KR20020043616A - 풍력 발전 지역을 운영하는 방법 - Google Patents

풍력 발전 지역을 운영하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력 발전 지역을 운영하는 방법에 관한 것이다.
풍력 설비는 초기에 항상 단일 유니트(unit)로서 설치되었으며, 상기 풍력 설비들이 풍력 발전 지역내에 종종 설치되어 왔던 것은 불과 최근의 일이며, 이것은 또한 행정 및 건물 통제에 기인한다. 그러한 관점에서, 풍력 발전 지역은, 가장 작은 존재물(entity)로 적어도 두 개의 풍력 설비의 배치이나, 종종 현저하게 그 이상의 배치이다. 홀트리엄(Holtriem)[독일의 동프리시아(East Frisia)]에 위치한 풍력 발전 지역을 실예로 언급할 수 있는데, 여기서는 50기 이상의 풍력 설비가 배열 설치되어 있다. 풍력 설비의 수 및 설비된 전력 생산은 앞으로 수년내에 크게 늘어날 것으로 예상된다. 대부분의 경우에 있어서, 바람의 잠재력은 저 단락(low short-circuit) 용량과 낮은 인구밀도를 갖는 전력 공급망의 지역내에서 크다. 기술적 연결의 한계가 풍력 설비에 의해 빠르게 이루어지는 것은 명확하며, 결과적으로, 그러한 지역에 더 이상의 풍력 설비가 설치될 수 없다.
풍력 발전 지역을 운영하는 방법은, 풍력 설비로부터의 전력 출력은 출력되는 전력의 최대 가능 값(정격 전력 출력)보다 더 낮은 최대 가능 네트웍 공급값에 대한 크기에 의해 제한되며, 최대 가능 공급값은 에너지가 공급되어지는 네트웍의 수용 용량(라인 용량) 및/또는 풍력 설비에 의해 생산되는 에너지를 네트웍내로 공급하는, 에너지 전달 유니트 또는 변압기의 전력 용량에 의해서 결정되는, 적어도 두 개의 풍력 설비를 포함한다.

Description

풍력 발전 지역을 운영하는 방법{METHOD FOR OPERATING A WIND FARM}
풍력 설비는 초기에 항상 단일 유니트(unit)로서 설치되었으며, 상기 풍력 설비들이 풍력 발전 지역내에 종종 설치되어 왔던 것은 불과 최근의 일이며, 이것은 또한 행정 및 건물 통제에 기인한다. 그러한 관점에서, 풍력 발전 지역은, 가장 작은 존재물(entity)로 적어도 두 개의 풍력 설비의 배치이나, 종종 현저하게 그 이상의 배치이다. 홀트리엄(Holtriem)[독일의 동프리시아(East Frisia)]에 위치한 풍력 발전 지역을 실예로 언급할 수 있는데, 여기서는 50기 이상의 풍력 설비가 배열 설치되어 있다. 풍력 설비의 수 및 설비된 전력 생산은 앞으로 수년내에 크게 늘어날 것으로 예상된다. 대부분의 경우에 있어서, 바람의 잠재력은 저 단락(low short-circuit) 용량과 낮은 인구밀도를 갖는 전력 공급망의 지역내에서 크다. 기술적 연결의 한계가 풍력 설비에 의해 빠르게 이루어지는 것은 명확하며, 결과적으로, 그러한 지역에 더 이상의 풍력 설비가 설치될 수 없다.
예를 들어 50MW 용량의 변전소에 연결된 종래의 풍력 발전 지역은 단지 최대 50MW의 총 전력 생산, 즉 예를 들어 각각의 정격 전력 출력이 1MW인 50개의 풍력 설비를 가질 수 있다.
풍력 설비가 계속적으로 정격 레벨에서 동작하지 않고, 따라서 전체 풍력 발전 지역 역시 계속적으로 최대 전력 생산(정격 전력 출력)에 도달하지 않는다는 사실을 생각할 때, 풍력 발전 지역의 정격 전력 생산이 공급되어지는 최대 가능한 총 전력 출력에 상응하다면 풍력 발전 지역은 최적의 사용 상태에 있지 않다고 할 수 있다.
