KR102423132B1 - 파력 발전 설비 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

파력 발전 설비 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

발전 설비 제어 시스템은 파도 에너지로부터 발생된 동력을 이용하여 교류 전력을 생성하는 발전기, 상기 발전기로부터 생성된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기, 및 상기 발전기의 현재 RPM 에 기초하여 상기 AC/DC 변환기에 주어지는 전기적 부하를 제어함으로써 상기 AC/DC 변환기의 출력 전력을 제어하는 출력 제어부를 포함한다.

Description

파력 발전 설비 제어 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR COTROLLING WAVE POWER GENERATION FACILITIES}
파력 발전 설비를 제어하는 시스템 및 방법에 연관되며, 보다 구체적으로는 파력 발전 설비에서 발전기로부터 발전 설비 후단에 제공되는 전기적 부하의 크기를 제어하는 시스템 및 방법에 연관된다.
조수간만의 차를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 조력 발전과, 바닷물의 빠른 유속을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 조류 발전 및 파도 물결을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 파력 발전이 주목 받고 있다. 특히, 파력 발전은 끊임없이 발생되는 파도의 움직임을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 기술로서, 지속적으로 에너지를 생산할 수 있다.
다만, 파도의 특성상 불규칙적인 운동 에너지가 제공되므로 이를 이용하여 안정적으로 에너지를 생산하기 위해서는 발전량이 크게 변화하지 않도록 발전 설비를 제어하는 방법 및 시스템이 요구된다.
일측에 따르면, 발전 설비 제어 시스템은 파도 에너지로부터 발생된 동력을 이용하여 교류 전력을 생성하는 발전기, 상기 발전기로부터 생성된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기, 및 상기 발전기의 현재 RPM 에 기초하여 상기 AC/DC 변환기에 주어지는 전기적 부하를 제어함으로써 상기 AC/DC 변환기의 출력 전력을 제어하는 출력 제어부를 포함한다.
일실시예에서, 상기 출력 제어부는 상기 발전기의 현재 RPM 과 상기 발전기의 목표 RPM 간의 비교 결과에 기초하여 상기 전기적 부하의 크기를 제어한다. 일실시예에서, 상기 출력 제어부는 상기 현재 RPM 이 상기 목표 RPM 보다 작은 경우 상기 전기적 부하의 크기를 감소시킨다. 일실시예에서, 상기 출력 제어부는 상기 현재 RPM 이 상기 목표 RPM 보다 큰 경우 상기 전기적 부하의 크기를 증가시킨다.
일실시예에서, 상기 발전 설비 제어 시스템은 파도 에너지를 받아서 움직이는 에너지 흡수부, 및 상기 에너지 흡수부의 움직임에 따른 운동 에너지를 이용하여 상기 발전기에 동력을 공급하는 동력 전달부를 더 포함한다.
일실시예에서, 상기 발전 설비 제어 시스템은 파도의 현재 파랑 정보에 대응하는 상기 발전기의 목표 RPM 을 미리 결정된 제어 주기마다 결정하는 연산부를 더 포함한다. 일실시예에서, 상기 연산부는 제1 지속시간 동안의 누적 발전량, 제2 지속시간 동안의 누적 발전량, 상기 제1 지속시간 동안의 상기 발전기의 평균 RPM, 및 상기 제2 지속시간 동안의 상기 발전기의 평균 RPM 값에 기초하여 상기 목표 RPM 을 결정한다. 일실시예에서, 상기 제1 지속시간은 상기 연산부의 직전 제어 주기와 일치하고, 상기 제2 지속시간은 상기 연산부의 직전 제어 주기에 선행하는 제어 주기와 일치한다.
일실시예에서, 상기 발전 설비 제어 시스템은 파도의 현재 파랑 정보를 검출하는 파랑 계측부를 더 포함하고, 상기 연산부는 상기 검출된 현재 파랑 정보와 데이터베이스에 저장된 복수의 파랑 정보 모델 간의 매칭에 기초하여 상기 목표 RPM을 결정한다. 일실시예에서, 상기 파랑 정보는 파고 정보, 주기 정보 및 파향 정보 중에서 적어도 하나를 포함한다.
