KR20180090805A - 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치, 시스템 및 방법 - Google Patents

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베이징 골드윈드 싸이언스 앤 크리에이션 윈드파워 이큅먼트 코.,엘티디.
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Abstract

풍력 발전소용 시험 및 제어 장치, 시스템 및 방법이 제공된다. 시험 및 제어 장치는 제1 통신 인터페이스, 제2 통신 인터페이스 및 프로세서 카드를 포함한다. 프로세서 카드는 제1 통신 인터페이스 및 제2 통신 인터페이스에 각각 접속된다. 프로세서 카드는 제1 통신 인터페이스를 통해 그리드 스케줄링 서버에 의해 발행된 주파수 변조 명령을 수신하고, 제2 통신 인터페이스를 통해 풍력 발전 유닛의 동작 정보를 수신하고, 풍력 발전 유닛의 동작 정보에 기초하여 제1 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛의 제1 주파수 변조 능력을 계산한다. 그리고, 프로세서 카드는 풍력 발전 유닛의 제1 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는 경우에 제1 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 풍력 발전 유닛에 주파수 변조 명령을 송신한다. 시험 및 제어 장치를 이용하여, 풍력 발전소는 풍속이 주파수 변조 요구를 충족시키는 경우에 연속적이고 안정적인 전압을 출력할 수 있고 주파수 변조 태스크를 달성할 수 있으며, 이는 주파수 변조의 신뢰성을 향상시키고 배터리 에너지를 절약한다.

Description

풍력 발전소용 시험 및 제어 장치, 시스템 및 방법
본 개시는 전력 제어의 기술 분야에 관한 것이며, 특히 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
사회와 경제의 발달에 따라, 전기 자원들은 사람들의 삶에서 필수품이 되었다. 화력 발전 및 수력 발전과 같은 전통적인 방법들 외에도 풍력 발전 및 원자력 발전과 같은, 전력 자원들을 제공하기 위한 새로운 발전 방법들이 있다. 깨끗하고 재생 가능하며 지리적 환경을 파괴하지 않는 장점들 때문에 풍력은 사람들의 많은 관심을 끌어 왔다.
종래의 풍력 시험 및 제어 방법들은 주로 전통적인 화력 발전 제어 방법들을 사용한다. 바람의 불안정한 특성으로 인해 풍력 발전소의 풍력 발전 유닛으로부터의 전압 출력은 안정적이지 않다. 또한, 풍력 발전 유닛들은 풍력 발전소 내에 분산되기 때문에, 풍력 발전 유닛들에 의해 생성된 전력은 동기화되지 않는다. 분산된 풍력을 수용하는 그리드의 능력을 향상시키기 위해, 사람들은 가상 동기 발전기를 사용하여 분산된 풍력을 동기화하려고 시도한다. 가상 동기 발전기는 엄격한 지속적인 그리고 안정적인 전압을 요구하기 때문에 가상 동기 발전기의 효과는 만족스럽지 못하다.
풍력 발전소에서 사용되는 종래의 풍력 발전 유닛 및 가상 동기 발전기는 연속적이고 안정적인 전압을 제공할 수 없으며, 주파수 변조 및 작업(work)의 태스크를 효과적으로 달성할 수 없다.
전술한 하나 이상의 문제점을 고려하여, 본 개시의 실시예들에 따르면, 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치, 시험 및 제어 시스템, 및 시험 및 제어 방법이 제공된다.
일 양태에서, 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치가 제공되며, 풍력 발전소는 풍력 발전 유닛, 풍력 발전 유닛의 직류 버스 측에 배열된 제1 에너지 저장 배터리, 풍력 발전소에 배열된 제2 에너지 저장 배터리, 및 리액티브 보상 디바이스를 포함하고; 시험 및 제어 장치는:
제1 통신 인터페이스, 제2 통신 인터페이스 및 프로세서 카드를 포함하며,
제1 통신 인터페이스는 그리드 스케줄링 서버를 접속하도록 구성되고, 제2 통신 인터페이스는 풍력 발전 유닛을 접속하도록 구성되고, 프로세서 카드는 제1 통신 인터페이스 및 제2 통신 인터페이스에 각각 접속되며;
프로세서 카드는 제1 통신 인터페이스를 통해 그리드 스케줄링 서버에 의해 발행된 주파수 변조 명령을 수신하고, 제2 통신 인터페이스를 통해 풍력 발전 유닛의 동작 정보를 수신하고, 풍력 발전 유닛의 동작 정보에 기초하여 제1 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 풍력 발전 유닛의 제1 주파수 변조 능력을 계산하며; 프로세서 카드는 풍력 발전 유닛에 주파수 변조 명령을 송신하고, 풍력 발전 유닛의 제1 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령을 충족시키는 경우에 제1 에너지 저장 배터리를 시동하지 않는다.
다른 양태에서, 풍력 발전소용 시험 및 제어 시스템이 제공되며, 시험 및 제어 시스템은 전술한 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치를 포함한다.
또 다른 양태에서, 풍력 발전소용 시험 및 제어 방법이 제공되며, 풍력 발전소는 풍력 발전 유닛, 풍력 발전 유닛의 직류 버스 측에 배열된 제1 에너지 저장 배터리, 풍력 발전소에 배열된 제2 에너지 저장 배터리, 및 리액티브 보상 디바이스를 포함하고; 시험 및 제어 방법은:
주파수 변조 명령을 수신하는 단계;
풍력 발전소의 현재 풍속 정보를 수신하는 단계;
현재 풍속 정보에 기초하여 제1 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 풍력 발전 유닛의 제1 주파수 변조 능력을 계산하고, 제1 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는지를 결정하는 단계; 및
제1 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는 경우에 제1 에너지 저장 배터리를 시동하지 않고 풍력 발전 유닛에 직접 주파수 변조 명령을 송신하는 단계를 포함한다.
본 개시의 실시예들에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치, 풍력 발전소용 시험 및 제어 시스템, 및 풍력 발전소용 시험 및 제어 방법에 의하면, 풍속이 변하지만 주파수 변조의 요구를 충족시킬 수 있을 때(즉, 풍력 발전소의 풍력이 크고, 풍력 발전의 주파수 변조 능력이 클 때), 풍력 발전소는 풍력 발전 유닛의 주파수 변조 능력만을 이용하여 연속적이고 안정적인 전압을 출력할 수 있으며, 배터리를 시동하지 않고도 주파수 변조 태스크를 성공적으로 달성할 수 있어서 주파수 변조의 신뢰성을 향상시키고 배터리의 에너지를 절약할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치 및 풍력 발전소용 시험 및 제어 시스템은 시험 및 제어 정밀도 및 시간이 가상 동기 발전기의 요구를 충족시키는 것을 보장하도록 안정적이고 효율적으로 동작할 수 있다. 따라서, 종래의 풍력 발전 유닛의 외부적 특성들이 매칭되며, 따라서 풍력 발전소의 전체 발전 상황은 종래의 화력 발전 유닛의 발전 상황과 유사할 수 있어서 새로운 에너지를 사용하여 그리드에 대한 국가적인 요구를 충족시키고 새로운 에너지의 비율이 증가함에 따라 그리드가 안정적으로 동작할 수 있게 한다.
본 개시의 실시예들에 따른 기술적 해결책들을 더 명확하게 설명하기 위해, 이하에서는 본 개시의 실시예들에 따른 도면들이 간략하게 설명된다. 명백하게, 도면들은 본 개시의 일부 실시예들일 뿐이며, 본 기술분야의 기술자에 의해 창의적인 노력없이 그러한 도면들에 따라 다른 도면들이 획득될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치의 다른 개략적인 구조도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치의 또 다른 개략적인 구조도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 방법의 다른 흐름도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 교류의 주파수를 측정하는 프로세스의 흐름도이다.
도 8은 도 7에 도시된 교류의 개략적인 오실로그램이다.
