KR20130040080A - 풍력발전기 관리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력발전기 관리장치에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 PCS(전력제어기), 내장형 웹 서버, 데이터베이스를 단일장비로 디지털 컨버젼스한 제어장치부를 구성하여 EMS 없이 풍력발전기와 직접 연동하여 작동하기 때문에 응답성이 향상된다.
또한, 내장형 웹 서버와 표준 통신 방법의 사용으로 사용자가 원격지에서 유무선단말기를 통한 접속이 용이해져 모니터링, 장비설정, 초기화, 진단, 업그레이드의 구현이 용이하다.
또한, 내장된 데이타베이스에 풍력발전기 운전정보를 저장하여 장기간 보관할 수 있고, 전력이 쌀 때, 발전량이 송전용량보다 클 때에는 풍력발전기에서 생성된 전기를 충전하고, 전력이 비싸거나 수요가 많을 때, 발전량이 계약된 송전용량보다 적을 때에는 방전하도록 BMS를 제어하여 생성된 전력을 효율적으로 관리할 수 있도록 한 것이다.

Description

풍력발전기 관리장치{The management device for wind power generator}

본 발명은 풍력발전기 관리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PCS(전력제어기), 웹 MMI(Man- machine interface), 데이타베이스를 단일장비로 디지털 컨버젼스한 제어장치부를 구성하여 EMS 없이 풍력발전기와 직접 연동하여 작동하기 때문에 바람에 따라 풍력 발전량이 크게 변동할때에도 빠르게 응답하여 계통에 급전되는 전력의 품질을 보장할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명의 풍력발전기 관리장치는 TCP/IP 모드버스(TOP/IP Modbus), DNP 프로토콜을 사용하여 유틸리티(Utility)회사에서 실시간 요금정보, 계통의 신뢰도 정보 및 발전 스케쥴 등을 전송받아 자동 제어할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명의 풍력발전기 관리장치는 설치장소의 타임서버의 IP주소를 설정해 시간정보를 자동으로 가져오도록 함으로써 지역성(localization)을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명의 풍력발전기 관리장치는 내장형 웹 서버의 사용으로 사용자가 원격지에서 유무선단말기를 통한 접속으로 모니터링, 장비설정, 초기화, 진단, 업그레이드의 구현이 용이하도록 함은 물론, 별도의 케이블, MMI 장비 및 MMI 프로그램 설치가 필요 없어 설치 및 관리 비용이 절감되도록 한 것이다.

또한, 본 발명의 풍력발전기 관리장치는 내장된 데이타베이스에 고장정보, 풍력발전기 운전정보, 전력거래 정보, 기상정보를 일간, 주간, 월간, 년간으로 분리해 실시간으로 장기간 보관하고, 전력거래 계약시에 설치장소의 실제 발전량 정보를 반영하여 전력거래 계약을 유리하게 체결할 수 있도록 지원한다.

또한, 본 발명의 풍력발전기 관리장치는 전력이 쌀 때에는 풍력발전기에서 생성된 전기를 충전하고 전력이 비싸거나 수요가 많을 때에는 방전하며, 순간적으로 풍력 발전량이 송전용량보다 커지는 경우 충전하고, 작아지는 경우에는 계통에 방전을 하도록 제어하여 생성된 전력과 풍력 발전기의 가동을 효율적으로 관리할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 풍력발전기 관리장치라 함은 풍력발전기가 생산하는 전력의 불안전성을 보완하고, 전송용량을 향상시키며, 전력거래를 지원하는 장비를 말한다.

도 1은 종래의 풍력발전기 관리장치를 도시한 것으로, 풍력으로 전기를 생성하는 풍력발전기(1)와, 풍력발전기(1)로 부터 유·무선 전송되는 작동정보를 수신하여 풍력발전기(1)의 전력제어 및 작동제어에 필요한 제어명령을 PCS(3)로 출력하고, 유·무선 통신망을 통해 접속하는 단말기(5)로 정보를 송수신하는 EMS(2)와; 풍력발전기(1)와 연결되어 풍력발전기(1)에서 생성되는 전력제어와 배터리의 충·방전 동작을 제어하는 PCS(3)와; PCS(3)와 EMS(2)의 제어정보에 따라 배터리의 셀 밸런싱과 고장을 제어하는 BMS(4); 로 구성된다.

