KR20240044220A - 풍력발전용 테스트 베드 시스템 - Google Patents

풍력발전용 테스트 베드 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 풍력발전용 테스트 베드 시스템을 개시한다. 개시된 풍력발전용 테스트 베드 시스템은, 풍력발전기의 발전 특성을 감시 및 제어하기 위한 풍력발전 데이터 수집부와, 상기 풍력발전 데이터 수집부와 연결되도록 통신모듈을 구비하는 서버 패널부과, 상기 풍력발전 데이터 수집부에서 제공하는 상기 풍력발전기의 작동을 감지하며, 풍향과 풍량에 기초하여 상기 풍력발전기의 발전량을 계산하는 시뮬레이터를 구비하는 관리서버를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 외부전원의 이상으로부터 풍력발전 감시를 위한 제어모듈의 보호하여 전기 안전성을 향상시킬 수 있으며, 각종 제어모듈들을 외부의 충격 등으로부터 안정적으로 보호할 수 있고, 유지보수를 간편하게 진행할 수 있다.

Description

풍력발전용 테스트 베드 시스템{The test bed system for the wind power generation}
본 발명은 풍력발전용 테스트 베드 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 외부전원의 이상으로부터 풍력발전 감시를 위한 제어모듈의 보호하여 전기 안전성을 향상시킬 수 있으며, 각종 제어모듈들을 외부의 충격 등으로부터 안정적으로 보호할 수 있고, 유지보수를 간편하게 진행할 수 있도록 하는 풍력발전용 테스트 베드 시스템에 관한 것이다.
통상 유체의 힘을 이용한 풍력발전은 공기의 유동을 가진 운동 에너지의 공기역학적(aerodynamic) 특성을 이용하여 회전자(rotor)를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시켜서 전력을 얻는 발전이다.
또한, 풍력발전은 어느 곳에나 산재 되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있으며, 대규모 발전 단지의 경우에는 발전 비용도 기존의 발전 방식과 경쟁이 가능한 수준의 신재생 에너지 발전기술이다.
한편, 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 신재생 에너지원은 본질적으로 계절, 날씨 등의 환경적 요인에 따라 전력 생산량이 크게 변화하는 간헐적인 특성을 가진다. 이러한 간헐성은 발전 출력의 급격한 변동을 가져오며 그 결과로서 전력 품질이 떨어지는 결과를 초래한다. 이러한 간헐성을 극복하기 위한 고전적인 방법으로 고용량의 단일 기기를 설치하는 대신 저용량의 다수 기기를 설치하거나, 발전 설비를 넓은 영역에 걸쳐 분산 배치하는 방법 등이 적용되고 있다.
더욱이, 고가인 풍력발전기를 장시간 정상 상태로 유지하기 위해서 치명적인 고장이나 손상이 발생하기 전에 이를 미리 탐지하여 수리하거나 다른 조치를 취하는 것이 필요하다. 하지만, 풍력발전기를 사람이 실시간으로 감시하는 것이 불가능하기 때문에 풍력발전기에 의해 표출되는 특정한 파라미터 모니터링을 이용한 상태 감시가 필요하며 이는 특히 육지로부터 멀리 떨어진 해상 풍력 발전기 등에 있어서 절실하며 알람의 유효성 확보가 필요한 실정이지만 현재 기술 발전이 미미한 실정이다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-1537363호(등록일:2015.07.10)에는 "풍력발전장치의 제어 방법"이 게시되어 있고, 등록특허 제10-1499790호(등록일:2015.03.02)에는 "풍력발전단지 출력제어시스템을 모의하기 위한 시스템 및 그 방법"가 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 외부전원의 이상으로부터 풍력발전 감시를 위한 제어모듈의 보호하여 전기 안전성을 향상시킬 수 있으며, 각종 제어모듈들을 외부의 충격 등으로부터 안정적으로 보호할 수 있고, 유지보수를 간편하게 진행할 수 있는 풍력발전용 테스트 베드 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 풍력발전용 테스트 베드 시스템은, 풍력발전기의 발전 특성을 감시 및 제어하기 위한 풍력발전 데이터 수집부과, 상기 풍력발전 데이터 수집부을 설치되며, 통신모듈을 구비하는 서버 패널부와, 상기 풍력발전 데이터 수집부에서 제공하는 상기 풍력발전기의 작동을 감지하며, 풍향과 풍량에 기초하여 상기 풍력발전기의 발전량을 계산하는 시뮬레이터를 구비하는 