본 개시의 목적, 기술적인 해결책들 및 장점들을 더 명확하게 하기 위하여, 본 개시의 실시예들에 따른 기술적 해결책들이 아래와 같이 본 개시의 실시예들에서 도면들과 관련하여 명확하고 완전하게 설명될 것이다. 본 기술분야의 기술자는 청구항들에서 "포함"이라는 용어는 다른 디바이스들 또는 단계들을 배제하지 않고, 부정관사 "하나(a)"는 복수를 배제하지 않으며, "제1" 및 "제2"라는 용어는 특정 시퀀스를 나타내는 데 사용되는 것이 아니라 명칭들을 나타내는 데 사용된다는 것을 이해해야 한다.
또한, 충돌이 없는 경우에는, 본 개시의 실시예들 및 실시예들의 특징들은 서로 결합될 수 있으며, 단계들의 순서는 서로 조정될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 설명의 간결성을 위해, 실시예들에서의 동일하거나 유사한 요소들은 더 설명되지 않을 것이며, 본 개시의 실시예들은 서로 참조될 수 있다. 이하, 본 개시를 첨부된 도면들 및 실시예들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 시스템의 개략적인 구조도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 발전소용 시험 및 제어 시스템(1000)은 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치(100) 및 풍력 발전소 장치(200)를 포함할 수 있으며, 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치(100)는 시스템(1000) 외부의 그리드 스케줄링 서버(300)와 흐름 정보를 교환함으로써, 그리드 스케줄링 서버(300)에 의해 발행된 주파수 변조 태스크(즉, 주파수 변조 명령) 또는 작업 태스크를 달성할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따르면, 그리드 스케줄링 서버(300)는 그리드 스케줄링 자동화 시스템 및 전기 마케팅 시스템을 모니터링 및 스케줄링할 수 있다. 일반적으로, 그리드 스케줄링 서버(300)가 각각의 지방에 배열된다. 각각의 지방의 그리드 스케줄링 서버(300)는 지방의 각각의 전력 설비와 전기 정보를 교환하고, 각각의 전력 설비에 주파수 변조 태스크 또는 작업 태스크와 같은 태스크를 송신한다.
풍력 발전소 장치(200)는 풍력 발전 유닛들(201, 202)(풍력 발전 유닛들은 수집 회로를 통해 접속될 수 있음), 풍력 발전 유닛들(201, 202)의 직류 버스 측들에 각각 배열된 제1 에너지 저장 배터리들(203, 204), 리액티브 보상 디바이스(205) 및 제2 에너지 저장 배터리(206)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 에너지 저장 배터리(203)는 단일 풍력 발전 유닛을 위해 구성될 수 있고, 제2 저장 배터리(206)는 전체 풍력 발전소를 위해 구성될 수 있다. 일반적으로, 제2 에너지 저장 배터리는 제1 에너지 저장 배터리(203)의 볼륨보다 훨씬 더 큰 볼륨을 갖는 대규모 에너지 저장 배터리이다. 리액티브 보상 디바이스(205)는 예를 들어 정지형 무효전력 보상기(static var compensator)(SVC) 및 정지형 무효전력 발전기(static var generator)(SVG)일 수 있다.
전술한 시스템 내의 하드웨어 디바이스들의 수는 예시적인 것이고, 필요에 따라 조정될 수 있는데, 즉 다수의 하드웨어 디바이스가 시스템(1000)에 추가되거나 그로부터 생략될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 예를 들어, 시스템(1000)는 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치(100)만을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 시스템(1000)은 풍력 발전소용 보조 디바이스를 더 포함할 수 있으며, 보조 디바이스는 케이블, 스위치 및 보호 디바이스 등을 포함할 수 있다. 아래의 실시예들 각각은 시스템(1000)에 적용될 수 있다. 간결한 설명을 위해, 실시예들은 서로 참조할 수 있으며, 동일하거나 유사한 내용은 반복되지 않는다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치의 개략적인 구조도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치(100)는 제1 통신 인터페이스(110), 제2 통신 인터페이스(120) 및 프로세서 카드(130)를 포함할 수 있다. 제1 통신 인터페이스(110)는 그리드 스케줄링 서버(300)를 접속하도록 구성되고, 제2 통신 인터페이스(120)는 풍력 발전 유닛들(201, 202)을 접속하도록 구성되며, 프로세서 카드(130)는 제1 통신 인터페이스(110) 및 제2 통신 인터페이스(120)에 각각 접속된다. 본 개시의 실시예에 따르면, 제1 통신 인터페이스(110) 및 제2 통신 인터페이스(120)는 예를 들어 이더넷 인터페이스들일 수 있고, 프로세서 카드(130)는 예를 들어 CPU 카드일 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 프로세서 카드(130)는 그리드 스케줄링 서버(300)에 의해 발행된 주파수 변조 명령을 제1 통신 인터페이스(110)를 통해 수신하고, 풍력 발전 유닛들(201, 202)의 동작 정보를 제2 통신 인터페이스(120)를 통해 수신하고, 풍력 발전 유닛들(201, 202)의 동작 정보에 기초하여, 제1 에너지 저장 배터리들(203, 204)을 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛들(201, 202)의 제1 주파수 변조 능력들을 계산한다. 프로세서 카드(130)는 풍력 발전 유닛들(201, 202)에 주파수 변조 명령을 송신하고, 풍력 발전 유닛들(201, 202)의 제1 주파수 변조 능력들이 그리드 스케줄링 서버(300)에 의해 발행된 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는 경우에 제1 에너지 저장 배터리들(203, 204)을 시동하지 않는다. 이러한 방식으로, 풍속이 변하지만 주파수 변조의 요구를 충족시킬 수 있을 때(즉, 풍력 발전소의 풍력이 크고, 풍력 발전의 주파수 변조 능력이 클 때), 풍력 발전소는 풍력 발전 유닛들의 주파수 변조 능력만을 이용하여 연속적이고 안정적인 전압을 출력할 수 있고, 배터리를 시동하지 않고도 주파수 변조 태스크를 성공적으로 달성할 수 있어, 주파수 변조의 신뢰성을 향상시키고, 배터리들의 에너지를 절약할 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 프로세서 카드(130)는 또한 제1 에너지 저장 배터리들(203, 204)을 사용하여 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛들(201, 202)의 제2 주파수 변조 능력들을 계산하고; 풍력 발전 유닛들(201, 202)의 제2 주파수 변조 능력들이 그리드 스케줄링 서버(300)에 의해 발행된 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는지를 결정하고; 주파수 변조 명령을 풍력 발전 유닛들(201, 202)에 송신하고, 제2 주파수 변조 능력들이 그리드 스케줄링 서버(300)에 의해 발행된 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는 경우에 제1 에너지 저장 배터리들(203, 204)을 시동한다. 이러한 방식으로, 풍력 발전소는 풍력 발전 유닛들이 단독으로는 온화한 바람을 이용하여 주파수 변조 태스크를 완료할 수 없는 경우에는 제1 에너지 저장 배터리를 사용하여 주파수 변조 태스크를 달성할 수 있다.
도 2에 도시된 실시예에서, 프로세서 카드(130)는 또한 제1 에너지 저장 배터리들(201, 202)을 시동하는 것 이외에 제2 에너지 저장 배터리(206)를 시동하고, 제2 주파수 변조 능력들이 그리드 스케줄링 서버(300)에 의해 발행된 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키지 못하는 경우에 풍력 발전 유닛들(201, 202)에 주파수 변조 명령을 송신한다. 이러한 방식으로, 풍력 발전소는 풍력이 작고, 주파수 변조 태스크가 풍력 발전 유닛들 및 제1 에너지 저장 배터리들을 협력하여 사용하여 완료될 수 없을 때, 제2 에너지 저장 배터리를 더 사용하여 주파수 변조 태스크를 달성할 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치의 다른 개략적인 구조도이다.