상기 구성에서 단말기(5)는 휴대폰, 스마트폰, 갤럭시탭, 아이폰, PC 와 같이 유무선 데이타통신이 가능한 단말기(5)이다.

이와 같이 구성되는 종래의 풍력발전기 관리장치는 EMS(2)에서 출력되는 제어명령에 따라 풍력발전기(1)와 PCS(3)가 동작하게 되고, EMS(2)는 인터페이스 기능을 통해 외부 통신망을 통해 접속하는 단말기(5)로 풍력발전기(1)에 관계된 정보를 송출하고, 또한 단말기(5)에서 전송되는 정보를 업데이트하게 된다.

그러나, 종래기술의 풍력발전기 관리장치는 고가이면서 구조가 매우 복잡하고, 호환성이 열악한 다수의 EMS를 사용해야만 하므로 전체적인 시스템의 구조가 매우 복잡해지고, 시스템의 가격 또한 높아지는 문제점이 있었다.

또한, EMS와 단말기를 연결해주는 인터페이스, 즉, MMI 장비 가격이 상대적으로 고가여서 시스템 구현이 어려운 문제점이 발생하고 있었다.

또한, 다수의 EMS 장비와 케이블 포설, EMS와 단말기를 연결하기 위한 인터페이스용 MMI 프로그램을 직접 설치해야만 하므로 설치 관리 비용의 상승과 함께 이 또한 시스템 구현을 어렵게 하는 요인으로 작용하였다.

또한, EMS용 OS 프로그램과 MMI용 프로그램 상호간의 충돌로 인해 프로그램오류가 빈번히 발생하여 시스템의 안정성이 취약해지는 문제점이 발생하고 있었다.

따라서, 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 PCS(전력제어기), 내장형 웹 서버, 데이타베이스를 단일장비로 디지털 컨버젼스한 제어장치부를 구성함으로써, EMS를 통하지 않고 풍력발전기와 직접 연동하여 작동하기 때문에 시스템 응답성을 향상시키고, 다양한 표준 프로토콜을 구현해 상호 운영성을 향상시키는 풍력발전기 관리장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명은 내장형 웹 서버의 사용으로 사용자가 원격지에서 무선단말기를 통한 접속이 용이해져 모니터링, 장비설정, 초기화, 진단, 업그레이드의 구현이 용이해지도록 하는 풍력발전기 관리장치를 제공함에 또 다른 목적이 있는 것이다.

또한, 본 발명은 내장된 데이터베이스에 풍력발전기 운전정보를 실시간으로 저장하여 장기간 보관할 수 있고, 이에 따라 전력이 쌀 때와 발전량이 계약된 송전 용량보다 많을 때에는 풍력발전기에서 생성된 전기를 충전하고, 전력이 비싸거나 수요가 많아 발전량이 계약된 송전 용량보다 부족할 때에는 방전하도록 PCS를 제어하여 생성된 전력을 효율적으로 관리할 수 있도록 하는 풍력발전기 관리장치를 제공함에 또 다른 목적이 있는 것이다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은, 풍력으로 전기를 생성하는 풍력발전기; 상기 풍력발전기로부터 무선전송되는 작동정보를 수신하여 자체 저장하는 데이타베이스, 유·무선 통신망을 통해 접속하는 단말기와 PCS의 접속이 이루어지도록 인터페이스를 제공하는 내장형 웹 서버, 풍력발전기와 연결되어 풍력발전기에서 생성되는 전력을 제어하는 PCS가 단일장비로 디지털 컨버젼스화되어 이루어지고, 수집된 정보에 따라 배터리 관리에 필요한 제어명령을 출력하는 제어장치부; 상기 제어장치부의 제어정보에 따라 배터리의 충방전 동작을 제어하는 PCS; 및, 배터리의 셀 밸런싱과 고장을 관리하는 BMS; 로 구성되는 것이다.

본 발명에 의하면, EMS 없이 풍력발전기와 직접 연동하여 작동하기 때문에 시스템 응답성이 향상된다.

또한, 내장형 웹 서버의 사용으로 사용자가 원격지에서 유무선단말기를 통한 접속이 용이해져 모니터링, 장비설정, 초기화, 진단, 업그레이드의 구현이 용이해진다.

