake direction graph on which the pruning process is completed; determining a sparse communication architecture applied to the plurality of WTs based on the subset classification result; and generating a power adjustment optimization solution capable of adjusting a yaw angle and an axis coefficient of each WT by applying a predefined power adjustment optimization algorithm corresponding to the determined sparse communication architecture.
Description
본 발명은 복수의 풍력 터빈들로 구성되는 풍력 발전 단지의 최대 전력 효율을 실현하기 위한 최적화 기술에 관한 것이다. The present invention relates to an optimization technique for realizing the maximum power efficiency of a wind farm composed of a plurality of wind turbines.
다수의 풍력 터빈으로 구성되는 풍력 발전 단지는 후류(wake) 효과의 영향으로 인해 최대 전력을 확보하는데 한계가 있다. 보다 구체적으로, 하류에 위치하는 풍력 터빈은 상류의 풍력 터빈에 의한 풍속 결손으로 자유 스트림에서 작동했을 때보다 적은 전력을 생산할 수 있다. 이러한 후류 효과는 풍력 발전 단지의 출력 전력에 많은 영향을 미치고 있다. A wind farm composed of a plurality of wind turbines has a limit in securing maximum power due to the effect of a wake effect. More specifically, a wind turbine located downstream can produce less power than when operated in a free stream due to the wind speed deficit by the wind turbine upstream. This wake effect has a great influence on the output power of the wind farm.
이러한 후류 효과를 고려한 전력 최적화를 위한 다양한 기술이 제안된 바 있다. 그러나, 종래 기술의 경우 전력 상승률이 약 5% 이하 수준으로 한계가 있으며, 정보 교환 및 데이터 처리 측면에서 매우 비효율적이다. Various techniques for optimizing power in consideration of the wake effect have been proposed. However, in the case of the prior art, the power increase rate is limited to about 5% or less, and it is very inefficient in terms of information exchange and data processing.
현재, 후류 효과를 고려한 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 전략으로서, 전력 효율을 더욱 향상시키며 정보 교환 및 데이터 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 필요한 상황이다. Currently, as a strategy for optimizing the power adjustment of a wind farm in consideration of the wake effect, it is necessary to develop a technology capable of further improving power efficiency and further improving information exchange and data processing efficiency.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 전력 효율과, 정보 교환 및 데이터 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있는, 확장 가능한 웨이크 방향 그래프를 이용한 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 방법 및 이를 수행하는 장치를 제공하고자 한다. The present invention has been derived to solve the above-described problems, and a method for optimizing power adjustment of a wind farm using an expandable wake direction graph, which can further improve power efficiency, information exchange and data processing efficiency, and a method for performing the same We want to provide a device.
본 발명의 일 측면에 따른, 풍력 발전 단지(WF)의 전력 조정 최적화 방법은, 상기 풍력 발전 단지의 출력 전력과 연관되는, 상기 복수의 풍력 터빈(WT)들에 대한 파라미터를 수집하는 단계; 상기 복수의 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 수치적으로 나타내는 웨이크 가중 계수 행렬과, 상기 WT를 노드로, 상기 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 방향 선으로 나타내는 웨이크 방향 그래프를 생성하는 단계; 웨이크 가중 계수에 기초하여 정의되는 임계치를 이용하여, 상기 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프에 대한 가지치기(pruning) 프로세스를 수행하는 단계; 상기 가지치기 프로세스가 완료된 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프를 기초로 상기 복수의 WT들을 클러스트링하여 복수의 서브 셋들로 분류하는 단계; 상기 서브 셋 분류 결과에 기초하여 상기 복수의 WT들에 적용되는 희소 통신 아키텍처를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 희소 통신 아키텍처에 대응되는 기정의된 전력 조정 최적화 알고리즘을 적용하여, 각 WT의 요각도 및 축 계수를 조정할 수 있는 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하는 단계;를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a method for optimizing power adjustment of a wind farm (WF) includes: collecting parameters for the plurality of wind turbines (WT), which are associated with output power of the wind farm; generating a wake weighting coefficient matrix numerically representing a wake effect acting between the plurality of WTs, and a wake direction graph representing a wake effect acting between the WTs as a directional line using the WT as a node; performing a pruning process on the wake weighting coefficient matrix and the wake direction graph using a threshold defined based on a wake weighting coefficient; classifying the plurality of WTs into a plurality of subsets by clustering the plurality of WTs based on a wake weighting coefficient matrix and a wake direction graph on which the pruning process is completed; determining a sparse communication architecture applied to the plurality of WTs based on the subset classification result; and generating a power adjustment optimization solution capable of adjusting a yaw angle and an axis coefficient of each WT by applying a predefined power adjustment optimization algorithm corresponding to the determined sparse communication architecture.
일 실시예에서, 상기 가지치기 프로세스를 수행하는 단계는, 모든 웨이크 가중 계수에 대한 평균 값을 계산하고, 계산된 평균 값을 상기 임계치로 정의하는 단계;를 포함할 수 있다. 여기에서, 상기 가지치기 프로세스를 수행하는 단계는, 상기 웨이크 방향 그래프의 희소 정도(sparse degree)를 제어하는 하이퍼 파라미터를 기초로, 상기 정의된 임계치를 조정하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In an embodiment, performing the pruning process may include calculating an average value for all wake weighting coefficients, and defining the calculated average value as the threshold value. Here, the performing of the pruning process may further include adjusting the defined threshold based on a hyper parameter that controls a sparse degree of the wake direction graph.
일 실시예에서, 상기 희소 통신 아키텍처는, 비중앙집중형(decentralized) 통신 아키텍처 및 분산형(distributed) 통신 아키텍처를 포함할 수 있다.In an embodiment, the sparse communication architecture may include a decentralized communication architecture and a distributed communication architecture.
일 실시예에서, 상기 희소 통신 아키텍처를 결정하는 단계는 상기 분류된 서브 셋들 간 공유 WT가 존재하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 공유 WT가 존재하지 않으면 비중앙집중형 통신 아키텍처로 결정하고, 상기 공유 WT가 존재하면 분산형 통신 아키텍처로 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment, determining the sparse communication architecture comprises: determining whether a shared WT exists between the classified subsets; and determining as a non-centralized communication architecture if the shared WT does not exist, and determining as a distributed communication architecture if the shared WT exists.
일 실시예에서, 상기 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하는 단계는 상기 적용되는 희소 통신 아키텍처가 비중앙집중형 통신 아키텍처로 결정되면, 기정의된 비중앙집중형 최적화 알고리즘을 적용하여 상기 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하고, 상기 적용되는 희소 통신 아키텍처가 분산형 통신 아키텍처로 결정되면, 기정의된 분산형 최적화 알고리즘을 적용하여 상기 전력 조정 최적화 솔루션을 생성할 수 있다.In an embodiment, the generating of the power adjustment optimization solution includes applying a predefined decentralized optimization algorithm when the applied sparse communication architecture is determined as a non-centralized communication architecture to obtain the power adjustment optimization solution. and if the applied sparse communication architecture is determined to be a distributed communication architecture, a predefined distributed optimization algorithm may be applied to generate the power adjustment optimization solution.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 장치는, 상기 복수의 WT들에 적용되는 통신 아키텍처를 결정하는 통신 아키텍처 결정부; 및 상기 결정된 통신 아키텍처에 대응되는 기정의된 전력 조정 최적화 알고리즘을 적용하여, 각 WT의 요각도 및 축 계수를 조정할 수 있는 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하는 전력 조정 최적화부;를 포함한다. 여기에서, 상기 통신 아키텍쳐 결정부는, 상기 풍력 발전 단지의 출력 전력과 연관되는, 상기 복수의 WT들에 대한 파라미터를 수집하고, 상기 복수의 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 수치적으로 나타내는 웨이크 가중 계수 행렬과, 상기 WT를 노드로, 상기 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 방향 선으로 나타내는 웨이크 방향 그래프를 생성하고, 웨이크 가중 계수에 기초하여 정의되는 임계치를 이용하여, 상기 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프에 대한 가지치기(pruning) 프로세스를 수행하고, 상기 가지치기 프로세스가 완료된 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프를 기초로 상기 복수의 WT들을 클러스트링하여 복수의 서브 셋들로 분류하고, 상기 서브 셋 분류 결과에 기초하여 상기 복수의 WT들에 적용되는 희소 통신 아키텍처를 결정한다. In accordance with another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for optimizing power adjustment of a wind farm, comprising: a communication architecture determining unit configured to determine a communication architecture applied to the plurality of WTs; and a power adjustment optimization unit for generating a power adjustment optimization solution capable of adjusting the yaw angle and axis coefficient of each WT by applying a predefined power adjustment optimization algorithm corresponding to the determined communication architecture. Here, the communication architecture determining unit collects parameters for the plurality of WTs, which are related to the output power of the wind farm, and a wake weighting value that numerically represents a wake influence between the plurality of WTs. A coefficient matrix, the WT as a node, and a wake-direction graph representing a wake effect acting between the WTs as a direction line are generated, and using a threshold defined based on a wake weighting coefficient, the wake weighting coefficient matrix and A pruning process is performed on the wake direction graph, and the plurality of WTs are clustered based on the wake weighting coefficient matrix and the wake direction graph on which the pruning process is completed and classified into a plurality of subsets, and the subset A sparse communication architecture applied to the plurality of WTs is determined based on the classification result.
일 실시예에서, 상기 통신 아키텍처 결정부는, 모든 웨이크 가중 계수에 대한 평균 값을 계산하고, 계산된 평균 값을 상기 임계치로 정의할 수 있다. 여기에서, 상기 통신 아키텍처 결정부는, 상기 웨이크 방향 그래프의 희소 정도(sparse degree)를 제어하는 하이퍼 파라미터를 기초로, 상기 정의된 임계치를 조정할 수 있다.In an embodiment, the communication architecture determiner may calculate an average value for all wake weighting coefficients, and define the calculated average value as the threshold value. Here, the communication architecture determining unit may adjust the defined threshold based on a hyper parameter that controls a sparse degree of the wake direction graph.
일 실시예에서, 상기 희소 통신 아키텍처는, 비중앙집중형(decentralized) 통신 아키텍처 및 분산형(distributed) 통신 아키텍처를 포함할 수 있다.In an embodiment, the sparse communication architecture may include a decentralized communication architecture and a distributed communication architecture.
일 실시예에서, 상기 통신 아키텍처 결정부는, 상기 분류된 서브 셋들 간 공유 WT가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 공유 WT가 존재하지 않으면 비중앙집중형 통신 아키텍처로 결정하며, 상기 공유 WT가 존재하면 분산형 통신 아키텍처로 결정할 수 있다. In an embodiment, the communication architecture determining unit determines whether a shared WT exists between the classified subsets, and if the shared WT does not exist, determines a non-centralized communication architecture, and if the shared WT exists It can be decided by a distributed communication architecture.
일 실시예에서, 상기 전력 조정 최적화부는, 상기 적용되는 희소 통신 아키텍처가 비중앙집중형 통신 아키텍처로 결정되면, 기정의된 비중앙집중형 최적화 알고리즘을 적용하여 상기 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하고, 상기 적용되는 희소 통신 아키텍처가 분산형 통신 아키텍처로 결정되면, 기정의된 분산형 최적화 알고리즘을 적용하여 상기 전력 조정 최적화 솔루션을 생성할 수 있다.In one embodiment, when the applied sparse communication architecture is determined to be a non-centralized communication architecture, the power adjustment optimization unit generates the power adjustment optimization solution by applying a predefined decentralized optimization algorithm, When the applied sparse communication architecture is determined as the distributed communication architecture, a predefined distributed optimization algorithm may be applied to generate the power adjustment optimization solution.
