KR20130136682A - 풍력발전단지 운용시스템 및 방법 - Google Patents

풍력발전단지 운용시스템 및 방법 Download PDF

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KR20130136682A
KR20130136682A KR1020120060260A KR20120060260A KR20130136682A KR 20130136682 A KR20130136682 A KR 20130136682A KR 1020120060260 A KR1020120060260 A KR 1020120060260A KR 20120060260 A KR20120060260 A KR 20120060260A KR 20130136682 A KR20130136682 A KR 20130136682A
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이성환
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

풍력발전단지 운용시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전단지 운용시스템은 풍력발전단지에 속하는 제 1 풍력발전기에 설치되고, 제 1 풍력발전기로 부는 바람의 풍향 및 풍속을 감지하는 감지부; 제 1 풍력발전기에 설치되되, 감지된 풍속 및 바람의 지속시간이 가동 기준값 이상인 경우 제 1 풍력발전기로 부는 바람을 유효 바람으로 판단하고, 유효 바람의 풍속에 대응하는 블레이드 피치각을 결정하며, 유효 바람의 풍향 및 결정된 블레이드 피치각을 포함하는 최적 가동 정보를 풍력발전단지에 속하는 제 2 풍력발전기와 공유시키는 제 1 제어부; 및 제 2 풍력발전기에 설치되고, 최적 가동 정보에 대응하여 제 2 풍력발전기를 조정하는 제 2 제어부를 포함한다.

Description

풍력발전단지 운용시스템 및 방법{System and method for operating wind farm}
본 발명은 풍력발전단지 운용시스템 및 방법에 관한 것이다.
최근 들어 지구온난화, 고유가 등의 문제를 해결하기 위해 석유 자원을 대체할 대체 에너지 개발이 한창이다. 이러한 대체 에너지 중에서 풍력발전은 오염물질의 배출이 전혀 없고 환경을 훼손할 우려가 없다는 점에서 널리 각광받고 있는 추세이다.
이러한 추세에 발맞춰 풍력발전단지가 곳곳에 조성되고 있다. 풍력발전단지는 광범위한 영역에 걸쳐 분포된 복수의 풍력발전기를 포함하여 구성된다. 통상적으로 풍력발전단지에 속하는 풍력발전기는 개별적으로 바람을 모니터링하고, 모니터링한 바람이 발전을 위한 유효 바람으로 인식되면 해당 바람에 대한 최적의 가동 상태를 갖추기 위해 나셀의 요잉 및 블레이드 피칭을 수행한다. 그리고 최적의 가동 상태를 갖춘 후 개별적으로 발전한다.
이와 같이 작동하는 풍력발전단지의 경우, 풍력발전단지로 유효한 바람이 불면, 바람의 경로에 위치하는 풍력발전기들은 유효한 바람을 맞는 순서대로 모니터링 및 최적의 가동 상태로 조정되는 과정을 거쳐 발전하게 된다.
따라서 풍력발전단지 전체로 볼 때 유효한 바람에 영향을 받는 풍력발전기들이 발전을 준비하는 시간만큼 발전을 하지 못하는 상황이 되어 발전량 및 발전 효율이 그 만큼 저해되는 문제가 발생한다.
본 발명의 실시예는, 풍력발전단지로 부는 유효한 바람에 효과적으로 발전할 수 있는 풍력발전단지 운용시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전단지의 운용시스템으로서, 상기 풍력발전단지에 속하는 제 1 풍력발전기에 설치되고, 상기 제 1 풍력발전기로 부는 바람의 풍향 및 풍속을 감지하는 감지부; 상기 제 1 풍력발전기에 설치되되, 상기 감지부에 의해 감지된 풍속 및 바람의 지속시간이 가동 기준값 이상인 경우 상기 제 1 풍력발전기로 부는 바람을 유효 바람으로 판단하고, 상기 유효 바람의 풍속에 대응하는 블레이드 피치각을 결정하며, 상기 유효 바람의 풍향 및 상기 결정된 블레이드 피치각을 포함하는 최적 가동 정보를 상기 풍력발전단지에 속하는 제 2 풍력발전기와 공유시키는 제 1 제어부; 및 상기 제 2 풍력발전기에 설치되고, 상기 최적 가동 정보에 대응하여 상기 제 2 풍력발전기를 조정하는 제 2 제어부를 포함하는, 풍력발전단지 운용시스템이 제공될 수 있다.
