KR20120095710A - 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템은, 풍력발전기의 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집하는 계측정보 수집부; 일정기간 동안 계측되는 기상 타워(Met tower)의 표준 풍속과 나셀 풍속의 풍속차를 계산하여 단위별 나셀 풍속에 대한 비선형적인 풍속차 정보를 생성하는 풍속차 생성부; 나셀 풍속 및 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여 비선형 보정식을 생성하고, 비선형 보정식에 따른 나셀 보정풍속을 산출하는 보정부; 및 나셀 보정풍속을 이용하여 기설정된 시동풍속과 정지풍속에 따라 풍력발전기의 가동상태를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법{SYSTEM AND METHOD FOR COMPENSATION NACELLE WIND VELOCITY OF WIND TURBINE}
본 발명은 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기의 운용에 있어서 풍속 및 풍향은 풍력발전기의 전반적인 제어와 안정성확보를 위해 매우 중요한 지표가 되므로 풍속계를 이용하여 지속적인 풍향 및 풍속을 계측하고 있다.
도 1은 일반적인 풍력발전기들과 Met tower가 설치된 상태를 나타낸다.
첨부된 도 1을 참조하면, 풍력발전기(100)들이 설치된 근처에는 Met tower(Meteorological towers, 기상 타워)가 설치되어 풍력발전기의 운용을 위한 기상상태를 관측한다.
Met tower(10)는 풍속계(11)를 포함하며 풍력발전기(100)들이 설치된 지역(wind farm)에서의 표준적인 풍속 및 풍향을 계측한다. 이 때, 계측되는 풍속은 풍력발전기(100)의 운용에 따른 파워커브(Power curve)를 표시할 때의 표준 풍속을 계측하는데 이용된다.
도 2는 일반적으로 계측된 표준 풍속에 기초하여 생성되는 파워커브를 나타낸다.
첨부된 도 2를 참조하면, Met tower(10)에서 계측되는 표준 풍속으로 표시된 파워커브로 x축은 풍속(Wind Speed), y축은 생산 전력(Power)이 표시된다. 이 때, 파워커브는 풍력발전기(100)의 성능을 나타내는 가장 중요한 지표로서 출력곡선 및 성능곡선 등으로 불리기도 한다.
풍력발전기(100)는 로터 블레이드(101), 허브(102), 나셀(103) 및 타워(104) 등으로 구성되며 이 때, 나셀(103)의 상부에도 나셀 풍속계(Nacelle anemometer)(110)가 설치되어 풍력발전기(100)가 설치된 지점에서의 풍속(이하, 나셀 풍속 이라 명명함)을 계측한다.
이러한 나셀 풍속은 개별 풍력발전기(100)의 구동을 위한 시동풍속(Cut-in speed) 및 정지풍속(Cut-out speed)의 기준이 된다.
한편, 도 3은 일반적인 풍력발전기의 시동풍속 및 정지풍속의 설정을 나타낸다.
첨부된 도 3을 참조하면, 일반적인 풍력발전기(100)의 파워커브(Power curve)를 모사하고 있다. 그림에서 Cut-in speed는 발전기가 실제 가동하기 시작하는 시동풍속을 나타내고, Cut-out speed는 발전기를 정지 시키는 정지풍속을 나타낸다.
여기서, 시동풍속(Cut-in speed)은 발전기를 실제 가동하여 전력을 생산하기 시작하는 풍속이기 때문에 가급적 낮을수록 좋지만, 너무 낮은 풍속에서 가동되는 경우 터빈이 자체적으로 소모하는 전력보다 생산된 전력이 적을 수 있으므로 약 3.5m/s 정도로 하는 것이 일반적이다.
반면, 정지풍속(Cut-out speed)은 풍속이 너무 커졌을 때 풍력발전기(100)를 보호하기 위해 인위적으로 정지시키는 풍속으로써 발전기마다 설정이 다를 수 있지만 안정성 확보를 위해 통상 25m/s 정도의 풍속에서 가동을 중지한다.
이와 같이 풍력발전기(100)의 시동풍속 및 정지풍속의 설정은 Met tower(10)의 표준 풍속을 기준으로 하는 것이 아니라, 풍력발전기(100)에 설치된 나셀 풍속을 기준으로 한다. 그 이유는 Met tower(10)는 풍력발전기(100)가 설치된 지역의 표준 풍속/풍향을 계측하기 위함이지, 이것이 곧 개별 풍력발전기(100)에서의 풍속을 대변하지는 않기 때문이다.
