KR20230097387A - System for implementing offshore wind farm metaverse using floating lidar observation technology - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템은, 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템에 있어서, 해상에서 운영되고, 풍황자원을 관측하며 풍황자원 정보를 생산하는 풍황자원 정보 생산장치와 생산된 풍황자원 정보를 전달하는 통신장치를 포함하는 부유식 라이다, 및 상기 부유식 라이다로부터 풍황자원 정보를 수집하고 분석하는 자료처리부와 2차원 또는 3차원의 가상현실 풍력발전단지를 재현하는 가상현실엔진부와 분석된 풍황자원 정보를 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 추상화모델부를 포함한다.The present invention relates to a wind farm metaverse implementation system using floating lidar wind condition observation technology and a method thereof, and the wind farm metaverse implementation system using floating lidar wind condition observation technology according to the present invention relates to a floating lidar wind condition observation technology. In a wind farm metaverse realization system using a floating lidar operating on the sea, including a wind condition resource information production device that observes wind condition resources and produces wind condition resource information, and a communication device that transmits the produced wind condition resource information. , and a data processing unit that collects and analyzes wind resource information from the floating lidar, a virtual reality engine unit that reproduces a 2D or 3D virtual reality wind farm, and the analyzed wind resource information to a virtual reality wind farm. It includes the abstraction model part to be applied.
Description
본 발명은 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 실제 해상에서 운영되는 부유식 라이다를 통해 관측되는 풍황자원 정보를 토대로 메타버스 세계에 가상의 해상풍력단지를 구현할 수 있는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wind farm metaverse realization system and method using a floating lidar wind condition observation technology, and more particularly, to a metaverse world based on wind condition resource information observed through a floating lidar operated in the actual sea. It relates to a wind farm metaverse implementation system and method using a floating lidar wind condition observation technology that can implement a virtual offshore wind farm.
최근, 현실세계를 의미하는 '유니버스(Universe)'와 '가공, 추상'을 의미하는 '메타(Meta)'의 합성어로 3차원 가상세계를 의미하는 '메타버스(Metaverse)'가 초고속, 초연결, 초저지연의 5G 상용화와 2020년 전 세계를 강타한 코로나19 팬데믹 상황에서 확산되기 시작했다.Recently, 'Metaverse', which is a compound word of 'Universe', which means the real world, and 'Meta', which means 'processing and abstraction', which means a 3D virtual world, is super-fast and hyper-connected. , started to spread in the context of the commercialization of ultra-low latency 5G and the COVID-19 pandemic that hit the world in 2020.
한편, '부유식 라이다 시스템(FLS: Floating LiDAR System)'은 해상풍력단지 조성에 필요한 풍황자원 조사 시 전통적으로 사용되던 기상탑, 고정식 라이다를 대체하고 있는 신기술로 해상의 부유체에 라이다를 탑재한 시스템을 이용하여 풍황자원을 관측하는 일련의 기술을 말한다. 여기서, 풍황자원이란 해당 지역의 풍속과 풍향, 풍량 등 발전성능에 영향을 미칠 수 있는 바람의 특성을 의미한다.On the other hand, the 'Floating LiDAR System (FLS)' is a new technology that replaces weather towers and fixed lidars that have been traditionally used when surveying wind conditions necessary for the creation of offshore wind farms. It refers to a series of technologies for observing wind resources using a system equipped with Here, the wind resource refers to wind characteristics that may affect power generation performance, such as wind speed, wind direction, and wind volume in a corresponding region.
현재, 부유식 풍력단지는 상용화 초기 단계로서 경쟁력 있는 지배기업이 나오기 전이며, 국내 조선 및 해양플랜트 기술을 바탕으로 세계를 선도하고 탄소중립을 실현하기 위해 부유식 풍력단지 보급이 계획되고 있으며, 20MW급 부유식 풍력단지 설계 및 상용화를 기대하고 있다.Currently, floating wind farms are in the early stage of commercialization, before a competitive dominant company emerges, and based on domestic shipbuilding and offshore plant technologies, floating wind farms are planned to be supplied to lead the world and realize carbon neutrality. It is expected to design and commercialize a floating wind farm.
하지만, 이러한 해상풍력단지는 부유식 해상풍력 해저구조물 설치 및 유지보수에 대한 문제점 및 대책이 부족한 현실이다. 따라서, 실제 환경의 풍황자원 정보를 토대로 가상현실(가상세계)의 풍력발전단지를 재현할 수 있고, 재현한 가상의 풍력발전단지를 통해 발전기별 발전량 및 운영상태를 추정할 수 있는 시스템이 필요로 하고 있다.However, these offshore wind farms lack problems and countermeasures for the installation and maintenance of floating offshore wind power subsea structures. Therefore, there is a need for a system capable of reproducing a wind farm in virtual reality (virtual world) based on wind resource information in the real environment and estimating the generation amount and operation status of each generator through the reproduced virtual wind farm. are doing
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실제 해상에서 운영되는 부유식 라이다를 통해 관측되는 풍황자원 정보를 토대로 메타버스 세계에 가상의 해상풍력단지를 구현할 수 있는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to solve the above-described problems, and is a floating lidar that can implement a virtual offshore wind farm in the metaverse world based on wind resource information observed through floating lidar operated in the actual sea. It is to provide a wind farm metaverse implementation system and method using wind condition observation technology.
또한, 다양한 풍력발전단지 옵션을 적용하여 재현된 가상의 해상풍력단지의 생산발전량 및 운영상태를 추정 등 해상풍력발전단지 구현 시뮬레이션을 할 수 있는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.In addition, a wind farm metaverse implementation system using floating lidar wind condition observation technology that can simulate the realization of offshore wind farms, such as estimating the amount of production and operation status of a virtual offshore wind farm reproduced by applying various wind farm options. and to provide a method thereof.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템은, 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템에 있어서, 해상에서 운영되고 풍황자원을 관측하며 풍황자원 정보를 생산하는 풍황자원 정보 생산장치와 생산된 풍황자원 정보를 전달하는 통신장치를 포함하는 부유식 라이다, 및 상기 부유식 라이다로부터 풍황자원 정보를 수집하고 분석하는 자료처리부와 2차원 또는 3차원의 가상현실 풍력발전단지를 재현하는 가상현실엔진부와 분석된 풍황자원 정보를 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 추상화모델부를 포함하는 메타버스 서버를 포함한다.In order to achieve the above object, the wind farm metaverse implementation system using the floating lidar wind condition observation technology according to the present invention is operated at sea and wind condition resources in the wind farm metaverse implementation system using the floating lidar wind condition observation technology A floating lidar including a wind condition resource information production device that observes and produces wind condition resource information and a communication device that transmits the produced wind condition resource information, and a data processing unit that collects and analyzes wind condition resource information from the floating lidar. and a metaverse server including a virtual reality engine unit that reproduces a 2D or 3D virtual reality wind farm and an abstraction model unit that applies the analyzed wind resource information to the virtual reality wind farm.
또한, 상기 추상화모델부는 터빈 비용, 크기 등을 포함하는 풍력발전기 제약조건 입력에 따른 풍력발전기를 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the abstract model unit is characterized in that a wind power generator is applied to a virtual reality wind power generation farm according to an input of a wind power generator constraint condition including a turbine cost, size, and the like.