상기 제 1 제어부는, 상기 최적 가동 정보를 상기 제 2 풍력발전기와 공유함과 동시에 또는 공유하기 전에, 상기 제 1 풍력발전기를 상기 최적 가동 정보에 대응하여 조정할 수 있다.
상기 제 2 풍력발전기의 배열 및 개수는 상기 유효 바람의 풍향 및 풍속에 따라 결정될 수 있다.
상기 최적 가동 정보를 상기 제 2 풍력발전기와 공유할 때, 무선 또는 유선으로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 풍력발전기는 상기 풍력발전단지의 가장자리에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력발전단지의 운용방법으로서, 상기 풍력발전단지에 속하는 제 1 풍력발전기에서 상기 제 1 풍력발전기로 부는 바람의 풍향 및 풍속을 감지하는 단계; 상기 제 1 풍력발전기에서 상기 감지된 풍향 및 바람의 지속시간이 가동 기준값 이상인 경우 상기 제 1 풍력발전기로 부는 바람을 유효 바람으로 판단하고, 상기 유효 바람의 풍속에 대응하는 블레이드 피치각을 결정하는 단계; 상기 제 1 풍력발전기에서 상기 유효 바람의 풍향 및 상기 결정된 블레이드 피치각을 포함하는 최적 가동 정보를 상기 풍력발전단지에 속하는 제 2 풍력발전기로 공유하는 단계; 및 상기 제 2 풍력발전기를 상기 최적 가동 정보에 대응하여 조정하는 단계를 포함하는, 풍력발전단지 운용방법이 제공된다.
상기 최적 가동 정보를 상기 제 2 풍력발전기와 공유함과 동시에 또는 공유하기 전에, 상기 제 1 풍력발전기를 상기 최적 가동 정보에 대응하여 조정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 풍력발전기에 설치된 제 1 제어부가 풍력발전단지에서 가장 먼저 최적 가동 정보를 취득한 후 이를 풍력발전단지의 다른 제 2 풍력발전기에 공유시키면, 제 2 풍력발전기에 설치된 제 2 제어부가 공유된 최적 가동 정보에 대응하여 제 2 풍력발전기를 조정하도록 작동함으로써, 풍력발전단지 내 다수의 풍력발전기가 신속하게 발전을 위한 최적 가동 상태를 유지할 수 있어 효과적으로 발전할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지 운용시스템이 적용된 풍력발전단지를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지 운용시스템을 나타내는 도면고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 운용방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
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.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지 운용시스템이 적용된 풍력발전단지를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지 운용시스템을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력발전단지 운용시스템(100)은 감지부(110)와, 제 1 제어부(120)와, 제 2 제어부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
감지부(110)는 풍력발전단지(1)에 속하는 제 1 풍력발전기(11)에 설치될 수 있다. 감지부(110)는 제 1 풍력발전기(11)로 부는 바람의 풍향 및 풍속을 감지한다. 이러한 감지부(110)는 통상적인 풍향계 및 풍속계를 포함할 수 있다.
감지부(110)가 설치된 제 1 풍력발전기(11)는 풍력발전단지(1) 내에서 후술하는 유효 바람을 최초로 인식하는 풍력발전기이다. 제 1 풍력발전기(11)는 풍력발전단지(1)의 가장자리에 위치할 수 있다. 이 경우, 풍력발전단지(1)로 불어오는 바람에 대한 풍속 및 풍향을 신속하게 감지할 수 있다.
제 1 풍력발전기(11)에는 제 1 제어부(120)가 설치된다. 제 1 제어부(120)는 감지부(110)에서 감지된 풍향 및 풍속에 관한 정보를 수집하고, 바람의 지속 시간을 계산할 수 있다.
제 1 제어부(120)는 감지부(110)에 의해 감지된 풍속 및 바람의 지속시간이 가동 기준값 이상인 경우 이를 유효 바람으로 판단하고, 유효 바람의 풍속에 대응하는 블레이드 피치각을 결정한다.
여기서 가동 기준값은 풍력발전기가 가동하여 발전하기 위해 요구되는 최소 한도의 풍속 및 바람의 지속시간을 의미하며, 풍속 및 지속시간이 가동 기준값 이상인 바람을 유효 바람이라고 한다.
예를 들어, 발전을 위해 요구되는 풍속 및 바람의 지속시간에 대한 가동 기준값이 각각 3.5m/s, 60초라고 할 때, 제 1 제어부(120)는 감지부(110)에 의해 감지된 풍속 및 바람의 지속시간이 각각 가동 기준값 이상인 경우 제 1 풍력발전기(11)로 부는 바람을 유효 바람으로 판단하고, 해당 풍속에 대응하는 블레이드 피치각을 결정한다.
