KR20200041536A - 풍력 발전기 투입 장치 및 방법 - Google Patents

풍력 발전기 투입 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

고장 발생 후 개별 구동된 풍력 발전기에 연계된 계통연계장치의 구동 상태 및 변류기의 전류를 근거로 정상적인 고장 구간 분리 여부를 진단하여 고장 구간을 제외한 풍력 발전기들을 계통에 투입시키는 풍력 발전기 투입 장치 및 방법을 제시한다. 제시된 풍력 발전기 투입 장치는 해상풍력 발전단지의 내부 전력망으로부터 고장 구간을 분리하는 고장 구간 분리부, 고장 구간 분리부에 의해 분리된 고장 구간에 포함된 풍력 발전기들을 순차적으로 개별 운전 기동시키는 전력망 제어부, 전력망 제어부에 의해 기동된 풍력 발전기의 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 감지하는 전력망 감지부 및 전력망 감지부에서 감지한 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 근거로 고장 구간의 적합성을 판단하는 적합성 판단부를 포함한다.

Description

풍력 발전기 투입 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATICALLY INJECTING WIND POWER GENERATOR}
본 발명은 풍력 발전기 자동 투입 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에서 고장 구간을 분리하고, 건전한 풍력 발전기를 투입(복구)하는 풍력 발전기 자동 투입 장치 및 방법에 관한 것이다.
해상풍력 발전단지 내부전력망은 여러 개의 선로로 구성되어 있는 다구간으로 구성되어 있고 풍력 발전기를 연결하는 해저 케이블에 고장이 발생하는 경우 육상풍력과는 달리 현장에서 빠르게 고장을 확인하기가 어려워 원격에서 정확하게 고장 구간을 파악하는 기술이 필수적이다.
이에, 해상풍력 발전단지의 내부전력망을 구성하는 해저 케이블에 고장이 발생하게 되면 보호계전기나 고장 구간 탐지 시스템을 이용하여 고장 구간을 파악한다. 이때, 해상풍력 발전단지는 해상에 설치되어 있어 고장구간 복구(교체)에 일반적으로 수개월이 소요되기 때문에, 육상풍력 발전단지와 같이 고장 위치를 즉시 확인하기 어렵고, 주로 환상망(Loop) 방식으로 구성되어 있어 다구간으로 이루어져 있어 고장구간만 제거하게 되면 해상풍력 발전단지의 운전이 가능하기 때문에 고장 구간의 파악이 반드시 필요하다.
하지만, 해상풍력 발전단지는 고장 구간을 파악하더라도 고장 위치 확인 및 고장 구간 제거, 건전 구간(즉, 풍력 발전기) 투입을 수동으로 하는 경우에는 해상 여건에 따라 짧게는 수일 길게는 수개월이 소요될 수 있어서 해상풍력 발전단지 경제성 및 신뢰성의 확보가 어려운 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2015-0036895호(명칭: 해저케이블 고장구간 탐색 및 고장복구 방법)
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 고장 발생 후 개별 구동된 풍력 발전기에 연계된 계통연계장치의 구동 상태 및 변류기의 전류를 근거로 정상적인 고장 구간 분리 여부를 진단하여 고장 구간을 제외한 풍력 발전기들을 계통에 투입시켜 해상풍력 발전단지의 경제성 및 신뢰성을 확보하도록 한 풍력 발전기 자동 투입 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기 자동 투입 장치는 해상풍력 발전단지의 내부 전력망으로부터 고장 구간을 분리하는 고장 구간 분리부, 고장 구간 분리부에 의해 분리된 고장 구간에 포함된 풍력 발전기들을 순차적으로 개별 운전 기동시키는 전력망 제어부, 전력망 제어부에 의해 기동된 풍력 발전기의 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 감지하는 전력망 감지부 및 전력망 감지부에서 감지한 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 근거로 고장 구간의 적합성을 판단하는 적합성 판단부를 포함한다.
내부 전력망에서 사고 발생시 발생하는 사고 전류를 감지하는 사고 전류 감지부를 더 포함하고, 고장 구간 분리부는 사고 전류 감지부에서 감지한 사고 전류를 근거로 고장 구간을 검출하고, 검출한 고장 구간을 내부 전력망으로부터 분리할 수 있다. 이때, 고장 구간 분리부는 고장 구간 검출 장치로부터 수신한 고장 구간을 내부 전력망으로부터 분리할 수도 있다.