여기에, 때에 따라서는 나셀 풍속이 시동 및 정지풍속뿐 아니라 파워커브의 기준이 될 수도 있다. 이는 풍력발전 지역에 Met tower(10)가 설치되지 않았거나, 설치위치/지형에 따라서 풍속이 서로 상이할 수 있으므로 풍력발전기(100)별 나셀 풍속을 이용하여 파워커브를 계측할 수 있는 것이다.
그러나, 풍력발전기(100)의 나셀 풍속계(110)에서 계측되는 나셀 풍속은 로터 블레이드(101)의 회전, 나셀(103)의 모양, 발전기 주위의 순간적인 측풍 등의 영향으로 일반적인 Met tower(10)에서 계측되는 표준 풍속과 다른 값을 나타내는 단점이 있다. 즉, 나셀 풍속계(110)는 로터 블레이드(101)의 동작과 나셀(103)의 구조와 같은 외부환경의 영향으로 나셀 풍속을 계측함에 있어서 부정확한 값을 계측하는 단점이 있다.
한편, 도 4 및 도 5는 종래의 Met tower 풍속계와 나셀 풍속계의 관계를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 나셀 풍속계(110)에서 계측된 나셀 풍속은 도 4의 분홍색 선과 같이 풍력발전기(100)의 로터 블레이드(101)가 회전할 때, Met tower(10)의 표준 풍속보다 높은 값을 보인다. 반면, 풍력발전기(100)의 로터 블레이드(101)가 정지하고 있으면, 파란색 선과 같이 Met tower(10)의 표준 풍속보다 작은 값을 나타낸다.
이러한 상황에서 로터 블레이드(101)가 회전 하는 경우, 즉, 풍력발전기(100)가 발전을 할 경우에 나셀 풍속은 Met tower(10)의 표준 풍속보다 크므로, 이를 이용하여 풍력발전기(100)의 파워커브를 출력하면 도 5의 빨간색 곡선처럼 Met tower(10)의 표준 풍속을 기준으로 한 파워커브(파란색) 보다 작게 그려진다. 따라서, 파워커브에 의한 풍력발전기(100)의 정확한 전력량 계산에 있어 매우 부정확한 결과를 보여 주는 문제점이 있다.
또한, 부정확한 나셀 풍속을 기준으로 풍력발전기(100)의 구동을 위한 시동풍속 및 정지풍속을 구하는 경우에 풍력발전기(100)의 성능손실을 유발하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 풍력발전기의 나셀 풍속을 보정하여 시동풍속 및 정지풍속을 정확히 포착함으로써 풍력발전기의 성능 및 안정성을 향상 시키고 보다 정확한 파워커브(성능곡선)을 도출하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기의 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집하는 계측정보 수집부; 일정기간 동안 계측되는 기상 타워(Met tower)의 표준 풍속과 상기 나셀 풍속의 풍속차를 계산하여 단위별 나셀 풍속에 대한 비선형적인 풍속차 정보를 생성하는 풍속차 생성부; 상기 나셀 풍속 및 상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여 비선형 보정식을 생성하고, 상기 비선형 보정식에 따른 나셀 보정풍속을 산출하는 보정부; 및 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 기설정된 시동풍속과 정지풍속에 따라 상기 풍력발전기의 가동상태를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보정부는, 상기 비선형 보정식을 2차식 내지 15차식 중 하나이상의 다항식으로 생성할 수 있다.
또한, 상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여, 상기 나셀 풍속에 대응되는 풍속차를 추출하는 계수 추출부를 더 포함하되, 상기 보정부는 상기 나셀풍속과 상기 풍속차를 이용할 수 있다.
또한, 상기 풍속차 생성부는, 상기 나셀 풍속계의 나셀 풍속과, 동일한 조건에서 계측되는 상기 기상 타워의 표준 풍속과의 차이를 풍속차 테이블에 저장하고, 상기 풍속차 테이블을 이용하여 평균 풍속차 그래프를 상기 비선형적인 풍속차 정보로 도출하되, 상기 평균 풍속차 그래프는 상기 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속의 평균을 나타내는 것일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출하고, 상기 파워커브를 이용하여 상기 풍력발전기의 전력생산량을 계산할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 의하면, a) 일정기간 동안 계측되는 기상 타워(Met tower)의 표준 풍속과 풍력발전기의 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속의 풍속차를 계산하여 단위별 나셀 풍속에 대한 비선형적인 풍속차 정보를 생성하는 단계; b) 상기 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집하는 단계; c) 상기 나셀 풍속 및 상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여 비선형 보정식을 생성하고, 상기 비선형 보정식에 따른 나셀 보정풍속을 산출하는 단계; 및 d) 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 기설정된 시동풍속과 정지풍속에 따라 상기 풍력발전기의 가동상태를 제어하는 단계를 포함하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법이 제공된다.