도 3에 도시된 실시예에 따르면, 제3 통신 인터페이스(140)가 도 2에 도시된 실시예에 기초하여 추가된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 제3 통신 인터페이스(140)는 리액티브 보상 디바이스(205)에 접속되고, 제2 통신 인터페이스(120)는 제2 에너지 저장 배터리(206)에 접속된다.
도 3에 도시된 실시예에서, 프로세서 카드(130)는 또한 제1 통신 인터페이스(110)를 통해 그리드 스케줄링 서버(300)로부터 액티브 전력 요구 명령을 수신하고, 풍력 발전 유닛들(201, 202)의 제1 주파수 변조 능력들이 액티브 전력 요구 명령의 요구를 충족시키는 경우에 액티브 전력 요구 명령을 풍력 발전 유닛들(201, 202)에 송신한다.
도 3에 도시된 실시예에서, 프로세서 카드(130)는 또한 제1 통신 인터페이스(110)를 통해 그리드 스케줄링 서버(300)로부터 리액티브 전력 요구 명령을 수신하고; 제3 통신 인터페이스(140)를 통해 리액티브 보상 디바이스(205)의 동작 정보를 수신하고; 리액티브 보상 디바이스(205)의 동작 정보에 기초하여 리액티브 보상 디바이스(205)의 능력 정보를 계산하고; 리액티브 보상 디바이스(205)의 능력 정보가 리액티브 전력 요구 명령의 요구를 충족시키는 경우에 리액티브 전력 요구 명령을 리액티브 보상 디바이스(205)에 송신한다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치의 또 다른 개략적인 구조도이다.
도 4에 도시된 실시예는 교류 아날로그 양 카드(150), 직류 아날로그 양 카드(160), 스위치-인 카드(170), 스위치-아웃 카드(180), 전원(190) 및 전면 패널(1100)이 도 3에 도시된 실시예에 기초하여 추가된다는 점에서 도 3에 도시된 실시예와 다르다. 프로세서 카드(130)는 ARM(advanced RISC machines) 모듈(131) 및 DSP(digital signal processing) 모듈(132)을 포함한다.
도 4에 도시된 실시예에서, ARM 모듈(131)은 제1 통신 인터페이스(110), 제2 통신 인터페이스 및 DSP 모듈(132)에 접속된다. DSP 모듈(132)은 제3 통신 인터페이스(140), 교류 아날로그 양 카드(150), 직류 아날로그 양 카드(160), 스위치-인 카드(170) 및 스위치-아웃 카드(180)에 접속된다. 전원(190) 및 전면 패널(1100)은 각각 프로세서 카드(130)에 접속된다. ARM 모듈(131) 및 DSP 모듈(132)은 통신 버스를 통해 서로 접속되고, 통신 버스는 예를 들어 SPI 버스일 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 교류 아날로그 양 카드(150)는 프로세서 카드(130)에 접속된다. 교류 아날로그 양 카드(150)는 전압 및 전류에 관한 정보(즉, 풍력 발전소에서의 교류 아날로그 양 정보)를 풍력 발전소의 주 변압기의 고전압 측 및 저전압 측에서 수집하고, 계산 및 처리를 위해, 수집된 교류 아날로그 양 정보를 예를 들어 시험 및 제어 시스템의 통신 버스를 통해 프로세서 카드(130)에 송신하도록 구성된다. 교류 아날로그 양의 변화는 주기적이며, 교류 아날로그 양의 통상적인 양은 1000Hz 정현파 양이다.
도 4에 도시된 실시예에서, 직류 아날로그 양 카드(160)는 프로세서 카드(130)에 접속된다. 직류 아날로그 양 카드(160)는 풍력 발전소 장치의 직류 아날로그 양 정보를 수집하고, 계산 및 처리를 위해 수집된 직류 아날로그 양 정보를 예를 들어 시험 및 제어 시스템의 통신 버스를 통해 프로세서 카드(130)에 송신하도록 구성된다. 일반적으로, 직류 아날로그 양은 천천히 변하는 연속적인 양이며, 직류 아날로그 양의 변화는 연속적이고 느리거나, 직류 아날로그 양의 변화는 일정한 것으로 간주될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 스위치-인 카드(170)는 프로세서 카드(130)에 접속된다. 스위치-인 카드(170)는 풍력 발전소 장치의 스위치 상태 정보를 수집하고, 수집된 스위치 상태 정보를 프로세서 카드(130)에 송신하도록 구성된다. 예를 들어, 스위치-인 카드(170)는 풍력 발전소의 스위치 및 에너지 저장 배터리들의 스위치 상태 정보를 수집하고, 계산 및 처리를 위해 수집된 스위치 상태 정보를 시험 및 제어 시스템의 통신 버스를 통해 프로세서 카드(130)에 송신할 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 스위치-아웃 카드(180)는 프로세서 카드(130)에 접속된다. 스위치-아웃 카드(180)는 프로세서 카드(130)의 스위치-아웃 신호를 수신하고, 스위치-아웃 정보를 풍력 발전소 장치에 송신하도록 구성된다. 예를 들어, 스위치-아웃 카드(180)는 스위치-아웃 신호를 출력하고, 프로세서 카드(130)의 계산 및 제어 전략에 기초하여 풍력 발전소의 다수의 에너지 저장 배터리의 스위치 및 스위칭을 제어할 수 있다.
도 4에 도시된 기능 카드의 구현은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 결합일 수 있음에 유의해야 한다. 하드웨어로 구현될 때, 이것은 예를 들어 전자 회로, 주문형 집적 회로(ASIC), 적합한 펌웨어, 플러그-인, 기능 카드 등일 수 있다. 소프트웨어로 구현될 때, 본 개시에 따른 요소들은 필요한 태스크들을 수행하는 데 사용되는 프로그램들 또는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 기계 판독 가능 매체에 저장되거나 반송파에서 운반되는 데이터 신호를 통해 송신 매체 또는 통신 링크를 통해 송신될 수 있다. "기계 판독 가능 매체"는 정보를 저장하거나 송신할 수 있는 임의의 매체를 포함할 수 있다. 기계 판독 가능 매체들의 예들은 전자 회로, 반도체 메모리 디바이스, ROM, 플래시 메모리, 소거 가능 ROM(EROM), 플로피 디스크, CD-ROM, 광 디스크, 하드 디스크, 광섬유 미디어, 무선 주파수(RF) 링크 등을 포함한다. 코드 세그먼트들은 인터넷, 인트라넷 등과 같은 컴퓨터 네트워크를 통해 다운로드될 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 전면 패널(1100)은 프로세서 카드(130)에 접속된다. 전면 패널(1100)은 풍력 발전소를 측정하고 제어하기 위한 시험 및 제어 정보를 표시하도록 구성된다. 본 개시의 실시예에 따르면, 전면 패널(1100)(LCD)은 직렬 포트를 통해 프로세서 카드(130)(CPU 카드일 수 있음)와 통신하기 위해 시험 및 제어 디바이스(100)의 사람-기계 인터페이스로서 사용된다. 전면 패널(1100)은 LCD를 통해 풍력 발전소의 전반적인 발전 상태(현재 시스템 상태들: 정상, 원격 지시자, 국지적 지시자, 디바이스 오작동, 시스템 오작동, TV/TA(전류 변압기/전압 변압기) 분리, 전략 잠금 지시기 등)를 표시하도록 구성될 수 있으며, 따라서 동작 유지 보수자가 전원 공급 상태를 보는 것이 매우 편리하다.
도 4에 도시된 실시예에서, 전원(190)은 각각 프로세서 카드(130), 전면 패널(1100) 및 직류 전력 캐비닛(도시되지 않음)에 접속된다. 전원(190)은 풍력 발전소의 직류 전력 캐비닛으로부터 획득될 수 있다. 교류 손실의 경우, 전체 시험 및 제어 시스템이 안정적인 전원을 갖는 것이 보장될 수도 있다.