본 발명은 풍력 발전 지역(wind park) 및 또한 그와 같은 지역을 운영하는 방법에 관한 것이다.
도 1은, 다상 교번 전류(polyphase alternating current)를 전력 공급 네트웍으로 공급할 수 있는 인버터(inverter) 장치(PWR)에 연결되는 마이크로프로세서 μP에 의한 풍력 설비의 제어를 도시하고 있는 블럭 회로도.
도 2는, 예를 들어 - 바람의 방향으로부터 보여지는 바와 같이 - 두 개는 서로 나란히 위치되며, 세 번째는 처음 두 개의 뒤에 위치되는 3개의 풍력 설비(1,2, 3)을 포함하는 풍력 발전 지역의 원리를 도시한 도면.
따라서 본 발명은 풍력 발전 지역(wind park)이 최대의 가능한 네트웍 공급 전력 출력보다 더 높은 총 전력 생산(total power output)을 갖추는 해법을 제시한다. 상술한 실예에 적용할때, 전력 출력은 50MW 이상, 예를 들어 53MW의 값으로 증가될 수 있다. 풍속이 50MW의 한계 전력 출력을 생산할 만큼 충분히 높아지자 마자, 총 최대 전력 생산이 초과되어질 때, 동일한 것이 항상 관측되는 방식으로, 본 발명에 의한 풍력 발전 지역의 통제는 작동을 하게 되며 설비들 모두를 또는 개별적으로 통제한다. 이것은, 보통 이상의 풍속 또는 정격의 바람(풍력 설비가 정격 전력 출력에 도달할 때의 풍속)에서, 적어도 하나 또는 모든 설비들은 (약간의) 감소된 전력 출력(예를 들면 1MW 대신에 940MW로)으로 작동된다는 것을 의미한다.
본 발명의 장점은 명백하다. 고려되는 공급망의 전체 네트웍 구성요소들(네트웍 구성요소들은 예를 들어 변압기 및 라인들이다.)은 최적의 방식으로 사용되고 부가된다(열적 한계까지의 이용 역시 가능하다). 이것은, 풍력 설비의 최대 유효 가능 수를 설정함으로써 존재하는 풍력 발전 지역이 좀더 좋게 이용될 수 있음을 의미한다. 그 수는 존재하는 네트웍 수용량에 의해 더 이상 (그렇게 심하게) 제한받지 않는다.
풍력 설비의 조절/통제를 위하여, 전력 출력이 0 내지 100%(정격 전력 출력에 대해서)의 범위로 조절될 수 있는 방식으로 데이터 입력(data input)을 갖는다면 바람직하다. 예를 들어 350kW의 참고 값(reference value)이 데이터 입력에 적용된다면, 그 풍력 설비의 최대 전력 출력은 350kW의 참고 값을 초과하지 못할 것이다. 0에서 정격 전력 출력(rated power output) 사이의 어떤 값(예를 들어 0 내지 1MW)도 참고 값으로 가능하다.
그 데이터 입력은 전력 출력을 제한할 목적으로 직접적으로 사용될 수 있다.
그러나 통제기(regulator)에 의해 네트웍 전압(network voltage; 풍력 발전 지역 네트웍 또는 공급 네트웍에서)에 의존하여 발전기 출력을 통제하는 것 역시 가능하다.
더욱더 중요한 기능은 풍력 발전 지역 통제에 대한 하기 기재에서 논의된다. 풍력 발전 지역이 각각 600kW의 정격 전력 출력을 갖는 10기의 풍력 설비를 포함하는 실예에 의해 추정될 것이다. 네트웍 구성요소들의 수용량(라인 수용량), 또는 변전소의 제한된 수용량에 의해서, 전달되는 최대 전력 출력(한계 전력 출력이)이 5200kW로 제한되는 것이 추정될 것이다.