전력망 제어부는 적합성 판단부에서 고장 구간이 적합한 것으로 판단하면 내부 전력망의 해상 변전소의 개폐기를 투입하고 내부 전력망에 포함된 풍력 발전기 중 고장 구간에 포함된 풍력 발전기를 제외한 나머지 풍력 발전기를 기동시킬 수 있다.
전력망 감지부는 풍력 발전기에 포함된 계통연계장치의 정상 기동 여부 및 트립 발생 여부를 감지하는 PCS 감지부 및 풍력 발전기에 설치된 변류기의 전류를 수집하는 변류기 감지부를 포함할 수 있다.
적합성 판단부는 전력망 감지부에서 계통연계장치가 정상 운전하고 전류가 감지되지 않으면 고장 구간이 적합한 것으로 판단하고, 전력망 감지부에서 계통연계장치의 트립 발생을 감지하면 고장 구간이 부적합한 것으로 판단하고, 전력망 감지부에서 풍력 발전기의 전류를 감지하면 고장 구간이 부적합한 것으로 판단할 수 있다. 이때, 적합성 판단부는 고장 구간이 부적합한 것으로 판단되면 고장 구간 재검출을 요청하는 경보를 발생할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기 자동 투입 방법은 풍력 발전기 자동 투입 장치를 이용한 풍력 발전기 자동 투입 방법으로, 해상풍력 발전단지의 내부 전력망으로부터 고장 구간을 분리하는 단계, 분리하는 단계에서 분리된 고장 구간에 포함된 풍력 발전기들을 순차적으로 개별 운전 기동시키는 단계, 개별 운전 기동시키는 단계에서 기동된 풍력 발전기의 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 감지하는 단계 및 감지하는 단계에서 감지한 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 근거로 고장 구간의 적합성을 판단하는 단계를 포함한다.
내부 전력망에서 사고 발생시 발생하는 사고 전류를 감지하는 단계를 더 포함하고, 분리하는 단계에서는 사고 전류를 감지하는 단계에서 감지한 사고 전류를 근거로 고장 구간을 검출하고, 검출한 고장 구간을 내부 전력망으로부터 분리할 수 있다. 이때, 분리하는 단계에서는 고장 구간 검출 장치로부터 수신한 고장 구간을 내부 전력망으로부터 분리할 수도 있다.
적합성을 판단하는 단계에서 고장 구간이 적합한 것으로 판단하면 내부 전력망의 해상 변전소의 개폐기를 투입하고 내부 전력망에 포함된 풍력 발전기 중 고장 구간에 포함된 풍력 발전기를 제외한 나머지 풍력 발전기를 기동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
감지하는 단계는 풍력 발전기에 포함된 계통연계장치의 정상 기동 여부 및 트립 발생 여부를 감지하는 단계 및 풍력 발전기에 설치된 변류기의 전류를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
적합성을 판단하는 단계에서는 감지하는 단계에서 계통연계장치가 정상 운전하고 전류가 감지되지 않으면 고장 구간이 적합한 것으로 판단하고, 감지하는 단계에서 계통연계장치의 트립 발생을 감지하면 고장 구간이 부적합한 것으로 판단하고, 감지하는 단계에서 풍력 발전기의 전류를 감지하면 고장 구간이 부적합한 것으로 판단할 수 있다. 이때, 적합성을 판단하는 단계에서 고장 구간이 부적합한 것으로 판단되면 고장 구간 재검출을 요청하는 경보를 발생하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 풍력 발전기 자동 투입 장치 및 방법은 고장 구간 분리 후에 풍력 발전기를 개별 구동시킨 후에 고장 구간의 적합성을 판단함으로써, 원격에서 고장 구간을 정확하게 분리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 풍력 발전기 자동 투입 장치 및 방법은 고장 구간 분리 후에 풍력 발전기를 개별 구동시킨 후에 고장 구간의 적합성을 판단함으로써, 고장 구간 이외의 구간에 배치된 풍력 발전기들을 빠르게 투입(복구)하여 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에서 사고 발생에 따른 정전을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 풍력 발전기 자동 투입 장치 및 방법은 고장 구간 분리 후에 풍력 발전기를 개별 구동시킨 후에 고장 구간의 적합성을 판단함으로써, 원격에서 안정성을 고려한 고장구간 제거 및 나머지 풍력발전기 복구가 가능하여 해상풍력 발전단지의 경제성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1을 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기 자동 투입 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기 자동 투입 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 2의 전력망 감지부를 설명하기 위한 도면.
