KR20170075970A

KR20170075970A - 풍력 단지 제어 시스템 및 그의 터빈과 계통 보호방법

Info

Publication number: KR20170075970A
Application number: KR1020150185607A
Authority: KR
Inventors: 심필섭; 유동훈
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-07-04

Abstract

풍력 단지 제어 시스템 및 그의 터빈 및 계통 보호방법에 관한 것으로, 복수의 그룹으로 그룹화된 다수의 풍력 발전기가 마련되는 터빈부, 각 풍력 발전기에서 발전한 전력을 미리 설정된 전압 레벨로 1차 변환하는 전력 변환기, 상기 전력 변환기에서 1차 변환된 전력을 2차 변환하는 변전부 및 각 풍력 발전기와 통신 가능하게 연결되고 각 풍력 발전기에 마련된 제1 차단기의 고장 발생시 해당 풍력 발전기가 포함된 그룹과 상기 변전부의 연결을 차단하도록 제어하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 다수의 풍력 발전기를 복수의 그룹으로 그룹화하고, 각 그룹의 풍력 발전기를 각각의 스트링으로 변전부에 연결하며, 풍력 발전기의 제1 차단기에 고장이 발생하면, 해당 풍력 발전기가 연결된 스트링과 변전부의 연결을 차단할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

풍력 단지 제어 시스템 및 그의 터빈과 계통 보호방법{WIND PARK CONTROL SYSTEM AND SYSTEM PROTECTION METHOD THEREOF}

본 발명은 풍력 단지 제어 시스템 및 그의 터빈과 계통 보호방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력터빈의 유지 보수 또는 고장에 따른 정지 시 터빈과 계통의 연결을 차단해서 터빈과 계통을 보호하는 풍력 단지 제어 시스템 및 그의 터빈과 계통 보호방법에 관한 것이다.

풍력 발전기는 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 장치를 말한다.

최근에는 육상이나 해상에 다수의 풍력 발전기를 설치해서 풍력발전단지를 조성하고, 풍력발전단지에 마련된 각 풍력 발전기에서 발전한 전력을 육상으로 공급하는 전력 공급 시스템이 적용되고 있다.

예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 풍력발전발전 관리 기술 풍력발전단지의 전력공급 기술을 개시해서 특허 출원한 바 있다.

특허문헌 1에는 각각의 풍력 발전기의 제어를 위해 마련된 PLC, 사용자가 ID 및 PASSWORD를 입력하여 상기 PLC에 접근하기 위한 사용자 단말, 상기 사용자 단말을 통해 입력된 사용자의 ID를 그룹으로 분류하여 인증하고, 사용자의 ID에 대해 그룹에 정의된 제어권한을 부여하는 인증수단을 포함하는 구성을 마련하여, PLC 및 HMI가 많아지더라도 사용자 정보를 SCADA 시스템에서만 관리할 수 있는 풍력 발전 관리 시스템 및 관리 방법 기술이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는 해상 풍력발전단지에 발전 플랜트를 배치하고, 풍력 발전기를 발전하는 단계, 풍력 발전기에서 전력이 규칙적으로 공급되는지 여부를 판단하는 단계 및 발전 플랜트에서 해상 풍력발전단지로 전력을 공급하여 불규칙한 풍력 발전전력을 보완하는 단계를 포함하고, 발전 플랜트는 중고 부유 추진체나 폐 부유 추진체의 메인 엔진에 발전기를 연결하고, 선체에 송전 설비를 마련하여 이루어지는 해상 풍력발전단지의 전력공급시스템 및 방법 기술이 기재되어 있다.

예를 들어, 도 1은 종래기술에 따른 풍력 발전기 관리 시스템의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 발전기(1)와 풍력 발전기(1)에서 발전한 전력의 전압 레벨을 1차 변환하는 전력 변환기(2) 및 전력 변환기(2)에서 변환된 전력을 상용 계통으로 송전 가능한 전압 레벨로 2차 변환해서 송전하는 변전실(3)을 포함한다.

풍력 발전기(1)는 풍력 발전기(1)의 유지보수 작업을 수행하거나 풍력 발전기의 고장 발생시 발전기(4)에서 발전한 전력이 변전실(3)로 공급되지 않도록 차단하는 제1 차단기(5)가 마련된다.

이러한 풍력 발전기(1)는 풍력 발전기에 마련된 각 장치와 제1 차단기(5)의 구동을 제어하고 고장 진단을 수행하는 터빈 제어기(6)를 포함한다.

전력 변환기(2)는 풍력 발전기(1)와 변전실(3) 사이를 연결하는 전력공급 라인 상에 마련된다.