제 1 제어부(120)에 의해 결정된 블레이드 피치각은 해당 풍속에서 발전을 위해 최적화된 값으로서, 블레이드의 형상 등에 의해 결정될 수 있다.
제 1 제어부(120)는 유효 바람의 풍향 및 결정된 블레이드 피치각을 포함하는 최적 가동 정보에 대응하여 제 1 풍력발전기(11)를 조정할 수 있다. 이 경우, 제 1 제어부(120)는 제 1 풍력발전기(11)의 요잉 시스템(미도시)을 작동시켜 제 1 풍력발전기(11)가 최적 가동 정보의 풍향을 향하도록 제어한다. 그리고 제 1 제어부(120)는 제 1 풍력발전기(11)의 피칭 시스템(미도시)을 작동시켜 제 1 풍력발전기(11)가 최적 가동 정보의 블레이드 피치각을 갖도록 제어한다.
제 1 제어부(120)에 의한 제 1 풍력발전기(11)의 조정은 최적 가동 정보를 후술하는 제 2 풍력발전기(12)와 공유함과 동시에 또는 공유하기 전에 수행될 수 있다.
제 1 제어부(120)는 최적 가동 정보를 풍력발전단지(1)에 속하는 제 2 풍력발전기(12)에 공유시킨다. 이 경우, 제 1 제어부(120)는 제 1 풍력발전기(11)에 설치된 제 1 통신부(141)를 제어하여 제 2 풍력발전기(12) 측으로 최적 가동 정보를 전송한다. 제 1 통신부(141)에 의해 전송된 최적 가동 정보는 제 2 풍력발전기(12)에 설치된 제 2 통신부(142)에서 수신한다.
제 1 통신부(141)와 제 2 통신부(142) 사이의 통신은 유선 또는 무선 방식으로 수행될 수 있다.
제 2 풍력발전기(12)는 공유된 최적 가동 정보에 대응하여 조정된다. 제 2 풍력발전기(12)의 조정은 제 2 풍력발전기(12)에 설치된 제 2 제어부(130)에 의해 수행된다.
제 2 제어부(130)는 제 2 통신부(142)에서 수신한 최적 가동 정보에 대응하여 제 2 풍력발전기(12)를 조정한다. 이 경우, 제 2 제어부(130)는 제 2 풍력발전기(12)의 요잉 시스템(미도시)을 작동시켜 제 2 풍력발전기(12)가 최적 가동 정보의 풍향을 향하도록 제어한다. 그리고 제 2 제어부(130)는 제 2 풍력발전기(12)의 피칭 시스템(미도시)을 작동시켜 제 2 풍력발전기(12)가 최적 가동 정보의 블레이드 피치각을 갖도록 제어한다.
이 경우, 제 2 풍력발전기(12)는 제 2 풍력발전기(12)로 부는 바람을 별도로 분석하여 최적 가동 상태를 준비할 필요 없이, 제 1 풍력발전기(11)에서 공유된 최적 가동 정보를 통해 미리 최적 가동 상태를 유지하며 발전을 준비할 수 있다. 이때, 제 2 풍력발전기(12)는 유효 바람을 최초로 인식한 제 1 풍력발전기(11)와 동시에 또는 거의 동시에 최적 가동 상태로 조종될 수 있다.
최적 가동 정보를 공유하는 제 2 풍력발전기(12)의 배열 및 개수는 유효 바람의 풍향 및 풍속에 따라 결정될 수 있다. 보다 상세히, 풍력발전단지(1)에 속하는 복수의 풍력발전기는 광범위한 범위에 걸쳐 분포된다. 이 경우, 풍력발전단지(1)로 불어오는 바람의 풍향 및 풍속에 따라 바람의 영향을 받는 풍력발전기와 영향을 받지 않는 풍력발전기로 구별할 수 있다. 따라서 풍력발전단지(1)로 부는 바람의 풍향 및 풍속에 따라 바람의 영향을 받아 발전할 수 있는 풍력발전기를 제 2 풍력발전기(12)로 선정할 수 있다.
제 1 제어부(120)는 유효 바람의 풍향 및 풍속에 따라 최적 가동 정보를 공유하는 제 2 풍력발전기(12)의 배열 및 개수를 결정한다.