도 4는 도 3의 전류 감지부를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기 자동 투입 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기 자동 투입 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1을 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기 자동 투입 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기 자동 투입 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 전력망 감지부를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 해상풍력 발전단지의 내부 전력망은 복수의 해상 풍력 발전기(10), 해상 케이블(20), 해상 변전소(30) 및 지상 변전소(40)를 포함하여 구성된다. 이때, 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에는 전류 크기 및 전류 방향 중 하나 이상을 포함하는 전류 데이터를 수집하는 브렌치 변류기(CT-n) 및 변류기(CTn-mL, CTn-mR 등) 등이 설치된다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 지상 변전소(40)에 설치된다. 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 지상 변전소(40)의 주제어반 내에 모듈 형태로 내장되거나, 독립된 장치로 구성될 수 있다.
해상풍력 발전단지의 내부 전력망에서 사고(고장)가 발생하여 사고 전류가 발생하면, 풍력 발전기(10)의 계통연계장치(PCS)가 구동하여 풍력 발전기(10)를 계통에서 분리한다. 이때, 해상 변전소(30)의 개폐기는 보호 릴레이(Protection Relay)에 의해서 이차적으로 계통 분리된다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 고장 구간 판단 장치 또는 자체에서 판단한 고장 구간을 계통에서 분리하고, 고장 구간의 풍력 발전기(10)를 순차적으로 하나씩 재기동시킨다.
고장 구간을 정상적으로 분리한 경우 풍력 발전기(10)의 계통연계장치(PCS)가 정상 구동하고, 풍력 발전기(10)의 변류기에서 부하전류가 계측되지 않는다. 즉, 고장 구간을 잘못 판단하거나 다른 구간을 고장 구간으로 분리하면 순간적으로 고장 전류가 발생한다. 그에 따라, 계통연계장치가 정상 구동하여 수백 ㎲ 이내로 투입된 풍력 발전기(10)를 분리시킨다.
하지만, 실제 고장 구간과 다른 구간을 분리한 경우 풍력 발전기(10)의 계통연계장치(PCS)가 기동중 자동 트립(OPEN)하거나 변류기에서 전류값이 계측된다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 계통연계장치가 자동 트립하거나 전류값이 계측되면 고장 구간의 재검출을 요청하는 경보를 발생한다. 그에 따라, 고장 구간 검출 장치 또는 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 고장 구간을 재검출하고 상술한 과정을 반복한다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 계통연계장치가 정상 구동하고 전류값이 계측되지 않으면 해상 변전소(30)의 개폐기를 기동시킨 다음 모든 풍력 발전기(10)를 기동시킨다.
이를 통해, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 고장 구간의 풍력 발전기(10)들의 제외한 나머지 풍력 발전기(10)들의 정상 운영한다.
도 2를 참조하면, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 사고 전류 감지부(110), 고장 구간 분리부(120), 전력망 제어부(130), 전력망 감지부(140), 적합성 판단부(150)를 포함하여 구성된다.
사고 전류 감지부(110)는 해상풍력 발전단자의 내부 전력망에서 사고(고장) 발생시 발생하는 사고 전류를 감지한다.
사고 전류 감지부(110)는 광통신을 통해 변류기 또는 별도의 전류 측정 장치로부터 전류를 수집한다. 사고 전류 감지부(110)는 풍력 발전기(10) 내부에 설치된 변류기, 풍력 발전기(10)에 연계된 차단기(70)에 연결된 해상 케이블(20)에 설치된 변류기, 각 모선의 시작점에 설치된 변류기 등에서 감지한 전류를 수집한다.
사고 전류 감지부(110)는 미리 설정된 설정값과 변류기로부터 수집한 전류를 비교하여 사고 전류를 감지한다. 사고 전류 감지부(110)는 변류기에서 측정된 전류가 설정값을 만족하면 사고 전류로 감지한다.