전력 변환기(2)과 변전실(3)에는 1차 변환된 전원을 변전실(3)로 공급 또는 차단하는 제1 스위치(7)와 전력 변환기(2)에서 1차 변환된 전원을 공급 또는 차단하는 제2 스위치(8)가 마련된다.

이와 같이 구성되는 종래기술에 따른 풍력 발전기 관리 시스템은 풍력 발전기(1)의 유지보수 작업 또는 고장 발생시 풍력 발전기(1)를 정지시키는 경우, 터빈 제어기(6)에서 제1 차단기(5)를 오프 동작시키도록 제어신호를 발생한다.

대한민국 특허 공개번호 제10-2015-0047850호(2015년 5월 6일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2015-0115233호(2015년 10월 14일 공개)

그러나 종래기술에 따른 풍력 발전기 관리 시스템은 제1 차단기(5)에 고장이 발생하는 경우, 풍력 발전기의 터빈과 계통을 차단할 수 없는 문제점이 있었다.

이로 인해, 종래기술에 따른 풍력 발전기 관리 시스템은 풍력 발전기(1) 내부에 마련된 발전기(4), 기어박스 등 각 장치의 추가적인 손상이나 고장이 발생하고, 심한 경우에는 계통에 연결된 다른 풍력 발전기(1)의 손상이나 고장을 야기하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 풍력 발전기의 유지보수 작업이나 고장 발생에 따른 정지 시 계통과 연결된 차단기에 고장이 발생하는 경우, 해당 풍력 발전기와 계통을 차단해서 추가적인 손상이나 고장을 방지할 수 있는 풍력 단지 제어 시스템 및 그의 터빈과 계통 보호방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 각 풍력 발전기에 마련된 차단기의 동작 상태를 실시간으로 모니터링해서 고장 상태를 진단하고, 관리자에게 안내할 수 있는 풍력 단지 제어 시스템 및 그의 터빈과 계통 보호방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 풍력 단지 제어 시스템은 복수의 그룹으로 그룹화된 다수의 풍력 발전기가 마련되는 터빈부, 각 풍력 발전기에서 발전한 전력을 미리 설정된 전압 레벨로 1차 변환하는 전력 변환기, 상기 전력 변환기에서 1차 변환된 전력을 2차 변환하는 변전부 및 각 풍력 발전기와 통신 가능하게 연결되고 각 풍력 발전기에 마련된 제1 차단기의 고장 발생시 해당 풍력 발전기가 포함된 그룹과 상기 변전부의 연결을 차단하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 터빈부는 다수의 풍력 발전기를 복수의 그룹으로 그룹화하고, 각 그룹의 풍력 발전기는 그룹별로 하나의 스트링을 통해 상기 변전부에 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 풍력 발전기는 각각 발전기에서 발전한 전력을 상기 전력 변환기로 공급 또는 차단하는 제1 차단기, 각 풍력 발전기에 마련된 각 장치의 구동을 제어하는 터빈 제어기 및 상기 터빈 제어기의 제어신호에 따라 상기 제1 차단기의 동작을 제어하는 제1 차단기 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 차단기 제어기는 상기 제1 차단기의 온 또는 오프 동작시 상기 제1 차단기 전후단 전압과 전류를 모니터링하고, 모니터링된 전압과 전류를 이용해서 전력값을 측정하여 상기 제1 차단기의 고장 발생 여부를 진단하며, 상기 제1 차단기의 고장 발생시 모니터링 결과정보와 상기 제1 차단기의 고장 신호를 상기 터빈 제어기로 전달하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 차단기 제어기는 상기 제1 차단기의 온 또는 오프 동작시 상기 제1 차단기 전후단 전압과 전류를 모니터링하고 전력값을 측정하며, 상기 터빈 제어기는 상기 제1 차단기 제어기에서 수신된 모니터링 결과정보를 이용해서 상기 제1 차단기의 고장 발생 여부를 진단하고, 상기 제1 차단기의 고장 발생시 상기 모니터링 결과정보와 고장 신호를 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 변전부는 각 스트링과 변전부 사이에 마련되는 복수의 제2 차단기 및 각 제2 차단기를 온 또는 오프 동작하도록 제어하는 제2 차단기 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 터빈부로부터 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보 및 고장 신호를 수신하고, 고장 신호가 수신되면 해당 풍력 발전기가 포함된 스트링과 연결된 상기 제2 차단기를 차단 동작시키도록 제어신호를 발생하는 제어장치와 상기 제어장치의 제어신호를 미리 설정된 전압레벨로 변환해서 출력하는 출력모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 각 풍력 발전기의 터빈 제어기와 통신을 수행하는 통신모듈과 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보와 상기 제1 차단기의 고장 진단 결과를 화면에 표시하는 표시모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부와 통신 가능하게 연결되고 상기 제어부로부터 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보 및 고장 정보를 수신해서 데이터베이스에 저장하며 저장된 정보를 관리하는 관리 서버와 상기 제어부 및 관리서버와의 통신을 통해 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보를 수신해서 화면에 표시하고, 관리자로부터 입력되는 제어명령을 상기 제어부나 관리 서버로 전송하는 관리 단말을 더 포함하고, 상기 관리 서버는 고장 정보가 수신되면, 미리 저장된 관리자의 메일주소로 전자메일을 발송하거나 미리 저장된 관리자의 전화번호로 문자 메시지를 발송하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 풍력 단지 제어 시스템의 터빈 및 계통 보호방법은 (a) 각 풍력 발전기에 마련된 제1 차단기 제어기를 이용해서 제1 차단기를 통해 공급되는 전력량을 모니터링하는 단계, (b) 상기 모니터링된 전력량을 이용해서 상기 제1 차단기의 고장 발생 여부를 진단하는 단계 및 (c) 상기 제1 차단기가 고장 진단되면, 제어부에서 해당 풍력 발전기가 포함된 스트링에 연결된 전체 풍력 발전기와 변전부의 연결을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.