본 발명은, 확장 가능한 웨이크 방향 그래프에 기초하여 복수의 WT들에 적용되는 통신 아키텍처를 결정하고, 결정된 통신 아키텍처에 대응되는 기정의된 전력 조정 최적화 알고리즘을 적용하여, 각 WT의 요각도 및 축 계수를 조정할 수 있는 전력 조정 최적화 솔루션을 생성함으로써, 전력 효율과, 정보 교환 및 데이터 처리 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. The present invention determines a communication architecture applied to a plurality of WTs based on a scalable wake direction graph, and applies a predefined power adjustment optimization algorithm corresponding to the determined communication architecture, yaw angle and axis coefficient of each WT By creating a power adjustment optimization solution that can adjust the power efficiency, information exchange and data processing efficiency can be further improved.
도 1 내지 10은 본 발명에 따른 확장 가능한 웨이크 방향 그래프를 이용한 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 방법을 설명하기 위한 참조도이다.
도 12는 본 발명에 따른 확장 가능한 웨이크 방향 그래프를 이용한 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 장치를 설명하기 위한 블록도이다. 1 to 10 are reference diagrams for explaining a method of optimizing power adjustment of a wind power farm using an extendable wake direction graph according to the present invention.
12 is a block diagram for explaining an apparatus for optimizing power adjustment of a wind power farm using a scalable wake direction graph according to the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1. 서설1. Introduction
풍력 발전소의 조정 제어는 OWF(off-shore wind farm)의 전력 생산 개선, OWF의 터빈 피로 부하 감소, 에너지 그리드의 전력 기준 신호(power reference signals) 추적 등에 있어 매우 중요하게 기능한다. 일반적으로 기존의 그리디 제어(greedy control)는 모든 터빈의 성능을 최대화하도록 개별적으로 작동시키는 방식으로, 인접 터빈의 후류(wake) 효과는 고려하지 않는다. 그러나, 현대의 OWF는 많은 터빈으로 구성되어 있으며, 후류 효과를 무시할 수 없다. 전력 생산에 대한 후류 효과의 영향으로 인해, 효율적인 통신 아키텍처와 조정된 제어 전략을 도출할 필요가 있다.Coordinated control of wind power plants is critical to improving power production in off-shore wind farms (OWFs), reducing turbine fatigue loads in OWFs, and tracking power reference signals in energy grids. In general, conventional greedy control operates individually to maximize the performance of all turbines, and does not take into account the wake effect of adjacent turbines. However, modern OWFs consist of many turbines, and the wake effect cannot be neglected. Due to the influence of wake effect on power production, there is a need to derive an efficient communication architecture and a coordinated control strategy.
대형 OWF 수준의 조정 컨트롤러(coordinated controller)에 대한 통신 아키텍처(communication architectures)는 중앙집중형(centralized), 분산형(distributed), 비중앙집중형(decentralized)이다. 일반적으로, 풍력 터빈(WT, wind turbine) 제어 시스템은 중앙집중식 제어기에 의존하는 중앙 집중형 통신 아키텍처를 채택하고, 모든 터빈에 대한 결정을 최적화한다. 그러나 대규모 OWF에서는 터빈의 증가에 따라 WF에 대한 제어 매개 변수의 수가 기하급수적으로 증가하며, 이에 비용 및 계산 측면에서 비효율적이다.Communication architectures for large OWF-level coordinated controllers are centralized, distributed, and decentralized. In general, wind turbine (WT) control systems employ a centralized communication architecture that relies on a centralized controller to optimize decisions for all turbines. However, in large-scale OWF, the number of control parameters for WF increases exponentially as the number of turbines increases, which is inefficient in terms of cost and calculation.
이러한 단점을 완화하기 위해서는, 대형 OWF 클러스터 내에 희소 통신 아키텍처(sparse communication architecture)를 구축해야 한다. 여기에서, 후류 효과를 고려해 인접한 터빈들을 서브셋으로 클러스터링하는 것이 핵심일 것이다. 희소 통신 아키텍처는 WF의 최적 제어를 실현하기 위해 제한된 인접 통신을 요구한다. 이와 관련된 종래의 연구에서는 희소 통신 아키텍처를 달성하기 위해 각 WF 레벨 제어 장치가 직접 이웃 관계의 WT간 통신을 허용하거나, 임의의 이웃 집합으로 확장하거나, 단일의 하류(downstream) 또는 상류(upstream) 이웃으로 한정하는 방식을 제안한 바 있다. 그러나 통신 이웃을 판단하는 이러한 방법들은 물리적 거리만 고려하며 구체적인 규칙은 없다. 다른 종래의 연구에서는 WT의 수평 및 종단 거리를 계산하여 WT의 통신 이웃을 결정하거나, 상류 WT에 의한 하류의 평균 속도결손계수(average velocity deficit factor)에 따라 그룹화하는 방안을 제안한 바 있다. 그러나, 이러한 방식은 특정 풍향 문제만 해결했을 뿐 복잡한 풍향에 대한 문제는 해결할 수 없다. 한편, 또 다른 종래 연구에서는 그리드 분할에 의해 통신 이웃이 결정되는 분산형 통신 아키텍처 접근법을 제안한 바 있다. 그러나, 이러한 방법은 후류 효과보다는 전기적 연결을 위한 상호 관계를 고려한 방식으로 한계가 있었다.To alleviate these shortcomings, a sparse communication architecture should be built within a large OWF cluster. Here, clustering adjacent turbines into subsets taking into account the wake effect would be key. The sparse communication architecture requires limited neighbor communication to realize optimal control of the WF. In related studies, in order to achieve a sparse communication architecture, each WF level control device allows communication between WTs in a direct neighbor relationship, or extends to an arbitrary set of neighbors, or a single downstream or upstream neighbor. A method of limiting it has been proposed. However, these methods of determining the communication neighbor only consider the physical distance and there are no specific rules. In other prior studies, it has been proposed to determine the communication neighbor of the WT by calculating the horizontal and longitudinal distances of the WT, or to group the WT according to the average velocity deficit factor of the downstream by the upstream WT. However, this method only solves a specific wind direction problem and cannot solve a complex wind direction problem. Meanwhile, in another prior study, a distributed communication architecture approach in which communication neighbors are determined by grid division has been proposed. However, this method has limitations in a way that considers the interrelationship for electrical connection rather than wake effect.
본 발명은 상기 종래의 연구에서 나타나는 한계를 극복하기 위하여 위하여 안출된 것으로, 확장 가능한 웨이크 방향 그래프(directed graph 또는 digraph)를 통해 희소 통신 아키텍처를 구축하고 OWF의 전력 생산을 극대화하기 위한 조정 최적화(coordinated optimization) 방법을 제안한다. The present invention has been devised to overcome the limitations of the prior studies, and is coordinated to build a sparse communication architecture through a scalable wake directed graph or digraph and maximize the power production of OWF. optimization) is proposed.
보다 구체적으로, 본 발명은 중앙집중형(centralized), 분산형(distributed), 비중앙집중형(decentralized) 통신 아키텍처를 정의할 수 있는 확장 가능한 웨이크 방향 그래프를 제안한다. More specifically, the present invention proposes a scalable wake-directed graph that can define centralized, distributed, and decentralized communication architectures.
또한, 본 발명은 비콘벡스 최적화 문제(non-convex optimization problem)를 해결하기 위해 통신 네트워크 토폴로지와 일치하는 다양한 조정 최적화 알고리즘을 제안한다. In addition, the present invention proposes various coordination optimization algorithms consistent with the communication network topology to solve the non-convex optimization problem.
또한, 본 발명은 확장 가능한 웨이크 방향 그래프와 가중치 계수를 기반으로 희소 통신 아키텍처를 설정하기 위한 실용적인 방법론을 제안한다. 이 방법론은 적응형 k-임계값 가지치기 알고리즘(adaptive k-threshold pruning algorithm)을 통해 통신 이웃을 줄일 수 있다. 한편, 희소 웨이크 방향 그래프의 연결 분석(connectivity analysis)을 통해 통신 이웃을 클러스터링할 수 있다. 여기에서, 각 WT는 여러 리더 또는 단일 리더로 할당될 수 있다. In addition, the present invention proposes a practical methodology for setting up a sparse communication architecture based on a scalable wake direction graph and weight coefficients. This methodology can reduce communication neighbors through an adaptive k-threshold pruning algorithm. Meanwhile, communication neighbors may be clustered through connectivity analysis of the sparse wake direction graph. Here, each WT may be assigned multiple leaders or a single leader.
이하에서는, 본 발명에 따른 풍력 발전 단지의 조정 최적화 기술에 대하여 도면 및 수식 등을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the adjustment optimization technique of the wind power farm according to the present invention will be described in more detail with reference to drawings and equations.
2. 요각(yaw angle)을 고려한 웨이크 모델(wake model)2. Wake model considering yaw angle
WT 간의 흐름(flow) 상관관계는 유입되는 바람의 풍향과 풍속에 따라 달라지며, 이는 WT 사이의 웨이크 중첩 상태를 변화시키고 WF의 웨이크 분배 특성에 영향을 준다. 이에, WT의 웨이크 분포의 정확한 설명은 WT의 클러스터링을 실현하고 통신 이웃을 결정하는 기초가 된다.The flow correlation between the WTs depends on the wind direction and wind speed of the incoming wind, which changes the wake overlap between the WTs and affects the wake distribution characteristics of the WFs. Accordingly, the accurate description of the wake distribution of the WT is the basis for realizing the clustering of the WT and determining the communication neighbor.
본 발명에서는 2차원 WF 웨이크 모델, 즉 FLORIS 모델을 사용하여 공기역학적 웨이크 인터랙션을 설명하고 WF 제어 알고리즘에 대한 성능을 평가한다. 우선 WT 뒤쪽의 웨이크의 공간적 특성을 설명하기 위해 도 1a와 같이 X축이 바람의 유입 방향을 가리키고 Y축이 X축과 직교하는 방향을 가리키는 데카르트 좌표계(x,y)를 사용한다. 역풍-횡풍 좌표는 다음 식과 같이 표현될 수 있다. In the present invention, the aerodynamic wake interaction is described using the two-dimensional WF wake model, that is, the FLORIS model, and the performance of the WF control algorithm is evaluated. First, in order to explain the spatial characteristics of the wake behind the WT, a Cartesian coordinate system (x,y) is used in which the X-axis points to the wind inflow direction and the Y-axis points to a direction orthogonal to the X-axis as shown in FIG. 1A. The headwind-crosswind coordinates can be expressed as the following equation.
[식 (1)][Formula (1)]
FLORIS 모델은 주로 웨이크 손실(wake deficit), 웨이크 탈락(wake defection), 웨이크 확장(wake expansion) 모델로 구성되며, 웨이크 오버랩 면적, 다운스트림 WT의 유입풍속, WF 파워, 추력 등을 계산하는 모델도 포함할 수 있다. 여기서는 본 발명과 관련되는 다운스트림 WT의 유입 풍속을 계산하는 과정을 중심으로 설명한다. The FLORIS model mainly consists of wake deficit, wake defection, and wake expansion models, and there are also models that calculate the wake overlap area, the inflow wind speed of the downstream WT, WF power, thrust, etc. may include Here, the process of calculating the inflow wind speed of the downstream WT related to the present invention will be mainly described.
FLORIS 모델에서는 3개의 웨이크존이 정의될 수 있으며, 구체적으로 웨이크 존은근거리 웨이크(near wake, q = 1), 원거리 웨이크(far wake, q = 2) 및 혼합존(mixed zone, q = 3)이 있다(도 1b 참조). 업스트림 WTi의 각 웨이크존의 영향을 조합하여 다운스트림 WTj의 유효속도는 다음 식과 같이 표현될 수 있다.In the FLORIS model, three wake zones can be defined. Specifically, wake zones are a near wake (q = 1), a far wake (q = 2), and a mixed zone (q = 3). There is (see Fig. 1b). By combining the effects of wake zones of the upstream WTi, the effective speed of the downstream WTj can be expressed as the following equation.