또한, 내장된 데이터베이스에 풍력발전기 운전정보를 실시간으로 장기간 보관하여 장비 관리 및 전력거래가 보다 용이하며, 전력이 쌀 때와 발전량이 송전 용량보다 많을 때에는 풍력발전기에서 생성된 전기를 충전하고, 전력이 비싸거나 수요가 많아 계약된 송전 용량보다 발전량이 적을 때에는 방전하도록 제어장치부를 제어하여 생성된 전력을 효율적으로 관리할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 종래의 풍력발전기 관리장치를 보인 블럭도.
도 2는 본 발명의 풍력발전기 관리장치를 보인 블럭도.
도 3은 본 발명의 풍력발전기 관리장치에 의해 구현되는 전력제어과정을 보인 플로우챠트.
도 4는 본 발명에 의한 전력 충방전상태를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 적용된 제어장치부의 실시예를 보인 회로도.

이하, 첨부된 도면 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 종래와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호 표기를 하여 중복설명을 피하기로 한다.

도 2는 본 발명의 풍력발전기 관리장치를 보인 블럭도이고, 도 3은 본 발명의 풍력발전기 관리장치에 의해 구현되는 전력 제어 과정을 보인 플로우챠트이며, 도 4는 본 발명에 의한 전력 충방전상태를 보인 도면이고, 도 5는 본 발명에 적용된 제어장치부의 실시예를 보인 회로도이다.

상기 도면에 의하면 본 발명의 풍력발전기 관리장치는 풍력으로 전기를 생성하는 풍력발전기(1)와; 풍력발전기(1)로부터 무선전송 되는 작동정보를 수신하여 자체 저장하는 데이타베이스(DB)(11)와, 유·무선 통신망을 통해 접속하는 단말기(5)와 PCS(13)의 접속이 이루어지도록 인터페이스를 제공하는 내장형 웹 서버(12)와, 풍력발전기(1)와 연결되어 풍력발전기(1)에서 생성되는 전력을 제어하는 PCS(13)가 단일장비로 디지털 컨버젼스화되어 이루어지고, 수집된 정보에 따라 배터리의 충·방전 동작과 배터리 관리에 필요한 제어명령을 출력하는 제어장치부(10)와, 제어장치부(10)의 제어정보에 따라 셀 밸런싱 및 고장을 제어하는 BMS(4)를 포함하는 것이다.

상기 제어장치부(10)는 내장형 웹 서버(12)를 통해 통신망에 접속하여 능동적으로 외부 정보를 수집하여 자동 업그레이드, 원격보고, 원격 프린팅, 풍력발전기의 고장상태 알림기능을 수행하도록 구성된다.

또한, 설치 지역의 유틸리티 회사로부터 실시간 요금정보, 계통의 신뢰도 정보 및 발전 스케줄을, 타임서버에서 표준시간 정보를 TCP/IP 모드 버스나 DNP 프로토콜 등으로 입력 받아 자동으로 설정하도록 구성되는 것이다.

또한, 상기 제어장치부(10)는 풍력발전기(1)에서 전기가 생성되는 현재시간의 전력가격과 전력수요량에 따라 풍력발전기(1)에서 생성되는 전기를 배터리에 충전시키거나 방전시키도록 구성되는 것이다.

또한, 상기 제어장치부(10)는 현재시간이 전력가격이 상대적으로 쌀 때이거나 전력 수요량이 적을 때이거나 발전량이 송전용량보다 많을 때, 풍력발전기(1)에서 생성되는 전기가 배터리에 충전되도록 PCS(13)를 제어하고, 또한 전력가격이 상대적으로 높을 때이거나 전력 수요량이 많을 때이거나 발전량이 계약된 송전용량보다 적을 때에는 배터리에서 방전이 이루어지도록 PCS(13)를 제어하도록 구성되는 것이다.

이때, 본 발명에 구성되는 상기 제어장치부(10)는 데이터베이스(11), 내장형 웹 서버(12), PCS(13)를 단일장비로 디지털 컨버젼스화하여 구성한 것이다.

즉, 하나의 PCB에 하드웨어적으로 구성하여 도 5와 같이 전체적인 시스템을 간소화한 것이다.

그리고, 내장형 웹 서버(12)를 제어기인 PCS(13)에 내장시켜 융합하므로서, 풍력발전기 관리에 필요한 모니터링, 장비설정, 초기화, 진단, 업그레이드 기능을 인터넷, 인트라넷, 전용망과 같은 통신망을 통해 원격지에서 부가적인 장비없이 구현할 수 있게 된다.