일부 실시예들에서, 프로세서 카드(130)는 3개의 타입의 인터페이스: 이더넷 인터페이스 1, 이더넷 인터페이스 2 및 485 통신 인터페이스를 포함할 수 있다. 프로세서 카드(130)는 (액티브 전력 요구 정보 및 주파수 변조 정보와 같은) 흐름 정보를 교환하기 위해 이더넷 인터페이스 1을 통해 그리드 스케줄링 서버(300)와 통신할 수 있다. 프로세서 카드(130)의 이더넷 인터페이스 2는 풍력 발전소의 광섬유 네트워크와 통신하여 풍력 발전소의 모든 풍력 발전 유닛들의 다음 정보: 전압, 전류, 액티브 전력, 리액티브 전력, 역률, 주파수, 경고 정보 및 에러 정보를 수신한다. 그런 다음, 프로세서 카드(130)는 모든 풍력 발전 유닛들에 대해 액티브 전력 요구, 리액티브 전력 요구, 주파수 변조 정보 등을 발행한다. 그런 다음, 프로세서 카드(130)는 485 통신 인터페이스(2개의 채널) 및 CAN 통신 인터페이스들(2개의 채널)을 통해 풍력 발전소의 SVC 및 SVG 디바이스들과 통신하여 리액티브 전력 조정 및 제어 명령을 발행한다.
일부 실시예들에서, 프로세서 카드(130) 내의 ARM 모듈(131)은 그리드 스케줄링 서버(300), 풍력 발전 유닛들(201, 202), 리액티브 보상 디바이스(205) 및 DSP 모듈(132)과 정보를 교환하여, 주파수 변조 명령, 액티브 전력 요구 명령, 리액티브 전력 요구 명령, 및 제1 에너지 저장 배터리들 및 제2 에너지 저장 배터리들을 시동하기 위한 명령들을 송신하도록 구성된다.
일부 실시예에서, ARM 계산 유닛(즉, ARM 모듈(131))이 과도 응답을 수행하고, 그리드 스케줄링 서버, 풍력 발전 유닛들 및 대규모 에너지 저장 배터리와 통신할 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서, (주파수 변조 태스크들과 같은) 태스크들 간의 스위칭은 1ms 미만이 걸릴 수 있으며, 이는 태스크 응답들의 적시성을 보장하고, 전체 주파수 변조 요구가 100ms 미만이어야 하는 요구를 충족시킨다.
일부 실시예들에서, 프로세서 카드(130)의 DSP 모듈(132)은 주파수 변조 명령, 액티브 전력 요구 명령, 리액티브 전력 요구 명령, 및 제1 에너지 저장 배터리들 및 제2 에너지 저장 배터리를 시동하기 위한 명령에 기초하여 풍력 발전 유닛들, 리액티브 보상 디바이스, 제1 에너지 저장 배터리들 및 제2 에너지 저장 배터리에 대해 스위치-아웃 명령들을 발행할 수 있다(이는 스위치-인 카드(170) 및 스위치-아웃 카드(180)를 통해 달성될 수 있다).
일부 실시예들에서, DSP 계산 유닛(즉, DSP 모듈(132))은 과도 응답을 수행할 수 있다. 과도 응답을 수행할 때, DSP 계산 유닛은 에너지 저장 배터리들을 신속하게 스위칭하여 주파수 변조, 전력 품질 관리 등을 달성할 수 있다. 비상 태스크(과도 응답)를 위해, 풍력 발전소 내의 디바이스는 DSP 계산 유닛(즉, DSP 모듈) 및 고속 스위치-아웃 명령들을 이용하여 주파수 변조 명령을 달성하도록 적시에 신속하게 조정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 주파수 변조를 위해 대규모 에너지 저장 배터리를 스위칭할 필요가 있을 때, DSP 모듈은 배터리를 신속하게 스위칭하는 요구를 충족시키도록 인터페이스를 통해 신속하게 출력한다. 특히, DSP 모듈은 485 통신 인터페이스 및 DSP 모듈의 CAN(controller area network) 통신 인터페이스를 통해 풍력 발전소의 SVC/SVG와 통신할 수 있으며, 실시간으로 SVC/SVG와 협력하여 풍력 발전소의 전압을 제어하여, 안정적인 출력 전압을 보장할 수 있다.
그리드의 변동이나 이상이 있고, 풍력 발전소 전체의 전력 품질이 지정된 전력 품질 임계치를 초과하는 경우(예를 들면, 2차 고조파, 3차 고조파, 5차 고조파, 7차 고조파 및 9차 고조파 전압들 및 전류들이 사전 설정된 소프트웨어 임계치를 초과하는 경우), 전력 품질은 대응하는 배터리 유닛을 스위칭하여 지정된 소프트웨어 임계치(예를 들어, 20%)의 요구를 충족시킬 수 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, ARM 모듈과 DSP 모듈의 협력에 의해, 시험 및 제어 장치의 정밀도 성능 인덱스들 및 응답 속도는 다음의 요구들을 충족시킬 수 있다.
(1) 시험 정밀도:
시험을 위해, 전압 레벨은 100V 및 0.2S 등급이고, 전류 레벨은 5A(1A 임의적) 및 0.2S 등급이고, 전력은 0.5S 등급이고, 주파수는 0.01Hz이고, 역률은 0.01이며;
제어를 위해, 전압은 35kV >0.5kV, 110kV >2kV, 220kV >3kV이고, 리액티브 전력은 1.0MVar이고, 역률은 0.01이다.
(2) (태스크 실행, 스위칭 태스크, DSP 비상 태스크, 및 ARM 통신 및 일상적인 태스크 등을 위한) 응답 속도:
그리드에 대한 시스템의 안정 응답 시간: <6S; 및
그리드에 대한 시스템의 과도 응답 시간: (전압 및 전류에 대해) <30ms 및 (주파수에 대해) <100ms.
비상 태스크(과도 응답)를 위해, 풍력 발전소의 디바이스는 DSP 계산 유닛 및 고속 스위치-아웃 명령들을 통해 적시에 신속하게 조정되어, 그리드 스케줄링 서버의 스케줄링 명령을 달성할 수 있다.
일상적인 태스크(정상 응답)를 위해, 전압 안정화 전략 및 주파수 변조 전략이 ARM 계산 유닛을 통해 주어질 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 방법의 흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 시험 및 제어 방법은 단계 S210 내지 S240을 포함한다.
단계 S210에서, 주파수 변조 명령을 수신한다.
주파수 변조 명령은 도 1에 도시된 그리드 스케줄링 서버(300)로부터 발행될 수 있다.
단계 S220에서, 풍력 발전 유닛의 현재 풍속 정보를 수신한다.
풍력 발전 유닛의 현재 풍속 정보는 풍력 발전 유닛들 주변의 현재 풍속들, 풍력 발전 유닛들의 블레이드들로부터 수집된 풍속 값들의 평균값, 또는 풍력 발전 유닛들 주변의 임의의 장소들에서 수집된 풍속 값들의 평균값에 대한 정보일 수 있다. 풍력 발전 유닛의 특정 현재 풍속 정보는 능동적으로 수집되거나 필요에 따라 수동적으로 수집될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
단계 S230에서, 현재 풍속 정보에 기초하여 제1 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛의 제1 주파수 변조 능력을 계산하고, 제1 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는지를 결정한다. 이 단계의 특정 구현은 이후에 상세하게 설명된다.
단계 S240에서, 제1 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는 경우에 제1 에너지 저장 배터리를 시동하지 않고 풍력 발전 유닛에 주파수 변조 명령을 송신한다.
구체적으로, 풍력 발전 유닛의 주파수 변조 능력은 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구와 동일하거나, 주파수 변조 명령의 요구보다 높고, 가능한 한 주파수 변조 명령의 요구에 가까워진다는 원리에 기초하여 선택될 수 있으며, 이에 따라 전력을 낭비하지 않으면서 주파수 변조 명령의 요구를 충족시킬 수 있다.