고장 구간 분리부(120)는 사고 전류가 발생하면 고장 구간을 분리한다. 이때, 고장 구간 분리부(120)는 지상 변전소(40)에 설치된 고장 구간 검출 장치로부터 고장 구간을 수신하고, 해당 고장 구간을 계통으로부터 분리한다. 고장 구간 분리부(120)는 사고 전류를 근거로 고장 구간을 검출하고, 검출한 고장 구간을 계통으로 분리할 수도 있다.
전력망 제어부(130)는 고장 구간 분리부(120)에서 고장 구간의 분리가 완료되면 고장 구간에 포함된 풍력 발전기(10)를 개별 운전 기동시킨다. 전력망 제어부(130)는 고장 구간에 포함된 풍력 발전기(10)를 순차적으로 기동시킨다. 전력망 제어부(130)는 고장 구간에 포함된 풍력 발전기(10) 중에서 고장 발생 지점에 가장 인접하여 배치된 풍력 발전기(10)부터 순차적으로 기동시킨다.
전력망 감지부(140)는 전력망 제어부(130)에 의해 풍력 발전기(10)가 개별 운전 기동할 때마다 개별 운전 기동된 풍력 발전기(10)를 감지한다. 전력망 감지부(140)는 풍력 발전기(10)의 계통연계장치(PCS) 운전 상태 및 전류를 감지한다. 즉, 전력망 감지부(140)는 계통연계장치의 정상 기동 여부 및 트립 발생 여부를 감지한다. 전력망 감지부(140)는 풍력 발전기(10)의 전류값을 감지한다. 전력망 감지부(140)는 감지한 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 적합성 판단부(150)로 전송한다.
도 3을 참조하면, 전력망 감지부(140)는 개별운전 기동된 풍력 발전기(10)에 포함된 계통연계장치의 정상 기동 여부 및 트립 발생 여부를 감지하는 PCS 감지부(142) 및 풍력 발전기(10)의 전류를 감지하는 발전기 전류 감지부(144)를 포함할 수 있다.
발전기 전류 감지부(144)는 풍력 발전기(10)에 연계된 변압기(60)의 하부에 배치된 변류기(TR-CT) 또는 풍력 발전기(10)에 연계된 차단기(70)의 좌측 해상 케이블(20) 및 우측 해상 케이블(20)에 배치된 변류기(CTn-mL, CTn-mR)에서 측정된 전류를 수집한다. 발전기 전류 감지부(144)는 수집한 전류를 풍력 발전기(10)의 전류로 감지한다.
일례로, 도 4를 참조하면, 해상 풍력 발전기(10, WT)에는 인버터(50), 변압기(60), 차단기(70) 등의 모듈이 연결된다. 이때, 해상 풍력 발전기(10)에 연결된 모듈들 사이에는 전류 측정을 위한 제1 변류기(CTn-mL), 제2 변류기(CTn-mR) 및 제3 변류기(TR-CT)가 설치된다. 제1 변류기(CTn-mL)는 차단기(70) 하단의 좌측 케이블에 설치된다. 제2 변류기(CTn-mR)는 차단기(70) 하단의 우측 케이블에 설치된다. 제3 변류기(TR-CT)는 해상 풍력 발전기(10)의 변압기(60) 하단에 설치된다.
전력망 감지부(140)는 제1 변류기(CTn-mL) 및 제2 변류기(CTn-mR)에서 계측된 전류를 수집하여 풍력 발전기(10)의 전류로 감지한다. 전력망 감지부(140)는 제3 변류기(TR-CT)에서 계측된 전류를 수집하여 풍력 발전기(10)의 전류로 감지할 수도 있다.
적합성 판단부(150)는 전력망 감지부(140)의 감지 결과를 근거로 분리된 고장 구간의 적합성을 판단한다. 적합성 판단부(150)는 계통연계장치가 정상 운전하고, 전류가 감지되지 않으면 고장 구간이 적합한 것으로 판단한다. 즉, 적합성 판단부(150)는 고장 구간 분리부(120)에서 정상적으로 고장 구간을 분리한 것으로 판단한다.
적합성 판단부(150)는 계통연계장치에서 트립이 발생하거나, 전류가 감지되면 분리된 고장 구간의 부적합한 것으로 판단한다. 여기서, 적합성 판단부(150)는 전력망 감지부(140)에서 감지한 전류가 0이 아닌 경우 전류가 감지된 것으로 판단한다. 적합성 판단부(150)는 전력망 감지부(140)에서 감지한 전류가 설정값을 초과하는 경우 전류가 감지된 것으로 판단할 수도 있다.