또한, 상기 풍력발전기 제약조건은 나셀과 허브의 높이 및 블레이드 크기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the constraint condition of the wind turbine is characterized in that it further includes the height and blade size of the nacelle and hub.
또한, 상기 추상화모델부는 상기 풍력발전기 제약조건 입력에 따라 유전알고리즘을 이용하여 최적의 풍력발전기 개체수를 추정하여 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the abstract model unit is characterized in that the optimal number of wind turbines is estimated using a genetic algorithm according to the input of the wind turbine constraint conditions and applied to the virtual reality wind farm.
또한, 상기 메타버스 서버는 상기 수집한 풍황자원 정보와 상기 풍력발전기 제약조건에 기초하여, 풍력발전기별 발전량 및 운영상태를 추정하는 시뮬레이션부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the metaverse server may further include a simulation unit for estimating the generation amount and operating state of each wind turbine based on the collected wind condition resource information and the constraint conditions of the wind turbine.
또한, 상기 시뮬레이션부는 상기 풍력발전기 제약조건에 기초하여 풍력발전기 운동량 정보를 산출하는 풍력발전기 운동량 산출모듈과, 상기 산출된 풍력발전기 운동량 정보와 상기 수집한 풍황자원 정보에 기초하여 사용자가 설정한 기간에 따른 에너지 생산량 정보를 산출하는 에너지 생산량 산출모듈과, 상기 산출된 에너지 생산량 정보에 기초하여 풍황자원 대비 전력생산량 정보를 산출하는 전력생산량 산출모듈, 및 상기 풍력발전기 제약조건과 사용자가 설정한 자본 정보에 따라서 가상현실 풍력발전단지의 연간비용을 계산하고 상기 연간비용에 기초하여 균등화발전원가(LCoE)를 산출하는 균등화발전원가 산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the simulation unit includes a wind turbine momentum calculation module for calculating wind turbine momentum information based on the wind turbine constraint conditions, and a period set by the user based on the calculated wind turbine momentum information and the collected wind resource information. An energy production calculation module that calculates energy production information based on the calculated energy production information, a power production calculation module that calculates power production information against wind resources based on the calculated energy production information, and a wind power generator constraint condition and capital information set by the user. Therefore, it is characterized in that it includes a levelized power generation cost calculation module that calculates the annual cost of the virtual reality wind farm and calculates the levelized power generation cost (LCoE) based on the annual cost.
또한, 상기 에너지 생산량 산출모듈은 상기 풍력발전기 운동량 정보와 상기 수집한 풍황자원 정보에 기초하여 사용자가 설정한 기간에 따른 에너지 생산량 정보를 산출하되, 상기 풍황자원 정보는 상기 부유식 라이다로부터 실시간으로 관측한 풍황자원 정보이거나 과거에 수집된 풍황자원 정보인 것을 특징으로 한다.In addition, the energy production calculation module calculates energy production information according to a period set by a user based on the wind power generator momentum information and the collected wind condition resource information, and the wind condition resource information is obtained in real time from the floating lidar. It is characterized in that it is observed wind condition resource information or wind condition resource information collected in the past.
또한, 상기 메타버스 서버는 상기 시뮬레이션부를 통한 가상현실 풍력발전단지의 시뮬레이션에 대한 결과 정보를 제공하는 시뮬레이션 결과제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the metaverse server is characterized in that it further comprises a simulation result providing unit for providing result information on the simulation of the virtual reality wind farm through the simulation unit.
한편, 본 발명의 다른 관점에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법은, 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법에 있어서, 부유식 라이다로부터 관측한 풍황자원 정보를 수집하고 분석하는 풍황자원 정보 수집단계, 수집한 풍황자원 정보에 기초하여 2차원 또는 3차원의 가상현실 풍력발전단지를 재현하는 풍력발전단지 가상현실 구동단계, 풍력발전기의 터빈 비용, 크기 등을 포함하는 풍력발전기 제약조건 입력에 따라 구현되는 풍력발전기를 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 가상현실 추상화단계, 상기 풍력발전기 제약조건에 따라 가상현실 풍력발전단지의 풍력발전기별 발전량 및 운영상태를 추정하는 시뮬레이션 단계, 및 상기 가상현실 풍력발전단지의 시뮬레이션에 대한 결과 정보를 제공하는 시뮬레이션 결과 제공단계를 포함한다.On the other hand, in the wind farm metaverse implementation method using the floating lidar wind condition observation technology according to another aspect of the present invention, in the wind farm metaverse implementation method using the floating lidar wind condition observation technology, the wind condition observed from the floating lidar Wind condition resource information collection step of collecting and analyzing resource information, wind farm virtual reality driving step of recreating a 2D or 3D virtual reality wind farm based on the collected wind condition resource information, wind turbine cost and size A virtual reality abstraction step of applying the wind turbine implemented according to the input of the wind turbine constraint conditions including the etc. to the virtual reality wind farm, and the generation amount and operating status of each wind turbine of the virtual reality wind farm according to the wind turbine constraint conditions. A simulation step of estimating, and a simulation result providing step of providing result information about the simulation of the virtual reality wind farm.
또한, 상기 가상현실 추상화단계는 상기 풍력발전기 제약조건 입력에 따라 유전알고리즘을 이용하여 최적의 풍력발전기 개체수를 추정하여 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the virtual reality abstraction step is characterized in that the optimal number of wind turbines is estimated using a genetic algorithm according to the input of the wind turbine constraint conditions and applied to the virtual reality wind farm.
또한, 상기 시뮬레이션 단계는 상기 풍력발전기 제약조건에 기초하여 풍력발전기 운동량 정보를 산출하는 풍력발전기 운동량 산출단계와, 상기 산출된 풍력발전기 운동량 정보와 상기 수집한 풍황자원 정보에 기초하여 사용자가 설정한 기간에 따른 에너지 생산량 정보를 산출하는 에너지 생산량 산출단계와, 상기 산출된 에너지 생산량 정보에 기초하여 풍황자원 대비 전력생산량 정보를 산출하는 전력생산량 산출단계, 및 상기 풍력발전기 제약조건과 사용자가 설정한 자본 정보에 따라서 가상현실 풍력발전단지의 연간비용을 계산하고 상기 연간비용에 기초하여 균등화발전원가(LCoE)를 산출하는 균등화발전원가 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the simulation step includes a wind turbine momentum calculation step of calculating wind turbine momentum information based on the wind turbine constraint conditions, and a period set by the user based on the calculated wind turbine momentum information and the collected wind condition resource information. An energy production calculation step of calculating energy production information according to the calculated energy production information, a power production calculation step of calculating power production information against wind conditions based on the calculated energy production information, and the wind power generator constraints and capital information set by the user and a levelized power generation cost calculation step of calculating an annual cost of the virtual reality wind farm and calculating a levelized power generation cost (LCoE) based on the annual cost.
또한, 상기 풍력발전기 운동량 산출단계는 나셀과 허브의 높이 및 블레이드 크기 정보 등의 풍력발전기 제약조건을 선택적으로 더 입력받아 풍력발전기 운동량 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the wind turbine momentum calculation step is characterized in that wind turbine momentum information is calculated by selectively further inputting wind turbine constraint conditions such as heights of nacelles and hubs and blade size information.