따라서, 배터리를 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛의 주파수 변조 능력은 현재 풍속 정보에 기초하여 계산되며, 따라서 풍속의 비정상적인 변화의 경우, 주파수 변조 태스크가 배터리를 시동하지 않고 정확하고 확실하게 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 단계 S230(현재 풍속 정보에 기초하여 제1 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛의 제1 주파수 변조 능력을 계산하고, 제1 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는지를 결정하는 단계)은 하위 단계 S231 및 S232를 포함할 수 있다.
S231에서, 제1 에너지 저장 배터리들을 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 다수의 풍력 발전 유닛의 제1 주파수 변조 능력들을 계산한다.
간단한 계산 및 명확한 설명을 위해, 이하의 실시예들에서, 다양한 주파수 변조 능력들의 계산 방법들은 예시적으로 풍력 발전소가 단지 3개의 풍력 발전 유닛(풍력 발전 유닛(201), 풍력 발전 유닛(202) 및 풍력 발전 유닛(203))을 포함하는 것으로서 설명된다.
예를 들어, 제1 에너지 저장 배터리들을 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛(201), 풍력 발전 유닛(202) 및 풍력 발전 유닛(203)의 각각의 주파수 변조 능력(N1, N2 및 N3)이 계산된다.
S232에서, 제1 에너지 저장 배터리들을 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 다수의 풍력 발전 유닛의 계산된 제1 주파수 변조 능력들을 계산을 위해 여러 가지 방법으로 결합하여 제1 결합 주파수 변조 능력들을 획득한다.
예를 들면, 제1 에너지 저장 배터리들을 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛(201) 및 풍력 발전 유닛(202)의 주파수 변조 능력들이 결합되고, N1 + N2의 주파수 변조 능력을 갖는 제1 결합 주파수 변조 능력들 중 첫 번째 것이 획득된다.
다른 예로서, 제1 에너지 저장 배터리들을 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛(201) 및 풍력 발전 유닛(203)의 주파수 변조 능력들이 결합되고, N1 + N3의 주파수 변조 능력을 갖는 제1 결합 주파수 변조 능력들 중 두 번째 것이 획득된다.
다른 예로서, 제1 에너지 저장 배터리들을 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛(202) 및 풍력 발전 유닛(203)의 주파수 변조 능력들이 결합되고, N2 + N3의 주파수 변조 능력을 갖는 제1 결합 주파수 변조 능력들 중 세 번째 것이 획득된다.
다른 예로서, 제1 에너지 저장 배터리들을 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛(201), 풍력 발전 유닛(202) 및 풍력 발전 유닛(203)의 주파수 변조 능력들이 결합되고, N1 + N2 + N3의 주파수 변조 능력을 갖는 제1 결합 주파수 변조 능력들 중 네 번째 것이 획득된다.
구체적으로, 제1 에너지 저장 배터리들을 시동하지 않는 경우, 제1 결합 주파수 변조 능력들의 데이터 표를 다음의 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pct00001
위의 표에서는, 특정 수치들의 단위에 관한 정보가 생략되어 있다. 풍력 발전 유닛들의 수는 제한되지 않을 수 있고, 계산 방법은 유연하게 변경될 수 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 다수의 주파수 변조 능력 값들이 필요에 따라 상이한 방식들로 결합될 수 있다.
따라서, 배터리를 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛의 주파수 변조 능력이 현재 풍속 정보에 기초하여 계산되며, 따라서 풍속 변화의 비정상의 경우에 풍력 발전소는 풍력 발전 유닛의 주파수 변조 능력을 이용하여 연속적이고 안정적인 전압을 출력할 수 있고, 배터리를 시동하지 않고도 성공적으로 주파수 변조 태스크를 달성할 수 있으며, 이는 주파수 변조의 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라 배터리 에너지도 절약한다.
도 5에 도시된 실시예의 제1 변형으로서, 도 5에 도시된 실시예에 기초하여 단계 S250 및 단계 S260이 추가될 수 있다.
단계 S250에서, 제1 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키지 못하는 경우에, 제1 에너지 저장 배터리를 사용하여 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛의 제2 주파수 변조 능력을 더 계산하고, 제2 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는지를 결정한다. 단계의 특정 구현은 아래에서 상세하게 설명된다.
단계 S260에서, 제2 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는 경우에, 풍력 발전 유닛에 주파수 변조 명령을 송신하고, 제1 에너지 저장 배터리를 시동한다.
도 5에 도시된 실시예에서, 제1 에너지 저장 배터리는 풍력 발전 유닛의 직류 버스 측의 200KW 에너지 저장 배터리일 수 있고, 특정 구성 방식이 필요에 따라 유연하게 조정될 수 있다. 유사하게, 풍력 발전 유닛의 주파수 변조 능력은 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구와 동일하거나, 주파수 변조 명령의 요구보다 높고, 가능한 한 주파수 변조 명령의 요구에 가까워진다는 원리에 기초하여 선택될 수 있으며, 이에 따라 전력을 낭비하지 않으면서 주파수 변조 명령의 요구를 충족시킬 수 있다.
따라서, 작은 풍력의 경우, 풍력 발전소는 또한 풍력 발전 유닛이 주파수 변조의 요구를 충족시킬 수 없을 때 주파수 변조를 돕도록 적시에 제1 에너지 저장 배터리를 시동함으로써 연속적이고 안정적인 전압을 출력할 수 있다는 것을 알 수 있다.
일부 실시예들에서, 단계 S250(제1 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키지 못하는 경우에, 제1 에너지 저장 배터리를 사용하여 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛의 제2 주파수 변조 능력을 더 계산하고, 제2 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는지를 결정하는 단계)은 하위 단계 S251 및 S252를 포함할 수 있다.
S251에서, 제1 에너지 저장 배터리를 사용하여 주파수 변조를 수행하는 다수의 풍력 발전 유닛의 제2 주파수 변조 능력들을 계산한다.
예를 들면, 제1 에너지 저장 배터리를 사용하여 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛(201), 풍력 발전 유닛(202) 및 풍력 발전 유닛(203)의 각각의 주파수 변조 능력(M1, M2, M3)을 계산한다.
S252에서, 제1 에너지 저장 배터리를 사용하여 주파수 변조를 수행하는 다수의 풍력 발전 유닛의 계산된 제2 주파수 변조 능력들을 계산을 위해 여러 가지 방식으로 결합하여 다수의 제2 결합 주파수 변조 능력을 획득한다.
유사하게, 결합 후에, 제1 에너지 저장 배터리들이 사용될 때, 제2 결합 주파수 변조 능력들의 데이터 표를 다음의 표 2로서 나타낼 수 있다.
Figure pct00002
도 5에 도시된 바와 같은 실시예의 제2 변형으로서, 제1 변형의 실시예에 기초하여 단계 S270이 추가될 수 있다.
단계 S270에서, 제2 주파수 변조 능력이 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키지 못하는 경우에, 제1 에너지 저장 배터리를 시동하는 것 외에 제2 에너지 저장 배터리를 더 시동하고, 풍력 발전 유닛에 주파수 변조 명령을 송신한다.
이러한 방식으로, 풍력 발전소의 전체 풍력이 작은 극단적인 경우에 에너지 저장 배터리를 적시에 시동함으로써 주파수 변조를 도울 수 있으며, 따라서 풍력 발전소는 또한 이러한 극단적인 상황에서도 연속적인 정상 전압을 출력할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제1 에너지 저장 배터리는 풍력 발전 유닛의 직류 버스 측의 200KW 에너지 저장 배터리일 수 있고, 제2 에너지 저장 배터리는 풍력 발전소 내의 대규모 에너지 저장 배터리일 수 있다. 에너지 저장 배터리들의 특정 구성 방식들은 필요에 따라 유연하게 조정될 수 있으며, 제한되지 않는다.
도 5에 도시된 실시예 및 그의 수정된 실시예는 주로 전압 주파수 변조 전략을 예시한다. 특히, 전압 주파수 변조 전략은 다음의 세 가지 일반적인 경우를 포함할 수 있다.