적합성 판단부(150)는 고장 구간의 부적합으로 판단하면 고장 구간 재검출을 요청하는 경보를 생성한다. 적합성 판단부(150)는 생성한 경보를 고장 구간 검출 장치 또는 고장 구간 분리부(120)로 전송하여 고장 구간 재검출을 요청한다.
전력망 제어부(130)는 적합성 판단부(150)에서 고장 구간이 적합한 것으로 판단하면 해상 변전소(30)의 개폐기를 투입한다. 전력망 제어부(130)는 해상풍력 발전 단지의 내부 전력망에 포함된 모든 풍력 발전기(10)를 기동시킨다. 이때, 전력망 제어부(130)는 내부 전력망에 포함된 모든 풍력 발전기(10) 중에서 고장 구간에 포함된 풍력 발전기(10)의 경우 기동에서 제외시킨다.
이를 통해, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 고장 구간을 제외한 나머지 풍력 발전기(10)를 정상적으로 운영한다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기(10) 자동 투입 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기(10) 자동 투입 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에서 사고(고장) 발생시 발생하는 사고 전류를 감지한다(S100).
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 광통신을 통해 변류기 또는 별도의 전류 측정 장치로부터 전류를 수집한다. 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 풍력 발전기(10) 내부에 설치된 변류기, 풍력 발전기(10)에 연계된 차단기(70)에 연결된 해상 케이블(20)에 설치된 변류기, 각 모선의 시작점에 설치된 변류기 등에서 감지한 전류를 수집한다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 미리 설정된 설정값과 변류기로부터 수집한 전류를 비교하여 사고 전류를 감지한다. 이때, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 변류기에서 측정된 전류가 설정값을 만족하면 사고 전류로 감지한다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 계통에서 고장 구간을 분리한다(S200). 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 지상 변전소(40)에 설치된 고장 구간 검출 장치로부터 고장 구간을 수신하고, 해당 고장 구간을 계통으로부터 분리한다. 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 사고 전류를 근거로 고장 구간을 자체 검출하고, 검출한 고장 구간을 계통으로 분리할 수도 있다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 분리된 고장 구간에 포함된 풍력 발전기(10)를 개별 운전 기동시킨다(S300). 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 고장 구간의 분리가 완료되면 고장 구간에 포함된 풍력 발전기(10)를 개별 운전 기동시킨다. 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 고장 구간에 포함된 풍력 발전기(10)를 순차적으로 기동시킨다. 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 고장 구간에 포함된 풍력 발전기(10) 중에서 고장 발생 지점에 가장 인접하여 배치된 풍력 발전기(10)부터 순차적으로 기동시킨다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 개별 운전 기동된 풍력 발전기(10)에 연계된 계통연계장치의 구동 상태를 감지한다. 이때, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 계통연계장치의 정상 기동 여부 및 트립 발생 여부를 감지한다.
계통연계장치가 정상 운전하면(S400; 예). 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 풍력 발전기(10)의 전류를 감지한다. 이때, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 개별 운전 기동된 풍력 발전기(10)에 연계된 변류기에서 측정된 전류를 감지한다.
풍력 발전기(10)에서 전류가 검출되지 않으면(S500; 예), 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 해상 변전소(30)의 개폐기를 투입한다(S600). 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 계통연계장치가 정상 운전하고, 전류가 감지되지 않으면 고장 구간을 정상적으로 분리한 것으로 판단한다. 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 고장 구간이 정상적으로 분리된 것으로 판단하면 해상 변전소(30)의 개폐기를 투입한다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에 포함된 풍력 발전기(10)를 기동시킨다(S700). 이때, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 내부 전력망에 포함된 모든 풍력 발전기(10) 중에서 고장 구간에 포함된 풍력 발전기(10)의 경우 기동에서 제외시킨다.
한편, S400 단계에서 계통연계장치에서 트립이 발생하거나, S500 단계에서 전류가 감지되면, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 고장 구간의 재검출을 요청하는 경보를 발생한다(S800). 그에 따라, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 상술한 S200 단계 내지 S800 단계를 반복 수행한다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 계통연계장치에서 트립이 발생하거나, 전류가 감지되면 비정상적으로 고장 구간을 분리한 것으로 판단한다. 그에 따라, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 고장 구간 재검출을 요청하는 경보를 생성한다. 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 생성한 경보를 고장 구간 검출 장치로 전송하여 고장 구간 재검출을 요청한 후 상술한 과정을 반복 수행한다. 풍력 발전기 자동 투입 장치(100)는 사고 전류를 근거로 고장 구간을 재검출한 후 상술한 과정을 반복 수행할 수도 있다.