다른 일측에 따르면, 발전 설비 제어 시스템은 자연력으로부터 발생된 동력을 이용하여 교류 전력을 생성하는 발전기, 상기 발전기로부터 생성된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기, 및 상기 발전기의 현재 RPM 에 기초하여 상기 AC/DC 변환기에 주어지는 전기적 부하를 제어함으로써 상기 AC/DC 변환기의 출력 전력을 제어하는 출력 제어부를 포함한다. 일실시예에서, 상기 출력 제어부는 상기 현재 RPM 이 상기 목표 RPM 보다 작은 경우 상기 전기적 부하의 크기를 감소시킨다. 일실시예에서, 상기 출력 제어부는 상기 현재 RPM 이 상기 목표 RPM 보다 큰 경우 상기 전기적 부하의 크기를 증가시킨다.
일실시예에서, 상기 발전 설비 제어 시스템은 상기 발전기의 목표 RPM 을 미리 결정된 제어 주기마다 결정하는 연산부를 더 포함한다. 일실시예에서, 상기 연산부는 제1 지속시간 동안의 누적 발전량, 제2 지속시간 동안의 누적 발전량, 상기 제1 지속시간 동안의 상기 발전기의 평균 RPM, 및 상기 제2 지속시간 동안의 상기 발전기의 평균 RPM 값에 기초하여 상기 목표 RPM 을 결정한다. 일실시예에서, 상기 제1 지속시간은 상기 연산부의 직전 제어 주기와 일치하고, 상기 제2 지속시간은 상기 연산부의 직전 제어 주기에 선행하는 제어 주기와 일치한다.
다른 일측에 따르면, 발전 설비 제어 방법은 파도 에너지로부터 발생된 동력을 이용하여 교류 전력을 생성하는 발전기의 현재 RPM을 측정하는 단계, 및 상기 발전기의 현재 RPM 과 상기 발전기의 목표 RPM 간의 비교 결과에 기초하여 상기 발전기로부터 생성된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기에 주어지는 전기적 부하의 크기를 제어하는 단계를 포함한다.
일실시예에서, 상기 발전 설비 제어 방법은 파도 에너지를 받아서 움직이는 에너지 흡수부의 움직임에 따른 운동 에너지를 이용하여 상기 발전기에 동력을 공급하는 단계를 더 포함한다.
일실시예에서, 상기 발전 설비 제어 방법은 파도의 현재 파랑 정보에 대응하는 상기 발전기의 목표 RPM 을 미리 결정된 제어 주기마다 결정하는 단계를 더 포함한다. 일실시예에서, 상기 목표 RPM을 미리 결정된 제어 주기마다 결정하는 단계는, 상기 연산부는 제1 지속시간 동안의 누적 발전량, 제2 지속시간 동안의 누적 발전량, 상기 제1 지속시간 동안의 상기 발전기의 평균 RPM, 및 상기 제2 지속시간 동안의 상기 발전기의 평균 RPM 값에 기초하여 상기 목표 RPM 을 결정한다.
일실시예에서, 상기 발전 설비 제어 방법은 파도의 현재 파랑 정보를 검출하는 단계를 더 포함하고, 상기 목표 RPM을 미리 결정된 제어 주기마다 결정하는 단계는, 상기 검출된 현재 파랑 정보와 데이터베이스에 저장된 복수의 파랑 정보 모델 간의 매칭에 기초하여 상기 목표 RPM을 결정한다. 일실시예에서, 상기 파랑 정보는 파고 정보, 주기 정보 및 파향 정보 중에서 적어도 하나를 포함한다.
도 1은 일실시예에 따른 발전 설비 시스템의 개요도이다.