또한, 상기 에너지 생산량 산출단계는 상기 풍력발전기 운동량 정보와 상기 수집한 풍황자원 정보에 기초하여 사용자가 설정한 기간에 따른 에너지 생산량 정보를 산출하되, 상기 풍황자원 정보는 사용자가 선택에 따라 상기 부유식 라이다로부터 실시간으로 관측한 풍황자원 정보이거나, 과거에 수집된 풍황정보인 것을 특징으로 한다.In addition, the energy production calculation step calculates energy production information according to a period set by the user based on the wind power generator momentum information and the collected wind resource information, and the wind resource information is selected by the user. It is characterized in that it is wind condition resource information observed in real time from lidar or wind condition information collected in the past.
본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템 및 그 방법은 실제 해상에서 운영되는 부유식 라이다를 통해 관측되는 풍황자원 정보를 토대로 메타버스 세계에 가상의 해상풍력단지를 실제에 가깝게 구현할 수 있는 효과가 있다.A wind farm metaverse implementation system and method using floating lidar wind condition observation technology according to the present invention creates a virtual offshore wind farm in the metaverse world based on wind condition resource information observed through floating lidar operated in actual sea. There are effects that can be implemented close to reality.
또한, 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템 및 그 방법은 관측된 풍황자원 정보를 분석하여 세분화된 풍황자원 정보를 적용하여 가상으로 구현되는 해상풍력단지의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the wind farm metaverse realization system and method using the floating lidar wind condition observation technology according to the present invention analyzes the observed wind condition resource information and applies the subdivided wind condition resource information to improve the accuracy of the virtually implemented offshore wind farm. There is an effect that can be improved.
또한, 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템 및 그 방법은 다양한 풍력발전단지 옵션을 메타버스 세계에 가상의 해상풍력단지에 적용 가능하도록 하여 생산발전량 및 운영상태를 추정 등 시뮬레이션 기능을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, the wind farm metaverse realization system and method using the floating lidar wind condition observation technology according to the present invention enable various wind farm options to be applied to the virtual offshore wind farm in the metaverse world, thereby increasing the amount of production and operational status. It has the effect of providing simulation functions such as estimation.
도 1은 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템을 구성하는 부유식 라이다(100)를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템을 구성하는 메타버스 서버(200)를 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 3의 자료처리부(210)를 통해 부유식 라이다(100)를 통해 관측한 풍황을 분석한 풍황정보를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템을 통해 해상풍력발전단지를 메타버스 세계에 구현한 예시도이다.
도 6은 도 3의 시뮬레이션부(240)의 구성을 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 8은 도 7의 가상현실 추상화단계(S30) 및 시뮬레이션 단계(S40)를 구체적으로 설명하기 위한 상세순서도이다.1 is a configuration diagram showing a wind farm metaverse implementation system using a floating lidar wind condition observation technology according to the present invention.
2 is a block diagram showing a floating
3 is a block diagram showing the
4 is an exemplary view showing wind condition information obtained by analyzing wind conditions observed through the
5 is an exemplary view of implementing an offshore wind farm in the metaverse world through the wind farm metaverse implementation system using the floating lidar wind condition observation technology according to the present invention.
6 is a block diagram showing the configuration of the
7 is a flowchart showing the overall flow of the wind farm metaverse implementation method using the floating lidar wind condition observation technology according to the present invention.
8 is a detailed flowchart for explaining in detail the virtual reality abstraction step (S30) and simulation step (S40) of FIG.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.With reference to the accompanying drawings below, specific details for the practice of the present invention will be described in detail. Like reference numbers refer to like elements, regardless of drawing, and "and/or" includes each and every combination of one or more of the recited items.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.Terms used in this specification are for describing the embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other elements other than the recited elements.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used in a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries are not interpreted ideally or excessively unless explicitly specifically defined.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템을 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram showing a wind farm metaverse implementation system using a floating lidar wind condition observation technology according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템은, 크게, 부유식 라이다(100) 및 메타버스 서버(200)를 포함하여, 실제 해상에서 운영되는 부유식 라이다(100)를 통해 관측되는 풍황관측 정보에 기초한 해상풍력단지의 가상세계(메타버스)를 구현하여 실제에 가까운 가상 해상운영환경을 제공하고, 다양한 풍력발전단지 옵션을 적용하여 풍력발전기별 발전량 및 운영상태를 추정 등을 포함하는 시뮬레이션 수행이 가능한 것을 요지로 한다.Referring to FIG. 1, the wind farm metaverse implementation system using the floating lidar wind condition observation technology according to the present invention is largely operated on the sea, including the
먼저, 부유식 라이다(100)는 실제 해상에서 운영되어 풍황자원을 관측하며 관측된 풍황자원 정보를 메타버스 서버(200)로 전달하는 부유식 라이다 시스템(Floating Lidar System)을 의미한다.First, the floating
도 2는 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템을 구성하는 부유식 라이다(100)를 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram showing a floating