[식 (2)][Formula (2)]
(여기에서, Uj는 WTj의 유효유입풍속, 는 WF의 방해받지 않는 유입풍속, 는 업스트림 WT의 축 유도계수(axial induction factor), 는 j WT의 웨이크존 q 속도결손계수(velocity deficit factor), 는 i WT q 웨이크 존과 j WT 로터의 오버래핑 영역(area), Aj는 WT 로터의 다운스트림 WT 로터 면적, (Xi, Yi)는 WT i 와 j의 좌표임)(where Uj is the effective inlet wind speed of WTj, is the undisturbed inflow wind speed of the WF, is the axial induction factor of the upstream WT, is the wake zone of j WT, q velocity deficit factor, where i WT q wake zone and j overlapping area of the WT rotor, Aj is the area of the WT rotor downstream of the WT rotor, (Xi, Yi) is the coordinates of WT i and j)
[식 (3)][Equation (3)]
(여기서 Di는 WTi 로터 직경, ke와 는 웨이크 확장 계수(wake expansion coe-cients), 는 업스트림 WTi의 요 각도, Xj - Xi는 다운스트림 WTj와 업스트림 WTi 사이의 상대 거리)(where Di is the WTi rotor diameter, ke and is the wake expansion coe-cients, is the yaw angle of the upstream WTi, Xj - Xi is the relative distance between the downstream WTj and the upstream WTi)
[식 (4)][Formula (4)]
여기에서, , , 는 각각 웨이크 모델 상수이다. 도 1a에서, 업스트림 WTi의 근거리 웨이크존 과 다운스트림 WT j의 로터 사이에 중첩이 없으므로, 이다. 유효 풍속 계산될 때, 다운스트림 WT j의 전력 함수(power function)는 은 다음 식과 같이 표현될 수 있다. From here, , , are the wake model constants, respectively. 1A, the near wake zone of the upstream WTi and there is no overlap between the rotor of the downstream WT j, to be. When the effective wind speed is calculated, the power function of the downstream WT j can be expressed as the following equation.
[식 (5)][Formula (5)]
여기서 는 발전기 효율(generator e-ciency), 는 공기 밀도, Aj는 로터 스윕 영역(swept area), 는 요각이며, Uj는 유효 풍속을 결정하고, 는 축 유도 계수(axial induction factor)이고, 는 요 비정렬의 보정 계수이며, Pp는 요 비정렬로 인한 전력 손실에 일치하는 튜닝 가능한 파라미터를 의미하며, 본 발명에서는 Pp = 1.88로 정의된다. here is the generator e-ciency, is the air density, Aj is the rotor sweep area, is the yaw angle, Uj determines the effective wind speed, is the axial induction factor, is a correction coefficient of yaw misalignment, Pp is a tunable parameter corresponding to power loss due to yaw misalignment, and is defined as Pp = 1.88 in the present invention.
3. 확장 가능한 방향 그래프를 이용한 희소 통신 아키텍처의 구축3. Building a sparse communication architecture using a scalable directed graph
중앙집중형(centralized), 분산형(distributed), 비중앙집중형(decentralized) 조정 컨트롤러(coordination controller)를 구축하기 위한 첫 번째 단계는 각각에 상응하는 통신 아키텍처를 도출하는 것이다. 본 발명은 확장 가능한 웨이크 방향 그래프를 통해 희소 통신 아키텍처를 구축하는 실용적인 접근 방식을 제안한다. 이에 대하여 도 2를 참조하여 간략하게 설명한다. The first step in building a centralized, distributed, and decentralized coordination controller is to derive a communication architecture corresponding to each. The present invention proposes a practical approach to building a sparse communication architecture through a scalable wake directed graph. This will be briefly described with reference to FIG. 2 .
1) 웨이크 필드(Wake field)1) Wake field
도 2를 참조하면, 웨이크 필드의 웨이크 전파 특성은 FLORIS 웨이크 모델을 기반으로 설명될 수 있다. WF를 통해 풍향과 풍속이 상이하게 흐를 때, 상류 WT는 공기 중의 운동 에너지를 흡수한다. 그 결과, 하류 터빈의 유입 풍속 감소가 발생하며, 웨이크 간섭이 증가된다. Referring to FIG. 2 , the wake propagation characteristic of the wake field may be described based on the FLORIS wake model. When different wind directions and wind speeds flow through the WF, the upstream WT absorbs kinetic energy in the air. As a result, the inlet wind speed of the downstream turbine is reduced, and wake interference is increased.
2) 웨이크 방향 그래프(Wake digraph)2) Wake digraph
웨이크 그래프는 방향성을 가지며 고정된 통신 아키텍처를 가지고 있다. 웨이크 전파 정보는 상류에서 하류의 단방향으로 교환되며, 이에 방향성을 갖는 그래프로 볼 수 있다. 도 2에서 화살표는 터빈 사이의 웨이크에 의한 방향성을 갖는 인터렉션을 나타낸다.The wake graph is directional and has a fixed communication architecture. Wake propagation information is exchanged unidirectionally from upstream to downstream, and it can be viewed as a graph having directionality. The arrows in FIG. 2 indicate the interaction with the direction due to the wake between the turbines.
3) 가지치기 및 클러스터링(pruning and clustering)3) Pruning and clustering
웨이크 방향 그래프를 기반으로, 가지치기 및 클러스터링 알고리즘을 이용하여 희소 터빈 통신 네트워크 아키텍처가 구축될 수 있다. 이것은 인접 통신 이웃의 터빈을 줄이기 위함이다.Based on the wake directed graph, a sparse turbine communication network architecture can be built using pruning and clustering algorithms. This is to reduce the number of turbines in the neighboring telecommunication neighbors.
4) 통신 아키텍처4) Communication architecture
도 2를 참조하면, 복수의 터빈을 포함하는 대형 OWF 클러스터에 대한 제어 통신아키텍처는 중앙집중형(centralized), 비중앙집중형(decentralized), 분산형(distributed) 제어 통신 아케텍쳐로 분류될 수 있다. 중앙 집중형 제어 방식의 경우, 협조 동작 액션은 중앙 제어 장치에 의해 지시(식 (8)참조)된다. 분산형 제어 방식의 경우, 협조 동작 액션은 중앙 제어 장치에 의해 로컬 또는 원격으로 처리(식 (10) 참조)될 수 있다. 비중앙집중형의 경우, 단일 컨트롤러가 아닌 개별 독립 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 여기에서, 통신 아키텍처 각각에 상응하는 적절한 최적화 알고리즘이 선택되어야 한다. Referring to FIG. 2 , a control communication architecture for a large OWF cluster including a plurality of turbines may be classified into a centralized, decentralized, and distributed control communication architecture. . In the case of the centralized control method, the cooperative action action is instructed by the central control unit (see equation (8)). In the case of a distributed control scheme, cooperative action actions may be processed locally or remotely (see equation (10)) by a central control unit. In the case of a decentralized type, it can be controlled by individual independent controllers rather than a single controller. Here, an appropriate optimization algorithm corresponding to each communication architecture should be selected.
3.1. 웨이크 방향 그래프3.1. wake direction graph
WF에 WT가 n개가 있다고 가정하고, 웨이크 방향 그래프 를 정의한다. 여기서, 꼭지점 는 WT(개별 에이전트)이고, 엣지 는 WT간(연결된 토폴로지) 웨이크 분포를 나타내며, 웨이트(weights) 는 웨이크 강도 계수(통신 규약)를 추상화한다. 또한, 노드 i에 대한 인접 노드 집합은 로 정의된다. Ni 하위 집합(subset)과 다른 하위 집합 Nj 사이의 공유 노드는 로 정의되고, 여기에서, Ti는 WF의 터빈 번호를 의미한다. 음이 아닌 행렬 는 인접 가중 행렬(adjacency weighting matrix)로서 웨이크 강도 가중 행렬(wake intensity weighting matrix)이며, aij는 WTj에 작용하는 WTi의 웨이크 가중치 값이다.Assume that there are n WTs in the WF, and the wake direction graph to define Here, the vertex is the WT (individual agent), edge represents the wake distribution between WTs (connected topology), and the weights abstracts the wake strength factor (communication protocol). Also, the set of adjacent nodes for node i is is defined as A shared node between a subset of Ni and another subset Nj is , where Ti means the turbine number of WF. nonnegative matrix is a wake intensity weighting matrix as an adjacency weighting matrix, and aij is a wake weight value of WTi acting on WTj.
[식 (6)][Equation (6)]
WTj에 대한 WTi의 웨이크 효과가 있으면 웨이크 가중 계수는 aij이고, 서로 간에 웨이크 효과가 없으면 각 항목은 0이다. 따라서 aij의 웨이크 가중 계수는 다음 식에 따라 계산될 수 있다.The wake weighting factor is aij if there is a wake effect of WTi on WTj, and each item is 0 if there is no wake effect between each other. Therefore, the wake weighting coefficient of aij can be calculated according to the following equation.
[식 (7)][Equation (7)]
상기 식 (7)에서 웨이크 가중 계수 aij를 정의하기 위해 세 가지 인자인 웨이크 오버랩 , 속도 결손(velocity deficit) 및 물리적 거리 x가 고려될 수 있다. 여기에서, 은 WT j의 로터 위험(rotor risk)에 대한 WTi 웨이크의 오버랩 비율이며, 는 업스트림 WT i의 웨이크에 의한 다운스트림 WT j의 결손 인자(deficit factor)이고, 는 WTi 및 WTj 간의 물리적 거리이며, D는 WT 로터 직경이다. 한편, 모든 WT의 직경이 동일한 것으로 가정한다.In Equation (7) above, there are three factors to define the wake weighting factor aij, the wake overlap. , velocity deficit and physical distance x can be considered. From here, is the overlap ratio of WTi wake to rotor risk of WT j, is the deficit factor of the downstream WT j by the wake of the upstream WT i, is the physical distance between WTi and WTj, and D is the WT rotor diameter. On the other hand, it is assumed that all WTs have the same diameter.
3.2. 클러스터링과 가지치기(pruning)를 통한 희소 통신 아키텍처의 구축3.2. Building a sparse communication architecture through clustering and pruning
고유(original) 웨이크 방향 그래프 를 기반으로, 적응형 k 임계 가중치 그래프(adaptive k-threshold weight graph) 가지치기 및 연결 기반(connectivity-based) 그래프 클러스터링 알고리즘을 이용하여 희소 통신 아키텍처를 희소하게(sparse) 할 수 있다. 적응형 k 임계 가지치기는 일정 값 이하의 웨이크 가중 계수를 제거함으로써 웨이크 방향 그래프의 사이즈를 축소할 수 있다. 여기에서, 계수 k는 웨이크 방향 그래프의 희소 정도(sparse degree)를 제어하는 하이퍼 파라미터에 해당하며, 임계값 는 전체 웨이크 가중치 계수의 평균 값과 같을 수 있다(예 : ). 방향 그래프의 희소화 작업(sparseness)이 완료된 후 WT의 클러스터링 작업이 시작된다. 여기에서, 연결성(connectivity), 퍼지 클러스터링(fuzzy clustering) 및 k-평균(k-means) 방법 등 실용적인 방향 그래프 클러스터링 방법론이 적용될 수 있으며, 이하에서는 연결성(connectivity) 방법론을 예시로 하여 설명한다. original wake direction graph Based on , it is possible to sparse a sparse communication architecture using an adaptive k-threshold weight graph pruning and a connectivity-based graph clustering algorithm. Adaptive k-threshold The pruning may reduce the size of the wake direction graph by removing a wake weighting coefficient less than or equal to a predetermined value. Here, the coefficient k corresponds to a hyperparameter controlling the sparse degree of the wake-directed graph, and a threshold value may be equal to the average value of all wake weighting coefficients, e.g.: ). After the sparseness of the directed graph is completed, the clustering operation of the WT begins. Here, practical directed graph clustering methodologies such as connectivity, fuzzy clustering, and k-means methods may be applied, and below, the connectivity methodology will be described as an example.