또한, 상기 a) 단계는, a-1) 소정 단위로 상기 나셀 풍속계의 나셀 풍속과 동일한 위치 조건에서 계측되는 상기 기상 타워의 표준 풍속과의 비선형적인 풍속차를 풍속차 테이블에 저장하는 단계; 및 a-2) 상기 풍속차 테이블을 이용하여 평균 풍속차 그래프를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 평균 풍속차 그래프는 상기 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속차의 평균을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 수집되는 상기 나셀 풍속에 대응되는 풍속차를 상기 평균 풍속차 그래프를 이용하여 추출하는 단계; 및 추출된 상기 풍속차와 수집되는 상기 나셀 풍속을 이용하여 상기 비선형 보정식을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계 이후에, 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출하고, 도출된 상기 파워커브를 이용하여 상기 풍력발전기의 전력생산량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 Met tower의 표준 풍속과 일치하도록 낫셀 풍속을 보정함으로써 그에 따른 시동풍속 및 정지풍속을 정확히 계측할 수 있다. 그리고, 상기 시동풍속 및 정지풍속을 정확히 계측함에 따른 풍력발전기의 성능손실을 예방할 수 있다.
또한, 상기 표준 풍속에 가깝게 보정된 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출함으로써 기존의 낫셀 풍속을 이용하는 것 보다 정확한 전력량 계산을 할 수 있다.
도 1은 일반적인 풍력발전기들과 Met tower가 설치된 상태를 나타낸다.
도 2는 일반적으로 계측된 표준 풍속에 기초하여 생성되는 파워커브를 나타낸다.
도 3은 일반적인 풍력발전기의 시동풍속 및 정지풍속의 설정을 나타낸다.
도 4 및 도 5는 종래의 Met tower 풍속계와 나셀 풍속계의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 일반적인 나셀 풍속의 선형 보정에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 풍속과 그 평균 풍속차를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 보정 풍속과 표준 풍속이 일치되는 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
전술한 바와 같이 나셀 풍속은 풍력발전기(100)에서 생산되는 전력량 계산에서 부정확한 결과를 제시해줄 뿐만 아니라, 풍력발전기(100)의 시동풍속(cut-in speed, 예: 3.5m/s) 및 정지풍속 (cut-out speed, 예: 25m/s)의 정확한 파악도 어렵게 한다.
즉, 나셀 풍속계(110)가 풍력발전기(100)의 정지 중에는 표준 풍속보다 나셀 풍속을 낮게 계측하여 실제 시동풍속(3.5m/s)이 되었음에도 불구하고 시동(가동) 타이밍을 놓칠 수 있고, 이 경우 발전 성능 손실을 유발할 수 있다.
또한, 나셀 풍속계(110)가 풍력발전기(100)의 운전 중에는 표준 풍속보다 나셀 풍속을 높게 계측하여 실제 정지풍속(25m/s)이 되지 않았음에도 불구하고, 도달한 것으로 판단하여 가동을 정지함으로써 발전 성능 손실을 유발할 수 있다.
따라서, 가급적 나셀 풍속을 Met tower(10)에서 계측되는 표준 풍속과 일치시키거나 근접하도록 보정해야만 성능 손실 없이 풍력발전기(100)를 제어 할 수 있다. 또한, 부가적으로 파워커브(power curve)도 보다 정확히 표시 할 수 있다.
한편, 나셀 풍속을 보정하는 방법의 일 예로 선형 보정 방법을 설명한다..
도 6은 일반적인 나셀 풍속의 선형 보정에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 나셀 풍속과 Met tower(10)의 표준 풍속간의 풍속차를 선형으로 간주하여 보정한 결과를 보여준다. 즉, 도 6에서 보여주듯이 y=0.9197x+0.3494는 나셀 풍속과 표준 풍속간 풍속차를 선형으로 간주하여 보정한 것인데, 선형 보정된 파란색 직선이 평균풍속의 분홍색 점을 따라가지 못하므로 풍속이 높을 경우에 보정식이 풍속차를 정확히 반영하지 못하는 결과를 제시한다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 풍속 보정 시스템(200)은 계측정보 수집부(210), 풍속차 생성부(220), 계수 추출부(230), 보정부(240) 및 제어부(250)를 포함한다.
