KR20190110364A - 풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템 - Google Patents

풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20190110364A
KR20190110364A KR1020180032244A KR20180032244A KR20190110364A KR 20190110364 A KR20190110364 A KR 20190110364A KR 1020180032244 A KR1020180032244 A KR 1020180032244A KR 20180032244 A KR20180032244 A KR 20180032244A KR 20190110364 A KR20190110364 A KR 20190110364A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
control
value
unit
wind power
wind
Prior art date
Application number
KR1020180032244A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102032712B1 (ko
Inventor
김대영
전상현
윤영술
강태중
Original Assignee
주식회사 한진산업
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 한진산업 filed Critical 주식회사 한진산업
Priority to KR1020180032244A priority Critical patent/KR102032712B1/ko
Priority to US16/968,314 priority patent/US10920750B2/en
Priority to PCT/KR2018/009904 priority patent/WO2019182206A1/ko
Publication of KR20190110364A publication Critical patent/KR20190110364A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102032712B1 publication Critical patent/KR102032712B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
    • F03D7/046—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic with learning or adaptive control, e.g. self-tuning, fuzzy logic or neural network
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
    • F03D7/045—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic with model-based controls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • F03D7/0292—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power to reduce fatigue
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F03D7/048—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller controlling wind farms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D11/00—Control of flow ratio
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D27/00—Simultaneous control of variables covered by two or more of main groups G05D1/00 - G05D25/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/103—Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F05B2270/1033—Power (if explicitly mentioned)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/20—Purpose of the control system to optimise the performance of a machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/332—Maximum loads or fatigue criteria
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Abstract

본 발명은 다양한 가능성이 있는 부지 조건에서 최적의 상태로 풍력 발전기가 운용되도록 제어할 수 있는 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 멀티 클래스 컨트롤러는 풍력발전기와, 상기 풍력발전기에서 생산된 전력을 미리 지정된 대상에 공급하는 전력전송부를 제어하는 멀티 클래스 컨트롤러에 있어서, 제어대상인 상기 풍력발전기 또는 상기 전력전송부가 설치된 지역의 환경 또는 상기 제어대상을 구성하는 요소의 상태를 감지하여 센싱값을 작성하는 센서부; 및 상기 센싱값을 전달받아 상기 제어대상의 동작상태를 판단하고, 상기 제어대상의 제어를 위해 미리 정해진 제어기본값을 상기 동작상태에 따라 미리 정해진 조정값을 적용하여 제어값으로 변환하고, 발전량이 최대가 되도록 하거나 상기 요소의 노후화를 판단하여 기준 이상의 노후화가 진행된 상기 요소에 가해지는 하중이 감소되도록 제어값을 조절하며, 상기 제어값의 생성을 위해 조정값을 탐색하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템{MULTY CLASS CONTROLLER FOR WIND POWER GENERATOR AND WIND POWER GENERATION SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 풍력 발전기를 위한 풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템에 관한 것으로 특히, 다양한 가능성이 있는 부지 조건에서 최적의 상태로 풍력 발전기가 운용되도록 제어할 수 있는 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템에 관한 것이다.
신재생 에너지 중 풍력발전은 다양한 요소 특히, 환경에 의한 영향을 가장 크게 받는 발전 방법 중 하나이다. 풍력발전이 이루어질 수 있는 요소로는 가장 중요한 풍속, 지속시간, 풍향과 이들의 변동폭이 있으나, 이외에도 돌풍의 발생여부, 습도, 염도, 온도와 같은 다양한 환경 요소에 대해 다른 발전에 비해 큰 영향을 받는다. 이러한 특성으로 인해, 입지적 조건 외에도 발전 중 변화되는 환경에 의해 제어 조건이 크게 변경되고, 발전량이 변동되는 특성을 가진다.
풍력발전은 고려해야 할 요소가 많기 때문에 일반적으로 가장 일정한 환경조건을 나타내는 곳 예를 들어, 일정한 방향으로 경제성 있는 바람이 부는 곳을 부지로 선정하고 발전시설을 구성하게 된다.
그렇다곤 해도, 시간별, 일별, 계절별로 환경조건이 변화는 발생하며, 이러한 변화에 대응하여 발전기의 피치, 요, 출력을 조절하는 매니지먼트가 필요하다. 때문에 다른 발전 방식에 비해 발전기를 제어하는 컨트롤러의 복잡도가 높아지고, 높은 성능이 요구된다.
이러한 이유들 때문에 기존의 풍력발전 방식은 제한된 장소에서만 운영이 가능한 실정이다. 더욱이 입지 조건이 상이하여 단일 종의 발전기를 이용할 수 없고, 이로 인해 다양한 클래스의 발전기 개발이 이루어져야 하지만, 이 경우 발전기별 컨트롤러의 개발 및 검증도 병행되어야 하기 때문에, 발전기의 개발 및 운영에 있어서 큰 제약이 되고 있다.
또한, 기존의 풍력 발전 방식은 높은 복잡도와 환경적인 부담으로 인해 유지 및 최적 발전을 위해 높은 수준 개발 능력과 유지능력이 필요하고, 이로 인해 풍력발전의 이용 증가가 어려운 실정이다.