상기 (a)단계는 (a1) 상기 제1 차단기 제어기에서 상기 제1 차단기의 온 또는 오프 동작시 상기 제1 차단기 전후단 전압과 전류를 모니터링하는 단계와 (a2) 모니터링된 전압과 전류를 이용해서 전력값을 측정하는 단계를 포함하고, 상기 (b)단계에서 상기 제1 차단기 제어기에서 측정된 전력값과 미리 설정된 동작 정상범위를 비교해서 상기 제1 차단기의 고장 발생 여부를 진단하며, 상기 풍력 발전기의 터빈 제어기는 상기 제1 차단기로부터 수신된 모니터링 결과정보와 상기 제1 차단기의 고장 신호를 제어부로 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 (a)단계에서 상기 제1 차단기 제어기는 상기 제1 차단기의 온 또는 오프 동작시 상기 제1 차단기 전후단 전압과 전류를 모니터링하고 전력값을 측정하고, 상기 (b)단계는 (b1) 상기 풍력 발전기의 터빈 제어기에서 상기 제1 차단기 제어기로부터 수신된 전력값과 미리 설정된 동작 정상범위를 비교해서 상기 제1 차단기의 고장 발생 여부를 진단하는 단계와 (b2) 상기 제1 차단기로부터 수신된 모니터링 결과정보와 상기 제1 차단기의 고장 신호를 제어부로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (c)단계에서 상기 제어부는 각 스트링과 상기 변전부를 연결하는 복수의 제2 차단기 중에서 상기 제1 차단기가 고장 진단된 풍력 발전기를 포함하는 스트링이 연결된 제2 차단기를 차단 동작시켜 해당 스트링에 연결된 전체 풍력 발전기와 변전부의 연결을 차단하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 (d) 상기 제어부에서 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보와 상기 제1 차단기의 고장 진단 결과를 화면에 표시하도록 표시모듈의 구동을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 (e) 상기 제어부와 통신 가능하게 연결된 관리 서버에서 상기 제1 차단기의 고장 정보를 수신해서 미리 저장된 관리자의 메일주소로 전자메일을 발송하거나 미리 저장된 관리자의 전화번호로 문자 메시지를 발송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 풍력 단지 제어 시스템 및 그의 터빈 및 계통 보호방법에 의하면, 다수의 풍력 발전기를 복수의 그룹으로 그룹화하고, 각 그룹의 풍력 발전기를 각각의 스트링으로 변전부에 연결하며, 풍력 발전기의 제1 차단기에 고장이 발생하면, 해당 풍력 발전기가 연결된 스트링과 변전부의 연결을 차단할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그래서 본 발명에 의하면, 제1 차단기의 고장이 발생한 풍력 발전기와 계통의 연결을 차단해서 해당 풍력 발전기뿐만 아니라, 타 풍력 발전기의 추가적인 손상이나 고장을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 나머지 스트링에 연결된 풍력 발전기를 운전해서 지속적으로 전력을 생산할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 제1 차단기가 고장 진단된 풍력 발전기 및 그를 포함하는 스트링에 연결된 전체 풍력 발전기의 추가적인 손상을 방지하고, 관리자에게 실시간으로 고장 발생 사실을 통지하여 신속한 조치가 가능하게 하는 효과가 얻어진다.