주어진 바람 조건에서, 서브셋 리드(lead) WT는 자유 흐름 속도 를 경험하는 WT로 정의된다. 리드 WT 방향 그래프 연결 정보는 동일한 서브셋에 클러스터링된 터빈의 인접성(adjacency)을 결정한다. 특히, 희소 통신 아키텍처는 분산형(distributed) 또는 비중앙집중형(decentralized)이다(도 2 참조). 분산형(distributed) 통신 아키텍처(빨간 점선 화살표)에는 공유 터빈이 있는 반면, 비중앙집중형(decentralized) 통신 아키텍처에는 서브 셋들이 서로 독립적이며 공유 터빈이 없다. 모든 터빈에 대해 통신 이웃을 결정하기 위하여 웨이크 방향 그래프 를 구성하고 웨이크 계수 행렬(weight coefficient matrix) 를 계산한다. 도 3을 참조하여 희소 통신 아키텍처를 구축하기 위한 프로세스를 설명한다. For a given wind condition, the subset lead WT is the free-flow velocity is defined as a WT that experiences The lead WT directed graph connection information determines the adjacency of turbines clustered in the same subset. In particular, the sparse communication architecture is either distributed or decentralized (see Fig. 2). In a distributed communication architecture (red dashed arrow) there is a shared turbine, whereas in a decentralized communication architecture the subsets are independent of each other and there is no shared turbine. Wake direction graph to determine communication neighbors for all turbines and construct a wake coefficient matrix (weight coefficient matrix) to calculate A process for building a sparse communication architecture is described with reference to FIG. 3 .
단계 S310 : 모든 WT의 좌표(X, Y), 풍향 , 풍속 U, WT간 거리 X, WT의 반경 D 등 관련 파라미터를 모두 수집한다.Step S310: Coordinates of all WTs (X, Y), wind direction , wind speed U, distance X between WTs, and radius D of WT are all collected.
단계 S320 : 식 (1)을 사용하여 WT 좌표를 변환한다. Step S320: Transform the WT coordinates using Equation (1).
단계 S330 : , , WT 간 거리 x를 계산한다.Step S330: , , compute the distance x between WTs.
단계 S340 : 식 (6) 및 (7)을 기초로 웨이크 가중 계수 행렬 를 생성하고, 웨이크 방향 그래프 를 생성한다. 이후, 모든 웨이크 가중치에 대한 평균 값 를 계산한다. Step S340: Wake weighting coefficient matrix based on equations (6) and (7) and create a wake-directed graph to create Afterwards, the average value for all wake weights to calculate
단계 S350 : k 값을 선택하고, 이후 가지치기를 위한 임계값 를 정의한다. 이후, WT 서브 셋의 통신 이웃을 줄이기 위해 웨이크 방향 그래프를 가지치기()한다. Step S350: select a value of k, and then a threshold value for pruning to define Then, pruning the wake direction graph to reduce the communication neighbors of the WT subset ( )do.
단계 S360 : 각 서브셋의 리드 WT를 정의하고, 방향 그래프 네트워크 토폴로지의 연결을 통해 서브셋 Ni를 분할한다.Step S360: Define the lead WT of each subset, and divide the subset Ni through the connection of the directed graph network topology.
단계 S370 : 서브셋 Ni 사이에 공유 WT Si가 있는지 여부를 체크하여, 비중앙집중형 통신 아키텍처인지 분산형 통신 아키텍처인지 결정한다.Step S370: Check whether there is a shared WT Si among the subset Ni, to determine whether it is a decentralized communication architecture or a distributed communication architecture.
단계 S380 : 공유 WT이 여러 서브 셋에 속한 경우, 최대 가중치(maximum weight)를 갖는 서브셋이 유지되며, 분산형 타입은 분리된(decoupled) 비중앙집중형 통신 아키텍처로 변환된다. Step S380: If the shared WT belongs to several subsets, the subset with the maximum weight is maintained, and the distributed type is converted into a decoupled and decentralized communication architecture.
3.3. 희소 통신 아키텍처의 구축 예3.3. Example of a sparse communication architecture
이하에서는, 희소 통신 아키텍처를 구축하는 방법에 대해 구체적인 예시를 들어 설명한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 3x3의 레이아웃을 갖는 9개의 WT들을 포함하는 WF을 가정한다. 터빈 좌표는 식 (1)에 기초하여 다운 스트림 좌표에서 크로스 스트림 좌표로 변환(도 4(a) 다운 스트림 좌표, 도 4(b) 크로스 스트림 좌표)될 수 있으며, 이를 통해 리드 터빈이 쉽게 결정될 수 있다. 리드 WT는 자유 스트림 속도 를 경험하는 WT로 정의된다. 여기에서, 업스트림 WT는 다운스트림 WT에 영향을 미친다. 어두운 색은 WT들 사이의 강한 상호작용을 나타내며, 밝은 색은 약한 상호작용을 나타낸다.Hereinafter, a method of constructing a sparse communication architecture will be described with specific examples. As shown in FIG. 4 , a WF including 9 WTs having a layout of 3×3 is assumed. The turbine coordinates can be transformed from downstream coordinates to cross-stream coordinates (Fig. 4(a) downstream coordinates, Fig. 4(b) cross-stream coordinates) based on equation (1), through which the lead turbine can be easily determined have. Lead WT is the free stream rate is defined as a WT that experiences Here, the upstream WT affects the downstream WT. Dark colors indicate strong interactions between WTs, and light colors indicate weak interactions.
웨이크 분포는 웨이크 방향 그래프 와 계수 행렬 에 의해 설명될 수 있다. 웨이크 방향 그래프 는 리드 WT와 이를 따르는 WT들 간 웨이크 인터렉션의 네트워크 토폴로지를 나타낸다. 웨이크 방향 그래프에서 빨간색 점은 WT를 나타내며, 파란색 선과 화살표는 웨이크 흐름과 방향을 나타내고, 라인에 표현된 숫자는 웨이크 가중 계수를 나타낸다. 작은 웨이크 가중 계수는 약한 강도(영향 수준)을 의미한다. 특히, 방향 그래프의 왼쪽 첫번째 열(column)은 리드 WT를 나타낸다. Wake distribution is a wake-direction graph and coefficient matrix can be explained by wake direction graph denotes a network topology of a wake interaction between a lead WT and WTs following it. In the wake direction graph, red dots indicate WT, blue lines and arrows indicate wake flow and direction, and numbers expressed in lines indicate wake weighting coefficients. A small wake weighting factor indicates a weaker intensity (impact level). In particular, the first column on the left of the directed graph represents the lead WT.
도 5a와 5c는 원래(original)의 웨이크 방향 그래프와 가중 계수 행렬을 도시한 것이다. 원래의 방향 그래프에서 리드 WT는 T1, T2, T3이며, 인접 WT의 서브셋은 N1 = {1,4,5,7,8,9}, N2={2,5,6,8,9}, N3={3,6,9}이다. 이 바람 조건에서 N1, N2, N3 서브셋에 대한 공유 WT 번호는 S1={5,8,9}, S2={5,6,8,9}, S3={6,9}이다. WT 서브셋과 공유 세트는 웨이크 방향 그래프와 가중 계수 행렬을 통해 아래 표 1과 같이 WT 서브셋과 공유 세트가 용이하게 정의될 수 있다.5A and 5C show an original wake direction graph and a weighting coefficient matrix. In the original directed graph, the lead WTs are T1, T2, T3, and the subset of adjacent WTs is N1 = {1,4,5,7,8,9}, N2 = {2,5,6,8,9}, N3 = {3,6,9}. In this wind condition, the shared WT numbers for the N1, N2, N3 subsets are S1={5,8,9}, S2={5,6,8,9}, S3={6,9}. As for the WT subset and the shared set, the WT subset and the shared set can be easily defined as shown in Table 1 below through a wake direction graph and a weighting coefficient matrix.
[표 1] [Table 1]
고유의 웨이크 방향 그래프가 희소하면, 크기는 축소되는 반면 그래프의 기본 아키텍처는 보존된다. 적응형 k-임계 값 가지치기법을 통해 일정 값 이하의 웨이크 가중 계수를 제거함으로써 웨이크 방향 그래프의 크기를 축소시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 웨이크 가중 계수 가 정의된 임계값 보다 작으면 가중 계수는 0으로 설정된다. ( )When an intrinsic wake-directed graph is sparse, its size is reduced while the underlying architecture of the graph is preserved. Adaptive k-threshold The size of the wake direction graph can be reduced by removing a wake weighting coefficient less than a predetermined value through the pruning technique. More specifically, the wake weighting factor is a defined threshold If less than, the weighting factor is set to zero. ( )
도 5c와 5d는 도 5a와 5b에 대한 가지치기 결과를 나타낸 것으로, 리드 WT는 T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7이며, 인접 WT의 서브셋은 N1={1, 8,}, N2={2, 9}, N3={3}, N4={5}, N5={5}, N6={6}, N7={7}이다. 해당 바람 조건에서, 공유 WT는 없음을 확인할 수 있으며, 정리하면 아래 표 2와 같다. Figures 5c and 5d show the pruning results for Figures 5a and 5b. Lead WTs are T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, and a subset of adjacent WTs is N1 = {1, 8, }, N2={2, 9}, N3={3}, N4={5}, N5={5}, N6={6}, N7={7}. It can be confirmed that there is no shared WT under the corresponding wind conditions, and summarized in Table 2 below.
[표 2][Table 2]
4. 조정 최적화 전략4. Coordination Optimization Strategies
WF 희소 통신 아키텍처가 구축되었을 때, 조정 제어 최적화 전략(알고리즘)은 그것과 매칭되어야 한다. 상술한 바와 같이, WF의 통신 아키텍처는 중앙집중형, 비중앙집중형, 분산형으로 분류될 수 있다. When the WF sparse communication architecture is built, the coordination control optimization strategy (algorithm) must be matched with it. As described above, the communication architecture of the WF can be classified into a centralized type, a non-centralized type, and a distributed type.
4.1. 중앙집중형 최적화 WF 제어(Centralized optimization WF Control)4.1. Centralized optimization WF Control
상기 2.에서 설명한 FLORIS 웨이크 모델에 기초하여, 전체 WF에 대한 중앙집중형전력 최적화 함수는 다음과 같이 표현될 수 있다.Based on the FLORIS wake model described in 2 above, the centralized power optimization function for the entire WF can be expressed as follows.
[식 (8)][Equation (8)]
여기에서, f(x)는 WF에서 모든 N개의 WT에 대한 전력의 합계를 나타내며, 벡터 이고, 와 는 최소 및 최대 요각 범위를 의미하며, 과 는 최소 및 최대 축 계수 범위를 의미하며, 는 최소 전력을, 는 정격 전력을 의미하고, Pj는 WTj에 대한 전력을 의미한다. where f(x) represents the sum of the powers for all N WTs in WF, ego, Wow means the minimum and maximum yaw angle range, class means the minimum and maximum axis counting ranges, is the minimum power, denotes the rated power, and Pj denotes the power for WTj.