실험적 또는 수치해석 프로그램 등을 통해 풍향 및 풍속의 범위에 따라 최적 가동 정보를 공유할 제 2 풍력발전기(12)의 배열 및 개수를 미리 데이터 베이스화할 수 있다. 제 1 제어부(120)는 유효 바람의 풍향 및 풍속을 데이터 베이스에 적용하여 최적 가동 정보를 공유한 제 2 풍력발전기(12)의 배열 및 개수를 결정할 수 있다.
예를 들어, 데이터 베이스에 풍향은 남동풍이고 풍속은 6.5m/s~8.5m/s인 조건에 대응하는 제 2 풍력발전기(12)의 배열 및 개수에 대한 제 1 데이터가 저장되어 있을 때, 유효 바람의 풍향이 남동풍이고 풍속이 7m/s라면 제 1 제어부(120)는 유효 바람의 풍향 및 풍속을 데이터 베이스에 적용하여 제 1 데이터에 해당하는 제 2 풍력발전기(12)의 배열 및 개수를 결정할 수 있다.
이상과 같이 구성된 본 실시예에 따른 풍력발전단지 운용시스템(100)은 제 1 풍력발전기(11)에 설치된 제 1 제어부(110)가 풍력발전단지(1)에서 가장 먼저 최적 가동 정보를 취득한 후 자체적으로 최적 가동 상태로 조정될 뿐 아니라 최적 가동 정보를 풍력발전단지(1)의 다른 제 2 풍력발전기(11)에 공유시켜 최적 가동 상태를 갖도록 조정한다. 따라서 풍력발전단지 내 다수의 풍력발전기가 신속하게 발전을 위한 최적 가동 상태를 유지할 수 있어 효과적으로 발전할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력발전단지의 운용방법을 설명하기 위한 개략적인 도면이다. 이하, 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 풍력발전단지 운용방법을 설명한다. 여기서 본 실시예에 따른 풍력발전단지 운용방법은 설명의 편의를 위해 앞서 설명한 풍력발전단지 운용시스템(100)을 사용하여 설명하지만 이에 국한되는 것은 아니다.
먼저 도 3을 참조하면, 풍력발전단지(1) 내 제 1 풍력발전기(11)에서 제 1 풍력발전기(11)로 부는 바람(W)의 풍향 및 풍속을 감지한다. 이 경우, 풍향 및 풍속의 감지는 제 1 풍력발전기(11)에 설치된 감지부(110)(도 2 참조)에 의해 수행될 수 있다. 제 1 풍력발전기(11)는 풍력발전단지(1)의 가장자리에 위치한다.
이 후, 제 1 풍력발전기(11)에서 감지부(110)에 의해 감지된 풍속 및 바람의 지속시간이 가동 기준값 이상인 경우 제 1 풍력발전기(11)로 부는 바람을 유효 바람으로 판단하고, 유효 바람의 풍속에 대응하는 블레이드 피치각을 결정한다. 이때, 제 1 풍력발전기(11)에 설치된 제 1 제어부(120)(도 2 참조)는 감지부(110)에서 감지된 풍향 및 풍속에 관한 정보를 수집하고, 바람의 지속 시간을 계산할 수 있다. 그리고 제 1 제어부(120)는 제 1 풍력발전기(11)로 부는 바람이 유효 바람인지 여부를 판단하고, 유효 바람의 풍속에 대응하는 블레이드 피치각을 결정할 수 있다.
이 후, 유효 바람의 풍향 및 결정된 블레이드 피치각을 포함하는 최적 가동 정보는 제 1 풍력발전기(11)에서 풍력발전단지(1)에 속하는 제 2 풍력발전기(12)로 공유된다.
이때, 제 1 제어부(120)는 제 1 통신부(141)(도 2 참조)를 이용하여 최적 가동 정보를 제 2 풍력발전기(120) 측으로 송신한다. 송신된 최적 가동 정보는 제 2 풍력발전기(120)에 설치된 제 2 통신부(142)(도 2 참조)에서 수신되고 제 2 제어부(130)에 의해 수집된다. 제 1 통신부(141)와 제 2 통신부(142) 사이의 통신은 유선 또는 무선 방식으로 수행될 수 있다.
그리고 제 1 제어부(120)는 최적 가동 정보를 제 2 풍력발전기(12)와 공유함과 동시에 또는 공유하기 전에 제 1 풍력발전기(11)를 최적 가동 정보에 대응하여 조정할 수 있다.
그리고 제 1 제어부(120)는 유효 바람의 풍향 및 풍속에 따라 최적 가동 정보를 공유할 제 2 풍력발전기(12)의 배열 및 개수를 결정할 수 있다.