도 2를 참조하여, 상기 부유식 라이다(100)에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, 상기 부유식 라이다(100)는 크게, 풍황자원 정보 생산장치(110)와 통신장치(120)를 포함한다.Referring to FIG. 2, to describe the floating
상기 풍황자원 정보 생산장치(110)는 부이 플랫폼 위에 설치되어 풍황을 관측하기 위한 수단을 의미한다.The wind condition resource
상기 풍황자원 정보 생산장치(110)는 윈드 라이다(Wind Lidar)를 포함하여 구성되어, 레이저의 도플러 효과를 이용하여 풍황을 관측하며, 이에 한정되는 것은 아니다.The wind condition resource
예컨대, 상기 풍황자원 정보 생산장치(110)는 바닷속의 유향, 유속 및 파랑을 관측하기 위한 유속계(Acoustic Doppler Current Profilers, ADCP), 해수의 수심별 온도, 전기전도도 등의 수직구조(수심)를 측정하는 수심수온염분측정기(Conductivity, Temperature, Depth), GPS(Global Positioning System, GPS), 나침반(Comppas), 해상촬영 카메라 등을 포함하는 센서 장치들로 구성되어 풍황관측 뿐만 아니라 해황관측이 가능하도록 구성될 수 있다.For example, the wind condition resource
상기 통신장치(120)는 해상에서 무선통신을 통해 상기 풍황자원 정보 생산장치(110)를 통해 생산한 풍황자원 정보를 메타버스 서버(200)로 전송하는 역할을 한다.The
상기 통신장치(120)는 LTE(4G), 5G와 같은 무선통신을 통해 메타버스 서버(200)와 데이터를 송수신할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니며 위성통신망을 이용한 통신 등으로 변경되어 적용될 수 있음은 물론이다.The
한편, 상기 부유식 라이다(100)는 도시되어 있지는 않지만, 상기 부유식 라이다(100)가 해상에서 무중단 운영을 가능하게 하기 위하여, 풍력 발전용 터빈, 태양광을 이용한 태양 전지(Solar cell) 등을 포함하여 구성되어 자가 발전이 가능하도록 구성된다.On the other hand, although the floating
다음, 메타버스 서버(200)는 상기 부유식 라이다(100)로부터 풍황자원 정보를 수집하고 분석하고, 가상현실(가상세계) 풍력발전단지를 재현하여, 상기 분석된 풍황자원 정보를 가상현실 풍력발전단지에 적용하여 풍력발전단지 메타버스를 구현하는 기능을 수행한다.Next, the
도 3은 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템을 구성하는 메타버스 서버(200)를 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram showing the
도 3을 참조하면, 상기 메타버스 서버(200)는 자료처리부(210), 가상현실엔진부(220), 추상화모델부(230), 시뮬레이션부(240) 및 시뮬레이션 결과제공부(250)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the
먼저, 상기 자료처리부(210)는 상기 부유식 라이다(100)로부터 풍황자원 정보를 수집하고 분석하는 역할을 한다.First, the
도 4는 도 3의 자료처리부(210)를 통해 부유식 라이다(100)를 통해 관측한 풍황을 분석한 풍황정보를 나타낸 예시도이다.4 is an exemplary view showing wind condition information obtained by analyzing wind conditions observed through the floating
상기 자료처리부(210)는 수집한 풍황자원 정보를 분석하되, 분석한 풍황자원 정보는 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 월별 풍속 통계, 측정 고도별 풍속 통계, 풍속 변화, 풍속 빈도, 대표 난류 강도, 풍속 전단 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The
또한, 상기 자료처리부(210)는 풍황자원 뿐만아니라 해황정보를 수집하고 분석할 수 있도록 구성될 수 있다.In addition, the
다음, 상기 가상현실엔진부(220)는 3차원의 가상현실(가상세계) 풍력발전단지를 재현하는 기능을 수행한다. 상기 가상현실엔진부(220)는 3차원의 가상세계를 재현할 뿐만 아니라 2차원의 가상세계를 재현할 수 있음은 물론이다.Next, the virtual
다음, 상기 추상화모델부(230)는 분석된 풍황자원 정보를 상기 가상현실엔진부(220)를 통해 재현한 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 기능을 수행한다.Next, the
여기서, 상기 추상화모델부(230)는 상기 분석된 풍황자원 정보 즉, 상기 고도별 풍속 통계 정보 등을 통해 세분화된 정보 등을 적용함으로써, 가상현실 풍력발전단지의 정밀도가 더욱 향상되는 효과가 있다.Here, the
더불어, 상기 추상화모델부(230)는 해황정보를 적용하여 실제에 가까운 가상해상운영환경을 제공하도록 구성될 수 있다.In addition, the
또한, 상기 추상화모델부(230)는 풍력발전기를 구성하는 터빈 비용, 크기 등을 포함하는 풍력발전기 제약조건 입력에 따른 풍력발전기를 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 기능을 수행한다.In addition, the
또한, 상기 풍력발전기 제약조건은 터빈 비용, 크기뿐만 아니라, 나셀, 허브의 높이 및 블레이드 크기 등을 더 포함하여 다양하게 구성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the constraints of the wind turbine may be configured in various ways, including not only turbine cost and size, but also heights and blade sizes of nacelles and hubs, and the like, but are not limited thereto.
즉, 상기 블레이드(풍력발전기의 날개)의 크기는 풍력발전기의 전력생산량에 있어서, 직접적인 영향을 주는 요소로 상기 풍력발전기 제약조건은 풍력발전단지 운영에 있어서 직접적인 영향을 주는 요소로 다양하게 변경되어 적용될 수 있음을 의미한다.That is, the size of the blades (wings of the wind turbine) is a factor that directly affects the amount of power produced by the wind turbine, and the constraints of the wind turbine are factors that directly affect the operation of the wind power plant and are variously changed and applied. means you can
또한, 상기 추상화모델부(230)는 상기 풍력발전기 제약조건 입력에 따라 유전알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 통해 최적의 풍력발전기 개체수를 추정하여 가상현실 풍력발전단지에 적용하도록 구성될 수 있다.(여기서, 사용되는 유전알고리즘에 대해서는 나중에 다시 설명하도록 한다.)In addition, the
도 5는 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템을 통해 해상풍력발전단지를 메타버스 세계에 구현한 예시도이다.5 is an exemplary view of implementing an offshore wind farm in the metaverse world through the wind farm metaverse implementation system using the floating lidar wind condition observation technology according to the present invention.
따라서, 상기 가상현실엔진부(220)와 상기 추상화모델부(230)를 통해 도 5에 도시된 바와 같은 해상풍력발전단지를 메타버스 세계에 구현할 수 있다.Therefore, through the virtual
다음, 상기 시뮬레이션부(240)는 상기 수집한 풍황자원 정보와 상기 풍력발전기 제약조건에 기초하여, 풍력발전기별 발전량 및 운영상태를 추정하는 역할을 한다.Next, the
도 6은 도 3의 시뮬레이션부(240)의 구성을 상세하게 나타낸 블록도이다.6 is a block diagram showing the configuration of the
도 6을 더 참조하여 상기 시뮬레이션부(240)에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, 상기 시뮬레이션부(240)는 풍력발전기 운동량 산출모듈(241), 에너지 생산량 산출모듈(242), 전력생산량 산출모듈(243) 및 균등화발전원가 산출모듈(244)을 포함하여 구성될 수 있다.To describe the
상기 풍력발전기 운동량 산출모듈(241)은 상기 풍력발전기 제약조건에 기초하여, 풍력발전기 운동량 정보를 산출하는 역할을 한다.The wind turbine
상기 에너지 생산량 산출모듈(242)은 상기 산출된 풍력발전기 운동량 정보와 상기 수집한 풍황자원 정보에 기초하여, 사용자가 설정한 기간에 따른 에너지 생산량 정보를 산출하는 역할을 한다.The energy
이때, 상기 풍황자원 정보는 상기 부유식 라이다(100)로부터 실시간으로 관측한 풍황자원 정보이거나, 과거에 수집된 풍황자원 정보 중에 선택적으로 적용할 수 있도록 구성된다.At this time, the wind condition resource information is wind condition resource information observed in real time from the floating
상기 전력 생산량 산출모듈(243)은 상기 산출된 에너지 생산량 정보에 기초하여, 풍황자원 대비 전력생산량 정보를 산출하는 역할을 한다.The power
상기 전력 생산량 정보는 설정 기간별 또는 발전기별로 풍황자원 대비 전력산량 정보를 의미할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The power generation information may refer to power generation amount information relative to wind resources for each set period or generator, but is not limited thereto.