WF 전력 함수 f(x)는 비선형 프로그래밍 문제(NLP, nonlinear programming problem)이다. 여기에서, 단순한 구현과 실제 효율성을 고려하여 SQP 알고리즘이 선택될 수 있으며, SQP 알고리즘을 사용하여 식(8)의 하위 최적(sub-optimum)을 찾을 수 있다. k 번째 반복에서 식(8)을 위한 해(solution) 가 주어졌을 때, 함수 값 , 그래디언트 , 헤시안 행렬(Hessian matrix) 을 계산하기 위해 반복이 진행되며, 식(8)은 다음과 같이 SQP 하위 문제(sub-problem)를 정의한다. The WF power function f(x) is a nonlinear programming problem (NLP). Here, the SQP algorithm can be selected in consideration of simple implementation and practical efficiency, and the sub-optimum of Equation (8) can be found using the SQP algorithm. The solution for equation (8) in the kth iteration Given a function value, , gradient , Hessian matrix Iteration is performed to calculate , and Equation (8) defines the SQP sub-problem as follows.
[식(9)][Equation (9)]
여기에서, SQP는 콘벡스 프로그래밍 소프트웨어(convex programming software)인 CVX를 사용하여 해결될 수 있다. WF 최적화를 위한 SQP 알고리즘은 아래 알고리즘 1과 같이 정리될 수 있다. Here, the SQP may be solved using CVX, which is convex programming software. The SQP algorithm for WF optimization can be summarized as
[알고리즘 1][Algorithm 1]
QP의 솔루션을 로 정의하고, 우선, 실현 가능한 상승 방향(a feasible ascent direction) 가 계산된다. 이후, 상승 방향 을 이용하여 목적 함수가 새롭게 반복된다. 여기에서, 는 스텝 크기(step size)이다. 일반적으로, 이러한 증가는 와 같이 반복되며, 여기에서, v는 증가 파라미터(increased parameter)를 의미한다. 그래디언트 가 충분히 작을 때(예 : ) 수렴이 가정될 수 있다. v와 의 일반적인 값은 각각 과 이다. QP's solution and, first of all, a feasible ascent direction is calculated Afterwards, the upward direction objective function using is repeated anew. From here, is the step size. In general, this increase is repeated, where v means an increased parameter. gradient When is small enough (eg: ) convergence can be assumed. v and The typical values of each are class to be.
특히 대규모 OWF에서는 터빈이 증가함에 따라 WF의 제어 매개 변수가 기하급수적으로 증가한다. 중앙 집중형 제어 방법은 높은 통신 비용과 낮은 계산 성능과 관련이 있다. 따라서 속도 향상 최적화 및 제어를 달성하기 위해 희소 통신 아키텍처와 계산 효율성 알고리즘이 필요하다.Especially in large-scale OWF, the control parameters of WF increase exponentially as the turbine increases. The centralized control method is associated with high communication cost and low computational performance. Therefore, sparse communication architectures and computational efficiency algorithms are needed to achieve speed-up optimization and control.
소형 OWF의 경우 중앙집중형 최적화 알고리즘이 시간 및 계산 효율 측면에서 적절하며, 변화하는 대기 조건에 적응할 수 있다는 점에 유의해야 한다. 그러나 WF의 규모가 확대되면, 연산 효율이 높은 비중앙집중형 또는 분산형 알고리즘이 최적화 및 제어 수행에 적합할 수 있다. It should be noted that for small OWFs, the centralized optimization algorithm is suitable in terms of time and computational efficiency, and can adapt to changing atmospheric conditions. However, when the scale of WF is increased, a decentralized or distributed algorithm with high computational efficiency may be suitable for performing optimization and control.
4. 2. 분산형 전력 최적화 전략(distributed power optimization strategy)4. 2. Distributed power optimization strategy
분산형 희소 통신 아키텍처는 서브셋들 간 공유 노드가 존재한다. 분산형 전략 함수(distributed power function)는 공유 노드에 대한 제약이 추가되어야 하며 결과적으로 공유 노드의 최종 값이 합의(consensus) 및 수렴(convergent)에 도달되어야 한다. 분산형 최적화 문제 해결에 ADMM 알고리즘이 이용될 수 있다. 함수를 간결하게 표현하기 위해, 벡터 를 정의(여기서, xn은 각 서브셋 n의 모든 WT에 대한 요각(yaw angles) 및 축 계수(and axial factors)임)하면, OWF에 대한 전력 함수는 다음과 같다.In a distributed sparse communication architecture, shared nodes exist among subsets. In the distributed power function, constraints on shared nodes must be added, and as a result, the final value of shared nodes must reach consensus and convergence. The ADMM algorithm can be used to solve the distributed optimization problem. To express a function concisely, a vector , where xn is the yaw angles and axial factors for all WTs in each subset n, the power function for OWF is
[식 (10)][Equation (10)]
여기서 은 각 서브셋의 전력 함수, Ns는 서브셋의 수, xs, zs는 공유 WT(s = 1 ~ Ns)이며, z는 x의 복사본으로서 공유 노드가 동일한 값으로 수렴되도록 할 수 있다. 상기 3. 에서 설명한 바와 같이 WT 서브셋과 WF의 공유 세트를 결정한다. 상기 3. 3.의 적용 예(표 1)을 참조하면, 전체 WF 전력 함수는 아래와 같이 표현될 수 있다.here is the power function of each subset, Ns is the number of subsets, xs, zs is the shared WT (s = 1 to Ns), and z is a copy of x so that the shared nodes can converge to the same value. As described in 3. above, a shared set of WT subsets and WFs is determined. Referring to the application example of 3. 3. (Table 1) above, the entire WF power function can be expressed as follows.
여기에서, f1(x1), f2(x2), f3(x3)의 공유 노드에 대한 제약 조건 각각은 아래와 같다. Here, each of the constraints on the shared nodes of f1(x1), f2(x2), and f3(x3) is as follows.
식 (10)에서 분산형 최적화 문제는 ADMM을 반복 사용하여 증강 라그랑지안(augmented Lagrangian)을 최소화함으로써 해결될 수 있다.In Equation (10), the distributed optimization problem can be solved by minimizing the augmented Lagrangian using ADMM iteratively.
[식 (11)][Equation (11)]
스케일링된 이중 변수 를 정의하면, 식 (11)의 유도를 통해 다음 식을 얻을 수 있다.scaled double variable is defined, the following equation can be obtained through the derivation of equation (11).
[식 (12)][Equation (12)]
의 최소화, x, y, u는 개별적으로 반복 업데이트, k은 반복 횟수 minimization of , where x, y, u are individually iterative updates, k is the number of iterations
[식 (13)][Equation (13)]
[식 (14)][Equation (14)]
[식 (15)][Equation (15)]
다음의 정규화된 ADMM 반복 공식에서 fn(xn)는 분리될 수 있으며 병렬로 실행될 수 있다. 그 후, n번째 서브셋의 파라미터 반복 프로세스는 다음과 같다.In the following normalized ADMM iteration formula, fn(xn) can be separated and executed in parallel. After that, the parameter iteration process of the nth subset is as follows.
[식 (16)][Equation (16)]
x 업데이트 x update
[식 (17)][Equation (17)]
z 업데이트 z update
[식 (18)][Equation (18)]
u 업데이트 u update
여기에서, x-업데이트는 병렬로 진행될 수 있다. 반복 중지 조건은 원시 잔차(primal residuals) 및 이중 잔차(dual residuals) 를 기반으로 정의된다( 및 는 임계값임). 이 설정은 공유 노드 간의 차이가 0이 되도록 동기를 부여한다. 공유된 WT는 요각과 축 계수가 같아야 하며, 패널티 파라미터 는 공유된 WT 간의 차이를 가중시키는데 사용될 수 있다. , 및 는 표준 값으로서 각각 0.5, , 로 설정될 수 있다. 식 (16)과 식 (17)은 비콘벡스(nonconvex) 함수로서, 솔루션 와 을 얻기 위해 상기 알고리즘 1과 유사한 반복 알고리즘이 사용될 수 있다. 비콘벡스 OWF 함수를 위한 SQP를 이용한 분산형 알고리즘은 아래와 같다. Here, x-updates may proceed in parallel. The iterative stopping condition is the primal residuals. and dual residuals is defined based on ( and is the threshold). This setting motivates the difference between shared nodes to be zero. Shared WTs must have the same yaw and axis coefficients, and penalty parameters can be used to weight differences between shared WTs. , and are the standard values of 0.5, respectively, , can be set to Equations (16) and (17) are nonconvex functions, Wow An iterative algorithm similar to
[알고리즘 2][Algorithm 2]
4. 3. 비중앙집중형 전력 최적화 전략(decentralized power optimization strategy)4. 3. Decentralized power optimization strategy
비중앙집중형 희소 통신 아키텍처의 경우, 서브셋의 WT 수는 적고, 각 서브셋 사이에 공유 노드(WT)가 없다. 비중앙집중형 최적화 알고리즘은 온라인 최적화에 매우 중요하다. 여기에서, 모든 서브셋들은 비콘벡스 OWF의 전력 함수를 각각 최대화한다. 이에 관한 함수는 다음과 같이 표현될 수 있다.For a decentralized sparse communication architecture, the number of WTs in a subset is small, and there are no shared nodes (WTs) between each subset. Decentralized optimization algorithms are very important for online optimization. Here, all subsets respectively maximize the power function of the non-convex OWF. This function can be expressed as follows.
[식 (19)][Equation (19)]
여기에서 n은 WF의 서브셋 수, Ns는 서브셋의 총 수, 은 n번째 서브셋의 모든 WT의 요각, 은 n번째 서브셋의 모든 WT의 축 계수(axial factors)이며, 나머지는 식 (8)과 동일하다. 각 WT 서브셋의 수는 WF에 있는 WT 수의 일부에 불과하다. 상기 3. 3.의 적용 예(표 2)를 참조하면, 전체 WF 전력 함수는 아래와 같이 표현될 수 있다. where n is the number of subsets of WF, Ns is the total number of subsets, is the yaw angle of all WTs in the nth subset, is the axial factors of all WTs in the nth subset, and the rest are the same as in Eq. (8). The number of each WT subset is only a fraction of the number of WTs in the WF. Referring to the application example of 3. 3. (Table 2) above, the entire WF power function can be expressed as follows.