관리서버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 서버 패널부는, 서버 패널부와, 외부로부터 공급되는 외부전원의 차단과 PLC와 같은 제어기기와 전원 공급장치의 전력 공급과 차단을 위하여 상기 서버 패널부에 구비되는 메인전력 차단부와, 상기 관리서버와 통신을 위하여 상기 메인 전력 차단부의 하측에 위치하도록 상기 서버 패널부에 구비되며, 통신선의 연결을 위한 통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 서버 패널부는, 외부 충격에 대한 내구성 향상을 위하여 2중 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 서버 패널부는, 상기 관리서버는 복수의 제어부를 구비하며, 복수의 상기 제어부와 통신 가능하도록 상기 통신모듈이 이중화된 PLC 접속구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전용 테스트 베드 시스템은 종래기술과는 달리 외부전원의 이상으로부터 풍력발전 감시를 위한 제어모듈의 보호하여 전기 안전성을 향상시킬 수 있으며, 각종 제어모듈들을 외부의 충격 등으로부터 안정적으로 보호할 수 있고, 유지보수를 간편하게 진행할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전용 테스트 베드 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전용 테스트 베드 시스템을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 서버 패널부를 설명하기 위한 내부 모식도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따른 서버 패널부를 설명하기 위한 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 서버 패널부를 설명하기 위한 요부 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 베이스 찬넬을 설명하기 위한 요부 확대도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 풍력발전용 테스트 베드 시스템의 바람직한 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전용 테스트 베드 시스템을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전용 테스트 베드 시스템을 설명하기 위한 모식도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 서버 패널부를 설명하기 위한 내부 모식도이다.
또한, 도 4은 본 발명의 일 실시 예에 따른 서버 패널부를 설명하기 위한 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 서버 패널부를 설명하기 위한 요부 확대도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 베이스 찬넬을 설명하기 위한 요부 확대도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력발전용 테스트 베드 시스템은, 풍력발전기(10)와, 풍력발전 데이터 수집부(20)와, 서버 패널부(30)와, 관리서버(40)를 포함한다.
이때, 풍력발전기(10)는, 복수개 구비되어 풍력단지를 이루며, 전력계통과 연계하여 생산하는 전력을 송전하며, 풍속과 풍향에 따라 전력 생산과 운전에 영향을 받게 된다. 따라서 풍속과 풍향 등에 따라 전력 생산량을 예측하는 것은 매우 중요하며, 이를 통해 풍력발전기(10)를 제어하여야 한다.
풍력발전 데이터 수집부(20)는 전력 계통 운용을 제어하기 위한 각종 데이터와, 사용 가능한 풍력 연계용량을 검증하고 판단하기 위해서 필요로 하는 각종 데이터들을 감지하여 서버 패널부(30)를 통해 관리서버(40)로 전송한다. 여기서 풍력발전 데이터로 출력치, 전압, 전류 등과 같은 전력특성에 따른 각종 기준 데이터를 포함하며, 사용 가능한 풍력발전기(10)의 연계용량 판단시에 이용될 수 있는 단락용량, 불평형, 전압변동, 전압제어, 단독운전, 역조류 등과 같은 각종 운전특성 항목에 따른 다양한 파라미터를 감지하고, 이를 제공한다. 그리고 풍력발전 데이터 수집부(20)에서 제공되는 정보들은 관리서버(40)에 저장된다.
서버 패널부(30)는, 풍력발전 데이터 수집부(20)와 관리서버(40)의 통신을 위하여 통신모듈(31)을 구비한다.