도 2는 일실시예에 따른 발전 설비 제어 시스템의 개요도이다.
도 3은 일실시예에 따른 발전 설비 제어 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 일실시예에 따른 발전 설비 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 권리범위는 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되지 않는다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 일실시예에 따른 발전 설비 시스템의 개요도이다. 일실시예에 따른 발전 설비 시스템은 다양한 환경적 요인에 의해 변화할 수 있는 파도 에너지로부터 전력을 생산하여 전력 계통에 공급하는 파력 발전 시스템일 수 있다.
일실시예에서, 발전 설비 시스템은 에너지 흡수부(110) 및 동력 전달부(120)를 포함할 수 있다. 에너지 흡수부(110)는 파도 에너지를 받아서 움직일 수 있는 곳에 배치될 수 있다. 예를 들어, 에너지 흡수부(110)는 파도의 운동 에너지에 의해 움직이는 부표 또는 이와 유사한 기능을 가지는 부력체일 수 있다. 동력 전달부(120)는 에너지 흡수부(110)의 움직임에 따라 발생한 운동 에너지를 발전 설비 내에 동력을 공급하기 위하여 발전 설비 내로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 동력 전달부(120)는 와이어, 로프, 체인, 스프로킷과 같이 운동 에너지를 전달할 수 있는 동력 전달 부재를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 발전 설비 시스템은 발전기(130) 및 AC/DC 변환기(140)를 포함할 수 있다. 발전기(130)는 동력 전달부(120)로부터 전달된 동력을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다. 예를 들어, 발전기(130)는 운동 에너지로부터 교류 전력을 발생시키는 교류 발전기일 수 있다. AC/DC 변환기(140)는 발전기(130)에서 생성된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 기능을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 발전 설비 시스템은 DC/AC 변환기(150) 및 변압기(160)를 포함할 수 있다. DC/AC 변환기(150)는 전달 받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 기능을 포함할 수 있다. 변압기(160)는 DC/AC 변환기(150)로부터 전달된 교류 전력의 전압이 전력 계통에서 필요로 하는 전압에 맞게 변경될 수 있도록 공급 전력의 전압을 제어하는 기능을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 발전 설비 DC/DC 변환기(170) 및 에너지 저장부(180)를 포함할 수 있다. DC/DC 변환기(170)는 AC/DC 변환기(140)의 출력에 전기적으로 연결되어 에너지 저장부(180)로 입력되는 전압 및 에너지 저장부(180)로부터 출력되는 전압을 제어할 수 있다. 에너지 저장부(180)는 전력 계통에 공급되는 전력량이 일정한 수준을 유지하도록 하는 버퍼로서의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장부(180)는 배터리를 포함할 수 있고, AC/DC 변환기(140)의 출력이 미리 설정된 기준보다 높은 경우 배터리가 충전되고 AC/DC 변환기(140)의 출력이 미리 설정된 기준보다 낮은 경우 배터리가 방전되도록 제어함으로써 출력되는 전력을 일정한 수준으로 유지할 수 있다.
도 2는 일실시예에 따른 발전 설비 제어 시스템의 개요도이다. 일실시예에 따른 발전 설비 제어 시스템은 다양한 환경적 요인에 의해 변화할 수 있는 파도 에너지로부터 전력을 생산하여 전력 계통에 공급하는 파력 발전 설비를 제어하는 시스템일 수 있다.
일실시예에 따른 발전 설비 제어 시스템은 동력 공급이 불규칙적으로 이루어지더라도 발전기의 RPM을 일정한 수준으로 유지하는 기능을 포함할 수 있다. 예를 들어, 파도의 파고, 주기 및 파향 등의 변화에 따라 발전기에 공급되는 동력이 변화하는 경우에도 전기적 부하 제어를 통해 발전기의 RPM을 목표하는 값에 근접하도록 유지시킬 수 있다. 이를 위하여, 발전 설비 제어 시스템은 발전기(210), AC/DC 변환기(220), 센서부(230), 연산부(240), 출력 제어부(250)를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 센서부(230)는 발전기(210)의 현재 RPM을 측정할 수 있다. 센서부(240)는 발전기(210)의 RPM을 측정할 수 있는 임의의 센서 엘리먼트를 포함할 수 있으며, 임의의 시점의 RPM 또는 임의의 시간 구간 동안의 평균 RPM을 측정할 수 있다.