바람이 많은 경우, (풍력 발전 유닛의 직류 버스 측의 200KW 에너지 저장 배터리를 제외한) 각각의 풍력 발전 유닛의 토크는 그 자신의 주파수 변조 태스크를 지원할 수 있다. 그러한 경우에, 풍력 발전 유닛의 컨버터는 200KW 에너지 저장 배터리의 에너지를 출력하지 않는데, 즉 각각의 풍력 발전 유닛의 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 주파수 변조 태스크를 수행한다.
바람이 적은 경우, (단일 유닛의 직류 버스 측의 200KW 에너지 저장 배터리를 제외한) 각각의 풍력 발전 유닛의 토크는 그 자신의 주파수 변조 태스크를 지원할 수 없다. 200KW 에너지 저장 배터리는 풍력 발전 유닛의 직류 버스에서 에너지를 제공하고, 주파수 변조 토크를 지원하는 백업 에너지의 역할을 한다. 다시 말해, 주파수 변조 태스크는 각각의 풍력 발전 유닛의 에너지 저장 배터리를 사용하여 수행된다.
풍력 발전소 전체의 바람이 적고, 주파수 변조의 에너지 지원이 완료될 수 없을 때, 풍력 발전소의 대형 에너지 저장 배터리는 전력 시스템 주파수 변조 태스크를 지원하도록 ARM(마이크로프로세서) 계산 유닛에 의해 스위칭될 수 있다.
실제 상황에 기초하여, 풍력 발전 유닛들을 결합하기 위한 다양한 주파수 변조 방법들이 또한 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장 배터리 없이 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛과 에너지 저장 배터리로 주파수 변조를 수행하는 풍력 발전 유닛이 상이한 방식들로 결합될 수 있으며, 상세들은 여기서는 간결함을 위해 설명되지 않는다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 방법의 다른 흐름도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 시험 및 제어 방법은 단계 S310 내지 S330을 포함한다.
단계 S310에서, 전력 요구 명령을 수신하며, 전력 요구 명령은 액티브 전력 요구 명령 및 리액티브 전력 요구 명령을 포함한다.
단계 S320에서, 현재 풍속 정보에 기초하여 각각의 풍력 발전 유닛의 작업 능력 값을 계산한다.
단계 S330에서, 전력 요구 명령 및 각각의 풍력 발전 유닛의 작업 능력 값에 기초하여 각각의 풍력 발전 유닛에 의해 생성될 필요가 있는 액티브 전력 및/또는 리액티브 전력을 계산하고, 필요한 액티브 전력 및/또는 리액티브 전력에 기초하는 작업에 대한 명령을 각각의 풍력 발전 유닛에 송신한다.
본 개시에서의 "및/또는"이라는 용어는 관련된 대상을 설명하는 연관 관계일 뿐이며, 이는 3개의 관계가 있을 수 있다는 것을 나타내는데, 예를 들어 A 및/또는 B는 A만이 존재하고, A와 B가 존재하고, B만이 존재하는 3개의 경우를 나타낼 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
실시예는 주로 전압 안정화 전략을 설명한다. 특히, 전압 안정화 전략은 다음과 같이 구현될 수 있다.
먼저, 풍력 발전소의 파라미터 정보(전압, 전류, 액티브 전력, 리액티브 전력, 역률, 주파수, 경고 정보 및 에러 정보 등)가 수신된다.
이어서, 풍력 발전소의 수신된 파라미터 정보는 계산을 위해 ARM 모듈에 의해 처리된다.
그 후, 풍력 발전 유닛들에 대하여 액티브 전력 및 리액티브 전력을 분배하고, 모든 풍력 발전 유닛들에 대하여 액티브 명령 또는 리액티브 명령을 발행함으로써, 그리드 스케줄링 서버에 의해 발행된 풍력 발전소의 전력 요구 태스크를 달성한다.
더 구체적으로, 전술한 주파수 변조 전략을 참조하여 전력 요구에 대한 다수의 표를 설계하여, 선택을 위한 바람직한 작업 솔루션을 제공할 수 있으며, 이는 간결화를 위해 상세히 더 설명되지 않는다.
따라서, 전력 요구 정보를 수신한 후, 현재 풍속 정보에 기초하는 각각의 풍력 발전 유닛의 작업 능력의 정밀도 계산은 정밀한 작업을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 비정상적인 상황에서도 적절하고 정확하고 확실하게 작업할 수 있어서, 풍력 발전소의 전력 품질을 향상시킬 수 있다.
도 6에 도시된 실시예의 일 변형으로서, 도 6에 도시된 실시예는 도 5에 도시된 실시예와 결합될 수 있다. 예를 들어, 주파수 변조 동작이 먼저 수행된 후, 작업 동작이 수행되거나; 작업 동작이 먼저 수행된 후, 주파수 변조 동작이 수행되거나, 기타 등등이며, 이러한 양태에서는 어떠한 제한도 행해지지 않는다.
도 5 또는 도 6에 도시된 실시예의 일 변형으로서, 각각의 풍력 발전 유닛에 의해 생성된 교류의 주파수를 측정하는 동작이 도 2 또는 도 3에 도시된 실시예에 추가될 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 교류의 주파수를 측정하는 흐름도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 교류의 주파수를 측정하는 프로세스는 단계 S401 내지 S405를 포함한다.
단계 S401에서, 풍력 발전 유닛에 의해 생성된 교류의 파형 내의 다수의 벡터의 허수부 값들을 연속적으로 수집한다.
도 8은 전술한 교류의 개략적인 오실로그램이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 7개의 수집된 벡터는 각각 A, B, C, D, E, F 및 G이고, 예를 들어 A의 허수부 값은 220이고, B의 허수부 값은 5이고, C의 허수부 값은 0이고, D의 허수부 값은 -5이고, E의 허수부 값은 -6이고, F의 허수부 값은 0이고, G의 허수부 값은 6이다.
단계 S402에서, 다수의 벡터의 허수부 값들을 각각 0의 값과 비교하여 비교 값들의 적어도 2개의 그룹을 획득하며, 비교 값들의 적어도 2개의 그룹은 각각, 하나의 벡터의 허수부 값이 양수이고 다른 하나의 벡터의 허수부 값이 음수인, 2개의 인접하는 벡터를 포함한다.
구체적으로, 비교 값들의 2개의 그룹은 (B, D)와 (E, F)의 비교 값들일 수 있다.
단계 S403에서, 비교 값들의 2개의 그룹의 적어도 4개의 벡터에 대응하는 시점들이 획득된다.
구체적으로, 4개의 벡터에 대응하는 시점들은 B의 시점 T1, D의 시점 T2, E의 시점 T3 및 G의 시점 T4일 수 있다.
단계 S404에서, 적어도 4개의 벡터에 대응하는 시점들에 기초하여 교류의 적어도 2개의 0점 교차 시점을 계산한다.
구체적으로, 2개의 0점 교차 시점은 C 및 F의 0점 교차 시점들일 수 있다.
단계 S405에서, 교류의 적어도 2개의 0점 교차 시점에 기초하여 교류의 주파수를 계산한다.
실시예에 따르면, DSP 계산 유닛에 의해 신속하게 신호를 수집하여 전압, 전류, 전력 및 주파수를 정밀하게 계산할 수 있다. 구체적으로, 전압 및 전류 수집 방법은 신속한 수집 및 계산을 달성하기 위해 전류 변압기의 2차 측에서 직접 수집을 수행하는 방법일 수 있다. 수집 데이터는 20ms마다 업데이트되어 전체 시스템의 데이터의 적시성을 보장하고 실시간 제어 및 제어 정밀도를 보장할 수 있다.
소프트웨어 주파수 측정 방법에 의하면, 주파수 정밀도는 0.01Hz에 달할 수 있고, 2차 주파수 변조에서 풍력 발전소를 사용할 때, 주파수 변조 태스크의 정밀도가 보장될 수 있다. 따라서, 소프트웨어에 의한 주파수 시험 방법은 고조파 및 직류 성분들의 영향을 제거할 수 있고, 계산된 주파수 값들은 작은 분산과 높은 정밀도를 가지므로 풍력 발전소의 전력 품질을 보장한다는 것을 알 수 있다.