한국등록특허 10-1453715(등록일 : 2014.01.15)
따라서, 본 발명의 목적은 다양한 가능성이 있는 부지 조건에서 최적의 상태로 풍력 발전기가 운용되도록 제어할 수 있는 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 최소 인력에 의해 운용, 유지 및 관리가 가능하고, 최적화된 운용이 가능하도록 한 풍력발전기를 위한 풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 다양한 규모, 다양한 클래스에 범용으로 적용 가능하도록 하여, 각 규모 및 클래스 단위 컨트롤러 개발을 하지 않도록 함으로써 발전시설의 구성에 필요한 노력, 비용 및 시간을 최소화할 수 있도록 한 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 멀티 클래스 컨트롤러는 풍력발전기와, 상기 풍력발전기에서 생산된 전력을 미리 지정된 대상에 공급하는 전력전송부를 제어하는 멀티 클래스 컨트롤러에 있어서, 제어대상인 상기 풍력발전기 또는 상기 전력전송부가 설치된 지역의 환경 또는 상기 제어대상을 구성하는 요소의 상태를 감지하여 센싱값을 작성하는 센서부; 및 상기 센싱값을 전달받아 상기 제어대상의 동작상태를 판단하고, 상기 제어대상의 제어를 위해 미리 정해진 제어기본값을 상기 동작상태에 따라 미리 정해진 조정값을 적용하여 제어값으로 변환하고, 발전량이 최대가 되도록 하거나 상기 요소의 노후화를 판단하여 기준 이상의 노후화가 진행된 상기 요소에 가해지는 하중이 감소되도록 제어값을 조절하며, 상기 제어값의 생성을 위해 조정값을 탐색하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 센싱값을 전달받고, 상기 제어값을 상기 제어대상에 출력하는 메인제어부; 및 상기 메인제어부로부터 상기 센싱값을 전달받아 상기 조정값을 산출하거나, 상기 조정값의 결정을 위한 테스트를 상기 메인제어부에 요청하는 자기 최적화부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 자기 최적화부는 상기 조정값의 조정 편차의 크기 또는 방향을 무작위로 설정하여 상기 조정값을 산출하여 산출된 상기 조정값이 적용된 상기 제어값에 의한 결과를 수집하는 과정을 랜덤하게 수행하여, 수행된 결과를 비교함으로써 상기 조정값을 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 상기 요소의 수명을 예측하는 요소 수명 관리부를 더 포함하여 구성되고, 상기 요소 수명 관리부는 상기 제어대상에 대해 미리 정해진 하중 계산하여 산출된 피로수명과, 상기 제어대상의 시간경과에 따라 예측되는 하중 정보에 상기 센싱값에 의해 측정된 실제하중을 적용한 예상 피로 손상을 비교하여, 상기 요소의 수명을 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 요소 수명 관리부는 상기 요소에 대해 산출된 수명 정보에 따라 노후화가 진행된 상기 요소를 판별하고, 상기 요소에 가해지는 하중이 감소되도록 상기 제어값을 조절하는 수명값을 산출하여 상기 메인제어부에 전달하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 풍력발전 시스템은 하나 또는 복수로 구성되는 풍력발전기; 상기 풍력발전기에서 생산된 전력을 미리 지정된 대상에 공급하는 전력전송부; 및 제어대상인 상기 풍력발전기 또는 상기 전력전송부가 설치된 지역의 환경 또는 상기 제어대상을 구성하는 요소의 상태를 감지하여 센싱값을 생성하고, 상기 센싱값을 이용하여 상기 제어대상의 동작상태를 판단하며, 상기 제어대상의 제어를 위해 미리 정해진 제어기본값을 상기 동작상태에 따라 미리 정해진 조정값을 적용하여 제어값으로 변환하고, 발전량이 최대가 되도록 하거나 상기 요소의 노후화를 판단하여 기준 이상의 노후화가 진행된 상기 요소에 가해지는 하중이 감소되도록 제어값을 조절하며, 상기 제어값의 생성을 위해 조정값을 탐색하는 멀티클래스 컨트롤러;를 포함하여 구성되며, 상기 멀티클래스 컨트롤러는 상기 조정값의 결정을 위해 상기 제어값을 조절하여 테스트를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템은 다양한 가능성이 있는 부지 조건에서 최적의 상태로 풍력 발전기가 운용되도록 제어하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템은 최소 인력에 의해 운용, 유지 및 관리가 가능하고, 최적화된 운용이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템은 다양한 규모, 다양한 클래스에 범용으로 적용 가능하도록 하여, 각 규모 및 클래스 단위 컨트롤러 개발을 하지 않도록 함으로써 발전시설의 구성에 필요한 노력, 비용 및 시간을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 멀티 클래스 컨트롤러가 구비되는 풍력발전 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성예시도.
도 2는 본 발명에 따른 제어부의 구성을 좀 더 상세히 도시한 구성예시도.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 클래스 컨트롤러의 기능을 블럭형태로 도시한 구성 예시도.
도 4는 본 발명에 따른 멀티 클래스 컨트롤러의 자기 최적화 과정을 설명하기 위한 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 멀티 클래스 컨트롤러의 요소수명 관리 과정을 설명하기 위한 예시도.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 뙤는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 멀티 클래스 컨트롤러가 구비되는 풍력발전 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 멀티 클래스 컨트롤러가 구비되는 풍력발전 시스템은 풍력발전기(10), 전력 전송부(80), 센서부(90) 및 제어부(100)를 포함하여 구성된다.
풍력발전기(10 : 10a, 10b, 10c)는 제어부(100)의 제어에 따라 운전되고 전력을 생산하여 전력 전송부(80)에 전달한다. 이러한 풍력발전기(10)는 블레이드(11), 허브, 회전자, 증속장치, 발전기, 안전장치와 같은 장치들이 구성되는 너셀(13)로 구성되고, 블레이드, 증속장치, 안전장치의 구동제어를 위한 액츄에이터와 같은 제어수단을 구비할 수 있다. 또한, 블레이드의 상태, 동작, 증속장치의 상태, 안전장치의 동작여부와 같은 풍력발전기(10)의 상태를 감지하기 위한 센서가 복수로 구비될 수 있으며, 이는 센서부(90)에 포함될 수 있다. 이러한 풍력발전기(10)는 제어부(100)의 제어신호에 따라 동작하거나 동작이 중지되며, 동작상태가 가변되어 출력전력을 변화시키게 된다. 이를 위해 풍력발전기(10)에 마련되는 제어수단이 제어부(10)의 제어명령을 전달받아 각 장치의 상태를 변경하게 된다.