일실시예에서, 연산부(240)는 발전기(210)의 목표 RPM을 결정할 수 있다. 예를 들어, 발전기(210)의 목표 RPM은 미리 결정된 초기값 또는 최근에 적용된 목표 RPM 값에 파도의 현재 파랑 정보의 변화를 비롯한 복수의 요인들의 영향을 반영하여 연산될 수 있다. 파랑 정보는 파고 정보, 주기 정보 및 파향 정보 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 연산부(240)는 파도의 현재 파랑 정보에 대응하는 목표 RPM을 일정한 제어 주기마다 반복적으로 결정할 수 있다. 파도의 현재 파랑 정보가 변화함에 따라 파도로부터 발전 설비에 동력으로서 전달되는 운동 에너지의 양이 변화될 수 있으므로, 그에 따라 발전 설비의 최적 운전점이 달라질 수 있다. 연산부(240)는 이와 같이 변경되는 최적 운전점을 추적하여 발전 설비를 제어할 수 있도록 목표 RPM을 일정한 제어 주기마다 결정할 수 있다.
일실시예에서, 연산부(240)는 최적 운전점을 추적하기 위하여 제1 지속시간 동안의 제1 누적 발전량 및 제1 평균 RPM과, 제2 지속시간 동안의 제2 누적 발전량 및 제2 평균 RPM을 이용하여 목표 RPM을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 누적 발전량이 제2 누적 발전량보다 더 큰 경우, 목표 RPM은 제2 평균 RPM보다는 제1 평균 RPM에 가까운 값으로 결정될 수 있다. 이 때, 목표 RPM은 제1 누적 발전량과 제2 누적 발전량의 차이, 제1 평균 RPM과 제2 평균 RPM의 차이 및 제1 지속시간과 제2 지속시간의 길이 등을 반영하여 최적화되는 값으로 결정될 수 있다.
일실시예에서, 최적 운전점을 지속적으로 추적하기 위하여 제1 지속시간 및 제2 지속시간의 길이는 연산부(240)가 목표 RPM을 결정하는 제어 주기의 길이와 일치할 수 있다. 예를 들어, 제1 지속시간은 연산부(240)의 직전 제어 주기와 일치하고, 제2 지속시간은 연산부(240)의 직전 제어 주기에 선행하는 제어 주기와 일치할 수 있다. 즉, 직전 제어 주기 및 그 이전 제어 주기 동안의 누적 발전량 및 평균 RPM에 기초하여 목표 RPM을 결정할 수 있다. 그러나, 제1 지속시간 및 제2 지속시간의 길이는 제어 주기와 반드시 일치할 필요는 없고, 유효한 통계치를 제공하는 범위 내에서 적합한 값으로 선택될 수 있다. 또한, 필요에 따라 제1 지속시간 및 제2 지속시간은 서로 상이한 길이를 가지도록 설정될 수도 있다.
일실시예에서, 연산부(240)는 최적 운전점을 추적하기 위하여 제3 지속시간 동안의 제3 누적 발전량 및 제3 평균 RPM을 추가적으로 이용하여 목표 RPM을 결정할 수 있다. 목표 RPM의 결정에 반영되는 파라미터가 수집되는 지속시간의 개수는 공급되는 동력의 변화를 효과적으로 반영하기 위하여 2 이상의 시간 구간으로 설정될 수 있다.