이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력 발전기 자동 투입 장치(100) 및 방법은 해상풍력 발전단지에서 고장이 발생한 고장 구간을 분리한 후, 고장 구간의 해저 케이블을 복구(교체)하기 전에 나머지 건전한 풍력 발전기(10)를 투입(복구)한다. 즉, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100) 및 방법은 고장이 발생한 고장 지점과 선로(Feeder)가 연결된 해상 변전소(30)의 차단기(70)가 분리되어 있는 상태에서 고장이 발생한 고장 구간에 접한 풍력 발전기(10)를 순차적으로 투입하여 문제가 발생하지 않는 경우 모든 풍력 발전기(10)를 투입한다.
풍력 발전기 자동 투입 장치(100) 및 방법은 만약 고장 구간을 잘못 파악하여 정상 구간이라고 판단된 풍력 발전기(10)를 고장 구간에 잘못 투입하게 되는 경우에도 풍력 발전기(10)에 설치된 계통연계장치(PCS)에서 수백 ㎲ 이내에 풍력 발전기(10)가 계통에서 분리되기 때문에 전체선로 보호에 문제가 발생하지 않는다.
상술한 바와 같이, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100) 및 방법은 고장 구간 분리 후에 풍력 발전기(10)를 개별 구동시킨 후에 고장 구간의 적합성을 판단함으로써, 원격에서 고장 구간을 정확하게 분리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100) 및 방법은 고장 구간 분리 후에 풍력 발전기(10)를 개별 구동시킨 후에 고장 구간의 적합성을 판단함으로써, 고장 구간 이외의 구간에 배치된 풍력 발전기(10)들을 빠르게 투입(복구)하여 해상풍력 발전단지의 내부 전력망에서 사고 발생에 따른 정전을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 풍력 발전기 자동 투입 장치(100) 및 방법은 고장 구간 분리 후에 풍력 발전기(10)를 개별 구동시킨 후에 고장 구간의 적합성을 판단함으로써, 원격에서 안정성을 고려한 고장구간 제거 및 나머지 풍력발전기 복구가 가능하여 해상풍력 발전단지의 경제성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형 예 및 수정 예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
10: 풍력 발전기 20: 해상 케이블
30: 해상 변전소 40: 지상 변전소
50: 인버터 60: 변압기
70: 차단기 100: 풍력 발전기 자동 투입 장치
110: 사고 전류 감지부 120: 고장 구간 분리부
130: 전력망 제어부 140: 전력망 감지부
142: PCS 감지부 144: 발전기 전류 감지부
150: 적합성 판단부

Claims (20)

  1. 해상풍력 발전단지의 내부 전력망으로부터 고장 구간을 분리하는 고장 구간 분리부;
    상기 고장 구간 분리부에 의해 분리된 고장 구간에 포함된 풍력 발전기들을 순차적으로 개별 운전 기동시키는 전력망 제어부;
    상기 전력망 제어부에 의해 기동된 풍력 발전기의 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 감지하는 전력망 감지부; 및
    상기 전력망 감지부에서 감지한 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 근거로 상기 고장 구간의 적합성을 판단하는 적합성 판단부를 포함하는 풍력 발전기 자동 투입 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 전력망에서 사고 발생시 발생하는 사고 전류를 감지하는 사고 전류 감지부를 더 포함하는 풍력 발전기 자동 투입 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고장 구간 분리부는 상기 사고 전류 감지부에서 감지한 사고 전류를 근거로 고장 구간을 검출하고, 검출한 고장 구간을 상기 내부 전력망으로부터 분리하는 풍력 발전기 자동 투입 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고장 구간 분리부는 고장 구간 검출 장치로부터 수신한 고장 구간을 상기 내부 전력망으로부터 분리하는 풍력 발전기 자동 투입 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력망 제어부는 상기 적합성 판단부에서 상기 고장 구간이 적합한 것으로 판단하면 상기 내부 전력망의 해상 변전소의 개폐기를 투입하고 상기 내부 전력망에 포함된 풍력 발전기 중 상기 고장 구간에 포함된 풍력 발전기를 제외한 나머지 풍력 발전기를 기동시키는 풍력 발전기 자동 투입 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전력망 감지부는,