풍력발전기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 복수로 구성될 수 있으며, 일반적으로 발전용량과 구조가 동일하게 구성되는 것이 일반적이다. 하지만, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 하나의 풍력발전기(10) 만으로 구성될 수도 있고, 서로 다른 구조, 다른 발전용량의 풍력발전기(10)가 혼합되어 구성될 수도 있다. 한편, 풍력발전기(10)가 다른 신재생에너지, 예를 들어, 태양광 발전, 지열발전, 조력 발전, 파력발전과 같은 발전 수단과 혼합되어 운용될 수도 있지만, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 풍력발전기만으로 구성된 경우를 예로 들어 설명을 진행하기로 한다.
전력 전송부(80)는 풍력발전기(10)로부터 생산된 전력을 공급받아 이를 전력계통, 에너지 저장장치와 같은 외부 시스템에 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 전력 전송부(80)는 풍력발전기(10)로부터 전달되는 교류전력을 직류전력으로 변환하거나, 전압을 승압 또는 감압하는 인버터 또는 컨버터를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 전력 전송부(80)는 단로기, 차단기, 전압계, 전류계와 같은 수단을 구비하여 전력계통과 풍력발전기(10)를 연결하거나 연결을 끊을 수 있다. 이 전력 전송부(80)도 제어부(100)의 제어에 따라 인버터 또는 컨버터의 전력 변환을 조절하여 전력 계통에 공급되는 전력을 조절할 수 있으며, 동작상태를 제어부(100)에 전달할 수 있다.
센서부(90)는 풍력발전기(10)가 동작하는 환경의 다양한 값을 측정하고 측정된 값을 제어부(100)에 전달한다. 센서부(90)는 풍향, 풍속과 같이 직접적으로 발전에 관련된 값 외에도, 습도, 온도, 직사광의 세기, 염도, 먼지 농도와 같이 풍력발전기(10)의 내구성 및 발전량에 직간접적인 영향이 있는 요소를 측정하고 측정된 센싱값을 제어부(100)에 전달하게 된다. 이러한 센서부(90)는 서로 다른 인터페이스, 센싱값을 생성하는 센서 장치들로 구성될 수 있으며, 이들의 센싱값은 제어부(100)에 의해 인터페이싱되어 이용되거나 전달되게 된다. 아울러, 센서부(90) SCADA(Spervisory Control And Data Acquisition)과 같은 원격 감시 제어 장치로 구성되거나, 이를 포함하여 구성될 수 있으며, 별도의 외부 서비스(예를 들어, 기상청)를 통해 센싱데이터에 대응되는 데이터를 전달 받을 수도 있다.
제어부(100)는 풍력발전기(10)의 운영을 위한 제어명령, 전력전송부(80)의 운영을 위한 제어명령을 생성하여 풍력발전기(10) 및 전력전송부(80)에 전달한다. 그리고 제어부(100)는 센서부(90)로부터 전달되는 센싱값을 이용하여, 제어명령의 생성 및 전달에 이용한다. 이를 위해 제어부(100)는 메인 제어부, 자기 최적화부 및 요소 수명 관리부를 포함하여 구성된다. 이들 구성에 대해서는 하기에서 도 2를 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
이러한 제어부(100)는 각 풍력발전기(10), 풍력발전기(10)가 설치된 지역의 환경 요소, 풍력발전기(10)를 구성하는 요소특성에 따라 미리 정해지는 제어기본값을 센싱값 및 미리 저장되는 데이터에 따라 변환하여 제어값을 생성하고, 생성된 제어값을 풍력발전기(10) 또는 전력전송부(80)에 전달하여 풍력발전을 제어하게 된다.
좀 더 구체적으로 제어부(100)에는 풍력발전기(10)가 운영되는 지역의 환경에 대한 정보와 해당 환경에서 운영시 기준이 되는 제어정보가 저장된다. 이 제어정보는 피치제어(pitch control) 또는 실속제어(stall control)와 같은 출력제어방식, 정속운전 또는 가변속 운전과 같은 운전방식에 관련된 정보, 정상 터빈 작동 제어, 오작동 모니터링, 하중 제어, 필터와 센서 데이터 처리에 관련된 정보와 같이 풍력발전기(10)의 운용을 위한 제어기본값이 포함된다. 또한, 제어정보는 풍력발전기(10)의 방식, 예를 들어, 수평축인지, 수직축인지와 같은 구조관련 정보도 저장된다.
특히, 제어정보는 제어기본값을 센싱데이터 또는 수명예측값과 같은 변화되는 요인에 따라 조절할 수 있도록 하는 조절정보가 포함된다. 이외에도 제어정보에는 요소수명을 예측하기 위해 풍력발전기(10)의 소모성 부품 또는 노후화에 의한 유지 관리가 필요한 부품, 발전시 전력 생산량에 관계된 부품의 수평, 유지 관리를 위한 제어부의 처리 절차와 같은 요소 특성 정보가 더 포함되어 저장된다. 이러한 제어정보는 풍력발전기(10)가 도 1에서와 같이 복수로 구성되는 경우 풍력발전기(10)별로 적용될 필요가 있는 개별정보와 풍력발전기(10)들 전체에 통합적으로 적용할 수 있는 통합정보로 구분되어 준비되어 이용될 수 있다.
제어부(10)는 이러한 제어정보를 통해 풍력발전기(10)의 제어를 위한 제어값을 풍력발전기(10) 또는 전력전송부(80)에 전달하여 풍력발전 시스템의 운영을 수행하게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 제어부의 구성을 좀 더 상세히 도시한 구성예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 멀티 클래스 컨트롤러의 제어부(100)는 메인제어부(110), 자기최적화부(140) 및 요소수명 관리부(170)를 포함하여 구성된다.
메인제어부(110)는 풍력발전기(10) 및 전력전송부(80)에 대한 제어값을 생성하여 전달하고, 센서부(90)로부터 센싱값을 전달받아 제어값의 생성에 이용하거나 자기최적화부(140) 또는 요소수명 관리부(170)에 전달한다.
구체적으로 메인제어부(110)는 센서부(90)와 같은 외부 장치로부터 센싱값과 같은 데이터를 전달받을 수 있는 인터페이스의 역할을 하며, 전달받은 데이터 특히, 센싱값을 전달받아 제어값의 생성에 이용한다. 여기서, 데이터는 풍력발전기(10)와 전력전송부(80)를 포함하는 풍력발전시템의 제어를 위한 것으로, 기상청과 같은 별도의 서비스 시스템으로부터 전달되는 데이터 또는 원격지의 다른 시스템으로부터 전달되는 데이터일 수 있다.