도 1은 종래기술에 따른 풍력 발전기 관리 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 단지 제어 시스템의 블록 구성도,
도 3은 도 2에 도시된 풍력 단지 제어 시스템의 구성도,
도 4는 제어장치와 관리 서버 및 관리 단말의 블록 구성도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 단지 제어 시스템의 터빈 및 계통 보호방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 6 및 도 7은 제1 차단기의 동작 정상범위를 보인 그래프.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 단지 제어 시스템 및 그의 터빈과 계통 보호방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서 계통은 풍력 발전기에서 발전한 전력을 발전기와 전력 변환기 및 변전실을 거쳐 상용전력 공급시스템으로 공급하는 전체 전력라인으로 정의한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 단지 제어 시스템의 블록 구성도이고, 도 3은 도 2에 도시된 풍력 단지 제어 시스템의 구성도이다.

본 발명은 다수의 풍력 발전기를 복수의 그룹으로 그룹화하고 그룹별로 하나의 스트링을 통해 변전실과 연결하며, 각 풍력 발전기에 마련된 차단기의 동작상태를 실시간으로 모니터링해서 고장 발생 여부를 진단한다.

그래서 본 발명은 각 스트링에 연결된 복수의 풍력 발전기 중에서 어느 하나의 차단기에 고장이 발생하는 경우, 해당 풍력 발전기와 연결된 동일 스트링에 연결된 전체 풍력 발전기를 중지함으로써, 차단기 고장으로 인한 해당 풍력 발전기뿐만 아니라, 타 풍력 발전기의 추가적인 손상이나 고장을 방지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 단지 제어 시스템(10)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 그룹으로 그룹화된 다수의 풍력 발전기가 마련되는 터빈부(20), 각 풍력 발전기에서 발전한 전력을 미리 설정된 전압 레벨로 1차 변환하는 전력 변환기(30), 전력 변환기(30)에서 1차 변환된 전력을 2차 변환하는 변전부(40) 및 각 풍력 발전기와 통신 가능하게 연결되고 각 풍력 발전기에 마련된 제1 차단기(21)의 고장 발생시 해당 풍력 발전기가 포함된 그룹과 변전부(40)의 연결을 차단하도록 제어하는 제어부(50)를 포함한다.

터빈부(20)는 다수의 풍력 발전기를 복수의 그룹으로 그룹화하고, 각 그룹의 풍력 발전기는 그룹별로 하나의 스트링을 통해 변전부(40)에 연결된다.

예를 들어, 총 40기의 풍력 발전기라 마련되는 경우, 총 4개의 스트링(S1 내지 S4)을 마련하고, 각 스트링(S1 내지 S4)에는 각각 10기의 풍력 발전기가 그룹화되어 연결될 수 있다.

즉, 각 스트링(S1 내지 S4)의 일단은 각 풍력 발전기에 순차적으로 연결되고, 각 스트링(S1 내지 S4)의 타단은 아래에서 설명할 변전부(40)에 마련된 4개의 제2 차단기(41)에 각각 연결될 수 있다.

터빈부(20)에 마련되는 각 풍력 발전기는 발전기에서 발전한 전력을 전력 변환기(30)로 공급 또는 차단하는 제1 차단기(21), 각 풍력 발전기에 마련된 각 장치의 구동을 제어하는 터빈 제어기(22) 및 터빈 제어기(22)의 제어신호에 따라 제1 차단기(21)의 동작을 제어하는 제1 차단기 제어기(23)를 포함할 수 있다.

터빈 제어기(22)는 풍력 발전기에 마련된 각종 센서의 감지신호에 기초해서 각 장치의 구동을 제어하고, 풍력 발전기의 운전조건에 따라 전력을 생산 또는 중지하기 위해, 제1 차단기(21)를 온 또는 오프 구동하도록 제어신호를 발생할 수 있다.

제1 차단기 제어기(23)는 제1 차단기(21)의 온 또는 오프 동작시 제1 차단기(21) 전후단 전압과 전류를 모니터링하고, 모니터링 결과정보를 터빈 제어기(22)로 전달할 수 있다.

그리고 제1 차단기 제어기(23)는 모니터링 결과정보를 이용해서 제1 차단기(21)의 고장 발생 여부를 진단할 수 있다.

예를 들어, 제1 차단기 제어기(23)는 터빈 제어기(22)로부터 제1 차단기(21)를 차단 동작시키도록 제어신호가 수신되면, 제1 차단기(21)에 차단 동작하도록 구동신호를 송신한다.

그리고 제1 차단기 제어기(23)는 온 구동신호를 송신한 이후에, 제1 차단기(21) 전후단 전압과 전류를 모니터링하고, 모니터링된 전압값과 전류값, 즉 전력값이 미리 설정된 정상범위인지를 검사해서 제1 차단기(21)의 고장 발생 여부를 진단할 수 있다.

만약, 제1 차단기(21)의 고장 상태로 판단되면, 제1 차단기 제어기(23)는 제1 차단기(21)의 고장 발생 상태를 통지하는 고장 발생 사실을 통지하는 신호(이하 '고장 신호(fault signal)'라 함)를 발생하고, 터빈 제어기(22)는 상기 고장 신호를 제어부(50)로 전송한다.