    풍력 발전기에 포함된 계통연계장치의 정상 기동 여부 및 트립 발생 여부를 감지하는 PCS 감지부; 및
    상기 풍력 발전기에 설치된 변류기의 전류를 수집하는 전류 감지부를 포함하는 풍력 발전기 자동 투입 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적합성 판단부는 상기 전력망 감지부에서 계통연계장치가 정상 운전하고 전류가 감지되지 않으면 고장 구간이 적합한 것으로 판단하는 풍력 발전기 자동 투입 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 적합성 판단부는 상기 전력망 감지부에서 계통연계장치의 트립 발생을 감지하면 고장 구간이 부적합한 것으로 판단하는 풍력 발전기 자동 투입 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적합성 판단부는 상기 전력망 감지부에서 풍력 발전기의 전류를 감지하면 고장 구간이 부적합한 것으로 판단하는 풍력 발전기 자동 투입 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 적합성 판단부는 상기 고장 구간이 부적합한 것으로 판단되면 고장 구간 재검출을 요청하는 경보를 발생하는 풍력 발전기 자동 투입 장치.
  11. 풍력 발전기 자동 투입 장치를 이용한 풍력 발전기 자동 투입 방법에 있어서,
    해상풍력 발전단지의 내부 전력망으로부터 고장 구간을 분리하는 단계;
    상기 분리하는 단계에서 분리된 고장 구간에 포함된 풍력 발전기들을 순차적으로 개별 운전 기동시키는 단계;
    상기 개별 운전 기동시키는 단계에서 기동된 풍력 발전기의 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 감지하는 단계; 및
    상기 감지하는 단계에서 감지한 계통연계장치 운전 상태 및 전류를 근거로 상기 고장 구간의 적합성을 판단하는 단계를 포함하는 풍력 발전기 자동 투입 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 전력망에서 사고 발생시 발생하는 사고 전류를 감지하는 단계를 더 포함하는 풍력 발전기 자동 투입 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 분리하는 단계에서는 상기 사고 전류를 감지하는 단계에서 감지한 사고 전류를 근거로 고장 구간을 검출하고, 검출한 고장 구간을 상기 내부 전력망으로부터 분리하는 풍력 발전기 자동 투입 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 분리하는 단계에서는 고장 구간 검출 장치로부터 수신한 고장 구간을 상기 내부 전력망으로부터 분리하는 풍력 발전기 자동 투입 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 적합성을 판단하는 단계에서 상기 고장 구간이 적합한 것으로 판단하면 상기 내부 전력망의 해상 변전소의 개폐기를 투입하고 상기 내부 전력망에 포함된 풍력 발전기 중 상기 고장 구간에 포함된 풍력 발전기를 제외한 나머지 풍력 발전기를 기동시키는 단계를 더 포함하는 풍력 발전기 자동 투입 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 감지하는 단계는,
    풍력 발전기에 포함된 계통연계장치의 정상 기동 여부 및 트립 발생 여부를 감지하는 단계; 및
    상기 풍력 발전기에 설치된 변류기의 전류를 감지하는 단계를 포함하는 풍력 발전기 자동 투입 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 적합성을 판단하는 단계에서는 상기 감지하는 단계에서 계통연계장치가 정상 운전하고 전류가 감지되지 않으면 고장 구간이 적합한 것으로 판단하는 풍력 발전기 자동 투입 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 적합성을 판단하는 단계에서는 상기 감지하는 단계에서 계통연계장치의 트립 발생을 감지하면 고장 구간이 부적합한 것으로 판단하는 풍력 발전기 자동 투입 방법.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 적합성을 판단하는 단계에서는 상기 감지하는 단계에서 풍력 발전기의 전류를 감지하면 고장 구간이 부적합한 것으로 판단하는 풍력 발전기 자동 투입 방법.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 적합성을 판단하는 단계에서 상기 고장 구간이 부적합한 것으로 판단되면 고장 구간 재검출을 요청하는 경보를 발생하는 단계를 더 포함하는 풍력 발전기 자동 투입 방법.
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