여기에서, 서브셋 각각은 자체의 최적화 문제를 독립적으로 해결할 수 있으며, 각서브셋에 의한 최적화 과정이 병렬적으로 수행될 수 있어, 대규모 WF의 최적화 과정을 완료하는데 시간을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 알고리즘 1과 마찬가지로 SQP 알고리즘이 각 OWF 서브셋 함수를 최적화하는 데 사용될 수 있다. 비콘벡스 OWF 함수를 위한 SQP를 이용한 비중앙집중형 알고리즘은 아래와 같다. Here, each subset can independently solve its own optimization problem, and since the optimization process by each subset can be performed in parallel, there is an advantage in that it is possible to minimize the time required to complete the optimization process of a large-scale WF. As with
[알고리즘 3][Algorithm 3]
5. 사례 연구5. Case Study
본 발명에 따른 확장 가능한 웨이크 방향 그래프에 기초한 제어 방법을 입증하기위하여, 30개의 NREL-5MW 터빈으로 구성된 150MW 전력의 WF를 대상으로 테스트를 수행하였다(도 6a 참조, 각 터빈 사이의 세로 거리는 200m이며, 가로 거리는 600m임). 풍력장(wind field)과 웨이크 효과는 FLORIS 플랫폼을 이용해 다양한 풍향과 고정된 풍속()으로 시뮬레이션되었다. 중앙집중형, 비중앙집중형, 분산형 제어기는 CVX로 구현되었다. 이 시뮬레이션에서, 요각 초기값은 0이고 범위는 [-30, 30]으로 설정되었으며, 축 계수 초기 값은 1/3이고 범위는 으로 설정되었다In order to prove the control method based on the scalable wake direction graph according to the present invention, a test was performed on a WF of 150 MW power consisting of 30 NREL-5MW turbines (see Fig. 6a, the longitudinal distance between each turbine is 200 m, , the horizontal distance is 600 m). Wind fields and wake effects can be achieved using the FLORIS platform to achieve variable wind directions and fixed wind speeds ( ) was simulated. Centralized, non-centralized, and distributed controllers are implemented with CVX. In this simulation, the yaw angle The initial value is 0, the range is set to [-30, 30], and the axis factor The initial value is 1/3 and the range is was set to
5.1. 상이한 풍향에서의 확장 가능한 웨이크 방향 그래프5.1. Scalable Wake Direction Graph in Different Wind Directions
상기 3.에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 희소 통신 아키텍처 전략은 상이한풍향을 갖는 확장 가능한 웨이크 방향 그래프에 의존한다. 이하에서는, 풍향 이 0도, 45도 및 175도에 대한 시뮬레이션 결과를 설명한다. As described in 3. above, the sparse communication architecture strategy according to the present invention relies on a scalable wake direction graph with different wind directions. Below, the wind direction Simulation results for these 0 degrees, 45 degrees and 175 degrees will be described.
도 6은 풍향 이 0도일 때의 웨이크 방향 그래프()로, 6a는 웨이크 필드, 6b는 분산형 웨이크 방향 그래프(), 6c는 원래(original)의 웨이크 방향 그래프() 및 6d는 비중앙집중형 웨이크 방향 그래프()이다. 6 is a wind direction Wake direction graph when this is 0 degree ( ), where 6a is the wake field, and 6b is the distributed wake direction graph ( ), 6c is the original wake direction graph ( ) and 6d are decentralized wake-directed graphs ( )to be.
도 7은 풍향 이 45도일 때의 웨이크 방향 그래프()로, 7a는 웨이크 필드, 7b는 분산형 웨이크 방향 그래프(), 7c는 원래(original)의 웨이크 방향 그래프() 및 7d는 비중앙집중형 웨이크 방향 그래프()이다. 7 is a wind direction Wake direction graph when this is 45 degrees ( ), where 7a is the wake field, and 7b is the scatter-directed wake graph ( ), 7c is the original wake direction graph ( ) and 7d are decentralized wake-directed graphs ( )to be.
도 8은 풍향 이 175도일 때의 웨이크 방향 그래프()로, 8a는 웨이크 필드, 8b는 분산형 웨이크 방향 그래프(), 8c는 원래(original)의 웨이크 방향 그래프() 및 8d는 비중앙집중형 웨이크 방향 그래프()이다. 8 is a wind direction Wake direction graph when this is 175 degrees ( ), where 8a is the wake field, and 8b is a scatter-directed wake graph ( ), 8c is the original wake direction graph ( ) and 8d are decentralized wake-directed graphs ( )to be.
웨이크 방향 그래프의 네트워크 토폴로지는 다양하게 수립될 수 있다. 도 6 내지 8의 웨이크 방향 그래프를 참조하면 풍향에 따라 다양하게 변화될 수 있음을 확인할 수 있다. 예를 들어, 풍향이 0도일 때, 풍력장의 웨이크 연결 관계는 복잡하며, 이에 상응하여 도 6a 및 c에 도시된 바와 같이 네트워크 토폴로지 역시 복잡하다. 반면, 풍향이 45도인 경우, 도 7a 및 b에 도시된 바와 같이 웨이크 연결 관계 및 네트워크 토폴로지는 단순하다. 이는 본 발명에 따른 웨이크 방향 그래프가 변화하는 웨이크 필드를 설명할 수 있음을 간접적으로 증명한다.A network topology of the wake direction graph may be established in various ways. Referring to the wake direction graphs of FIGS. 6 to 8 , it can be seen that various changes can be made according to the wind direction. For example, when the wind direction is 0 degrees, the wake connection relationship of the wind field is complicated, and correspondingly, the network topology is also complicated as shown in FIGS. 6A and 6C . On the other hand, when the wind direction is 45 degrees, the wake connection relationship and network topology are simple as shown in FIGS. 7A and 7B . This indirectly proves that the wake direction graph according to the present invention can account for the changing wake field.
또한, 웨이크 방향 그래프 네트워크 토폴로지는 의 임계값에 의해 정량적으로 조정됨으로써 확장 가능하다. 도 6 내지 8을 참조하면 하이퍼 파라미터 k가 조정됨에 따라 웨이크 방향 그래프 네트워크 토폴로지가 확장될 수 있음을 확인할 수 있다. 이러한 방법은 그래프의 적응형 임계값 가지치기에 의해 특정 꼭짓점 또는 엣지를 직접 제거할 수 있으며, 이에 원래의 그래프 토폴로지를 유지하여 추론을 위한 컴팩트하고 효율적인 그래프를 얻을 수 있다.Also, the wake directed graph network topology is It is scalable by being quantitatively adjusted by the threshold of . 6 to 8 , it can be seen that the wake-directed graph network topology can be expanded as the hyper parameter k is adjusted. This method can directly remove specific vertices or edges by adaptive threshold pruning of the graph, thereby maintaining the original graph topology to obtain a compact and efficient graph for inference.
분산형 및 비중앙집중형 웨이크 방향 그래프의 네트워크 토폴로지 분석을 통해 클러스터링된 서브 셋과 공유 WT을 용이하게 확인할 수 있으며, 이후 3.3.에서 설명한 구축 프로세스가 수행될 수 있다. The clustered subset and shared WT can be easily identified through network topology analysis of distributed and decentralized wake-directed graphs, and then the construction process described in 3.3.
[표 3][Table 3]
[표 4][Table 4]
상기 표 3 및 4는 풍향 175도에서의 클러스터링 결과를 나타내며, 표 3은 분산형 웨이크 방향 그래프이며, 표 4는 비중앙집중형 웨이크 방향 그래프이다. Tables 3 and 4 show the results of clustering in a wind direction of 175 degrees, Table 3 is a distributed wake direction graph, and Table 4 is a non-centralized wake direction graph.
본 발명은 적응형 임계 방법을 적용하였으며, 이는 방향 그래프의 가중 계수의 평균 값을 임계값으로 정의하고 하이퍼 파라미터 k로 임계값을 조정하는 것이다. 실제로, 웨이크 방향 그래프와 웨이크 가중치는 서로 다른 바람 조건에서 변화를 나타내며, 모든 웨이크 방향그래프에 대한 가지치기 작업을 위해 고정된 임계값을 사용할 경우, 웨이크 방향 그래프 네트워크 토폴로지는 극단적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 3개의 풍향 각각에서의 평균 임계값 는 0.11, 0.0367 및 0.08이다. 만약 세 개의 방향 그래프가 동일한 고정 임계값(예 : 0.08)을 사용하는 경우, 평균이 0.0367인 방향 그래프의 기본 네트워크 아키텍처가 파손될 수 있다. 이에, 웨이크 방향 그래프마다 상이한 임계값이 적응적으로 적용될 수 있다. 또한, 방향 그래프의 하이퍼 파라미터 k와 희소성(sparsity)은 역비례 관계이다.The present invention applies the adaptive threshold method, which defines the average value of the weighting coefficients of the directed graph as a threshold value and adjusts the threshold value with the hyperparameter k. In fact, the wake-directed graph and wake weights show changes in different wind conditions, and when a fixed threshold is used for pruning for all wake-directed graphs, the wake-directed graph network topology can change dramatically. For example, the average threshold in each of the three wind directions are 0.11, 0.0367 and 0.08. If all three directed graphs use the same fixed threshold (eg 0.08), the underlying network architecture of the directed graph with an average of 0.0367 may be broken. Accordingly, different threshold values may be adaptively applied to each wake direction graph. Also, the hyperparameter k of the directed graph and the sparsity are inversely proportional to each other.
5.2. 다양한 풍향에서의 조정 최적화5.2. Optimization of coordination in different wind directions
WF 희소 통신 아키텍처가 구축되면, 이와 대응되는 분산형 알고리즘(식 (10)) 또는 비중앙집중형 알고리즘(식 (19))을 이용하여 OWF 전력 최적화 문제를 해결한다. 이하에서는, 0, 15, 30, 45, 60, 175도 풍향에서의 시뮬레이션 결과에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 알고리즘의 성능 검증을 위해, 그리디(greedy) 알고리즘과 중앙 집중형 알고리즘과의 비교를 진행한다. 각 WT 전력 분배는 도 6a와 같다. 여기에서, WF 전력 효율은 아래와 같이 정의될 수 있다. When the WF sparse communication architecture is built, the OWF power optimization problem is solved by using a corresponding distributed algorithm (Equation (10)) or a decentralized algorithm (Equation (19)). Hereinafter, simulation results at 0, 15, 30, 45, 60, and 175 degree wind directions will be described. To verify the performance of the algorithm according to the present invention, a comparison between a greedy algorithm and a centralized algorithm is performed. Each WT power distribution is shown in Figure 6a. Here, the WF power efficiency may be defined as follows.
[식 (20)][Equation (20)]
여기서 는 WT가 풍속에서 웨이크 간섭이 존재하지 않는다고 가정했을 때 생성할 수 있는 최대 전력이다. 이러한 표준화로 인해, WF 전력 효율 는 자유 흐름 풍속 에 의존하지 않는다. 특히, 단일 터빈의 최대 전력은 에서 이며, 30개 터빈의 최대 전력은 이다. here is the WT This is the maximum power that can be generated at wind speed, assuming no wake interference exists. Due to this standardization, WF power efficiency is the free flow wind speed does not depend on In particular, the maximum power of a single turbine is at and the maximum power of 30 turbines is to be.
도 9는 풍향 각각에서의 풍력 분포(wind power distribution)를 나타낸다((a) ~ (f)는 각각 0, 15, 30, 45, 60, 175도에서의 전력 분포를 나타냄). 여기에서, 풍향의 변화는 각 유닛에서의 전력과 최적화 결과의 변화를 유도한다. 그리디 제어 방식이 적용되면 업스트림 방향 유닛은 단일 유닛의 최대 전력을 생성하는 반면 다운스트림 방향의 유닛이 얻는 전력은 크게 감소한다. WT 서브셋이 조정 제어 전략(coordinated control scheme)에 따르는 경우, 업스트림 터빈의 전력은 감소하는 반면, 다운스트림 터빈의 전력은 크게 증가하여 OWF의 전체 전력이 증가하게 된다. 9 shows the wind power distribution in each wind direction ((a) to (f) show the power distribution at 0, 15, 30, 45, 60, and 175 degrees, respectively). Here, a change in wind direction induces a change in power and optimization results in each unit. When the greedy control method is applied, the upstream direction unit generates the maximum power of a single unit, while the power obtained by the downstream direction unit is greatly reduced. When the WT subset follows a coordinated control scheme, the power of the upstream turbine is reduced while the power of the downstream turbine is greatly increased, increasing the overall power of the OWF.