이러한 제1 차단기 제어기(23)는 제1 차단기(21)의 동작 상태에 따라 온 또는 오프 동작하도록 복구시키는 복구 기능을 수행할 수도 있다.

한편, 본 실시 예에서는 제1 차단기 제어기(23)에서 제1 차단기(21)의 고장 진단을 수행하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다,

즉, 본 발명은 터빈 제어기(22)에서 제1 차단기 제어기(23)로부터 수신된 모니터링 결과정보를 이용해서 제1 차단기(21)의 고장 진단을 수행하고, 고장 진단 결과 제1 차단기(21)의 고장 상태이면 제1 차단기(21)의 고장 신호를 제어부(50)로 송신하도록 변경될 수도 있다.

전력 변환기(30)는 각 풍력 발전기와 변전실(40) 사이를 연결하는 전력공급 라인 상에 마련된다.

전력 변환기(30)에는 1차 변환된 전원을 변전부(40)로 공급 또는 차단하는 차단 스위치(31)가 마련될 수 있다.

변전부(40)는 각 스트링(S1 내지 S4)과 변전부(40) 사이에 마련되는 복수의 제2 차단기(41) 및 각 제2 차단기(41)를 온 또는 오프 동작하도록 제어하는 제2 차단기 제어기(42)를 포함할 수 있다.

제2 차단기 제어기(42)는 각 제2 차단기(41)가 각 스트링(S1 내지 S4)과 변전부(40) 사이에 마련됨에 따라, 각 풍력 발전기와 연결된 전력 변환기(30)에서 1차 변환된 전원을 스트링별로 선택해서 공급 또는 차단하도록 제어할 수 있다.

즉, 제2 차단기 제어기(42)는 제어부(50)로부터 전달되는 제어신호에 따라 제1 차단기(21)의 고장이 발생한 풍력 발전기를 포함하는 스트링과 변전부(40)의 연결을 차단하도록 해당 스트링에 연결된 제2 차단기(41)를 온 또는 오프 동작하도록 제어할 수 있다.

제어부(50)는 터빈부(20)로부터 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보 및 고장 신호를 수신하고, 고장 신호가 수신되면 해당 풍력 발전기가 포함된 스트링과 연결된 제2 차단기(41)를 차단 동작시키도록 제어신호를 발생하는 제어장치(51)와 제어장치(51)의 제어신호를 미리 설정된 전압레벨로 변환해서 출력하는 출력모듈(52)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 제어장치(51)는 상기 제어신호를 디지털 신호 형태로 출력하고, 출력모듈(52)은 디지털 신호 형태의 제어신호의 전압레벨을 미리 설정된 전압 레벨, 예컨대 약 24V의 전압값을 갖는 신호로 변환해서 출력할 수 있다.

제어장치(51)는 각 스트링(S1 내지 S4)에 연결된 풍력 발전기에 고유번호를 부여해서 저장하고 관리할 수 있다.

그리고 제어장치(51)는 수신된 모니터링 결과정보와 고장 발생 정보를 저장하고, 시간별, 풍력 발전기별 등 다양한 조건별 히스토리를 관리할 수 있다.

이와 함께, 제어부(50)는 각 풍력 발전기의 터빈 제어기(22)와 통신을 수행하는 통신모듈(53)과 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보와 제1 차단기(21)의 고장 진단 결과를 표시하는 표시모듈(54)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 통신모듈(53)은 이더캣(etherCAT) 또는 이더넷(etherNET) 방식으로 각 풍력 발전기의 터빈 제어기(22)와 통신을 수행할 수 있다.

물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제어부(50)와 터빈 제어기(22)가 다양한 방식의 유선 통신 방식 또는 무선 통신 방식으로 통신을 수행하도록 변경될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 다수의 풍력 발전기를 복수의 그룹으로 그룹화하고, 각 그룹의 풍력 발전기를 각각의 스트링으로 변전부에 연결하며, 풍력 발전기의 제1 차단기에 고장이 발생하면, 해당 풍력 발전기가 연결된 스트링과 변전부의 연결을 차단한다.

이에 따라, 본 발명은 제1 차단기의 고장이 발생한 풍력 발전기와 계통의 연결을 차단해서 해당 풍력 발전기뿐만 아니라, 타 풍력 발전기의 추가적인 손상이나 고장을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 나머지 스트링에 연결된 풍력 발전기를 운전해서 지속적으로 전력을 생산할 수 있다.

한편, 도 4는 제어장치와 관리 서버 및 관리 단말의 블록 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 단지 제어 시스템(10)은 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(50)와 통신 가능하게 연결되는 관리 서버(60)와 관리 단말(70)을 더 포함할 수 있다.