일실시예에서, 출력 제어부(240)는 발전기(210)의 현재 RPM에 기초하여 AC/DC 변환기(220)에 주어지는 전기적 부하를 제어할 수 있다. 예를 들어, 출력 제어부(240)는 발전기(210)의 현재 RPM 과 발전기(210)의 목표 RPM 간의 비교 결과에 기초하여 AC/DC 변환기(220)에 주어지는 전기적 부하의 크기를 제어할 수 있다. 일실시예에서, AC/DC 변환기(220)에 주어지는 전기적 부하의 크기는 아래의 수학식 1에 기초하여 제어될 수 있다.
Figure 112015124011559-pat00001
여기서, P는 발전 전력, N은 발전기의 RPM, τ는 발전기에 가해지는 토크를 나타낸다.
예를 들어, 발전기(210)의 현재 RPM이 목표 RPM보다 작은 경우, 출력 제어부(240)는 AC/DC 변환기(220)에 주어지는 전기적 부하의 크기를 감소시킬 수 있다. 출력 제어부(240)가 발전기(210)로부터 발전 설비 후단에 제공되는 전기적 부하의 크기를 감소시키면 발전기에 가해지는 토크 τ가 감소하게 되고, 그에 따라 N이 증가하여 목표 RPM에 근접하는 방향으로 변화하도록 유도할 수 있다.
또한, 발전기(210)의 현재 RPM이 목표 RPM보다 큰 경우, 출력 제어부(240)는 AC/DC 변환기(220)에 주어지는 전기적 부하의 크기를 증가시킬 수 있다. 출력 제어부(240)가 발전기(210)로부터 발전 설비 후단에 제공되는 전기적 부하의 크기를 증가시키면 발전기에 가해지는 토크 τ가 증가하게 되고, 그에 따라 N이 감소하여 목표 RPM에 근접하는 방향으로 변화하도록 유도할 수 있다.
일실시예에서, 출력 제어부(240)는 현재 RPM을 제어 대상으로 하고 목표 RPM을 설정 값(set value)으로 하는 PID 제어에 기초하여 전기적 부하의 크기를 결정할 수 있다.
이와 같은 방식으로, 출력 제어부(240)는 발전기(210)의 현재 RPM 및 목표 RPM 간의 비교 결과에 기초하여 AC/DC 변환기(220)에 주어지는 전기적 부하의 크기를 제어함으로써 AC/DC 변환기(220)의 출력을 제어함과 동시에 발전기의 RPM을 제어할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 발전 설비 제어 시스템을 설명하기 위한 블록도이다. 일실시예에 따른 발전 설비 제어 시스템은 다양한 환경적 요인에 의해 변화할 수 있는 파도 에너지로부터 전력을 생산하여 전력 계통에 공급하는 파력 발전 설비를 제어하는 시스템일 수 있다.
일실시예에서, 발전 설비 제어 시스템은 에너지 흡수부(310) 및 동력 전달부(320)를 포함할 수 있다. 에너지 흡수부(310)는 파도 에너지를 받아서 움직일 수 있는 곳에 배치될 수 있다. 예를 들어, 에너지 흡수부(310)는 파도의 운동 에너지에 의해 움직이는 부표 또는 이와 유사한 기능을 가지는 부력체일 수 있다. 동력 전달부(320)는 에너지 흡수부(310)의 움직임에 따라 발생한 운동 에너지를 발전 설비 내에 동력을 공급하기 위하여 발전 설비 내로 전달하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 동력 전달부(320)는 와이어, 로프, 체인, 스프로킷과 같이 운동 에너지를 전달할 수 있는 동력 전달 부재를 포함할 수 있다.
일실시예에서, 발전 설비 제어 시스템은 발전기(330) 및 AC/DC 변환기(340)를 포함할 수 있다. 발전기(330)는 동력 전달부(320)로부터 전달된 동력을 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다. 예를 들어, 발전기(330)는 운동 에너지로부터 교류 전력을 발생시키는 교류 발전기일 수 있다. AC/DC 변환기(340)는 발전기(330)에서 생성된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 기능을 포함할 수 있다.