이러한 메인제어부(110)는 제어정보에 포함된 제어기본값에 센싱값, 자기최적화부(140)에서 전달되는 조정값 및 요소수명관리부(170)에 의해 전달되는 수명관리를 위한 수명값을 적용하여 제어값을 생성하고 생성된 제어값을 제어명령으로 풍력발전기(10) 및 전력전송부(80)에 전달한다. 예를 들어, 메인제어부(10)는 현재 풍속정보가 센싱값으로 전달되면, 센싱값을 자기최적화부에 전달한다. 그리고, 메인제어부는 제어정보를 통해 현재 풍속에서의 피치 컨트롤을 위한 제어기본값을 확인하여 제어정보에 기록된 제어기본값을 확인한다. 이때, 자기최적화부(140) 또는 요소수명 관리부(170)로부터 조정값 또는 수명값이 전달되면 제어기본값을 조정값 또는 수명값만큼 조절하여 제어값을 산출하게 된다.
즉, 제어기본값에서 현재 풍속에서 최적의 발전을 위한 피치값이 A°라고 정해져 있으면, 이 "A°"라는 값이 제어기본값이 되고, 조정값 또는 수명값은 이를 조절하기 위한 각도값을 전달될 수 있다. 즉, 메인제어부(110)는 조정값 또는 수명값에 의해 A°를 A2°로 전환하도록 A2°값을 제어값을 산출하여 전달하게 된다. 여기서, 조정값 또는 수명값은 제어 대상의 요소에 따라 달라지는 것이 자명하다. 예를 들어, 피치, 요와 같은 경우 각도값 및 이에 대한 편차값일 수 있고, 액츄에이터의 구동을 위한 값이면 압력값, 모터의 회전 수 또는 속도를 나타내는 값일 수 있으며, 인버터의 경우 스위칭 주파수와 같은 값으로 정의될 수도 있다. 본 발명에서 각 제어값의 구체적인 형태와 종류를 기재하지 않지만, 조정값과 수명값이 제어기본값을 조절하기 위한 값 또는 조건의 형태로 제공될 수 있음은 자명한 사항이다.
여기서, 메인제어부(110)가 자기최적화부(140)와 요소수명 관리부(170)로부터 각각 조정값과 수명값을 전달받아 제어값을 산출하도록 하는 것으로 기재되어 있지만, 요소수명 관리부(170)의 수명값을 자기최적화부(140)가 전달받아 조정값을 산출하고, 최종적으로 조정값만이 메인제어부(110)에 전달되도록 하거나, 이의 반대 경우를 통해 조정값이 반영된 수명값이 메인제어부(110)에 전달되어 제어값을 산출하도록 할 수 있는 것으로 제시된 바에 의해서만 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 특히, 이러한 제어값은 조정값 또는 수명값이 변경되지 않는 한 1회 산출 후 저장되어 반복적으로 이용되도록 하는 것도 가능하다.
한편, 메인제어부(110)는 외부 시스템과 제어부(10)를 연결하는 인터페이스의 역할을 한다. 일례로 메인제어부(110), 자기최적화부(140) 및 요소수명관리부(170)는 센서부(90)와 같은 외부 장치들 또는 별도의 서비스 시스템으로부터 센싱값과 같은 데이터를 전달받아야 한다. 이때, 여러 종류의 외부장치 또는 시스템과 연결되기 위해서는 다양한 인터페이스를 구비해야 할 수 있으며, 이는 곧 시스템의 복잡도 상승으로 이어지게 된다. 때문에 이러한 외부 장치 또는 시스템과의 연결을 메인제어부(110)에 의해 수행하고, 메인제어부(110)가 데이터의 전달을 중계하는 역할을 하게 된다. 이를 위해 메인제어부(110)는 내장된 통신부 또는 별도의 인터페이스로 구성되는 통신수단과의 연결을 통해 데이터 교환을 수행하고, 데이터를 자기최적화부(140) 또는 요소수명 관리부(170)에 전달하거나, 이들로부터 전달받아 외부에 전달하는 역할을 하게 된다. 일반적으로 통신부는 인터넷 프로토콜을 이용하여 상호간에 통신을 수행할 수 있으나, RS232와 같은 고유의 통신방식을 사용할 수 있으며, 이를 위해 통신방식별 통신모듈이 더 구비될 수도 있다.
자기최적화부(140)는 제어기본값을 조절하여 현재 운영환경 현재 장비별로 가지는 최적화된 제어값이 풍력발전기(10) 또는 전력전송부(80)에 전송될 수 있도록 제어값의 조정을 위한 조정값을 전달한다. 특히, 자기최적화부(140)은 미리 정해진 절차에 따라 제어기본값을 변경하여 운영하도록 메인제어부(110)에 조정값을 전달하고, 이를 통해 현재 운영환경에서 해당 장치 즉, 풍력발전기(10) 또는 전력전송부(80)가 최대의 전력을 생산할 수 있게 조절한다.
좀 더 구체적으로 제어정보에는 각 풍력발전기(10) 또는 전력전송부(80)에 대해 미리 수행된 실험에 의해 산출되는 제어값이 포함되어 전달된다. 그러나, 현장에서는 온도, 습도, 염도 또는 먼지와 같은 요소들에 의해 운영환경이 달라질 수 있으며, 이에 따라 제어기본값에 의해 최적의 발전을 수행할 수 없는 상황이 발생하며, 동일한 스펙으로 생산된 발전기라하더라도 장치별로 다른 특성을 가지게 되어 동일한 제어값을 전달하더라도 동일한 발전이 이루어지지 않을 수 있다. 때문에 자기최적화부(140)는 장비 특성 및 환경 특성이 고려될 수 있도록 현장 상황, 운영시간의 경과에 따라 제어값을 조절함으로 조정값을 산출하게 된다.