계측정보 수집부(210)는 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계(110)와 연결되며, 나셀 풍속계(110)로부터 풍력발전기(100)의 가동상태(정지/가동)에 따른 나셀 풍속을 수집한다. 또한, Met tower(10)와 연결된 경우 표준 풍속을 수집할 수도 있다.
풍속차 생성부(220)는 나셀 풍속의 보정을 위해 일정기간(예; 1개월) 동안 풍력발전기(100)에서 계측되는 나셀 풍속과 Met tower(10)에서 계측되는 표준 풍속을 이용하여 나셀 풍속과 표준 풍속간의 풍속차를 계산한 테이블을 생성한다.
이 때, 풍속차 생성부(220)는 나셀 풍속계(110)의 나셀 풍속과 동일한 조건(시간, 위치, 높이)에서 계측되는 Met tower(10)의 표준 풍속과의 차이를 풍속차 테이블에 저장하고, 이를 토대로 아래의 도 8과 같이 나셀 풍속에 대한 평균 풍속차 그래프를 도출할 수 있다. 이하, 상기 풍속차 테이블 및 풍속차 그래프는 서로 연관되는 정보로 설명의 편의상 풍속차 정보로 통칭될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 풍속과 그 평균 풍속차를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 8을 참조하면, x축은 나셀 풍속을 나타내고 y축은 Met tower(10)의 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속차의 평균값을 나타낸다.
좀더 구체적으로 설명하면 나셀 풍속의 풍속차 테이블에서 도출된 도 8의 평균 풍속차 그래프는 1m/s의 간격으로 평균한 나셀 풍속에서 그때 계측되는 Met tower(10)의 표준 풍속과의 비선형적인 풍속차를 나타낸다.
예를 들면, 나셀 풍속이 5m/s ~ 6m/s 일때 그때의 나셀 풍속을 1초 단위로 1개월간 계측된 데이터에서 평균을 구하면 약5.5 m/s 근방이고, 그때의 Met tower(10)의 표준 풍속과 나셀 풍속의 차이도 같은 방식으로 구하면 상기 도 8과 같은 그래프를 도출할 수 있다.
계수 추출부(230)는 계측정보 수집부(210)에서 수집되는 나셀 풍속을 기초로 대응되는 풍속차를 기 저장된 풍속차 정보(예를 들어, 풍속차 테이블 또는 상기 도 8의 풍속차 그래프)에서 추출한다.
보정부(240)는 계수 추출부(230)에서 추출되는 풍속차를 계수정보로 결정하고, 계측정보 수집부(210)에서 수집되는 나셀 풍속과 비선형적인 보정식을 토대로 표준 풍속에 가까운 나셀 보정풍속을 산출한다.
이하, 보정부(240)가 비선형적인 보정식을 토대로 표준 풍속에 가까운 보정 풍속을 산출하는 방법을 설명한다.
다시, 상기 도 8을 참조하면, 상기 평균 풍속차 그래프의 x축은 나셀 풍속을 나타내고, y축은 Met tower(10)의 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속차를 의미하므로, 이를 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
그리고, 나셀 풍속을 표준 풍속에 가깝게 보정하기 위하여 위의 수학식 1을 정리하면 다음의 수학식 2와 같이 정리된다.
Figure pat00002
상기 수학식 2가 의미하는 바는 풍력발전기(100)에서 계측된 나셀 풍속만을 이용하여 Met tower(10)의 표준 풍속을 추론해 내는 것과 같다. 물론 여기서 추론한 나셀 보정 풍속은 상기 표준 풍속과 100% 같지 않을 수 있으나 표준 풍속에 가깝게 보정된 값을 나타낸다.
보정부(240)는 상기 수학식 1과 수학식 2에 나타난 f(풍속차)를 2차식부터 고차(예를 들어 15차)의 다항식으로 나타낼 수 있으며, 예컨대, 상기 도 8에 나타난 그래프를 4차식으로 정리하면 다음의 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
여기서,
Figure pat00004
은 나셀 보정풍속이고,
Figure pat00005
은 나셀 풍속이다.