일실시예에서, 발전 설비 제어 시스템은 센서부(350)를 포함할 수 있다. 발전 설비 제어 시스템은 센서부(350)를 이용하여 발전기(330)의 현재 RPM을 측정할 수 있다. 센서부(350)는 발전기(330)의 RPM을 측정할 수 있는 임의의 센서 엘리먼트를 포함할 수 있으며, 임의의 시점의 RPM 또는 임의의 시간 구간 동안의 평균 RPM을 측정할 수 있다.
일실시예에서, 발전 설비 제어 시스템은 연산부(360)를 포함할 수 있다. 발전 설비 제어 시스템은 연산부(360)를 이용하여 발전기(330)의 목표 RPM을 결정할 수 있다. 예를 들어, 발전기(330)의 목표 RPM은 미리 결정된 초기값 또는 최근에 적용된 목표 RPM 값에 파도의 현재 파랑 정보의 변화를 비롯한 복수의 요인들의 영향을 반영하여 연산될 수 있다. 일실시예에서, 연산부(360)는 파도의 현재 파랑 정보에 대응하는 목표 RPM을 일정한 제어 주기마다 반복적으로 결정할 수 있다.
일실시예에서, 발전 설비 제어 시스템은 출력 제어부(370)를 포함할 수 있다. 발전 설비 제어 시스템은 출력 제어부(370)를 이용하여 발전기(330)의 현재 RPM에 기초하여 AC/DC 변환기(340)에 주어지는 전기적 부하를 제어할 수 있다. 예를 들어, 출력 제어부(370)는 발전기(330)의 현재 RPM 과 발전기(330)의 목표 RPM 간의 비교 결과에 기초하여 AC/DC 변환기(340)에 주어지는 전기적 부하의 크기를 제어할 수 있다.
일실시예에서, 발전 설비 제어 시스템은 파랑 계측부(380)를 포함할 수 있다. 발전 설비 제어 시스템은 파랑 계측부(380)를 이용하여 파도의 현재 파랑 정보를 검출할 수 있다. 예를 들어, 파랑 계측부(380)는 파도의 현재 파고, 주기 및 파향 등 파도의 운동에너지에 영향을 주는 파라미터를 지속적으로 센싱하고, 센싱된 파라미터에 기초하여 현재 파랑 정보를 검출할 수 있다. 파랑 정보는 장기간에 걸쳐 모니터링된 파라미터에 기초하여 복수의 파랑 정보 모델로 정형화될 수 있고, 정형화된 파랑 정보 모델은 데이터베이스로 구축될 수 있다. 예를 들어, 데이터베이스에는 정형화된 파랑 정보 모델 및 그에 대응하는 최적 운전점에 연관된 하나 이상의 파라미터가 룩업 테이블 방식으로 저장될 수 있다.
일실시예에서, 연산부(360)는 파랑 계측부(380)에 의해 센싱된 적어도 하나의 파라미터에 기초하여 발전기(330)의 목표 RPM을 결정할 수 있다. 일실시예에서, 연산부(360)는 파랑 계측부(380)에 의해 검출된 파도의 현재 파랑 정보에 기초하여 발전기(330)의 목표 RPM을 결정할 수 있다. 예를 들어, 연산부(360)는 검출된 현재 파랑 정보와 데이터베이스에 저장된 복수의 파랑 정보 모델을 매칭시키고, 매칭 결과에 기초하여 가장 근접한 파랑 정보 모델에 대응하는 최적 운전점에 연관된 파라미터를 목표 RPM의 결정에 반영할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 파도 에너지로부터 전력을 생산하여 전력 계통에 공급하는 파력 발전 설비를 제어하는 시스템을 중심으로 설명되지만, 실시예들은 다양한 환경적 요인에 의해 변화할 수 있는 동력을 공급하는 다른 자연력을 이용하는 발전 설비에도 적용될 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 발전 설비 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 일실시예에 따른 발전 설비 제어 방법은 다양한 환경적 요인에 의해 변화할 수 있는 파도 에너지로부터 전력을 생산하여 전력 계통에 공급하는 파력 발전 설비를 제어하는 방법일 수 있다.