상기 균등화발전원가 산출모듈(244) 상기 풍력발전기 제약조건과 사용자가 설정한 자본 정보에 따라서 가상현실 풍력발전단지의 연간비용을 계산하고, 상기 연간비용에 기초하여 균등화발전원가(LCoE)를 산출하는 역할을 한다.The equalized power generation
한편, 상기 시뮬레이션부(240)는 도시되어 있지는 않지만, 상기 풍력발전기 제약조건 입력에 따라 상기 유전알고리즘을 이용하여 최적의 풍력발전기 개체수를 추정하여 적용한 가상현실 풍력발전단지의 균등화발전원가의 적합도를 계산하여 최적의 해가 나올 때까지 유전알고리즘의 적합성을 검토하는 적합성 검토모듈(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.On the other hand, although not shown, the
즉, 유전알고리즘을 통해 입력된 풍력발전기 제약조건에 대하여 다양한 솔루션을 탐색하고, 초기 솔루션에 대한 적합도를 계산하고, 현재 솔루션을 무작위로 결합하여 자손 솔루션을 생성하고, 생성한 자손 솔루션의 적합도를 계산하여 적합도를 기준으로 솔루션을 선택함으로써, 선택 작업 반복을 통해 입력된 풍력발전기 제약조건에 최적화된 균등화발전원가에 해당하는 가상현실 풍력발전단지를 재현할 수 있다.That is, various solutions are searched for the wind turbine constraints input through the genetic algorithm, the goodness of fit of the initial solution is calculated, the current solution is randomly combined to generate the child solution, and the goodness of fit of the child solution is calculated. By selecting a solution based on suitability, it is possible to reproduce a virtual reality wind farm corresponding to the equalized generation cost optimized for the input wind turbine constraint conditions through repetition of the selection operation.
또한, 상기 유전알고리즘은 선택, 교차, 변이 등 다양한 연산방식이 적용될 수 있음은 물론이거니와, 상기 균등화발전원가에 한정되어 적용되는 것은 아니다In addition, the genetic algorithm can be applied to various calculation methods such as selection, crossover, and mutation, and is not limited to the equalized power generation cost.
여기서, 인공신경망이 아닌 이와 같은 유전알고리즘을 사용하는 이유는 인공신경망과 같은 인공지능 기술은 문제를 해결하기 위하여 수학적인 접근 방법을 취하는 반면, 기상과 같은 자연과학에서는 수학적으로 명확하게 정의되지 않기 때문에 계산이 불가능한 복잡한 문제를 해결하기 위해서 유전알고리즘 사용하는 것이 바람직하다.Here, the reason for using such a genetic algorithm rather than an artificial neural network is that artificial intelligence technologies such as artificial neural networks take a mathematical approach to solving problems, whereas natural sciences such as weather are not clearly defined mathematically. It is desirable to use genetic algorithms to solve complex problems that cannot be calculated.
다음, 상기 시뮬레이션 결과제공부(250)는 상기 시뮬레이션부(240)를 통한 가상현실 풍력발전단지의 시뮬레이션에 대한 결과 정보를 제공하는 역할을 한다.Next, the simulation
상기 결과 정보는 상기 풍황자원 정보와 상기 풍력발전기 제약조건에 따라 구현되는 메타버스 세계 속의 풍력발전단지의 발전량 및 운영상태 등을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 산출된 풍력발전기 운동량 정보, 기간에 따른 에너지 생산량 정보, 풍황자원 대비 전력생산량 정보, 균등화발전원가 등 다양한 결과 정보를 의미하며, 이에 한정되는 것은 아니다.The result information may include the amount of power generation and operation status of the wind farm in the metaverse world implemented according to the wind condition resource information and the wind turbine constraint conditions, and the calculated wind power generator momentum information, energy according to the period It refers to various result information such as production information, power production information against wind resources, and equalized power generation cost, but is not limited thereto.
또한, 상기 시뮬레이션 결과제공부(250)는 도 5와 같은 가상현실 풍력발전단지를 시각화하여 제공하는 것은 물론이다.In addition, of course, the simulation
도 7은 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법의 전체적인 흐름을 나타낸 순서도이다.7 is a flowchart showing the overall flow of the wind farm metaverse implementation method using the floating lidar wind condition observation technology according to the present invention.
하기에서는, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템을 이용한 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법에 대하여 설명하도록 한다.In the following, a wind farm metaverse implementation method using a floating lidar wind condition observation technology using a wind farm metaverse implementation system using a floating lidar wind condition observation technology having the above-described configuration will be described.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법은, 먼저, 부유식 라이다(100)로부터 관측한 풍황자원 정보를 수집하고 분석하는 풍황자원 정보 수집단계(S10)를 수행한다.Referring to FIG. 7, in the wind farm metaverse implementation method using the floating lidar wind condition observation technology according to the present invention, first, the wind condition resource information collected from the floating
여기서, 상기 풍황자원 정보는 해당 지역의 풍속과 풍향, 풍량 등 발전성능에 영향을 미칠 수 있는 바람의 특성을 의미한다.Here, the wind condition resource information refers to wind characteristics that may affect power generation performance, such as wind speed, wind direction, and wind volume in a corresponding region.
다음, 수집한 풍황자원 정보에 기초하여 가상현실 풍력발전단지를 재현하는 풍력발전단지 가상현실 구동단계(S20)를 수행한다. Next, a wind farm virtual reality driving step (S20) of reproducing a virtual wind farm is performed based on the collected wind condition resource information.
상기 풍력발전단지 가상현실 구동단계(S20)는 3차원의 가상현실(가상세계) 풍력발전단지를 재현하는 기능을 수행하며, 3차원의 가상세계를 재현할 뿐만 아니라 2차원의 가상세계를 재현하도록 수행될 수 있다.The wind farm virtual reality driving step (S20) performs a function of reproducing a 3D virtual reality (virtual world) wind farm, and reproduces a 2D virtual world as well as a 3D virtual world. can be performed
또한, 상기 가상현실 구동단계(S20)는 수집한 풍황자원 정보를 분석하는 풍황자원 정보 분석단계(미도시)를 수행할 수 있다.In addition, in the virtual reality driving step (S20), a wind condition resource information analysis step (not shown) of analyzing the collected wind condition resource information may be performed.
상기 풍황자원 정보 분석단계는 수집한 해당 지역의 풍속과 풍향, 풍량 등에 기초하여, 월별 풍속 통계, 측정 고도별 풍속 통계, 풍속 변화, 풍속 빈도, 대표 난류 강도, 풍속 전단 등을 분석하며, 이에 한정되는 것은 아니다.The wind resource information analysis step analyzes monthly wind speed statistics, wind speed statistics by measured altitude, wind speed change, wind speed frequency, representative turbulence intensity, wind speed shear, etc. it is not going to be
이에, 상기 풍력발전단지 가상현실 구동단계(S20)는 상기 분석된 풍황자원 정보를 재현한 가상현실 풍력발전단지에 적용하여 가상현실 풍력발전단지의 정밀도를 향상하도록 수행된다.Accordingly, the wind farm virtual reality driving step (S20) is performed to improve the precision of the virtual reality wind farm by applying the analyzed wind condition resource information to the reproduced virtual reality wind farm.
다음, 풍력발전기의 터빈 비용, 크기 등을 포함하는 풍력발전기 제약조건 입력에 따라 구현되는 풍력발전기를 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 가상현실 추상화단계(S30)를 수행한다.Next, a virtual reality abstraction step ( S30 ) of applying the wind turbine implemented according to the wind turbine constraint condition input including the turbine cost and size of the wind turbine to the virtual reality wind farm is performed.
도 8은 도 7의 가상현실 추상화단계(S30) 및 시뮬레이션 단계(S40)를 구체적으로 설명하기 위한 상세순서도이다.8 is a detailed flowchart for explaining in detail the virtual reality abstraction step (S30) and simulation step (S40) of FIG.