전술한 실시예들에 따른 시험 및 제어 방법들은 가상 동기 발전기에도 적용될 수 있다. 따라서, 위의 설계를 통해 풍력 발전소의 전체 발전 상황은 종래의 화력 발전 유닛의 발전 상황과 유사할 수 있으므로, 새로운 에너지를 사용하는 그리드에 대한 국가적인 요구를 충족시키고, 새로운 에너지의 비율이 증가함에 따라 그리드가 안정적으로 동작할 수 있게 한다.
또 다른 실시예에서, 프로세서 카드는 풍력 발전 유닛의 작업에 의해 생성된 교류의 주파수를 측정하도록 구성될 수 있다. 특정 측정 프로세스는 풍력 발전 유닛의 작업에 의해 생성된 교류의 파형의 다수의 벡터의 허수부 값들을 연속적으로 수집하는 단계; 다수의 벡터의 허수부 값들을 0의 값과 각각 비교하고, 비교 값들의 적어도 2개의 그룹을 획득하는 단계 - 비교 값들의 적어도 2개의 그룹은 각각, 하나의 벡터의 허수부 값이 양수이고 다른 하나의 벡터의 허수부 값이 음수인, 2개의 인접하는 벡터를 포함함 -; 비교 값들의 2개의 그룹 내의 적어도 4개의 벡터에 대응하는 시점들을 획득하는 단계; 적어도 4개의 벡터에 대응하는 시점들에 기초하여 교류의 적어도 2개의 0점 교차 시점을 계산하는 단계; 및 교류의 적어도 2개의 0점 교차 시점에 기초하여 교류의 주파수를 계산하는 단계를 포함한다.
전술한 실시예들에서의 시험 및 제어 장치는 각각의 시험 및 제어 방법에서 대응하는 처리를 달성할 수 있는 전술한 실시예들에 따른 시험 및 제어 방법들에서 실행 주체로서 사용될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 본 기술분야의 기술자들은 디바이스 및 컴포넌트 등과 같은 전술한 하드웨어의 특정 작업 프로세스에 대해 전술한 방법 실시예들에서의 대응하는 프로세스를 참조할 수 있다는 것을 명확히 이해할 수 있으며, 상세들은 여기서 다시 설명되지 않는다.
전술한 실시예들에 따른 시험 및 제어 장치는 가상 동기 발전기에도 적용될 수 있다.
본 개시에 따른 실시예들에서, 개시된 시스템, 장치 및 방법은 다른 방식들로 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 전술한 장치 실시예들은 예시적일 뿐이다. 예를 들어, 유닛 분할은 논리적인 기능 분할일 뿐이며, 실제 구현에서는 다른 분할일 수 있다. 예를 들어, 다수의 유닛 또는 컴포넌트가 결합될 수 있거나, 다른 시스템에 통합될 수 있거나, 일부 특징들이 생략되거나 실행되지 않을 수 있다. 또한, 도시되거나 설명된 상호 결합 또는 직접 결합 또는 통신 접속은 일부 인터페이스들 및 디바이스들을 통한 간접 결합 또는 통신 접속일 수 있으며, 전기적, 기계적 또는 다른 형태의 접속일 수도 있다.
또한, 본 개시의 실시예들에서의 하드웨어(예를 들면, 각종 계산기들)는 하나의 처리 유닛에 통합될 수 있거나, 유닛들 각각이 개별적으로 또는 물리적으로 존재할 수 있고, 2개 이상의 유닛이 하나의 유닛으로 통합될 수 있다. 전술한 통합 유닛은 하드웨어의 형태로 또는 소프트웨어 기능 유닛의 형태로 구현될 수 있다.
전술한 설명들은 본 개시의 특정 실시예들일 뿐이며, 본 개시의 범위는 이에 한정되지 않는다. 본 기술분야의 기술자들은 다양한 등가적인 수정들 또는 대체들을 쉽게 생각할 수 있으며, 이러한 수정들 또는 대체들은 본 개시의 범위 내에 있을 것이다.

Claims (18)

  1. 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치로서, 상기 풍력 발전소는 풍력 발전 유닛, 상기 풍력 발전 유닛의 직류 버스 측에 배열된 제1 에너지 저장 배터리, 상기 풍력 발전소에 배열된 제2 에너지 저장 배터리, 및 리액티브 보상 디바이스를 포함하고, 상기 시험 및 제어 장치는:
    제1 통신 인터페이스, 제2 통신 인터페이스 및 프로세서 카드를 포함하며,
    상기 제1 통신 인터페이스는 그리드 스케줄링 서버를 접속하도록 구성되고, 상기 제2 통신 인터페이스는 상기 풍력 발전 유닛을 접속하도록 구성되고, 상기 프로세서 카드는 상기 제1 통신 인터페이스 및 상기 제2 통신 인터페이스에 각각 접속되며;
    상기 프로세서 카드는 상기 제1 통신 인터페이스를 통해 상기 그리드 스케줄링 서버에 의해 발행된 주파수 변조 명령을 수신하고, 상기 제2 통신 인터페이스를 통해 상기 풍력 발전 유닛의 동작 정보를 수신하고, 상기 풍력 발전 유닛의 상기 동작 정보에 기초하여 상기 제1 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 상기 풍력 발전 유닛의 제1 주파수 변조 능력을 계산하며; 상기 프로세서 카드는 상기 풍력 발전 유닛의 상기 제1 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령을 충족시키는 경우에 상기 제1 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 상기 풍력 발전 유닛에 상기 주파수 변조 명령을 송신하는, 시험 및 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서 카드는 또한 상기 제1 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키지 못하는 경우에 상기 제1 에너지 저장 배터리를 사용하여 상기 주파수 변조를 수행하는 상기 풍력 발전 유닛의 제2 주파수 변조 능력을 계산하고, 상기 제2 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령의 상기 요구를 충족시키는지를 결정하며;
    상기 프로세서 카드는 또한 상기 제2 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령의 상기 요구를 충족시키는 경우에 상기 풍력 발전 유닛에 상기 주파수 변조 명령을 송신하고, 상기 제1 에너지 저장 배터리를 시동하는, 시험 및 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서 카드는 상기 제2 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령의 상기 요구를 충족시키지 못하는 경우에 상기 제1 에너지 저장 배터리 및 상기 제2 에너지 저장 배터리를 시동하고, 상기 풍력 발전 유닛에 상기 주파수 변조 명령을 송신하는, 시험 및 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서 카드는 또한 상기 제1 통신 인터페이스를 통해 상기 그리드 스케줄링 서버에 의해 발행된 액티브 전력 요구 명령을 수신하고, 상기 풍력 발전 유닛의 상기 제1 주파수 변조 능력이 상기 액티브 전력 요구 명령의 요구를 충족시키는 경우에 상기 풍력 발전 유닛에 상기 액티브 전력 요구 명령을 송신하는, 시험 및 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 프로세서 카드 및 상기 리액티브 보상 디바이스에 각각 접속된 제3 통신 인터페이스를 더 포함하고,