도 10은 풍향 30도에서의 4가지 제어 방법에 대한 WT 전력 에너지 효율 결과를 나타낸다((A)는 그리디 제어, (B)는 중앙집중형 제어, (C)는 비중앙집중형 제어, (D)는 분산형 제어). 그리디 제어의 경우, T2 등 왼쪽 아래에 있는 터빈이 웨이크 영향이 없는 풍속을 경험할 때 최대 전력()을 생산함을 알 수 있다. 반면, 다운스트림 터빈은 업스트림 터빈에 의한 웨이크 영향으로 낮은 전력을 생산함(T9, T16, T26, T27는 각각 0.318, 0.318, 0.41, 0.318의 전력 효율을 나타냄)을 알 수 있으며, 전체 전력 효율은 0.58을 나타낸다. 10 shows the WT power energy efficiency results for four control methods in a wind direction of 30 degrees ((A) is greedy control, (B) is centralized control, (C) is non-centralized control, ( D) is a decentralized control). For greedy control, the maximum power ( ) can be seen to produce On the other hand, it can be seen that the downstream turbine produces low power due to the wake effect by the upstream turbine (T9, T16, T26, and T27 show power efficiency of 0.318, 0.318, 0.41, and 0.318, respectively), and the overall power efficiency is 0.58.
중앙집중형, 비중앙집중형 및 분산형 최적화 방법의 경우, 그리디 제어 방식과 비교하여 다운스트림 터빈이 높은 전력을 생산한다. 도 10(B)를 참조하면, 중앙집중형 방식을 사용하는 경우 리드 터빈 T2의 전력 효율은 감소되나, 다운스트림 터빈의 전력 효율은 증가됨(T9, T16, T26, T27는 각각 0.424, 0.424, 0.614, 0.534의 전력 효율을 나타냄)을 알 수 있으며, 전체 전력 효율은 0.6558을 나타낸다. 도 10(C)를 참조하면, 비중앙집중형 방식을 사용하는 경우 다운스트림 터빈 T9, T16, T26, T27의 전력 효율은 각각 0.425, 0.425, 0.616, 0.534 의 전력 효율을 나타냄을 알 수 있으며, 전체 전력 효율은 0.6555을 나타낸다. 도 10(D)를 참조하면, 분산형 방식을 사용하는 경우 다운스트림 터빈 T9, T16, T26, T27의 전력 효율은 각각 0.418, 0.417, 0.616, 0.528의 전력 효율을 나타냄을 알 수 있으며, 전체 전력 효율은 0.6557을 나타낸다. 결국, 3개의 조정 제어 모드는 WF의 전체 전력 효율을 향상시킴을 확인할 수 있다. In the case of centralized, decentralized and distributed optimization methods, the downstream turbine produces higher power compared to the greedy control method. Referring to FIG. 10(B), when the centralized method is used, the power efficiency of the lead turbine T2 is reduced, but the power efficiency of the downstream turbine is increased (T9, T16, T26, and T27 are 0.424, 0.424, and 0.614, respectively) , representing a power efficiency of 0.534), and the overall power efficiency is 0.6558. Referring to FIG. 10(C), it can be seen that the power efficiency of the downstream turbines T9, T16, T26, and T27 is 0.425, 0.425, 0.616, and 0.534, respectively, when using the decentralized method, The overall power efficiency is 0.6555. Referring to FIG. 10(D), it can be seen that the power efficiencies of the downstream turbines T9, T16, T26, and T27 are 0.418, 0.417, 0.616, and 0.528, respectively, when using the distributed method, and the total power The efficiency shows 0.6557. In the end, it can be seen that the three regulated control modes improve the overall power efficiency of the WF.
아래 표 5는 풍향 각각에서 WF의 전력 효율(PE) 및 계산 시간(CT)에 대한 결과를 나타낸다. PE는 단위가 없으며, CT는 단위가 초(sec)이다. Table 5 below shows the results for the power efficiency (PE) and calculation time (CT) of the WF in each wind direction. PE has no unit, and CT has a unit of seconds (sec).
[표 5][Table 5]
상기 표 5를 분석하면, 아래와 같은 결론을 도출할 수 있다.By analyzing Table 5, the following conclusions can be drawn.
(1) 풍향과 통신 아키텍처에 따라 전력 효율(PE) 및 계산 시간(CT)이 상이하게 나타난다. 풍향에 따라 웨이크 방향 그래프 및 가중 계수가 상이하며, 이에 따른 통신 아키텍처의 변화가 PE 및 CT 결과에 상당한 영향을 미치기 때문이다. 풍향이 각각 0도, 45도인 경우를 살펴본다. 우선 0도인 경우, 터빈들 간 상호작용이 나타나며, 해당 분산형 및 비중앙집중형 희소 방향 그래프는 복잡한 통신 아키텍처를 가진다. 한편, 45도인 경우, 터빈들간 약한 상호작용이 나타나며 해당 분산형 및 비중앙집중형 희소 방향 그래프는 단순한 통신 아키텍처를 가진다. 통신 아키텍처가 복잡할수록 해당 CT가 길어지는 것으로 추론할 수 있다.(1) Power efficiency (PE) and calculation time (CT) appear differently depending on the wind direction and communication architecture. This is because the wake direction graph and the weighting factor are different depending on the wind direction, and the change in the communication architecture has a significant effect on the PE and CT results. Let us consider the case where the wind direction is 0 degrees and 45 degrees, respectively. First, in the case of 0 degree, the interaction between turbines appears, and the distributed and decentralized sparse directed graphs have a complex communication architecture. On the other hand, in the case of 45 degrees, weak interaction between turbines appears, and the distributed and non-centralized sparse directed graphs have a simple communication architecture. It can be inferred that the more complex the communication architecture, the longer the corresponding CT.
(2) 통신 아키텍처에 따른 중앙 집중형, 비중앙 집중형 및 분산형 최적화 알고리즘은 단조롭게 WF의 총 PE를 개선할 수 있다. 특히, 그리디 알고리즘의 PE는 가장 낮고, 비중앙집중형 알고리즘이 그 다음이며, 분산형 알고리즘의 효율은 중앙 집중형 제어 모드의 효율과 거의 동일하다. 다만, 중앙 집중형 및 분산형 방식에 비해 전력 출력 효율이 크게 저하되지 않는 비중앙집중형 제어 방식이 실시간 제어 관점에서 가장 적절할 수 있다. (2) Centralized, non-centralized and distributed optimization algorithms according to the communication architecture can monotonically improve the total PE of WF. In particular, the PE of the greedy algorithm is the lowest, followed by the decentralized algorithm, and the efficiency of the distributed algorithm is almost the same as that of the centralized control mode. However, a non-centralized control method in which power output efficiency is not significantly lowered compared to centralized and distributed methods may be most appropriate from the viewpoint of real-time control.
(3) 정의된 희소 방향 그라프 통신 구조에 기초한 비중앙집중형 방법은 정확도 측면에서 큰 손실 없이 계산 복잡성을 감소시킬 수 있으며, 중앙 집중형 및 분산형 방법보다 계산 시간이 적다. 예를 들어, 풍향이 0도인 경우, 중앙집중형 및 분산형 알고리즘과 비교하여 CT는 감소되고, 전력 효율에는 큰 차이가 없다. (3) The non-centralized method based on the defined sparse directional graph communication structure can reduce the computational complexity without significant loss in terms of accuracy, and the computation time is less than that of the centralized and distributed methods. For example, when the wind direction is 0 degrees, CT is reduced compared to centralized and distributed algorithms, and there is no significant difference in power efficiency.
다만, PE와 CT 사이에는 항상 트레이드 오프가 존재한다. CT만 고려했을 때 그리디 제어가 적절하지만, PE만 고려했을 때 중앙 집중형 제어가 적절할 수 있다. 비중앙집중형과 분산형 제어는 두 가지 방법의 중간으로, 어떤 방법을 선택해야 하는지는 실제 필요에 따라 달라질 수 있을 것이다.However, there is always a trade-off between PE and CT. When only CT is considered, greedy control is appropriate, but when only PE is considered, centralized control may be appropriate. Decentralized and decentralized control are intermediate between the two methods, and which method to choose may depend on actual needs.
6. 본 발명에 따른 전력 조정 최적화 장치6. Power adjustment optimization device according to the present invention
이하에서는, 도 11을 참조하여, 앞서 설명한 전력 조정 최적화 방법을 수행하는 전력 조정 최적화 장치에 대하여 설명한다. Hereinafter, an apparatus for optimizing power adjustment that performs the above-described method for optimizing power adjustment will be described with reference to FIG. 11 .
본 발명에 따른 전력 조정 최적화 장치는 상술한 전력 조정 최적화 방법을 수행하는 컴퓨팅 장치로, 통신 아키텍처 결정부(100) 및 전력 조정 최적화부(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 전력 조정 최적화 장치의 구성들은 단일의 디바이스(예: 중앙 제어 장치)에 포함되어 구현될 수 있으며, 복수의 장치에 분산(예 : 중앙 제어 장치 및 각 WT에 포함된 제어 장치)되어 구현될 수 있다. 한편, 이러한 예시는 본 발명의 권리범위를 한정하고자 하는 것은 아니며, 앞서 설명한 전력 조정 최적화 방법이 구현된 디바이스라면, 종류, 명칭, 구현된 디바이스의 수 등에 한정되지 않고 본 발명에 따른 전력 조정 최적화 장치로 해석되어야 할 것이다. The apparatus for optimizing power adjustment according to the present invention is a computing device that performs the above-described method for optimizing power adjustment, and may include a communication
이하에서는, 통신 아키텍처 결정부(100) 및 전력 조정 최적화부(200)의 동작에서 대하여 설명하며, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 생략한다. Hereinafter, operations of the communication
통신 아키텍처 결정부(100)는 복수의 WT들에 적용되는 통신 아키텍처를 결정한다. The communication
전력 조정 최적화부(200)는 결정된 통신 아키텍처에 대응되는 기정의된 전력 조정 최적화 알고리즘을 적용하여, 각 WT의 요각도 및 축 계수를 조정할 수 있는 전력 조정 최적화 솔루션을 생성한다. The power
즉, 상기 1. 내지 5.에서 설명한 전력 조정 최적화 방법을 수행하는데 있어, 통신 아키텍처 결정부(100)는 WT에 적합한 통신 아키텍처를 결정하는 프로세스를, 전력 조정 최적화부(200)는 전력 조정 최적화 전략을 구축하는 프로세스를 수행하는 구성이다. That is, in performing the power adjustment optimization method described in 1. to 5., the communication
일 실시예에서, 통신 아키텍처 결정부(100)는, WF에 포함되는 WT들의 개수가 기정의된 수 이하인 경우, 복수의 WT들에 적용되는 통신 아키텍처를 중앙집중형(centralized)으로 결정할 수 있다. 여기에서, 전력 조정 최적화부(200)는, 상술한 중앙집중형 최적화 알고리즘을 적용하여 전력 조정 최적화 솔루션을 생성할 수 있다. In one embodiment, the communication
일 실시예에서, 통신 아키텍처 결정부(100)는, WF의 출력 전력과 연관되는, 복수의 WT들에 대한 파라미터(WT의 좌표, 풍향, 풍속, WT의 반경 등)를 수집한다. 이후, 통신 아키텍처 결정부(100)는, 복수의 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 수치적으로 나타내는 웨이크 가중 계수 행렬을 생성하고, WT를 노드로, WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 방향 선으로 나타내는 웨이크 방향 그래프를 생성할 수 있다. In one embodiment, the communication
여기에서, 통신 아키텍처 결정부(100)는 웨이크 가중 계수에 기초하여 정의되는 임계치를 이용하여, 상기 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프에 대한 가지치기(pruning) 프로세스를 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 통신 아키텍처 결정부(100)는, 모든 웨이크 가중 계수에 대한 평균 값을 계산하고, 계산된 평균 값을 상기 임계치로 정의할 수 있다. 여기에서, 통신 아키텍처 결정부(100)는, 웨이크 방향 그래프의 희소 정도(sparse degree)를 제어하는 하이퍼 파라미터를 기초로, 정의된 임계치를 조정할 수 있다. 통신 아키텍처 결정부(100)는 최종 확정된 임계치에 기초하여 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프에 대한 가지치기(pruning) 프로세스를 수행할 수 있다.Here, the
이후 통신 아키텍처 결정부(100)는 가지치기 프로세스가 완료된 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프를 기초로 복수의 WT들을 클러스트링하여 복수의 서브 셋들로 분류하며, 서브 셋 분류 결과에 기초하여 복수의 WT들에 적용되는 희소 통신 아키텍처를 결정할 수 있다. Thereafter, the communication
상술한 바와 같이, 희소 통신 아키텍처는, 비중앙집중형(decentralized) 통신 아키텍처 및 분산형(distributed) 통신 아키텍처로 분류될 수 있으며, 통신 아키텍처 결정부(100)는, 분류된 서브 셋들 간 공유 WT가 존재하는지 여부를 판단하여, 공유 WT가 존재하지 않으면 비중앙집중형 통신 아키텍처로 결정하고, 공유 WT가 존재하면 분산형 통신 아키텍처로 결정할 수 있다. As described above, the sparse communication architecture may be classified into a decentralized communication architecture and a distributed communication architecture, and the communication
적용되는 희소 통신 아키텍처가 비중앙집중형 통신 아키텍처로 결정되면, 전력 조정 최적화부(200)는, 상술한 비중앙집중형 최적화 알고리즘을 적용하여 전력 조정 최적화 솔루션을 생성할 수 있다. 만약 적용되는 희소 통신 아키텍처가 분산형 통신 아키텍처로 결정되면, 전력 조정 최적화부(200)는 상술한 분산형 최적화 알고리즘을 적용하여 전력 조정 최적화 솔루션을 생성할 수 있다. When the applied sparse communication architecture is determined to be a non-centralized communication architecture, the power
이상에서 설명한 본 발명에 따른 전력 조정 최적화 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The power adjustment optimization method according to the present invention described above may be implemented as computer-readable codes on a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all types of recording devices in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage device. In addition, the computer-readable recording medium is distributed in a computer system connected to a network, so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.The above-described preferred embodiments of the present invention have been disclosed for purposes of illustration, and various modifications, changes, and additions may be made by those skilled in the art with respect to the present invention within the spirit and scope of the present invention, and such modifications, changes and Additions are to be considered as falling within the scope of the following claims.