관리서버(40)는 풍력발전 데이터 수집부(20)에서 제공하는 풍력발전기(10)의 작동을 감지하며, 풍향과 풍량에 기초하여 풍력발전기(10)의 발전량을 계산한다. 이러한 관리서버(40)는 크게 EWS(Exchange Web Services) 단말서버(50)와, OWS 단말서버(HMI & Simulator)(60)를 포함하며, OWS 단말서버(60)에 시뮬레이터(61)와 PLC 테이터 수집장치(62)가 구비된다.
또한, EWS 단말서버(50)와, OWS 단말서버(60)에는 서버 패널부(30)와 정보 송수신을 위한 통신 단말 모듈(51, 63)이 각각 구비된다.
시뮬레이터(61)는 OWS 단말서버(60)에 구비되어 운용이 이루어지며, 전력 계통의 운용 명령을 발생한다. 이러한 시뮬레이터(61)는, 풍력발전 데이터 수집부(20)에서 발생하는 풍력발전기(10) 상태정보와 풍속 및 풍량 등의 정보를 기초로 현재 상태를 판단하며, 풍력발전기(10)의 제어를 위한 각종 계통운용 명령을 발생한다.
한편, 본 실시 예에 따른 서버 패널부(30)는 유선통신을 통해 EWS 단말서버(50) 및 OWS 단말서버(60)의 통신 단말 모듈(51, 63)에 각각 연결되며, 시뮬레이터(61)와 풍력발전 데이터 수집부(20)를 연결하는 DAQ(Data acquisition) 모듈(33)을 구비한다. 이러한 서버 패널부(30)는 신호의 송수신 안전성을 위하여 이중화된 PLC 접속구조로 이루어진다. 이를 위하여 서버 패널부(30)는 PLC 모듈(38)을 더 구비한다.
이를 위하여, 서버 패널부(30)는 2중 구조로 이루어지는 서버 패널부(30)를 구비하며, 서버 패널부(30)에 다양한 접속장치가 구비된다. 구체적으로, 서버 패널부(30)에는 외부전력의 연결과 차단을 위한 메인 전력 차단부(34)가 구비된다. 메인 전력 차단부(34)는 서버 패널부(30)의 내부에 설치되는 PLC 등과 같은 각종 제어기기와 전원 공급장치에 전원을 공급하고, 이상 전원이 발생하면 이를 차단한다.
또한, 서버 패널부(30)에는 EWS 단말서버(50) 및 OWS 단말서버(60)의 통신 단말 모듈(51, 63)과 접속되는 통신모듈(31)을 구비하며, 통신모듈(31)의 전원차단과 유지보수를 위한 보조 전력 차단부(35)를 각각 구비한다. 통신모듈(31)은 관리서버(40)와 통신을 위하여 메인 전력 차단부(34)의 하측에 위치하도록 서버 패널부(30)에 구비되며, 통신선을 통해 통신 단말 모듈(51, 63)에 연결된다. 이때, 보조 전력 차단부(35)는 복수의 통신모듈(31)과, DAQ 모듈(33)의 전력 제어를 위하여 3개가 각각 구비된다.
또한, 서버 패널부(30)는, 외부에서 공급되는 AC 220V를 DC 24V로 변환하는 전원공급장치(36)를 구비하고, 다양한 형태의 이더넷 모듈을 구비하고, 이더넷 통신을 위한 허브(37)를 구비한다. 더하여 서버 패널부(30)는 디지털 신호와 아날로그 신호의 입출력을 위한 신호 송수신 모듈을 더 구비한다.
더하여, 통신모듈(31)과 DAQ 모듈(33)은 상호 광통신을 통해 PLC 정보를 처리할 수 있는 CPU를 구비한다. 이러한 2개의 CPU 중 어느 하나는 외부 충격이나 모듈의 에러가 발생하여 제 기능을 하지 못하는 상황이 발생하면 다른 하나의 CPU로 제어를 자동 전환한다.