    상기 프로세서 카드는 또한 상기 제1 통신 인터페이스를 통해 상기 그리드 스케줄링 서버로부터 리액티브 전력 요구 명령을 수신하고, 상기 제3 통신 인터페이스를 통해 상기 리액티브 보상 디바이스의 동작 정보를 수신하고, 상기 리액티브 보상 디바이스의 상기 동작 정보에 기초하여 상기 리액티브 보상 디바이스의 능력 정보를 계산하며, 상기 리액티브 보상 디바이스의 상기 능력 정보가 상기 리액티브 전력 요구 명령의 요구를 충족시키는 경우에 상기 리액티브 보상 디바이스에 상기 리액티브 전력 요구 명령을 송신하는, 시험 및 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서 카드에 접속된 교류 아날로그 양 카드를 더 포함하고, 상기 교류 아날로그 양 카드는 상기 풍력 발전소의 주 변압기의 고전압 측 및 저전압 측에서 전압 및 전류 정보를 수집하고, 상기 수집된 전압 및 전류 정보를 상기 프로세서 카드에 송신하는, 시험 및 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서 카드에 접속된 직류 아날로그 양 카드를 더 포함하고, 상기 직류 아날로그 양 카드는 상기 풍력 발전소 내의 상기 풍력 발전 유닛, 상기 에너지 저장 배터리 또는 상기 리액티브 보상 디바이스의 직류 아날로그 양 정보를 수집하고, 상기 수집된 직류 아날로그 양 정보를 상기 프로세서 카드에 송신하는, 시험 및 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서 카드에 접속된 스위치-인 카드를 더 포함하고, 상기 스위치-인 카드는 상기 풍력 발전소 내의 상기 풍력 발전 유닛, 상기 에너지 저장 배터리 또는 상기 리액티브 보상 디바이스의 스위치 상태 정보를 수집하고, 상기 수집된 스위치 상태 정보를 상기 프로세서 카드에 송신하는, 시험 및 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서 카드에 접속된 스위치-아웃 카드를 더 포함하고, 상기 스위치-아웃 카드는 상기 프로세서 카드의 스위치-아웃 신호를 수신하고, 상기 풍력 발전소 내의 상기 풍력 발전 유닛, 상기 에너지 저장 배터리 또는 상기 리액티브 보상 디바이스에 스위치-아웃 정보를 송신하는, 시험 및 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프로세서 카드는 ARM(advanced RISC machines) 모듈 및 DSP(digital signal processing) 모듈을 포함하고, RISC는 축소 명령 세트 컴퓨터이고; 상기 ARM 모듈은 상기 제1 통신 인터페이스, 상기 제2 통신 인터페이스 및 상기 DSP 모듈에 접속되고; 상기 DSP 모듈은 상기 제3 통신 인터페이스, 상기 교류 아날로그 양 카드, 상기 직류 아날로그 양 카드, 상기 스위치-인 카드 및 상기 스위치-아웃 카드에 접속되고; 상기 ARM 모듈은 통신 버스를 통해 상기 DSP 모듈과 접속되며;
    상기 ARM 모듈은 상기 그리드 스케줄링 서버, 상기 풍력 발전 유닛, 상기 리액티브 보상 디바이스 및 상기 DSP 모듈과 정보를 교환하고, 상기 주파수 변조 명령, 상기 액티브 전력 요구 명령, 상기 리액티브 전력 요구 명령, 및 상기 제1 에너지 저장 배터리 및 상기 제2 에너지 저장 배터리를 시동하기 위한 명령을 송신하며;
    상기 DSP 모듈은 상기 주파수 변조 명령, 상기 액티브 전력 요구 명령, 상기 리액티브 전력 요구 명령, 및 상기 제1 에너지 저장 배터리 및 상기 제2 에너지 저장 배터리를 시동하기 위한 상기 명령에 기초하여 상기 풍력 발전 유닛, 상기 리액티브 보상 디바이스, 상기 제1 에너지 저장 배터리 및 상기 제2 에너지 저장 배터리에 대해 스위치-아웃 명령을 발행하는, 시험 및 제어 장치.
  11. 풍력 발전 유닛용 시험 및 제어 시스템으로서,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치를 포함하는, 시험 및 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    풍력 발전 유닛, 상기 풍력 발전 유닛의 직류 버스 측에 배열된 제1 에너지 저장 배터리, 상기 풍력 발전소에 배열된 제2 에너지 저장 배터리, 및 리액티브 보상 디바이스 중 적어도 하나를 더 포함하는, 시험 및 제어 시스템.
  13. 풍력 발전소용 시험 및 제어 방법으로서, 상기 풍력 발전소는 풍력 발전 유닛, 상기 풍력 발전 유닛의 직류 버스 측에 배열된 제1 에너지 저장 배터리, 상기 풍력 발전소에 배열된 제2 에너지 저장 배터리, 및 리액티브 보상 디바이스를 포함하고; 상기 방법은:
    주파수 변조 명령을 수신하는 단계;
    상기 풍력 발전 유닛의 현재 풍속 정보를 수신하는 단계;
    상기 현재 풍속 정보에 기초하여 상기 제1 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 주파수 변조를 수행하는 상기 풍력 발전 유닛의 제1 주파수 변조 능력을 계산하고, 상기 제1 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령의 요구를 충족시키는지를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령의 상기 요구를 충족시키는 경우에 상기 제1 에너지 저장 배터리를 사용하지 않고 상기 풍력 발전 유닛에 상기 주파수 변조 명령을 송신하는 단계
    를 포함하는, 시험 및 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령의 상기 요구를 충족시킬 수 없는 경우에 상기 제1 에너지 저장 배터리를 사용하여 상기 주파수 변조를 수행하는 상기 풍력 발전 유닛의 제2 주파수 변조 능력을 계산하고, 상기 제2 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령의 상기 요구를 충족시키는지를 결정하는 단계; 및
    상기 제2 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령의 상기 요구를 충족시키는 경우에 상기 풍력 발전 유닛에 상기 주파수 변조 명령을 송신하고, 상기 제1 에너지 저장 배터리를 시동하는 단계
    를 더 포함하는, 시험 및 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 주파수 변조 능력이 상기 주파수 변조 명령의 상기 요구를 충족시키지 못하는 경우에 상기 제1 에너지 저장 배터리 및 상기 제2 에너지 저장 배터리를 시동하고, 상기 풍력 발전 유닛에 상기 주파수 변조 명령을 송신하는 단계를 더 포함하는, 시험 및 제어 방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    전력 요구 명령을 수신하는 단계 - 상기 전력 요구 명령은 액티브 전력 요구 명령 및 리액티브 전력 요구 명령을 포함함 -;
    상기 현재 풍속 정보에 기초하여 각각의 풍력 발전 유닛의 작업 능력 값을 계산하는 단계; 및
    상기 전력 요구 명령 및 각각의 풍력 발전 유닛의 상기 작업 능력 값에 기초하여 각각의 풍력 발전 유닛에 의해 생성될 필요가 있는 액티브 전력 및/또는 리액티브 전력을 계산하고, 상기 필요한 액티브 전력 및/또는 리액티브 전력에 기초하는 작업에 대한 명령을 각각의 풍력 발전 유닛에 송신하는 단계
    를 더 포함하는, 시험 및 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 풍력 발전 유닛에 의해 생성된 교류의 파형 내의 복수의 벡터의 허수부 값들을 연속적으로 수집하는 단계;
    상기 복수의 벡터의 상기 허수부 값들을 0의 값과 각각 비교하고, 비교 값들의 적어도 2개의 그룹을 획득하는 단계 - 상기 비교 값들의 상기 적어도 2개의 그룹 각각은, 하나의 벡터의 허수부 값이 양수이고 다른 하나의 벡터의 허수부 값이 음수인, 2개의 인접하는 벡터를 포함함 -;
    상기 비교 값들의 상기 2개의 그룹 내의 적어도 4개의 벡터에 대응하는 시점들을 획득하는 단계;
    상기 적어도 4개의 벡터에 대응하는 상기 시점들에 기초하여, 상기 교류의 적어도 2개의 0점 교차 시점을 계산하는 단계; 및
    상기 교류의 상기 적어도 2개의 0점 교차 시점에 기초하여 상기 교류의 주파수를 계산하는 단계
    를 더 포함하는, 시험 및 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 방법은 가상 동기 발전기에 적용되는, 시험 및 제어 방법.
KR1020187015934A 2016-12-26 2017-06-28 풍력 발전소용 시험 및 제어 장치, 시스템 및 방법 KR102158419B1 (ko)

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