도 8을 더 참조하여, 상기 가상현실 추상화단계(S30)에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, 상기 가상현실 추상화단계(S30)는 먼저, 풍력발전기의 터빈 비용, 크기 등을 포함하는 풍력발전기 제약조건 입력받는 초기화 작업단계(S31)를 수행한다.Referring to FIG. 8, to describe the virtual reality abstraction step (S30) in more detail, the virtual reality abstraction step (S30) is first, the wind power generator constraints including the turbine cost, size, etc. of the wind power generator. An input initialization operation step (S31) is performed.
여기서, 상기 풍력발전기 제약조건은 터빈 비용, 크기를 포함하여 다양하게 구성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, the constraints of the wind turbine may be configured in various ways, including turbine cost and size, but are not limited thereto.
이후, 입력된 풍력발전기 제약조건에 따라 유전알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 통해 최적의 풍력발전기 개체수를 추정하여 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 풍력발전기 생성단계(S32)를 수행한다.Thereafter, a wind turbine generating step (S32) of estimating the optimal number of wind turbines through a genetic algorithm (GA) according to the input wind turbine constraints and applying them to the virtual reality wind farm is performed.
이는, 유전알고리즘을 통해 입력된 풍력발전기 제약조건에 대하여 다양한 솔루션을 탐색하고, 탐색한 초기 솔루션에 따라 적용될 수 있으며, 반복 수행되는 경우, 현재 솔루션을 다른 솔루션과 무작위로 결합하여 자손 솔루션을 생성하고, 생성한 자손 솔루션에 따라 적용될 수 있음을 의미한다.It searches various solutions for the wind turbine constraints input through the genetic algorithm, and can be applied according to the searched initial solution. , which means that it can be applied depending on the child solution you create.
다음, 상기 풍력발전기 제약조건에 따라 가상현실 풍력발전단지의 풍력발전기별 발전량 및 운영상태를 추정하는 시뮬레이션 단계(S40)를 수행한다.Next, a simulation step ( S40 ) of estimating the amount of power generation and operation status of each wind turbine of the virtual reality wind farm is performed according to the wind turbine constraint conditions.
도 8을 참조하여 상기 시뮬레이션 단계(S40)에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하자면, 상기 시뮬레이션 단계(S40)는 먼저, 상기 풍력발전기 제약조건에 기초하여, 풍력발전기 운동량 정보를 산출하는 풍력발전기 운동량 산출단계(S41)를 수행한다.To describe the simulation step (S40) in more detail with reference to FIG. 8, the simulation step (S40) is first a wind turbine momentum calculation step of calculating wind turbine momentum information based on the wind turbine constraint conditions. (S41) is performed.
여기서, 상기 풍력발전기 제약조건은 풍력발전기를 구성하는 터빈 비용, 크기뿐만 아니라, 나셀, 허브의 높이 및 블레이드(날개)의 크기(길이) 등을 사용자가 선택적으로 더 입력할 수 있도록 수행될 수 있다. 이는 상기 초기화 작업단계(S31)에서 함께 수행될 수 있음은 물론이다. 또한, 상기 풍력발전기 제약조건은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변경되어 수행될 수 있음은 물론이다.Here, the wind turbine constraints can be performed so that the user can selectively further input not only the cost and size of the turbine constituting the wind turbine, but also the height of the nacelle and the hub and the size (length) of the blades (wings). . Of course, this can be performed together in the initialization operation step (S31). In addition, the wind power generator constraints are not limited thereto, and can be variously changed and performed, of course.
이후, 상기 산출된 풍력발전기 운동량 정보와 상기 수집한 풍황자원 정보에 기초하여, 사용자가 설정한 기간에 따른 에너지 생산량 정보를 산출하는 에너지 생산량 산출단계(S42)를 수행한다.Thereafter, an energy production calculation step (S42) of calculating energy production information according to a period set by a user based on the calculated wind power generator momentum information and the collected wind resource information is performed.
이때, 상기 풍황자원 정보는 상기 부유식 라이다(100)로부터 실시간으로 관측한 풍황자원 정보이거나, 과거에 수집된 풍황자원 정보 중에 선택적으로 적용되어 수행될 수 있다.At this time, the wind condition resource information may be wind condition resource information observed in real time from the floating
이후, 상기 산출된 에너지 생산량 정보에 기초하여, 풍황자원 대비 전력생산량 정보를 산출하는 전력생산량 산출단계(S43)를 수행한다.Thereafter, based on the calculated energy production information, a power production amount calculation step (S43) of calculating power production amount information against wind resources is performed.
상기 전력생산량 정보는 설정 기간별 또는 발전기별로 풍황자원 대비 전력생산량 정보를 의미할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The power generation amount information may refer to power generation amount information against wind resources for each set period or generator, but is not limited thereto.
이후, 상기 풍력발전기 제약조건과 사용자가 설정한 자본 정보에 따라서 가상현실 풍력발전단지의 연간비용을 계산하는 자본 및 연간비용 계산단계(S44)를 수행하고, 상기 연간비용에 기초하여 균등화발전원가(LCoE)를 산출하는 균등화발전원가 산출단계(S45)를 수행한다.Thereafter, a capital and annual cost calculation step (S44) of calculating the annual cost of the virtual reality wind farm according to the wind turbine constraints and capital information set by the user is performed, and the equalized power generation cost (S44) is performed based on the annual cost. An equalization power generation cost calculation step (S45) of calculating LCoE) is performed.
이후, 상기 풍력발전기 제약조건 입력에 따라 상기 유전알고리즘을 이용하여 최적의 풍력발전기 개체수를 추정하여 적용한 가상현실 풍력발전단지의 균등화발전원가의 적합도를 계산하여 최적의 해가 나올 때까지 유전알고리즘의 적합성을 검토하는 유전알고리즘 적합성 검토단계(S46)를 수행한다.Thereafter, according to the input of the wind turbine constraint conditions, the optimal number of wind turbines is estimated using the genetic algorithm, and the suitability of the equalized power generation cost of the applied virtual reality wind farm is calculated to determine the suitability of the genetic algorithm until an optimal solution is obtained. The genetic algorithm suitability review step (S46) of reviewing is performed.
상기 유전알고리즘 적합성 검토단계(S46)에서 최적의 해가 나오지 않는다면, 상기 유전알고리즘 적합성 검토단계(S46) 이후, 초기(현재) 솔루션에 대한 적합도를 계산하고, 현재 솔루션을 무작위로 결합하여 자손 솔루션을 생성하고, 생성한 자손 솔루션의 적합도를 계산하여 적합도를 기준으로 솔루션을 선택하고 수행하는 작업 반복을 통해 입력된 풍력발전기 제약조건에 최적화된 균등화발전원가에 해당하는 가상현실 풍력발전단지를 재현할 때까지 상기 풍력발전기 생성단계(S32)부터 반복 수행한다.If no optimal solution is found in the genetic algorithm suitability review step (S46), after the genetic algorithm suitability review step (S46), the suitability for the initial (current) solution is calculated, and the current solution is randomly combined to generate a descendant solution. When reproducing a virtual reality wind farm corresponding to the equalized generation cost optimized for the input wind turbine constraints through repeated work of generating and calculating the suitability of the generated offspring solution, selecting a solution based on the suitability, and performing it It is repeatedly performed from the wind power generator generating step (S32) until.