이 과정에서 자기최적화부(140)는 요소수명 관리부(170)에 의해 전달되는 수명값을 반영하여 조정값을 결정할 수 있으나, 이로써만 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 자기최적화부(140)에 의해 최적화값을 찾는 방법에 대해서는 하기에서 다른 도면을 참조하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
요소수명관리부(170)는 제어정보에 포함되는 풍력발전기(10) 또는 전력전송부(80)를 구성하는 각 구성요소의 수명정보를 이용하여 구성요소별 소모를 판단하고, 이에 따라 메인제어부(110)가 이를 고려한 제어값을 산출하도록 하거나, 외부에 구성요소의 상태를 알릴 수 있게 하는 역할을 한다. 여기서, 제어부(10)는 외부와의 통신을 위한 통신부를 직접 구비하거나, 별도로 구비되는 통신부와 연결되어 관리자가 지정한 시스템과 통신을 수행할 수 있으나, 이에 대해서는 공지의 기술범위 내에서 이해될 수 있는 사항으로 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이 요소수명관리부(170)는 실험에 의해 정해지는 수명정보를 현장상황에서 얻어지는 센싱값을 반영하여 수명 예측을 수행함으로써, 실제 사용환경에서 각 요소의 수명을 예측하여 관리가 이루어지도록 하는 역할을 한다. 이와 함께 요소수명관리부(170)는 시간의 경과에 따른 소모율을 확인하여 수명값을 산출하고, 소모에 따른 효율저하를 반영한 제어값이 산출될 수 있도록 수명값을 메인제어부(110)에 전달하거나 자기최적화부(140)에 전달하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 멀티 클래스 컨트롤러의 기능을 블럭형태로 도시한 구성 예시도이다.
도 3을 참조하면, 전술한 바와 같이 메인제어부(110)는 현재상태에 대한 센싱값이 전달되면, 현재상태에 해당하는 미리 저장된 제어기본값에 자기최적화부(140) 및 요소수명관리부(170)로부터 전달되는 조정값과 수명값을 반영하여 제어값을 산출하고, 산출된 제어값을 제어대상(풍력발전기(10) 또는 전력전송부(80))에 전달하여 제어를 수행한다. 이를 위해, 메인제어부(110)는 기능의 수행을 위한 다양한 종류와 방대한 양의 정보를 유지관리하게 된다.
구체적으로 메인제어부(110)는 제어값산출부(111), 제어정보 저장부(113) 및 인터페이스(119)를 포함하여 구성될 수 있으며, 제어정보 저장부(113)는 정상 동작 제어(115), 오작동 제어(116), 하중 제어(117), 필터&센서데이터 처리(118) 영역으로 구분될 수 있다. 여기서, 메인 제어부(110)의 기능 설명을 위해 일례로 제시된 것으로 제시된 바에 의해서만 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
제어값산출부(111)는 제어값산출부(111)는 제어정보 저장부(113)에 저장된 제어정보를 토대로 제어기본값을 산출하고, 제어기본값에 조정값과 수명값을 적용하여 제어값을 산출한 후 산출된 제어값을 제어대상에 전달한다. 이때, 제어값산출부(111)는 적절한 제어값 산출을 위해 센싱값을 이용하여 제어대상이 정상 작동 상태인지, 오작동 상태인지, 하중 제어와 같은 별도의 제어가 필요한 상태인지를 제어정보 저장부(113)의 제어정보를 토대로 판단하고, 판단된 상태에 따른 제어값을 산출하여 제어대상에 전달하게 된다.
제어정보 저장부(113)는 제어대상의 제어를 위한 각종 데이터와 데이터를 처리하는 방법이 기록되며, 제어값산출부(111)의 요청에 따라 제어값산출부(111), 자기최적화부(140) 및 요소수명 관리부(170)에 전달한다. 여기서, 자기최적화부(140) 및 요소수명 관리부(170)는 별도의 제어정보를 별도의 영역에 개별적으로 유지할 수 있으나, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 메인제어부(110)에 모두 구성되는 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 이를 위해 제어정보 저장부(113)는 도 3에 도시된 바와 같이 각 제어정보가 구분되어 저장되는 영역인 정상 작동 제어 영역(115), 오작동 제어 영역(116), 하중 제어 영역(117), 필터&센서데이터 처리 영역(118)을 포함할 수 있으며, 이외에도 필요에 따라 정보 영역의 추가 또는 변경이 가능하다.
정상작동 제어 영역(115)에는 풍력발전기(10)의 파킹, 정상 시작, 아이들링, 정상 중지, 피치 제어 정보, 파워/토크 제어 정보, 요(yaw) 제어 정보, 플리커 컨트롤 정도, 노이즈 제어 정보와 같이 직접 적인 제어를 위한 제어값 산출시 소요되는 데이터와 절차에 대한 정보가 저장될 수 있다.
오작동 제어 영역(116)에는 피치 제어 실패 정보, 요 제어 에러 정보, 로터 또는 발전기의 과속 제어, 전력전송부 제어 실패, 부하 제한 제어, 전력의 주파수 제어, 전력이 증폭률 제어와 관련된 정보가 저장될 수 있다.
하중 제어 영역(117)에는 출력과 속도 제어 정보, 댐핑 제어 정보, 피드 포워드 제어(feed forward) 정보, 향상된 피치 제어 정보, 로터 제어 정보와 같은 정보들이 저장될 수 있다.
필터&센서 데이터 처리 영역(118)에는 인터페이스를 통해 연결되는 외부 장치 및 외부 시스템에 대한 장치, 연결방법, 데이터 처리에 관한 정보가 저장된다.