100: 통신 아키텍처 결정부
200: 전력 조정 최적화부100: communication architecture decision unit
200: power adjustment optimization unit
Claims (12)
상기 풍력 발전 단지의 출력 전력과 연관되는, 상기 복수의 WT들에 대한 파라미터를 수집하는 단계;
상기 복수의 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 수치적으로 나타내는 웨이크 가중 계수 행렬과, 상기 WT를 노드로, 상기 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 방향 선으로 나타내는 웨이크 방향 그래프를 생성하는 단계;
웨이크 가중 계수에 기초하여 정의되는 임계치를 이용하여, 상기 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프에 대한 가지치기(pruning) 프로세스를 수행하는 단계;
상기 가지치기 프로세스가 완료된 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프를 기초로 상기 복수의 WT들을 클러스트링하여 복수의 서브 셋들로 분류하는 단계;
상기 서브 셋 분류 결과에 기초하여 상기 복수의 WT들에 적용되는 희소 통신 아키텍처를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 희소 통신 아키텍처에 대응되는 기정의된 전력 조정 최적화 알고리즘을 적용하여, 각 WT의 요각도 및 축 계수를 조정할 수 있는 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하는 단계;를 포함하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 방법.
A method for optimizing power adjustment of a wind power farm (WF) comprising a plurality of wind turbines (WT), the method comprising:
collecting a parameter for the plurality of WTs that is associated with an output power of the wind farm;
generating a wake weighting coefficient matrix numerically representing a wake effect acting between the plurality of WTs, and a wake direction graph representing a wake effect acting between the WTs as a directional line using the WT as a node;
performing a pruning process on the wake weighting coefficient matrix and the wake direction graph using a threshold defined based on a wake weighting coefficient;
classifying the plurality of WTs into a plurality of subsets by clustering the plurality of WTs based on a wake weighting coefficient matrix and a wake direction graph on which the pruning process is completed;
determining a sparse communication architecture applied to the plurality of WTs based on the subset classification result; and
generating a power adjustment optimization solution capable of adjusting the yaw angle and axis coefficient of each WT by applying a predefined power adjustment optimization algorithm corresponding to the determined sparse communication architecture; Way.
모든 웨이크 가중 계수에 대한 평균 값을 계산하고, 계산된 평균 값을 상기 임계치로 정의하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 방법.
The method of claim 1, wherein performing the pruning process comprises:
Calculating an average value for all wake weighting coefficients, and defining the calculated average value as the threshold value.
상기 웨이크 방향 그래프의 희소 정도(sparse degree)를 제어하는 하이퍼 파라미터를 기초로, 상기 정의된 임계치를 조정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 방법.
3. The method of claim 2, wherein performing the pruning process comprises:
Adjusting the defined threshold based on a hyper parameter for controlling the sparse degree of the wake direction graph; The method of optimizing power adjustment of the wind farm further comprising a.
비중앙집중형(decentralized) 통신 아키텍처 및 분산형(distributed) 통신 아키텍처를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 방법.
The method of claim 1, wherein the sparse communication architecture comprises:
A method for optimizing power coordination of a wind farm, comprising: a decentralized communication architecture and a distributed communication architecture.
상기 분류된 서브 셋들 간 공유 WT가 존재하는지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 공유 WT가 존재하지 않으면 비중앙집중형 통신 아키텍처로 결정하고, 상기 공유 WT가 존재하면 분산형 통신 아키텍처로 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 방법.
5. The method of claim 4, wherein determining the sparse communication architecture comprises:
determining whether there is a shared WT among the classified subsets; and
If the shared WT does not exist, determining as a non-centralized communication architecture, and if the shared WT exists, determining as a distributed communication architecture.
상기 적용되는 희소 통신 아키텍처가 비중앙집중형 통신 아키텍처로 결정되면, 기정의된 비중앙집중형 최적화 알고리즘을 적용하여 상기 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하고,
상기 적용되는 희소 통신 아키텍처가 분산형 통신 아키텍처로 결정되면, 기정의된 분산형 최적화 알고리즘을 적용하여 상기 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 방법.
6. The method of claim 5, wherein generating the power regulation optimization solution comprises:
When the applied sparse communication architecture is determined to be a non-centralized communication architecture, a predefined decentralized optimization algorithm is applied to generate the power adjustment optimization solution;
When the applied sparse communication architecture is determined to be a distributed communication architecture, a method for optimizing power regulation of a wind farm, characterized in that the power regulation optimization solution is generated by applying a predefined distributed optimization algorithm.
상기 복수의 WT들에 적용되는 통신 아키텍처를 결정하는 통신 아키텍처 결정부; 및
상기 결정된 통신 아키텍처에 대응되는 기정의된 전력 조정 최적화 알고리즘을 적용하여, 각 WT의 요각도 및 축 계수를 조정할 수 있는 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하는 전력 조정 최적화부;를 포함하되,
상기 통신 아키텍쳐 결정부는,
상기 풍력 발전 단지의 출력 전력과 연관되는, 상기 복수의 WT들에 대한 파라미터를 수집하고,
상기 복수의 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 수치적으로 나타내는 웨이크 가중 계수 행렬과, 상기 WT를 노드로, 상기 WT들 상호간에 작용하는 웨이크 영향을 방향 선으로 나타내는 웨이크 방향 그래프를 생성하고,
웨이크 가중 계수에 기초하여 정의되는 임계치를 이용하여, 상기 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프에 대한 가지치기(pruning) 프로세스를 수행하고,
상기 가지치기 프로세스가 완료된 웨이크 가중 계수 행렬 및 웨이크 방향 그래프를 기초로 상기 복수의 WT들을 클러스트링하여 복수의 서브 셋들로 분류하고,
상기 서브 셋 분류 결과에 기초하여 상기 복수의 WT들에 적용되는 희소 통신 아키텍처를 결정하는,
풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 장치.
An apparatus for optimizing power adjustment of a wind farm for maximum power output of a wind farm (WF) comprising a plurality of wind turbines (WT), the apparatus comprising:
a communication architecture determining unit that determines a communication architecture applied to the plurality of WTs; and
A power adjustment optimization unit for generating a power adjustment optimization solution capable of adjusting the yaw angle and axis coefficient of each WT by applying a predefined power adjustment optimization algorithm corresponding to the determined communication architecture;
The communication architecture determining unit,
collect parameters for the plurality of WTs, which are associated with output power of the wind farm;
A wake weighting coefficient matrix numerically representing a wake effect acting between the plurality of WTs, and a wake direction graph representing the wake effect acting between the WTs as a directional line using the WT as a node,
performing a pruning process on the wake weighting coefficient matrix and the wake direction graph using a threshold defined based on a wake weighting coefficient;
Classifying the plurality of WTs into a plurality of subsets by clustering the plurality of WTs based on a wake weighting coefficient matrix and a wake direction graph on which the pruning process is completed,
determining a sparse communication architecture applied to the plurality of WTs based on the subset classification result,
Power regulation optimization device for wind farms.
모든 웨이크 가중 계수에 대한 평균 값을 계산하고, 계산된 평균 값을 상기 임계치로 정의하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 장치.
The method of claim 7, wherein the communication architecture determining unit,
An apparatus for optimizing power adjustment of a wind farm, characterized in that calculating an average value for all wake weighting coefficients, and defining the calculated average value as the threshold value.
상기 웨이크 방향 그래프의 희소 정도(sparse degree)를 제어하는 하이퍼 파라미터를 기초로, 상기 정의된 임계치를 조정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 장치.
The method of claim 8, wherein the communication architecture determining unit,
Power adjustment optimization apparatus of a wind farm, characterized in that adjusting the defined threshold based on a hyper parameter that controls the sparse degree of the wake direction graph.
비중앙집중형(decentralized) 통신 아키텍처 및 분산형(distributed) 통신 아키텍처를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 장치.
8. The method of claim 7, wherein the sparse communication architecture comprises:
A device for optimizing power regulation of a wind farm, characterized in that it includes a decentralized communication architecture and a distributed communication architecture.
상기 분류된 서브 셋들 간 공유 WT가 존재하는지 여부를 판단하고, 상기 공유 WT가 존재하지 않으면 비중앙집중형 통신 아키텍처로 결정하며, 상기 공유 WT가 존재하면 분산형 통신 아키텍처로 결정하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 장치.
The method of claim 10, wherein the communication architecture determining unit,
It is determined whether a shared WT exists between the classified subsets, and if the shared WT does not exist, a decentralized communication architecture is determined, and if the shared WT exists, a distributed communication architecture is determined. Power regulation optimization device for wind farms.
상기 적용되는 희소 통신 아키텍처가 비중앙집중형 통신 아키텍처로 결정되면, 기정의된 비중앙집중형 최적화 알고리즘을 적용하여 상기 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하고, 상기 적용되는 희소 통신 아키텍처가 분산형 통신 아키텍처로 결정되면, 기정의된 분산형 최적화 알고리즘을 적용하여 상기 전력 조정 최적화 솔루션을 생성하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 단지의 전력 조정 최적화 장치.
The method of claim 11, wherein the power adjustment optimization unit,
When the applied sparse communication architecture is determined to be a non-centralized communication architecture, a predefined decentralized optimization algorithm is applied to generate the power adjustment optimization solution, and the applied sparse communication architecture is a distributed communication architecture. When it is determined, the apparatus for optimizing power adjustment of a wind farm, characterized in that by applying a predefined distributed optimization algorithm to generate the power adjustment optimization solution.
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