또한, 내장형 웹 서버(12)는 별도의 장비와 프로그램 설치 없이도 스마트 폰, 갤럭시 탭, 아이패드, 일반 PC, 유닉스서버와 같은 단말기(5)와 호환이 이루어짐에 따라 일반적인 인터넷 브라우저를 사용하여 접속할 수 있는 장점을 제공하게 된다.

데이터베이스(11)는 풍력발전기(1)의 발전정보, 운전정보 등을 10년～20년 동안 저장하여 백 데이터로서 활용할 수 있도록 한다.

통신망을 통해 데이터를 송수신할 때에는 RSA나 SSL 방식으로 데이터를 암호화하고 전송중에 메시지 손상여부를 파악하기 위해 CRC를 첨가하여 전송한다.

전송데이타에 CRC를 붙여 전송하게 되면 메시지의 손상여부를 정확하게 판단할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

우선, 제어장치부(10)에 구성된 제어기인 PCS(13)는 풍력발전기(1)와 연결된 상태로 실시간으로 풍력발전기(1)의 작동정보를 수집하여 데이터베이스(11)에 저장함과 동시에 수집된 정보를 토대로 충·방전 여부를 판단한다.

또한, PCS(13)는 내장형 웹 서버(12)와 TCP/IP 통신 기술을 사용해 통신망으로 접속하여 능동적으로 외부기기로부터 정보를 수집하여 자동 업그레이드, 원격보고, 원격 프린팅, 고장 및 상태 알림, 일기예보를 통한 풍력발전기의 손실예측 기능을 단독으로 수행한다.

그리고, 제어장치부(10)의 PCS(13)는 도 3의 플로우챠트와 같은 제어과정을 수행하여 전력이 싸거나 전력수요가 많지 않을 때에는 풍력발전기(1)에서 생성되는 전기가 배터리에 충전되도록 BMS(4)를 제어하고, 전력이 비싸거나 전력수요가 많을 때에는 배터리에 충전된 전기가 방전되도록 BMS(4)를 제어한다.

이상에서 본 발명의 풍력발전기 관리장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

따라서 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.

1: 풍력발전기 4: BMS
5: 단말기 10: 제어장치부
11: 데이타베이스 12: 내장형 웹 서버
13: PCS

Claims (4)

1. 풍력으로 전기를 생성하는 풍력발전기;
   상기 풍력발전기로부터 무선전송 되는 작동정보를 수신하여 자체 저장하는 데이터베이스, 유·무선 통신망을 통해 접속하는 단말기와 PCS의 접속이 이루어지도록 인터페이스를 제공하는 내장형 웹 서버, 풍력발전기와 연결되어 풍력발전기에서 생성되는 전력 및 배터리의 충·방전을 제어하는 PCS가 단일장비로 디지털 컨버젼스화되어 이루어지고, 수집된 정보에 따라 배터리 관리에 필요한 제어명령을 출력하는 제어장치부;
   상기 제어장치부의 제어정보에 따라 배터리의 셀 밸런싱과 고장을 제어하는 BMS; 를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 관리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치부는 내장형 웹 서버와 표준 통신방법을 통해 통신망에 접속하여 능동적으로 실시간 요금 정보 등 외부 정보를 수집하며 모니터링, 장비설정, 진단, 자동 업그레이드, 원격 보고, 원격 프린팅, 풍력발전기의 고장상태 알림 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 관리장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 장치부는 풍력발전기에서 전기가 생성되는 현재시간의 유틸리티 회사의 전력가격과 전력 수요량에 따라 풍력발전기에서 생성되는 전기를 배터리에 충전시키거나 방전시키는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 관리장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어 장치부는 현재 시간에 전력 가격이 상대적으로 쌀 때이거나, 전력수요량이 적거나, 발전량이 송전용량보다 많을 때에는 풍력발전기에서 생성되는 전기가 배터리에 충전되도록 PCS를 제어하고,
   상기 제어 장치부는 전력 가격이 상대적으로 높거나, 전력수요량이 많거나, 발전량이 계약된 송전 용량보다 작을 때에는 배터리에서 방전이 이루어지도록 PCS를 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기 관리장치.

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