다음, 상기 시뮬레이션 단계(S40)를 통한 가상현실 풍력발전단지의 시뮬레이션에 대한 결과 정보를 제공하는 시뮬레이션 결과 제공단계(S50)를 수행한다.Next, a simulation result providing step (S50) of providing result information on the simulation of the virtual reality wind farm through the simulation step (S40) is performed.
상기 결과 정보는 상기 풍황자원 정보와 상기 풍력발전기 제약조건에 따라 구현되는 메타버스 세계 속의 풍력발전단지의 발전량 및 운영상태 등을 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 산출된 풍력발전기 운동량 정보, 기간에 따른 에너지 생산량 정보, 풍황자원 대비 전력생산량 정보, 균등화발전원가 등 다양한 결과 정보를 의미하며, 이에 한정되는 것은 아니다.The result information may include the amount of power generation and operation status of the wind farm in the metaverse world implemented according to the wind condition resource information and the wind turbine constraint conditions, and the calculated wind power generator momentum information, energy according to the period It refers to various result information such as production information, power production information against wind resources, and equalized power generation cost, but is not limited thereto.
상기 시뮬레이션 결과 제공단계(S50)는 가상현실 풍력발전단지 및 상기 결과 정보를 시각화하여 제공하도록 수행한다.The simulation result providing step (S50) is performed to visualize and provide the virtual reality wind farm and the result information.
따라서, 상술한 바와 같은 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템 및 그 방법은 실제 해상에서 운영되는 부유식 라이다를 통해 실제 관측되는 풍황관측 정보를 토대로 해상풍력단지의 메타버스 세계를 구현하고, 고도별 풍황자원 정보 등 세분화된 정보 적용으로 메타버스 세계의 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 다양한 풍력발전기 제약조건을 적용 가능토록 하여 풍력발전기별 발전량 및 운영상태 등을 추정하는 등 시뮬레이션을 통해 그 결과를 제공함으로써, 실제에 가까운 가상해상운영환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the wind farm metaverse implementation system and method using the floating lidar wind condition observation technology as described above is based on the wind condition observation information actually observed through the floating lidar operated in the actual sea. It is possible to improve the precision of the metaverse world by applying detailed information such as wind condition resource information by altitude, and to apply various constraint conditions to wind turbines to estimate the amount of power generated and operation status of each wind turbine. Simulation such as estimating By providing the result through, there is an effect of providing a virtual maritime operating environment close to reality.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the above and accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You will understand that there is Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive.
100: 부유식 라이다
110: 풍황자원 정보 생산장치
120: 통신장치
200: 메타버스 서버
210: 자료처리부
220: 가상현실엔진부
230: 추상화모델부
240: 시뮬레이션부
241: 풍력발전기 운동량 산출모듈
242: 에너지 생산량 산출모듈
243: 전력생산량 산출모듈
244: 균등화발전원가 산출모듈
250: 시뮬레이션 결과제공부100: floating lidar
110: wind condition resource information production device
120: communication device
200: metaverse server
210: data processing unit
220: virtual reality engine department
230: abstraction model unit
240: simulation unit
241: Wind turbine momentum calculation module
242: energy production calculation module
243: power generation calculation module
244: equalization power generation cost calculation module
250: Simulation result providing unit
Claims (13)
해상에서 운영되고, 풍황자원을 관측하며 풍황자원 정보를 생산하는 풍황자원 정보 생산장치와, 생산된 풍황자원 정보를 전달하는 통신장치를 포함하는 부유식 라이다; 및
상기 부유식 라이다로부터 풍황자원 정보를 수집하고 분석하는 자료처리부와, 2차원 또는 3차원의 가상현실 풍력발전단지를 재현하는 가상현실엔진부와, 분석된 풍황자원 정보를 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 추상화모델부를 포함하는 메타버스 서버;를 포함하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템.In the wind farm metaverse implementation system using floating lidar wind condition observation technology,
A floating lidar operating on the sea, including a wind condition resource information generating device that observes wind condition resources and produces wind condition resource information, and a communication device that transmits the produced wind condition resource information; and
A data processing unit that collects and analyzes wind condition resource information from the floating lidar, a virtual reality engine unit that reproduces a 2D or 3D virtual reality wind farm, and transmits the analyzed wind condition resource information to a virtual reality wind farm. A wind farm metaverse implementation system using floating lidar wind condition observation technology including;
상기 추상화모델부는,
터빈 비용, 크기 등을 포함하는 풍력발전기 제약조건 입력에 따른 풍력발전기를 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 것을 특징으로 하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템.According to claim 1,
The abstraction model unit,
A wind farm metaverse implementation system using a floating lidar wind condition observation technology, characterized in that a wind turbine is applied to a virtual reality wind farm according to input of wind turbine constraint conditions including turbine cost and size.
상기 풍력발전기 제약조건은,
나셀과 허브의 높이 및 블레이드 크기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템.According to claim 2,
The wind generator constraints are,
A wind farm metaverse implementation system using floating lidar wind condition observation technology, characterized in that it further includes the height and blade size of the nacelle and hub.
상기 추상화모델부는,
상기 풍력발전기 제약조건 입력에 따라 유전알고리즘을 이용하여 최적의 풍력발전기 개체수를 추정하여 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 것을 특징으로 하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템.According to claim 2,
The abstraction model unit,
A wind farm metaverse implementation system using a floating lidar wind condition observation technology, characterized in that the optimal number of wind turbine generators is estimated using a genetic algorithm according to the input of the wind turbine constraint conditions and applied to the virtual reality wind farm.
상기 메타버스 서버는,
상기 수집한 풍황자원 정보와 상기 풍력발전기 제약조건에 기초하여, 풍력발전기별 발전량 및 운영상태를 추정하는 시뮬레이션부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템.According to claim 2,
The metaverse server,
A wind farm metaverse implementation system using a floating lidar wind condition observation technology, characterized in that it further comprises a simulation unit for estimating the amount of power generation and operation status of each wind turbine based on the collected wind condition resource information and the constraint conditions of the wind turbine.
상기 시뮬레이션부는,
상기 풍력발전기 제약조건에 기초하여, 풍력발전기 운동량 정보를 산출하는 풍력발전기 운동량 산출모듈과,
상기 산출된 풍력발전기 운동량 정보와 상기 수집한 풍황자원 정보에 기초하여, 사용자가 설정한 기간에 따른 에너지 생산량 정보를 산출하는 에너지 생산량 산출모듈과,
상기 산출된 에너지 생산량 정보에 기초하여, 풍황자원 대비 전력생산량 정보를 산출하는 전력생산량 산출모듈, 및
상기 풍력발전기 제약조건과 사용자가 설정한 자본 정보에 따라서 가상현실 풍력발전단지의 연간비용을 계산하고, 상기 연간비용에 기초하여 균등화발전원가(LCoE)를 산출하는 균등화발전원가 산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템.According to claim 5,
The simulation unit,
A wind turbine momentum calculation module for calculating wind turbine momentum information based on the wind turbine constraint conditions;
An energy production calculation module for calculating energy production information according to a period set by a user based on the calculated wind power generator momentum information and the collected wind resource information;
Based on the calculated energy production information, a power production calculation module for calculating power production information against wind resources, and
Including a levelized power generation cost calculation module that calculates the annual cost of a virtual reality wind power farm according to the wind turbine constraint conditions and capital information set by the user, and calculates a levelized power generation cost (LCoE) based on the annual cost A wind farm metaverse implementation system using floating lidar wind condition observation technology.