이제 모든 풍력 설비를 참고 값(데이터 입력)에 의해서 520kW의 최대 전력 출력으로 제한하는 가능한 옵션이 있다. 그것은 전달되는 전력 출력을 제한하기 위한 요구를 충족시킨다.
또 다른 가능한 옵션은 모든 설비의 총합으로써 최대 전력 출력을 초과하지 않고, 동시에 최대 전력량[kW-시간(일)]을 생산하는 것을 포함한다.
그러한 점에 있어서, 풍력 발전 지역내에서 풍속을 완화시키기 위해, 바람직한(좋은) 위치(바람이 풍력 발전 지역내에서 처음 부딪히는 곳)에서의 풍력 설비가 상당량의 바람을 받는 일이 종종 나타난다는 것이 알려져 있어야 한다. 이제 모든 풍력 설비들이 동시에 그 완화 밸브로(예를 들어 모두 520kW로) 통제되어 진다면, 그 생산된 전력 출력은 바람직한 위치에 배치된 몇몇 풍력 설비에 의해서 명백하게 달성되지만 잘 자리잡은 풍력설비들중 바람이 가려진 곳(wind shadow)(두번째 및 세번째열에 있는)에 있는 몇몇 다른 풍력 설비들은 바람을 덜 받게 되며, 그 결과로서 예를 들어 단지 460kW의 전력 출력으로 작동하게 되며, 520kW의 최대 완화 전력 출력값에 도달하지 못한다. 따라서 상기 풍력 발전 지역에서 생성되는 총 전력 출력은 5200kW의 허용되는 한계 전력 출력보다 실제적으로 아래이다.
이러한 경우에 있어서 본 발명에 따른 풍력 발전 지역의 전력 출력 통제 절차는 최대 가능한 에너지 산출이 발생하는 방식으로 개별 설비를 통제한다. 이것은, 구체적으로 예를 들어 첫 번째 열(즉, 바람직한 위치)에 위치한 설비가 더 높은 전력 출력, 예를 들어 정격 전력 출력(즉, 완화 동작이 없는)으로 통제된다는 것을 의미한다. 이것은 풍력 발전 지역내에서 전체 전기적 전력 출력이 증가한다는것을 의미한다. 그러나 그 지역 통제 배치는 최대 허용 전기적 연결 전력 출력이 초과되지 않으면서 동시에 생산된 일(kWh)이 최대값에 도달하는 방식으로 각각 개별 설비를 통제한다.
본 발명에 따른 풍력 발전 지역의 운영은 발생하는 각각의 상황에 쉽게 적용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 풍력 발전 지역의 개별 설비 또는 다수의 설비들이 네트웍으로부터 제거된다면(제거되어야 한다면), 유지보수 또는 다른 이유로 개별 설비 또는 다수의 설비들이 일시적으로 정지되어야 한다면, 개별 설비들의 전력 출력의 서로 다른 완화를 수행하는 것이 매우 쉽게 가능하다.
풍력 발전 지역 또는 개별 설비들의 조절/통제를 위하여, 설비의 데이터 입력에 연결되며, (각각의 설비에 대하여) 확인된 풍속으로부터 개별 설비 또는 전체 풍력 발전 지역용으로 각각의 가장 유리한 전력 출력 완화 밸브를 확인하는 데이터/조절 처리 장치(data/controll processing apparatus)를 사용하는 것이 가능하다.
도 1은, 다상 교번 전류(polyphase alternating current)를 전력 공급 네트웍으로 공급할 수 있는 인버터(inverter) 장치(PWR)에 연결되는 마이크로 프로세서 μP에 의한 풍력 설비의 제어를 도시하고 있는 블럭 회로도이다. 상기 마이크로프로세서는 전력 유입 입력 P, 전력 계수(cosφ)를 입력시키기 위한 입력 및 전력 변화도(dP/dt)를 입력시키기 위한 입력을 갖는다.
상기 인버터 장치는 정류기, 정류기 매개 회로를 포함하고, 정류기는 풍력 설비의 발전기에 연결되고, 그곳으로부터 회전 속도가 변하는 방식으로, 즉 풍력 설비의 로터의 회전속도에 의존하는 방식으로 발전기에 의해 생성된 에너지를 받는다.