특히, 시뮬레이터(61)에서 발생하는 정보를 DAQ 모듈(33)을 통하여 IO 모듈로 직접 송신하여 더욱 구체적인 시뮬레이션 테스트가 가능하다.
한편, 본 실시 예에 따른 서버 패널부(30)는 2중 구조를 가지며, 개폐를 위한 도어(30e)를 구비하며, 도어(30e)의 상측에 방열을 위한 방열팬(35)이 마련된다. 이러한 서버 패널부(30)는 내충격성이 향상되도록 내부 패널(30a)과 외부 패널(30b)를 구비하며, 내부 패널(30a)에 고무와셔(30c)를 구비하는 볼트(30d)가 접합되고, 외부 패널(30b)이 볼트(30d)에 결합되어 고정된다.
더하여, 도어(30e)와 서버 패널부(30) 사이에는 도어(30e)의 개폐시 충격 흡수를 위한 패킹(30f)이 구비된다. 이때, 서버 패널부(30)는 패킹(30f)의 결합을 위한 패킹 장착부(30b')가 절곡 형성되고, 패킹(30f)에 패킹 장착부(30b')의 끝단이 삽입되는 결합홈부가 형성된다.
또한, 서버 패널부(30)의 하부에는 지면에 고정하기 위한 베이스 찬넬(30')이 구비되고, 베이스 찬넬(30')은 "ㄷ"자 형상으로 앵커를 통해 콘크리트 바닥에 견고하게 고정된다. 이러한 서버 패널부(30)는 볼트와 너트를 통해 베이스 찬넬(30')에 고정된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 풍력발전용 테스트 베드 시스템은 서버 패널부(30)가 2중 구조를 가지므로, 내충격성과 내구성이 향상되고, 외부전원의 이상으로부터 풍력발전 감시를 위한 제어모듈의 보호하여 전기 안전성을 향상시킬 수 있으며, 각종 제어모듈들을 외부의 충격 등으로부터 안정적으로 보호할 수 있고, 유지보수를 간편하게 진행할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 풍력발전기 20 : 풍력발전 데이터 수집부
30 : 서버 패널부 40 : 관리서버
31 : 통신모듈 33 : DAQ 모듈
34 : 메인전력 차단부 35 : 보조전력 차단부
36 : 전원공급장치 37 : 허브
38 : PLC 모듈 62 : PLC 데이터 수집장치
50 : EWS 단말서버 60 : OWS 단말서버
61 : 시뮬레이터 30a : 내부 패널
30b : 외부 패널 30c : 고무와셔

Claims (3)

  1. 풍력발전기의 발전 특성을 감시 및 제어하기 위한 풍력발전 데이터 수집부;
    상기 풍력발전 데이터 수집부와 연결되도록 통신모듈을 구비하는 서버 패널부; 및
    상기 풍력발전 데이터 수집부에서 제공하는 상기 풍력발전기의 작동을 감지하며, 풍향과 풍량에 기초하여 상기 풍력발전기의 발전량을 계산하는 시뮬레이터를 구비하는 관리서버;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 테스트 베드 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서버 패널부는, 서버 패널부;
    외부로부터 공급되는 외부전원의 차단과 PLC와 같은 제어기기와 전원 공급장치의 전력 공급과 차단을 위하여 상기 서버 패널부에 구비되는 메인 전력 차단부; 및
    상기 관리서버와 통신을 위하여 상기 메인 전력 차단부의 하측에 위치하도록 상기 서버 패널부에 구비되며, 통신선의 연결을 위한 통신모듈;을 포함하며,
    상기 서버 패널부는 2중 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 테스트 베드 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 서버 패널부는, 상기 관리서버는 복수의 제어부를 구비하며, 복수의 상기 제어부와 통신 가능하도록 상기 통신모듈이 이중화된 PLC 접속구조를 가지는 것을 특징으로 하는 풍력발전용 테스트 베드 시스템.
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