상기 에너지 생산량 산출모듈은,
상기 풍력발전기 운동량 정보와 상기 수집한 풍황자원 정보에 기초하여, 사용자가 설정한 기간에 따른 에너지 생산량 정보를 산출하되,
상기 풍황자원 정보는,
상기 부유식 라이다로부터 실시간으로 관측한 풍황자원 정보이거나, 과거에 수집된 풍황자원 정보인 것을 특징으로 하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템.According to claim 6,
The energy production calculation module,
Based on the wind power generator momentum information and the collected wind resource information, energy production information according to a period set by a user is calculated,
The wind condition resource information,
A wind farm metaverse implementation system using a floating lidar wind condition observation technology, characterized in that the wind condition resource information observed in real time from the floating lidar or the wind condition resource information collected in the past.
상기 메타버스 서버는,
상기 시뮬레이션부를 통한 가상현실 풍력발전단지의 시뮬레이션에 대한 결과 정보를 제공하는 시뮬레이션 결과제공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 시스템.According to claim 5,
The metaverse server,
A wind farm metaverse implementation system using floating lidar wind condition observation technology, characterized in that it further comprises a simulation result providing unit for providing result information on the simulation of the virtual reality wind farm through the simulation unit.
부유식 라이다로부터 관측한 풍황자원 정보를 수집하고 분석하는 풍황자원 정보 수집단계;
수집한 풍황자원 정보에 기초하여 2차원 또는 3차원의 가상현실 풍력발전단지를 재현하는 풍력발전단지 가상현실 구동단계;
풍력발전기의 터빈 비용, 크기 등을 포함하는 풍력발전기 제약조건 입력에 따라 구현되는 풍력발전기를 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 가상현실 추상화단계;
상기 풍력발전기 제약조건에 따라 가상현실 풍력발전단지의 풍력발전기별 발전량 및 운영상태를 추정하는 시뮬레이션 단계; 및
상기 가상현실 풍력발전단지의 시뮬레이션에 대한 결과 정보를 제공하는 시뮬레이션 결과 제공단계를 더 포함하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법.In the wind farm metaverse implementation method using floating lidar wind condition observation technology,
A wind condition resource information collection step of collecting and analyzing wind condition resource information observed from the floating lidar;
A wind farm virtual reality driving step of reproducing a 2-dimensional or 3-dimensional virtual reality wind farm based on the collected wind resource information;
a virtual reality abstraction step of applying a wind turbine implemented according to an input of wind turbine constraint conditions including a turbine cost and size of the wind turbine to a virtual reality wind farm;
A simulation step of estimating the amount of power generated and operation status of each wind turbine of the virtual reality wind farm according to the wind turbine constraint conditions; and
A method for implementing a wind farm metaverse using a floating lidar wind condition observation technology, further comprising a simulation result providing step of providing result information on the simulation of the virtual reality wind farm.
상기 가상현실 추상화단계는,
상기 풍력발전기 제약조건 입력에 따라 유전알고리즘을 이용하여 최적의 풍력발전기 개체수를 추정하여 가상현실 풍력발전단지에 적용하는 것을 특징으로 하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법.According to claim 9,
The virtual reality abstraction step,
A wind farm metaverse implementation method using a floating lidar wind condition observation technology, characterized in that the optimal number of wind turbines is estimated using a genetic algorithm according to the input of the wind turbine constraint conditions and applied to the virtual reality wind farm.
상기 시뮬레이션 단계는,
상기 풍력발전기 제약조건에 기초하여 풍력발전기 운동량 정보를 산출하는 풍력발전기 운동량 산출단계와,
상기 산출된 풍력발전기 운동량 정보와 상기 수집한 풍황자원 정보에 기초하여 사용자가 설정한 기간에 따른 에너지 생산량 정보를 산출하는 에너지 생산량 산출단계와,
상기 산출된 에너지 생산량 정보에 기초하여 풍황자원 대비 전력생산량 정보를 산출하는 전력생산량 산출단계, 및
상기 풍력발전기 제약조건과 사용자가 설정한 자본 정보에 따라서 가상현실 풍력발전단지의 연간비용을 계산하고, 상기 연간비용에 기초하여 균등화발전원가(LCoE)를 산출하는 균등화발전원가 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법.According to claim 9,
In the simulation step,
A wind turbine momentum calculation step of calculating wind turbine momentum information based on the wind turbine constraint conditions;
An energy production calculation step of calculating energy production information according to a period set by a user based on the calculated wind power generator momentum information and the collected wind resource information;
A power production amount calculation step of calculating power production amount information against wind resources based on the calculated energy production information, and
Calculating the annual cost of the virtual reality wind farm according to the wind turbine constraint conditions and capital information set by the user, and calculating the levelized generation cost (LCoE) based on the annual cost A method of implementing a wind farm metaverse using floating lidar wind condition observation technology.
상기 풍력발전기 운동량 산출단계는,
나셀과 허브의 높이 및 블레이드 크기 정보 등의 풍력발전기 제약조건을 선택적으로 더 입력받아 풍력발전기 운동량 정보를 산출하는 것을 특징으로 하는 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법.According to claim 11,
In the step of calculating the momentum of the wind turbine,
A method of implementing a wind farm metaverse using a floating lidar wind condition observation technology, characterized in that the wind turbine momentum information is calculated by selectively further inputting wind turbine constraint conditions such as the height of the nacelle and the hub and the blade size information.
상기 에너지 생산량 산출단계는,
상기 풍력발전기 운동량 정보와 상기 수집한 풍황자원 정보에 기초하여 사용자가 설정한 기간에 따른 에너지 생산량 정보를 산출하되,
상기 풍황자원 정보는,
사용자가 선택에 따라 상기 부유식 라이다로부터 실시간으로 관측한 풍황자원 정보이거나, 과거에 수집된 풍황정보인 것을 특징으로 부유식라이다 풍황관측 기술을 이용한 풍력단지 메타버스 구현 방법.According to claim 11,
In the energy production calculation step,
Based on the wind power generator momentum information and the collected wind resource information, energy production information according to a period set by a user is calculated,
The wind condition resource information,
Wind condition resource information observed in real time from the floating lidar according to the user's selection, or wind condition information collected in the past. A wind farm metaverse implementation method using floating lidar wind condition observation technology.
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|---|---|---|---|
| KR1020210186834A KR20230097387A (en) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | System for implementing offshore wind farm metaverse using floating lidar observation technology |
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|---|---|---|---|
| KR1020210186834A KR20230097387A (en) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | System for implementing offshore wind farm metaverse using floating lidar observation technology |
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| KR1020210186834A KR20230097387A (en) | 2021-12-24 | 2021-12-24 | System for implementing offshore wind farm metaverse using floating lidar observation technology |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR101596297B1 (en) | 2014-10-17 | 2016-02-23 | 한국에너지기술연구원 | floating meteorological mast |
-
2021
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101596297B1 (en) | 2014-10-17 | 2016-02-23 | 한국에너지기술연구원 | floating meteorological mast |
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