관리 서버(60)는 제어부(50)로부터 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보 및 고장 정보를 수신해서 데이터베이스(61)에 저장하고 저장된 정보를 관리한다.

이러한 관리 서버(60)는 고장 정보가 수신되면, 미리 저장된 관리자의 메일주소로 전자메일을 발송하거나 미리 저장된 관리자의 전화번호로 문자 메시지를 발송할 수 있다.

물론, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제어부(50)에서 직접 전자메일이나 문자 메시지를 송신하도록 변경될 수 있다.

관리 단말(70)은 제어부(50) 및 관리서버(60)와의 통신을 통해 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보를 수신해서 화면에 표시하고, 관리자로부터 입력되는 제어명령을 제어부(50)나 관리 서버(60)로 전송할 수 있다.

다음, 도 5를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 단지 제어 시스템의 터빈 및 계통 보호방법을 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 풍력 단지 제어 시스템의 터빈 및 계통 보호방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 5의 S10단계에서 풍력 발전기의 운전이 시작되면, 각 풍력 발전기에 마련된 제1 차단기 제어기(23)는 제1 차단기(21)의 전후단 전압과 전류를 모니터링하고, 전압값과 전류값을 이용해서 해당 풍력 발전기에서 발전한 전력값을 측정한다.

이때, 다수의 풍력 발전기는 복수의 그룹으로 그룹화되어 터빈부(20)를 구성하고, 그룹별로 하나의 스트링(S1 내지 S4)을 통해 변전부(40)와 연결된 상태이다.

S12단계에서 각 풍력 발전기의 터빈 제어기(22)는 미리 저장된 구동 프로그램을 실행시켜 운전조건에 대응되는지 검사하고 검사결과에 따라 제1 차단기(21)를 온 또는 오프 동작시키도록 제어신호를 발생한다.

이때, 터빈 제어기(22)는 관리 단말(70)을 통해 입력된 관리자의 제어 명령에 따라 원격으로 제1 차단기(21)를 온 또는 오프 동작시키도록 제어신호를 발생할 수도 있다.

그래서 제1 차단기 제어기(23)는 터빈 제어기(22)의 제어신호에 따라 제1 차단기(21)를 온 또는 오프 동작하도록 구동을 제어한다.

S14단계에서 제1 차단기 제어기(23)는 측정된 풍력 발전기의 전력값이 미리 설정된 동작 정상범위에 대응되는지를 검사해서 제1 차단기(21)의 고장 발생 여부를 진단한다.

예를 들어, 도 6 및 도 7은 제1 차단기의 동작 정상범위를 보인 그래프이다.

도 6에는 제1 차단기(21)가 온 상태에서 오프 상태로 동작하는 경우의 동작 정상범위가 도시되어 있고, 도 7에는 제1 차단기(21)가 오프 상태에서 온 상태로 동작하는 경우의 동작 정상범위가 도시되어 있다.

즉, 제1 차단기(21)가 오프 동작하는 경우, 동작 정상범위는 도 6에 도시된 그래프의 하부 영역에 해당된다.

그리고 제1 차단기(21)가 온 동작하는 경우, 동작 정상범위는 도 7에 도시된 그래프의 상부 영역에 해당된다.

특히, 풍력 발전기의 유지보수 작업을 수행하거나 고장 발생에 따른 정지 상태에서 제1 차단기(21)의 고장이 발생하는 경우, 풍력 발전기와 계통을 차단할 수 없게 된다.

따라서 본 발명은 변전부(40)에 각 스트링(S1 내지 S4)과 변전부(40)를 연결 또는 차단하는 복수의 제2 차단기(41)를 마련해서, 제1 차단기(21)가 고장 진단된 풍력 발전기가 연결된 해당 스트링과 변전부(40)의 연결을 차단한다.

상세하게 설명하면, S14단계의 검사결과 측정된 풍력 발전기의 전력값이 동작 정상범위를 벗어나면, 제1 차단기 제어기(23)는 제1 차단기(21)의 고장 상태로 진단하고, 고장 신호를 발생한다.

그러면, 터빈 제어기(22)는 제어부(50)와의 통신을 통해 모니터링 결과정보와 고장 신호를 제어부(50)로 송신하고, 제어부(50)는 제1 차단기가 고장 진단된 풍력 발전기가 포함된 스트링과 변전부(40)의 연결을 차단하기 위해, 해당 스트링에 연결된 제2 차단기(41)를 차단시키도록 제어신호를 발생한다.

그래서 제2 차단기 제어부(42)는 제1 차단기(21)가 고장 진단된 풍력 발전기가 포함된 스트링과 변전부(40)의 연결을 차단하도록 해당 스트링에 연결된 제2 차단기(41)를 차단 동작시킨다(S16).