단계 410에서, 발전 설비 제어 방법은 발전기에 동력을 공급할 수 있다. 예를 들어, 파도 에너지를 받아서 움직이는 에너지 흡수부의 움직임에 따른 운동 에너지를 동력 전달 부재를 통해 발전기에 동력으로서 공급할 수 있다.
단계 420에서, 발전 설비 제어 방법은 발전기의 현재 RPM을 측정할 수 있다. 발전기의 RPM은 임의의 적합한 센서 엘리먼트에 의해 측정될 수 있으며, 임의의 시점의 RPM 또는 임의의 시간 구간 동안의 평균 RPM이 측정될 수 있다.
단계 430에서, 발전 설비 제어 방법은 발전기의 목표 RPM을 주기적으로 결정할 수 있다. 목표 RPM은 미리 결정된 초기값 또는 최근에 적용된 목표 RPM 값에 파도의 현재 파랑 정보의 변화를 비롯한 복수의 요인들의 영향을 반영하여 연산될 수 있다. 복수의 요인에 따라 변경되는 최적 운전점을 추적하여 발전 설비를 제어할 수 있도록 목표 RPM이 일정한 제어 주기마다 주기적으로 결정될 수 있다. 일실시예에서, 목표 RPM은 검출된 현재 파랑 정보와 데이터베이스에 저장된 복수의 파랑 정보 모델 간의 매칭에 기초하여 결정될 수 있다.
단계 440에서, 발전 설비 제어 방법은 현재 RPM과 목표 RPM을 비교할 수 있다. 예를 들어, 현재 RPM과 목표 RPM의 비교 결과에 따라 현재 RPM을 제어 대상으로 하고 목표 RPM을 설정 값으로 하는 PID 제어를 수행할 수 있다.
단계 450에서, 발전 설비 제어 방법은 현재 RPM과 목표 RPM의 비교 결과에 따라 AC/DC 변환기에 주어지는 전기적 부하를 제어할 수 있다. 예를 들어, 발전기의 현재 RPM이 목표 RPM보다 작은 경우, AC/DC 변환기에 주어지는 전기적 부하의 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 발전기의 현재 RPM이 목표 RPM보다 큰 경우, AC/DC 변환기에 주어지는 전기적 부하의 크기를 증가시킬 수 있다. 이와 같은 방식으로 발전기의 RPM이 목표 RPM에 근접하는 방향으로 변화하도록 유도할 수 있다. 따라서, 발전기의 현재 RPM 및 목표 RPM 간의 비교 결과에 기초하여 AC/DC 변환기에 주어지는 전기적 부하의 크기를 제어함으로써 AC/DC 변환기의 출력을 제어함과 동시에 발전기의 RPM을 제어할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (19)

  1. 파도 에너지로부터 발생된 동력을 이용하여 교류 전력을 생성하는 발전기;
    상기 발전기로부터 생성된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기;
    상기 발전기의 현재 RPM와 목표 RPM에 기초하여 상기 AC/DC 변환기에 주어지는 전기적 부하를 제어함으로써 상기 AC/DC 변환기의 출력 전력을 제어하는 출력 제어부; 및
    파도의 현재 파랑 정보에 대응하여 변경되는 최적 운전점을 추적하여, 상기 발전기의 목표 RPM을 미리 결정된 제어 주기마다 결정하는 연산부
    를 포함하고,
    상기 연산부는,
    직전 제어 주기와 일치하는 제1 지속시간 동안의 제1 누적 발전량이, 상기 직전 제어 주기에 선행하는 제어 주기와 일치하는 제2 지속시간 동안의 제2 누적 발전량 보다 더 큰 경우,
    현재 제어 주기의 목표 RPM을, 상기 제2 지속시간 동안의 제2 평균 RPM 보다, 상기 제1 지속시간 동안의 제1 평균 RPM에 가까운 값으로 결정하는
    발전 설비 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 제어부는 상기 발전기의 현재 RPM 과 상기 발전기의 목표 RPM 간의 비교 결과에 기초하여 상기 전기적 부하의 크기를 제어하는,
    발전 설비 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 출력 제어부는 상기 현재 RPM 이 상기 목표 RPM 보다 작은 경우 상기 전기적 부하의 크기를 감소시키는,