도면상에 도시된 디자인 구성은, 풍력 설비로부터의 전력 출력이 최대 가능한 네트웍 공급값에 대한 크기에 의하여 얼마나 제한될 수 있는지를 설명한다.
도 2는, 예를 들어 - 바람의 방향으로부터 보여지는 바와 같이 - 두 개는 서로 나란히 위치되며, 세 번째는 처음 두 개의 뒤에 위치되는 3개의 풍력 설비(1, 2, 3)를 포함하는 풍력 발전 지역의 원리를 도시한 도면이다. 각각의 개별 풍력 설비가 각 설비(도 1)의 전력 출력을 셋팅하기 위한 전력 입력을 가짐에 따라, 개별풍력 설비의 전력 출력 레벨은 전체 풍력 발전 지역을 조절하는 데이터 처리 장치(data processing apparatus)에 의해 목적하는 값으로 셋팅될 수 있다. 도 2에있어서 풍력 설비의 유리한 위치는 처음으로 바람이 부딪히는 곳, 즉 설비 1, 2와 같은 위치이다.
본 발명에 따른 풍력 발전 지역의 운영은 발생하는 각각의 상황에 쉽게 적용될 수 있다. 따라서, 예를 들어 풍력 발전 지역의 개별 설비 또는 다수의 설비들이 네트웍으로부터 제거된다면(제거되어야 한다면), 유지보수 또는 다른 이유로 개별 설비 또는 다수의 설비들이 일시적으로 정지되어야 한다면, 개별 설비들의 전력 출력의 서로 다른 완화를 수행하는 것이 매우 쉽게 가능하다.

Claims (6)

  1. 풍력 설비로부터의 전력 출력은 출력되는 전력의 최대 가능 값(정격 전력 출력)보다 더 낮은 최대 가능 네트웍 공급값에 대한 크기에 의해 제한되며, 최대 가능 공급값은 에너지가 공급되어지는 네트웍의 수용 용량(라인 용량) 및/또는 풍력 설비에 의해 생산되는 에너지를 네트웍내로 공급하는, 에너지 전달 유니트 또는 변압기의 전력 용량에 의해서 결정되는, 적어도 두 개의 풍력 설비를 포함하는 풍력 발전 지역을 운영하는 방법.
  2. 풍력 발전 지역이 연결된 전력 공급 네트웍으로 공급될 수 있거나 공급될 수도 있는 전력 출력 보다 더 큰 정격 전력 출력을 갖는 풍력 발전 지역.
  3. 제 2항에 있어서, 최대 가능 네트웍 공급 전력 출력 값에 이를 때, 풍력 발전 지역의 적어도 하나 또는 그 이상의 풍력 설비들 또는 모든 풍력 설비들의 전력 출력이 완화됨을 특징으로 하는 풍력 발전 지역.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    모든 풍력 설비들을 위한 전력 출력의 완화는 동일한 크기이거나 다름을 특징으로 하는 풍력 발전 지역.
  5. 제 2항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 풍력 발전 지역의 적어도 하나의 풍력 설비는, 풍력 설비의 전기적 전력 출력을 각각의 정격 전력 출력의 0에서 100% 사이의 범위로 정할 수 있는 데이터 입력을 가지며; 데이터 입력에 연결되고, 셋팅값을 각각의 전력 출력이 얼마나 큰지에 따라 0내지 100% 사이의 범위로 정하며, 전체 풍력 발전 지역에 의해 에너지 네트웍내로의 공급을 위해 그의 출력에서 사용가능하게 된, 데이터 처리 장치가 제공됨을 특징으로 하는 풍력 발전 지역.
  6. 제 2항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 풍력 발전 지역내의 바람에 최초로 노출되는 풍력 설비들은 바람의 방향에서 전술한 풍력 설비들보다 뒤에 위치한 풍력 설비들보다 그 전력 출력에 있어 덜 제한받음을 특징으로 하는 풍력 발전 지역.
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