이때, 제어부(50)는 제1 차단기(21)가 고장 진단된 풍력 발전기의 고유 번호 및 스트링번호 정보를 화면에 표시하도록 표시모듈(54)의 구동을 제어할 수 있다.

그리고 관리 서버(60)는 제어부(50)로부터 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보 및 고장 정보를 수신해서 데이터베이스(61)에 저장하고 저장된 정보를 관리한다.

이와 함께, 관리 서버(60)는 고장 정보가 수신되면, 미리 저장된 관리자의 메일주소로 전자메일을 발송하거나 미리 저장된 관리자의 전화번호로 문자 메시지를 발송한다.

이와 같이, 본 발명은 제1 차단기가 고장 진단된 풍력 발전기와 계통의 연결을 차단해서 해당 풍력 발전기뿐만 아니라, 타 풍력 발전기의 추가적인 손상이나 고장을 방지할 수 있다.

S18단계에서 제어부(50)는 관리자로부터 풍력 단지 제어 시스템(10)의 구동을 중지하도록 운전 중지명령이 입력되는지를 검사하고, 운전 중지 명령이 입력될 때까지 S10단계 내지 S18단계를 반복 수행하도록 제어한다.

한편, S18단계의 검사결과 운전 중지 명령이 입력되면, 제어부(50)는 각 풍력 발전기 및 풍력 단지 제어 시스템(10)에 마련된 각 장치의 구동을 중지하고 종료한다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 다수의 풍력 발전기를 복수의 그룹으로 그룹화하고, 각 그룹의 풍력 발전기를 각각의 스트링으로 변전부에 연결하며, 풍력 발전기의 제1 차단기에 고장이 발생하면, 해당 풍력 발전기가 연결된 스트링과 변전부의 연결을 차단할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 다수의 풍력 발전기를 복수의 그룹으로 그룹화하고, 각 그룹의 풍력 발전기를 각각의 스트링으로 변전부에 연결하며, 풍력 발전기의 제1 차단기에 고장이 발생하면, 해당 풍력 발전기가 연결된 스트링과 변전부의 연결을 차단하는 풍력 단지 제어 시스템 및 그의 터빈 및 계통 보호방법 기술에 적용된다.

10: 풍력 단지 제어 시스템
20: 터빈부 21: 제1 차단기
22: 터빈 제어기 23: 차단기 제어기
30: 전력 변환기 31: 차단 스위치
40: 변전실 41: 제2 차단기
42: 제2 차단기 제어기 50: 제어부
51: 제어장치 52: 출력모듈
53: 통신모듈 54: 표시모듈
60: 관리 서버 61: 데이터베이스
70: 관리 단말 S1 내지 S4: 스트링