그리고, 계수 a는 실제 계측되는 나셀 풍속 값으로부터, 나셀 풍속과 표준 풍속간의 풍속차에 대한 상기 도 8의 평균 풍속차 그래프(또는 풍속차 테이블)로부터 도출 되는 값이다. 이렇게 실제 계측되는 나셀 풍속으로부터 a1 내지 a4를 정하면 다음 도 9와 같이 나셀 보정 풍속과 표준 풍속간의 아주 잘 일치되는 결과를 얻을 수 있다.
여기서, 계수 a는 풍력발전기(100)의 모델마다 다를 수 있으므로, 풍력발전기(100)의 설치 후에 계측된 데이터를 바탕으로 도출 한다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 보정 풍속과 표준 풍속이 일치되는 결과를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 9를 참조하면, 보정부(240)가 실계측되는 나셀 풍속을 기준으로 상기 도 8의 평균 풍속차 그래프(또는 풍속차 테이블)로부터 계수를 구하여 상기한 f(풍속차)를 4차식으로 정리한 수학식 3을 토대로 비선형 보정된 나셀 보정풍속이 표준 풍속에 가깝게 일치되는 결과를 보여준다.
즉, 맨위의 파란색 실선이 나셀 풍속이고, 노란색 실선이 나셀 보정풍속으로 Met tower(10)의 표준 풍속과 매우 잘 일치되어 도출된 상기 보정식을 검증할 수 있다. 따라서, 나셀 보정풍속을 이용하여 시동풍속과 정지풍속을 보다 정확히 보정함에 따른 풍력발전기(100)의 성능 결손을 줄일 수 있다.
제어부(250)는 계측되는 나셀 풍속을 보정하고, 보정된 나셀 보정풍속을 이용하여 풍력발전기(100)의 운용을 위한 전반적인 동작을 제어한다.
제어부(250)는 보정부(240)에서 산출된 나셀 보정풍속을 이용하여 시동풍속과 정지풍속을 설정하고, 그에 따른 풍력발전기(100)의 가동여부를 제어한다.
또한, 제어부(250)는 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출함으로써 풍력발전기(100)의 성능 계측 시에도 Met tower(10)의 표준 풍속을 이용하는 것과 동일하거나 극히 유사한 결과를 생성할 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
앞서 도 9을 참조하여 설명한, 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템(200)의 내부 구성은, 그 명칭에 구애받지 아니하고 기능단위로 세분화되거나 또는 기능별로 통합되어 다양한 구성부로 구현될 수 있다. 따라서, 이하 본 발명의 실시예에 따른 나셀 풍속 보정 방법을 설명함에 있어서, 그 주체는 나셀 풍속 보정 시스템(200)으로 하여 설명한다.
첨부된 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템(200)은 일정 기간 동안 소정 단위로 나셀 풍속계(110)의 나셀 풍속과 동일한 위치 조건에서 계측되는 Met tower(10)의 표준 풍속과의 비선형적인 풍속차를 풍속차 테이블에 저장하고, 상기 풍속차 테이블을 토대로 표준 풍속에서 나셀 풍속을 뺀 풍속차의 평균값을 나타내는 평균 풍속차 그래프를 생성한다(S101).
나셀 풍속 보정 시스템(200)은 나셀 풍속계(110)로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집한다(S102). 그리고, 수집한 상기 나셀 풍속을 기준으로 풍속차 정보(풍속차 테이블/풍속차 그래프)에서 추출되는 풍속차를 계수로 결정하고(S103), 2차식부터 15차식에 이르는 비선형 보정식을 생성하여 이를 이용한 나셀 보정 풍속을 산출한다(S104).
나셀 풍속 보정 시스템(200)은 풍력발전기(100)가 정지된 상태에서(S105; 예), 상기 나셀 보정풍속이 기설정된 시동 풍속을 초과하면(S106; 예), 풍력발전기(100)의 가동시키고(S107), 상기 시동풍속을 초과하지 않으면 무시하여 정지상태를 유지하고, 상기 S102 단계로 돌아간다(S106; 아니오).
나셀 풍속 보정 시스템(200)은 풍력발전기(100)가 운전중인 상태에서(S105; 아니오), 상기 나셀 보정풍속이 기설정된 정지 풍속을 초과하면(S108; 예), 풍력발전기(100)의 가동을 정지시키고(S109), 상기 정지 풍속을 초과하지 않으면 무시하여 가동상태를 유지하고, 상기 S102 단계로 돌아간다(S109; 아니오).