이 후, 도 4에 도시된 바와 같이 제 2 풍력발전기(12)는 최적 가동 정보에 대응하여 조정된다. 이때, 제 2 제어부(130)는 제 2 풍력발전기(12)의 요잉 시스템을 작동시켜 제 2 풍력발전기(12)가 최적 가동 정보의 풍향을 향하도록 제어한다. 그리고 제 2 제어부(130)는 제 2 풍력발전기(12)의 피칭 시스템을 작동시켜 제 2 풍력발전기(12)가 최적 가동 정보의 블레이드 피치각을 갖도록 제어한다.
이와 같은 본 실시예에 따른 풍력발전단지 운용방법은 풍력발전단지(1)에 속하는 제 1 풍력발전기(11)에서 가장 먼저 최적 가동 정보를 취득한 후 자체적으로 최적 가동 상태로 조정될 뿐 아니라 이를 제 2 풍력발전기(11)에 공유시켜 최적 가동 상태를 갖도록 조정함으로써, 풍력발전단지 내 다수의 풍력발전기가 신속하게 발전을 위한 최적 가동 상태를 유지할 수 있어 효과적으로 발전할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
11 : 제 1 풍력발전기 12 : 제 2 풍력발전기
110 : 감지부 120 : 제 1 제어부
130 : 제 2 제어부 141 : 제 1 통신부
142 : 제 2 통신부

Claims (7)

  1. 풍력발전단지의 운용시스템으로서,
    상기 풍력발전단지에 속하는 제 1 풍력발전기에 설치되고, 상기 제 1 풍력발전기로 부는 바람의 풍향 및 풍속을 감지하는 감지부;
    상기 제 1 풍력발전기에 설치되되, 상기 감지부에 의해 감지된 풍속 및 바람의 지속시간이 가동 기준값 이상인 경우 상기 제 1 풍력발전기로 부는 바람을 유효 바람으로 판단하고, 상기 유효 바람의 풍속에 대응하는 블레이드 피치각을 결정하며, 상기 유효 바람의 풍향 및 상기 결정된 블레이드 피치각을 포함하는 최적 가동 정보를 상기 풍력발전단지에 속하는 제 2 풍력발전기와 공유시키는 제 1 제어부; 및
    상기 제 2 풍력발전기에 설치되고, 상기 최적 가동 정보에 대응하여 상기 제 2 풍력발전기를 조정하는 제 2 제어부를 포함하는, 풍력발전단지 운용시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 제어부는,
    상기 최적 가동 정보를 상기 제 2 풍력발전기와 공유함과 동시에 또는 공유하기 전에, 상기 제 1 풍력발전기를 상기 최적 가동 정보에 대응하여 조정하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전단지 운용시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 2 풍력발전기의 배열 및 개수는 상기 유효 바람의 풍향 및 풍속에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 풍력발전단지의 운용방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 최적 가동 정보를 상기 제 2 풍력발전기와 공유할 때, 무선 또는 유선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 풍력발전단지 운용방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제 1 풍력발전기는 상기 풍력발전단지의 가장자리에 위치하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전단지의 운용방법.
  6. 풍력발전단지의 운용방법으로서,
    상기 풍력발전단지에 속하는 제 1 풍력발전기에서 상기 제 1 풍력발전기로 부는 바람의 풍향 및 풍속을 감지하는 단계;
    상기 제 1 풍력발전기에서 상기 감지된 풍향 및 바람의 지속시간이 가동 기준값 이상인 경우 상기 제 1 풍력발전기로 부는 바람을 유효 바람으로 판단하고, 상기 유효 바람의 풍속에 대응하는 블레이드 피치각을 결정하는 단계;
    상기 제 1 풍력발전기에서 상기 유효 바람의 풍향 및 상기 결정된 블레이드 피치각을 포함하는 최적 가동 정보를 상기 풍력발전단지에 속하는 제 2 풍력발전기로 공유하는 단계; 및
    상기 제 2 풍력발전기를 상기 최적 가동 정보에 대응하여 조정하는 단계를 포함하는, 풍력발전단지 운용방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 최적 가동 정보를 상기 제 2 풍력발전기와 공유함과 동시에 또는 공유하기 전에, 상기 제 1 풍력발전기를 상기 최적 가동 정보에 대응하여 조정하는 것을 특징으로 하는, 풍력발전단지 운용방법.
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KR20200084108A (ko) 2019-01-02 2020-07-10 한국에너지기술연구원 풍력발전기 유지보수 의사 결정 지원 시스템

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