인터페이스(119)를 통해 센싱값을 전달받아, 자기최적화부(140) 또는 요소수명관리부(170)가 이용 가능한 형태로 변환하여 전달한다. 이와 같은 변환은 센싱값이 자기최적화부(140)와 요소수명관리부(170)에서 요구하는 데이터 형태가 아닌 경우에만 이루어지며, 변환을 위해 제어정보 저장부(113)의 필터&센서데이터 처리(118) 영역에 저장되는 정보를 참조하여 변환을 수행하고 변환된 센싱값을 전달하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 멀티 클래스 컨트롤러의 자기 최적화 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4를 참조하면, 전술한 바와 같이 본 발명의 멀티 클래스 컨트롤러는 미리 정해진 제어정보만을 이용하지 않고, 풍력발전기(10)가 설치된 현장 상화, 부하의 상태, 풍력발전기(10)나 전력전송부(80)의 사용시간 경과에 따른 소모를 고려하여 최적의 상태를 추정하고 이에 따른 운전제어를 수행하게 된다.
이를 위해 전술한 바와 같이 멀티 클래스 컨트롤러의 제어부(10)는 제어값을 생성하여 전달하는 제어부(110)외에 자기 최적화부(140)를 포함하여 구성되며, 자기최적화부(140)와 제어부(110)의 공조를 통해 최적화 운전이 이루어질 수 있게 한다.
구체적으로 센싱값이 전달되면 제어부(110)가 제어정보에 기록된 제어기본값에 의해 센싱값에 의해 파악되는 현재상태에 적합한 제어값을 산출하게 된다. 이때, 산출된 제어값이 그대로 전달되지 않고 자기최적화부(140)에 의해 산출되는 조정값에 의해 제어기본값을 조절한 제어값이 산출되고, 이 조절된 제어값이 제어대상에게 전달되게 된다.
이러한 조정값의 산출을 위해 자기최적화부(140)는 도 4에 도시된 바와 같은 절차에 의해 조정값을 산출하게 된다. 이를 위해 자기최적화부(140)는 조정값의 편차 즉, 제어값에 의해 동작되는 편차를 무작위로 생성하여 결과값을 측정하고, 이를 다른 편차에 의해 생성된 결과값과 비교하여 최적의 조정값을 산출하게 된다. 아울러, 이러한 편차 즉, 최적화된 조정값을 산출하기 위한 과정에서 자기최적화부(140)는 무작위 편차가 적용된 조정값을 메인제어부(110)에 전달하고, 메인제어부(110)는 전달된 조정값에 따른 제어를 수행하며, 수행결과를 센서부(90) 또는 전력전송부(80)를 통해 전달받아 자기최적화부(140)에 전달하게 된다.
구체적으로, 자기최적화부(140)는 메인제어부(110)가 산출한 제어기본값을 기준값으로 하는 현재 조건값(191, step1)을 설정하게 된다. 그리고, 자기최적화부(140)는 현재 조건값(191, step1)을 기준으로 동작편차를 설정하게 된다. 이때, 자기최적화부(140)는 무작위로 편차크기(T)와 방향(+, -)를 설정하게 된다.
예를 들어, 자기최적화부(140)는 현재 조건값을 증가시키는 방향으로 임의 크기의 편차(+T)를 설정한 포지티브 오프셋(192)을 결정할 수 있다. 즉, 피치의 각조를 조절하기 위한 제어값인 경우 피치의 각도가 커지는 방향으로 제어값을 변경시키는 조정값을 산출할 수 있다. 이 포지티브 오프셋(192)에 의한 조정값이 전달되면 메인제어부(110)는 조정값에 따라 피치가 제어되도록 피치 조절수단(예를 들어, 액츄에이터 또는 모터)에 제어값을 전달하게 된다. 그리고 결과를 확인할 수 있는 시간이 경과될 때까지의 센싱값을 메인제어부(110)가 센서부(80)로부터 수신하여 자기최적화부(140)에 전달하게 된다.
마찬가지로 자기최적화부(140)는 조건값을 감소시키는 방향의 임의 크기의 편차(-T)를 설정한 네거티브 오프셋(193)을 결정하고, 이에 대한 결과값을 전술한 과정을 통해 획득할 수 있다.
여기서, 편차의 크기를 증가 감소시키는 기준이 되는 조건값은 최초의 제어기본값일 수도 있지만, 직전에 산출된 조건값 즉, 오프셋일 수도 있다.
이와 같이 다양한 편차에 의해 결과가 획득되면 자기최적화부(140)는 획득된 결과를 비교하여 더 좋은 결과, 예를 들어 피치 조절의 경우 하중의 감소, 발전량 증가와 같은 결과를 얻을 수 있는 편차값을 선택하게 된다.
이때 선택된 편차값이 바로 조정값으로 적용되어 메인제어부(110)에 전달될 수도 있지만, 다른 최적화 값을 산출하기 위한 편차의 크기, 편차의 방향을 고려하는 값으로 이용될 수도 있다. 이와 같은 과정을 미리 정해진 조건 예를 들어, 풍향의 변동이 발생되는 경우, 구성요소의 사용시간이 일정시간에 도달한 경우와 같이 다양한 조건에 따라 주기적으로 실행되어 최적화를 위한 조정값을 산출하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 멀티 클래스 컨트롤러의 요소수명 관리 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
요소수명 관리부(170)는 풍력발전시스템을 구성하는 각 구성의 부품 즉, 구성요소별로 노화여부를 판단하고, 노화에 따른 수명을 예측하거나, 효율저하를 산출한다.
이를 위해 요소수명 관리부(170)는 도 5와 같은 절차에 의해 수명을 예측하여 관리자에게 관리를 요청하거나, 구성요소의 부담을 경감하는 방향으로 제어값을 경감시켜 더 오랜시간 동안 부품을 사용할 수 있게 하는 역할을 하게 된다.
이를 위해, 요소수명 관리부(170)는 제어정보에 포함된, 구성요소 기반 설계하중(195) 정보 및 시간측정기반 요소하중 정보(196)와 센싱값(197)에 의한 환경요소(197)를 이용하게 된다. 요소하중 정보(195)는 설계 당시의 조건 또는 실험적환경에 의해 산출된 것으로 제어대상이 설치된 지역의 환경요소가 고려되지 않은 노후와 관련 정보이며, 전술한 제어정보에 포함된다. 시간측정 기반 요소하중 정보(196)는 요소하중 정보(195)에 시간 경과에 따른 소모 및 노후를 적용하여 산출한 정보이다.