    발전 설비 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 출력 제어부는 상기 현재 RPM 이 상기 목표 RPM 보다 큰 경우 상기 전기적 부하의 크기를 증가시키는,
    발전 설비 제어 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발전 설비 제어 시스템은,
    파도 에너지를 받아서 움직이는 에너지 흡수부; 및
    상기 에너지 흡수부의 움직임에 따른 운동 에너지를 이용하여 상기 발전기에 동력을 공급하는 동력 전달부
    를 더 포함하는, 발전 설비 제어 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 발전 설비 제어 시스템은,
    파도의 현재 파랑 정보 - 상기 파랑 정보는 파고 정보, 주기 정보 및 파향 정보 중에서 적어도 하나를 포함함 - 를 검출하는 파랑 계측부
    를 더 포함하고,
    상기 연산부는,
    상기 검출된 현재 파랑 정보와 데이터베이스에 저장된 복수의 파랑 정보 모델 간의 매칭에 기초하여 상기 목표 RPM을 결정하는
    발전 설비 제어 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 발전기는,
    상기 파도 에너지 이외에 자연력으로부터 발생된 동력을 이용하는
    발전 설비 제어 시스템.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 발전기에서, 파도 에너지로부터 발생된 동력을 이용하여 교류 전력을 생성하는 단계;
    AC/DC 변환기에서, 상기 발전기로부터 생성된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 단계;
    출력 제어부에서, 상기 발전기의 현재 RPM와 목표 RPM에 기초하여 상기 AC/DC 변환기에 주어지는 전기적 부하를 제어함으로써 상기 AC/DC 변환기의 출력 전력을 제어하는 단계; 및
    연산부에서, 파도의 현재 파랑 정보에 대응하여 변경되는 최적 운전점을 추적하여, 상기 발전기의 목표 RPM을 미리 결정된 제어 주기마다 결정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 발전기의 목표 RPM을, 제어 주기마다 결정하는 단계는,
    직전 제어 주기와 일치하는 제1 지속시간 동안의 제1 누적 발전량이, 상기 직전 제어 주기에 선행하는 제어 주기와 일치하는 제2 지속시간 동안의 제2 누적 발전량 보다 더 큰 경우,
    현재 제어 주기의 목표 RPM을, 상기 제2 지속시간 동안의 제2 평균 RPM 보다, 상기 제1 지속시간 동안의 제1 평균 RPM에 가까운 값으로 결정하는 단계
    를 포함하는 발전 설비 제어 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 발전 설비 제어 방법은,
    동력 전달부에서, 파도 에너지를 받아서 움직이는 에너지 흡수부의 움직임에 따른 운동 에너지를 이용하여 상기 발전기에 동력을 공급하는 단계
    를 더 포함하는 발전 설비 제어 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제15항에 있어서,
    상기 발전 설비 제어 방법은,
    파랑 계측부에서, 파도의 현재 파랑 정보 - 상기 파랑 정보는 파고 정보, 주기 정보 및 파향 정보 중에서 적어도 하나를 포함함 - 를 검출하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 발전기의 목표 RPM을, 제어 주기마다 결정하는 단계는,
    상기 검출된 현재 파랑 정보와 데이터베이스에 저장된 복수의 파랑 정보 모델 간의 매칭에 기초하여 상기 목표 RPM을 결정하는 단계
    를 더 포함하는 발전 설비 제어 방법.
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