Claims

복수의 그룹으로 그룹화된 다수의 풍력 발전기가 마련되는 터빈부,
각 풍력 발전기에서 발전한 전력을 미리 설정된 전압 레벨로 1차 변환하는 전력 변환기,
상기 전력 변환기에서 1차 변환된 전력을 2차 변환하는 변전부 및
각 풍력 발전기와 통신 가능하게 연결되고 각 풍력 발전기에 마련된 제1 차단기의 고장 발생시 해당 풍력 발전기가 포함된 그룹과 상기 변전부의 연결을 차단하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 터빈부는 다수의 풍력 발전기를 복수의 그룹으로 그룹화하고,
각 그룹의 풍력 발전기는 그룹별로 하나의 스트링을 통해 상기 변전부에 연결되는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 풍력 발전기는 각각
발전기에서 발전한 전력을 상기 전력 변환기로 공급 또는 차단하는 제1 차단기,
각 풍력 발전기에 마련된 각 장치의 구동을 제어하는 터빈 제어기 및
상기 터빈 제어기의 제어신호에 따라 상기 제1 차단기의 동작을 제어하는 제1 차단기 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 차단기 제어기는 상기 제1 차단기의 온 또는 오프 동작시 상기 제1 차단기 전후단 전압과 전류를 모니터링하고, 모니터링된 전압과 전류를 이용해서 전력값을 측정하여 상기 제1 차단기의 고장 발생 여부를 진단하며, 상기 제1 차단기의 고장 발생시 모니터링 결과정보와 상기 제1 차단기의 고장 신호를 상기 터빈 제어기로 전달하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1 차단기 제어기는 상기 제1 차단기의 온 또는 오프 동작시 상기 제1 차단기 전후단 전압과 전류를 모니터링하고 전력값을 측정하며,
상기 터빈 제어기는 상기 제1 차단기 제어기에서 수신된 모니터링 결과정보를 이용해서 상기 제1 차단기의 고장 발생 여부를 진단하고, 상기 제1 차단기의 고장 발생시 상기 모니터링 결과정보와 고장 신호를 상기 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템.
제3항에 있어서, 상기 변전부는
각 스트링과 변전부 사이에 마련되는 복수의 제2 차단기 및
각 제2 차단기를 온 또는 오프 동작하도록 제어하는 제2 차단기 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어부는 상기 터빈부로부터 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보 및 고장 신호를 수신하고, 고장 신호가 수신되면 해당 풍력 발전기가 포함된 스트링과 연결된 상기 제2 차단기를 차단 동작시키도록 제어신호를 발생하는 제어장치와
상기 제어장치의 제어신호를 미리 설정된 전압레벨로 변환해서 출력하는 출력모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템.
제7항에 있어서, 상기 제어부는
각 풍력 발전기의 터빈 제어기와 통신을 수행하는 통신모듈과
각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보와 상기 제1 차단기의 고장 진단 결과를 화면에 표시하는 표시모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제어부와 통신 가능하게 연결되고 상기 제어부로부터 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보 및 고장 정보를 수신해서 데이터베이스에 저장하며 저장된 정보를 관리하는 관리 서버와
상기 제어부 및 관리서버와의 통신을 통해 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보를 수신해서 화면에 표시하고, 관리자로부터 입력되는 제어명령을 상기 제어부나 관리 서버로 전송하는 관리 단말을 더 포함하고,
상기 관리 서버는 고장 정보가 수신되면, 미리 저장된 관리자의 메일주소로 전자메일을 발송하거나 미리 저장된 관리자의 전화번호로 문자 메시지를 발송하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템.
(a) 각 풍력 발전기에 마련된 제1 차단기 제어기를 이용해서 제1 차단기를 통해 공급되는 전력량을 모니터링하는 단계,
(b) 상기 모니터링된 전력량을 이용해서 상기 제1 차단기의 고장 발생 여부를 진단하는 단계 및
(c) 상기 제1 차단기가 고장 진단되면, 제어부에서 해당 풍력 발전기가 포함된 스트링에 연결된 전체 풍력 발전기와 변전부의 연결을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템의 터빈 및 계통 보호방법.
제10항에 있어서,
상기 (a)단계는 (a1) 상기 제1 차단기 제어기에서 상기 제1 차단기의 온 또는 오프 동작시 상기 제1 차단기 전후단 전압과 전류를 모니터링하는 단계와
(a2) 모니터링된 전압과 전류를 이용해서 전력값을 측정하는 단계를 포함하고,
상기 (b)단계에서 상기 제1 차단기 제어기에서 측정된 전력값과 미리 설정된 동작 정상범위를 비교해서 상기 제1 차단기의 고장 발생 여부를 진단하며,
상기 풍력 발전기의 터빈 제어기는 상기 제1 차단기로부터 수신된 모니터링 결과정보와 상기 제1 차단기의 고장 신호를 제어부로 전송하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템의 터빈 및 계통 보호방법.
제10항에 있어서,
상기 (a)단계에서 상기 제1 차단기 제어기는 상기 제1 차단기의 온 또는 오프 동작시 상기 제1 차단기 전후단 전압과 전류를 모니터링하고 전력값을 측정하고,
상기 (b)단계는 (b1) 상기 풍력 발전기의 터빈 제어기에서 상기 제1 차단기 제어기로부터 수신된 전력값과 미리 설정된 동작 정상범위를 비교해서 상기 제1 차단기의 고장 발생 여부를 진단하는 단계와
(b2) 상기 제1 차단기로부터 수신된 모니터링 결과정보와 상기 제1 차단기의 고장 신호를 제어부로 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템의 터빈 및 계통 보호방법.
제10항에 있어서,
상기 (c)단계에서 상기 제어부는 각 스트링과 상기 변전부를 연결하는 복수의 제2 차단기 중에서 상기 제1 차단기가 고장 진단된 풍력 발전기를 포함하는 스트링이 연결된 제2 차단기를 차단 동작시켜 해당 스트링에 연결된 전체 풍력 발전기와 변전부의 연결을 차단하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템의 터빈 및 계통 보호방법.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
(d) 상기 제어부에서 각 풍력 발전기의 모니터링 결과정보와 상기 제1 차단기의 고장 진단 결과를 화면에 표시하도록 표시모듈의 구동을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템의 터빈 및 계통 보호방법.
제14항에 있어서,
(e) 상기 제어부와 통신 가능하게 연결된 관리 서버에서 상기 제1 차단기의 고장 정보를 수신해서 미리 저장된 관리자의 메일주소로 전자메일을 발송하거나 미리 저장된 관리자의 전화번호로 문자 메시지를 발송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 단지 제어 시스템의 터빈 및 계통 보호방법.