또한, 나셀 풍속 보정 시스템(200)은 시간에 따라 보정되는 상기 나셀 보정 풍속을 저장하고, 상기 나셀 보정 풍속을 기준으로 파워커브를 생성할 수 있다(S110).
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템(200)은 낫셀 풍속과 표준 풍속의 평균 풍속차를 이용한 비선형 보정식을 통해 Met tower(10)의 표준 풍속과 일치하도록 낫셀 풍속을 보정함으로써 그에 따른 시동풍속 및 정지풍속을 정확히 계측할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 상기 시동풍속 및 정지풍속을 정확히 포착함에 따른 풍력발전기(100)의 성능손실을 예방할 수 있는 이점이 있다.
또한, 표준 풍속에 가깝게 보정된 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출함으로써 낫셀 풍속을 이용하는 것 보다 정확한 전력량 계산을 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: Met tower(기상 타워)
11: 기상 타워 풍속계
100: 풍력발전기
110: 나셀 풍속계
200: 나셀 풍속 보정 시스템
210: 계측정보 수집부
220: 풍속차 생성부
230: 계수 추출부
240: 보정부
250: 제어부

Claims (9)

  1. 풍력발전기의 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집하는 계측정보 수집부;
    일정기간 동안 계측되는 기상 타워(Met tower)의 표준 풍속과 상기 나셀 풍속의 풍속차를 계산하여 단위별 나셀 풍속에 대한 비선형적인 풍속차 정보를 생성하는 풍속차 생성부;
    상기 나셀 풍속 및 상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여 비선형 보정식을 생성하고, 상기 비선형 보정식에 따른 나셀 보정풍속을 산출하는 보정부; 및
    상기 나셀 보정풍속을 이용하여 기설정된 시동풍속과 정지풍속에 따라 상기 풍력발전기의 가동상태를 제어하는 제어부
    를 포함하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 비선형 보정식을 2차식 내지 15차식 중 하나이상의 다항식으로 생성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여, 상기 나셀 풍속에 대응되는 풍속차를 추출하는 계수 추출부를 더 포함하되,
    상기 보정부는 상기 나셀풍속과 상기 풍속차를 이용하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍속차 생성부는,
    상기 나셀 풍속계의 나셀 풍속과, 동일한 조건에서 계측되는 상기 기상 타워의 표준 풍속과의 차이를 풍속차 테이블에 저장하고, 상기 풍속차 테이블을 이용하여 평균 풍속차 그래프를 상기 비선형적인 풍속차 정보로 도출하되,
    상기 평균 풍속차 그래프는 상기 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속의 평균을 나타내는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출하고, 상기 파워커브를 이용하여 상기 풍력발전기의 전력생산량을 계산하는 것을 특징으로 하는 나셀 풍속 보정 시스템.
  6. a) 일정기간 동안 계측되는 기상 타워(Met tower)의 표준 풍속과 풍력발전기의 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속의 풍속차를 계산하여 단위별 나셀 풍속에 대한 비선형적인 풍속차 정보를 생성하는 단계;
    b) 상기 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집하는 단계;
    c) 상기 나셀 풍속 및 상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여 비선형 보정식을 생성하고, 상기 비선형 보정식에 따른 나셀 보정풍속을 산출하는 단계; 및
    d) 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 기설정된 시동풍속과 정지풍속에 따라 상기 풍력발전기의 가동상태를 제어하는 단계
    를 포함하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    a-1) 소정 단위로 상기 나셀 풍속계의 나셀 풍속과 동일한 위치 조건에서 계측되는 상기 기상 타워의 표준 풍속과의 비선형적인 풍속차를 풍속차 테이블에 저장하는 단계; 및
    a-2) 상기 풍속차 테이블을 이용하여 평균 풍속차 그래프를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 평균 풍속차 그래프는 상기 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속차의 평균을 나타내는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    수집되는 상기 나셀 풍속에 대응되는 풍속차를 상기 평균 풍속차 그래프를 이용하여 추출하는 단계; 및
    추출된 상기 풍속차와 수집되는 상기 나셀 풍속을 이용하여 상기 비선형 보정식을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 c) 단계 이후에,
    상기 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출하고, 도출된 상기 파워커브를 이용하여 상기 풍력발전기의 전력생산량을 계산하는 단계를 더 포함하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법.
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