환경요소(197)는 센서부(90)나 외부 시스템에 의해 전달받을 수 있는 사항으로 풍력발전기(10)가 설치된 지역의 환경정보를 의미하며, 순시적인 측정값 외에도 누적된 값 또는 누적값의 평균값을 포함할 수 있다.
요소소명 관리부(170)는 요소하중 정보(196) 즉, 설계 당시 계산된 하중에 의한 현재 피로 손상(198)을 산출한다. 그리고, 시간측정 기반 요소하중 정보(196)에 의한 노후화에 풍력발전기(10)가 구동되면 받은 실제하중을 적용하여 예상 피로 손상(199)을 산출하게 된다.
그리고, 이 현재 피로 손상(198)과 예상 피로 손상(199)를 비교하여, 실험적으로 산출된 상태에 비해 얼마나 더 소모가 되었는지 판단하게 된다. 이를 통해 구성요소 기반 설계 하중(195)에 의해 예상되었던 수명과 실제 수명과의 차이를 산출함으로써, 관리자가 실제 수명년한을 더 정확하게 예측할 수 있게 된다.
특히 요소수명 관리부(170)는 이러한 절차를 각 구성요소 즉, 부품에 대해 수행함으로써 어느 구성요소가 큰 하중을 받아 빨리 노후화되는지 파악할 수 있으며, 해당 구성요소의 노후화를 줄이기 위한 방법으로 운영이 되도록 하게 된다. 즉, 메인제어부(110) 또는 자기최적화부(140)에 제어값의 변경을 위한 값을 전달하여 소모가 빠른 부품의 하중을 감소시키는 제어가 이루어지도록 하게 된다.
이와 같은 절차에 자기최적화부(140)에 의해 주어진 각종 부하의 제약 내에서 발전에 영향을 줄 수 있는 요소들을 자동으로 보정하여 최적화된 상태로 풍력발전을 수행할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 멀티 클래스 컨트롤러는 풍력발전기와 전력전송부의 제어를 이들이 설치된 환경에 맞게 수행하여 주어진 환경에서 최적의 발전이 이루어지도록 제어하게 된다.
특히, 본 발명의 컨트롤러는 제어값을 미리 설정된 값만으로 수행하는 것이 아니라, 제어대상의 특성을 직접 테스트하고 조절함으로써 제어대상이 설치된 특이적 환경과 제어대상 고유의 특성을 반영한 제어가 이루어지도록 할 수 있으며, 아울러 제어대상을 구성하는 요소들의 수명을 고려한 제어가 이루어지도록 하는 것이 가능하다.
더욱이 본 발명의 컨트롤러는 제어대상의 고유 특성을 반영할 수 있기 때문에 다양한 클래스의 제어대상에 보편적으로 적용하여 이용할 수 있는 장점을 제공한다.
특히, 본 발명의 컨트롤러는 이러한 제어를 사용자의 통제를 통해 수행 및 산출하지 않고 컨트롤러가 미리 정해진 조건에 따라 임의로 수행함으로써 이를 수행하기 위한 별도의 인력을 보유하지 않고도 최적의 운전이 이루어지도록 하는 것이 가능하다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여려가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10 : 풍력발전기 11 : 블레이드
13 : 너셀 80 : 전력전송부
90 : 센서부 100 : 제어부
110 : 메인제어부 111 : 제어값 산출부
113 : 제어정보 저장부 115 : 정상 작동 제어 영역
116 : 오작동 제어 영역 117 : 하중 제어 영역
118 : 필터&센서데이터 처리 영역 119 : 인터페이스
140 : 자기최적화부 170 : 요소수명 관리부

Claims (6)

  1. 풍력발전기와, 상기 풍력발전기에서 생산된 전력을 미리 지정된 대상에 공급하는 전력전송부를 제어하는 멀티 클래스 컨트롤러에 있어서,
    제어대상인 상기 풍력발전기 또는 상기 전력전송부가 설치된 지역의 환경 또는 상기 제어대상을 구성하는 요소의 상태를 감지하여 센싱값을 작성하는 센서부; 및
    상기 센싱값을 전달받아 상기 제어대상의 동작상태를 판단하고, 상기 제어대상의 제어를 위해 미리 정해진 제어기본값을 상기 동작상태에 따라 미리 정해진 조정값을 적용하여 제어값으로 변환하고, 발전량이 최대가 되도록 하거나 상기 요소의 노후화를 판단하여 기준 이상의 노후화가 진행된 상기 요소에 가해지는 하중이 감소되도록 제어값을 조절하며, 상기 제어값의 생성을 위해 조정값을 탐색하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 센싱값을 전달받고, 상기 제어값을 상기 제어대상에 출력하는 메인제어부; 및
    상기 메인제어부로부터 상기 센싱값을 전달받아 상기 조정값을 산출하거나, 상기 조정값의 결정을 위한 테스트를 상기 메인제어부에 요청하는 자기 최적화부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 자기 최적화부는
    상기 조정값의 조정 편차의 크기 또는 방향을 무작위로 설정하여 상기 조정값을 산출하여 산출된 상기 조정값이 적용된 상기 제어값에 의한 결과를 수집하는 과정을 랜덤하게 수행하여, 수행된 결과를 비교함으로써 상기 조정값을 결정하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 요소의 수명을 예측하는 요소 수명 관리부를 더 포함하여 구성되고,
    상기 요소 수명 관리부는
    상기 제어대상에 대해 미리 정해진 하중 계산하여 산출된 피로수명과,
    상기 제어대상의 시간경과에 따라 예측되는 하중 정보에 상기 센싱값에 의해 측정된 실제하중을 적용한 예상 피로 손상을 비교하여, 상기 요소의 수명을 산출하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 요소 수명 관리부는
    상기 요소에 대해 산출된 수명 정보에 따라 노후화가 진행된 상기 요소를 판별하고,
    상기 요소에 가해지는 하중이 감소되도록 상기 제어값을 조절하는 수명값을 산출하여 상기 메인제어부에 전달하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러.
  6. 하나 또는 복수로 구성되는 풍력발전기;
    상기 풍력발전기에서 생산된 전력을 미리 지정된 대상에 공급하는 전력전송부; 및
    제어대상인 상기 풍력발전기 또는 상기 전력전송부가 설치된 지역의 환경 또는 상기 제어대상을 구성하는 요소의 상태를 감지하여 센싱값을 생성하고, 상기 센싱값을 이용하여 상기 제어대상의 동작상태를 판단하며, 상기 제어대상의 제어를 위해 미리 정해진 제어기본값을 상기 동작상태에 따라 미리 정해진 조정값을 적용하여 제어값으로 변환하고, 발전량이 최대가 되도록 하거나 상기 요소의 노후화를 판단하여 기준 이상의 노후화가 진행된 상기 요소에 가해지는 하중이 감소되도록 제어값을 조절하며, 상기 제어값의 생성을 위해 조정값을 탐색하는 멀티클래스 컨트롤러;를 포함하여 구성되며,
    상기 멀티클래스 컨트롤러는
    상기 조정값의 결정을 위해 상기 제어값을 조절하여 테스트를 수행하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.

KR1020180032244A 2018-03-20 2018-03-20 풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템 KR102032712B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180032244A KR102032712B1 (ko) 2018-03-20 2018-03-20 풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템
US16/968,314 US10920750B2 (en) 2018-03-20 2018-08-28 Multi-class controller for wind power generator and wind power generation system using same
PCT/KR2018/009904 WO2019182206A1 (ko) 2018-03-20 2018-08-28 풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180032244A KR102032712B1 (ko) 2018-03-20 2018-03-20 풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190110364A true KR20190110364A (ko) 2019-09-30
KR102032712B1 KR102032712B1 (ko) 2019-11-08

Family

ID=67986552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180032244A KR102032712B1 (ko) 2018-03-20 2018-03-20 풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10920750B2 (ko)
KR (1) KR102032712B1 (ko)
WO (1) WO2019182206A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100219634A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 Acciona Windpower, S.A. Wind turbine control method, control unit and wind turbine
KR101453715B1 (ko) 2014-03-17 2014-11-04 주식회사 글로벌알텍 풍력 발전 제어 장치 및 방법
KR20150024893A (ko) * 2012-06-15 2015-03-09 보벤 프로퍼티즈 게엠베하 풍력 터빈 및 풍력 터빈 또는 풍력 발전 지역의 제어 방법
KR101606139B1 (ko) * 2014-11-20 2016-03-24 대우조선해양 주식회사 에너지 생산량 극대화를 위한 풍력발전기 운전 시스템

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2557311A1 (en) * 2011-08-12 2013-02-13 kk-electronic a/s A method for controlling a wind power park and a wind power park controlled by such method
JP5567044B2 (ja) 2012-02-21 2014-08-06 三菱重工業株式会社 ウインドファームの運転方法及びウインドファームの運転制御システム
KR20150080845A (ko) * 2014-01-02 2015-07-10 두산중공업 주식회사 풍력 발전기용 블레이드의 제어장치, 제어방법, 및 이를 이용하는 풍력 발전기
KR101638141B1 (ko) * 2014-07-23 2016-07-08 전북대학교산학협력단 풍력발전단지의 유효전력 제어를 위한 시스템
US20190226456A1 (en) * 2018-01-19 2019-07-25 General Electric Company System and Method for Evaluating Loads of a Potential Wind Farm Site for Multiple Wind Scenarios

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100219634A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 Acciona Windpower, S.A. Wind turbine control method, control unit and wind turbine
KR20150024893A (ko) * 2012-06-15 2015-03-09 보벤 프로퍼티즈 게엠베하 풍력 터빈 및 풍력 터빈 또는 풍력 발전 지역의 제어 방법
KR101453715B1 (ko) 2014-03-17 2014-11-04 주식회사 글로벌알텍 풍력 발전 제어 장치 및 방법
KR101606139B1 (ko) * 2014-11-20 2016-03-24 대우조선해양 주식회사 에너지 생산량 극대화를 위한 풍력발전기 운전 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
US10920750B2 (en) 2021-02-16
WO2019182206A1 (ko) 2019-09-26
US20210010458A1 (en) 2021-01-14
KR102032712B1 (ko) 2019-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11448187B2 (en) Power system and method for operating a wind power system with a dispatching algorithm
EP3289656B1 (en) Failsafe power profile for a distributed generation management system
EP2896099B1 (en) A method of determining individual set points in a power plant controller, and a power plant controller
EP2896102B1 (en) A method of determining individual set points in a power plant controller, and a power plant controller
JP5117677B2 (ja) ウィンドファームならびにその制御方法
US9690267B2 (en) Selective droop response control for a wind turbine power plant
US11277052B2 (en) Energy storage management system
US9280797B2 (en) System and method to minimize grid spinning reserve losses by pre-emptively sequencing power generation equipment to offset solar generation capacity based on geospatial regional solar and cloud conditions
DK2290231T3 (en) System and method for updating formula in wind turbine controllers
JP2015061511A (ja) 地理空間的な地域の風の状況に基づいて風力発電能力を補償するように発電設備を先取り的に制御することによって電力網回転予備損失を最小限にするためのシステムおよび方法
WO2013000474A2 (en) Energy arbitage using energy price forecast and wind power forecast
MX2013009285A (es) Sistema y metodo para controlar una turbina eolica que incluye controlar la guiñada u otros parametros.
KR102032712B1 (ko) 풍력 발전기를 위한 멀티 클래스 컨트롤러 및 이를 이용한 풍력발전 시스템
JP2019534675A (ja) 商用電力グリッドを運用するためのシステム及び方法
US20210388815A1 (en) Method of controlling a wind turbine
EP3703216B1 (en) System and method for controlling a hybrid energy facility having multiple power sources
EP4332372A1 (en) Method of operating a wind turbine
EP4332371A1 (en) Method of operating a wind turbine
US20220228558A1 (en) Systems and methods for operating a power generating asset

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant