WO2012115313A1 - 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법 Download PDF

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speed difference
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김기현
손찬희
하인철
이정상
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삼성중공업 주식회사
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a nacelle wind speed correction system and method thereof of a wind turbine.
  • wind speed and wind direction are very important indicators for the overall control and stability of wind power generators.
  • FIG. 1 shows a state where typical wind generators and a Met tower are installed.
  • Met towers Metalological towers, meteorological towers
  • Met towers are installed near the wind turbines 100 to observe weather conditions for the operation of the wind turbines.
  • Met tower 10 includes anemometer 11 and measures standard wind speed and wind direction in a wind farm where wind generators 100 are installed. At this time, the measured wind speed is used to measure the standard wind speed when displaying the power curve (Power curve) according to the operation of the wind power generator (100).
  • Power curve power curve
  • the x-axis represents the wind speed and the y-axis represents the power curve represented by the power curve indicated by the standard wind speed measured by the Met tower 10.
  • the power curve is also referred to as the output curve and the performance curve as the most important indicator indicating the performance of the wind power generator (100).
  • the wind turbine 100 is composed of a rotor blade 101, a hub 102, a nacelle 103, a tower 104, and the like.
  • a nacelle anemometer 110 is also provided on the upper portion of the nacelle 103. It is installed to measure the wind speed (hereinafter referred to as nacelle wind speed) at the point where the wind power generator 100 is installed.
  • nacelle wind speeds are a standard of the cut-in speed and the cut-out speed for driving the individual wind turbines 100.
  • Figure 3 shows the setting of the start wind speed and the stop wind speed of a typical wind power generator.
  • a power curve of a general wind power generator 100 is simulated.
  • the cut-in speed represents the starting wind speed at which the generator actually starts
  • the cut-out speed represents the stopping wind speed at which the generator is stopped.
  • the cut-in speed is as low as possible because it is the wind speed at which the generator is actually started to produce power, but when it is operated at too low wind speed, the power produced is less than the power consumed by the turbine itself. It is generally about 3.5m / s.
  • the cut-out speed is a wind speed that artificially stops to protect the wind turbine 100 when the wind speed is too large, but may vary from generator to generator, but at a wind speed of about 25 m / s to ensure stability. Stop operation.
  • the setting of the start wind speed and the stop wind speed of the wind power generator 100 is not based on the standard wind speed of the Met tower 10, but on the nacelle wind speed installed in the wind power generator 100.
  • the reason is that the Met tower 10 is for measuring the standard wind speed / wind direction of the region in which the wind turbine 100 is installed, because this does not represent the wind speed in the individual wind turbine 100.
  • the nacelle wind speed may be the reference for the power curve as well as the start and stop wind speeds. This is because the Met tower (10) is not installed in the wind power generation area, or because the wind speed may be different from each other depending on the installation location / terrain, it is possible to measure the power curve using the nacelle wind speed for each wind generator (100).
  • the nacelle wind speed measured by the nacelle anemometer 110 of the wind power generator 100 is a general Met tower (10) due to the influence of the rotation of the rotor blades 101, the shape of the nacelle 103, the instantaneous side winds around the generator, and the like.
  • This has the disadvantage of showing values different from the standard wind speed measured at. That is, the nacelle anemometer 110 has a disadvantage of measuring an incorrect value in measuring the nacelle wind speed under the influence of the external environment such as the operation of the rotor blade 101 and the structure of the nacelle 103.
  • 4 and 5 are graphs showing a relationship between a conventional Met tower anemometer and a nacelle anemometer.
  • the nacelle wind speed measured by the nacelle anemometer 110 is measured when the rotor blade 101 of the wind turbine 100 rotates as shown in line A of FIG. 4. It is higher than the standard wind speed. On the other hand, if the rotor blade 101 of the wind power generator 100 is stopped, it shows a value smaller than the standard wind speed of the Met tower 10 as in the line (B).
  • An embodiment of the present invention corrects the nacelle wind speed of the wind turbine to accurately capture the start wind speed and the stop wind speed to improve the performance and stability of the wind turbine and to obtain a more accurate power curve (performance curve) wind turbine generator nacelle correction system And a method thereof.
  • the measurement information collection unit for collecting the nacelle wind speed measured from the nacelle anemometer installed on the nacelle of the wind power generator;
  • a wind speed difference generator for generating non-linear wind speed difference information about the unit speed of the nacelle by calculating a wind speed difference between the standard wind speed of the meteorological tower and the wind speed of the nacelle measured for a period of time;
  • a correction unit for generating a nonlinear correction equation using the nacelle wind speed and the nonlinear wind speed difference information and calculating a nacelle correction wind speed according to the nonlinear correction equation;
  • And using the nacelle correction wind speed may include a control unit for controlling the operating state of the wind turbine in accordance with a predetermined start wind speed and a stop wind speed.
  • the corrector may generate the nonlinear correction equation as one or more polynomials of quadratic to fifteenth equations.
  • the nonlinear wind speed difference information may further include a coefficient extractor configured to extract a wind speed difference corresponding to the nacelle wind speed, and the correction unit may use the nacelle wind speed and the wind speed difference.
  • the wind speed difference generator may store a difference between the nacelle wind speed of the nacelle anemometer and a standard wind speed of the meteorological tower measured under the same conditions, in a wind speed table, and generate an average wind speed difference graph using the wind speed difference table. Derived from the non-linear wind speed difference information, the average wind speed difference graph may represent the average of the wind speed minus the nacelle wind speed from the standard wind speed.
  • the control unit may derive a power curve using the nacelle corrected wind speed, and calculate a power output of the wind turbine using the power curve.
  • the step a) may include a-1) storing, in a wind speed difference table, a non-linear wind speed difference from a standard wind speed of the meteorological tower measured at the same positional condition as the nacelle wind speed of the nacelle anemometer in a predetermined unit; And a-2) generating an average wind speed difference graph using the wind speed difference table, wherein the average wind speed difference graph may represent an average of wind speed differences obtained by subtracting the nacelle wind speed from the standard wind speed.
  • the step c) may include extracting a wind speed difference corresponding to the collected nacelle wind speed using the average wind speed difference graph; And generating the nonlinear correction equation using the extracted wind speed difference and the collected nacelle wind speed.
  • the power curve may be derived using the nacelle-corrected wind speed, and the power output of the wind turbine may be calculated using the derived power curve.
  • the embodiment of the present invention can accurately measure the start wind speed and the stop wind speed accordingly by correcting the nacelle wind speed to match the standard wind speed of the Met tower. In addition, it is possible to prevent the performance loss of the wind power generator by accurately measuring the start wind speed and the stop wind speed.
  • FIG. 1 shows a state where typical wind generators and a Met tower are installed.
  • FIG 3 shows the setting of the start wind speed and the stop wind speed of a general wind power generator.
  • 4 and 5 are graphs showing the relationship between a conventional Met tower anemometer and a nacelle anemometer.
  • FIG. 6 is a graph showing a result of linear correction of a general nacelle wind speed.
  • FIG. 7 is a block diagram schematically illustrating a nacelle wind speed correction system of a wind power generator according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a graph showing the nacelle wind speed and the average wind speed difference according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing a result of matching the nacelle corrected wind speed and the standard wind speed according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a nacelle wind speed correction method of the wind power generator according to the embodiment of the present invention.
  • the nacelle wind speed not only gives inaccurate results in calculating the amount of power produced by the wind turbine 100, but also the cut-in speed (e.g., 3.5 m / s) and stoppage of the wind turbine 100. Accurate identification of cut-out speed (eg 25 m / s) is also difficult.
  • the nacelle anemometer 110 may measure the nacelle wind speed lower than the standard wind speed while the wind power generator 100 is stopped, so that the start timing may be missed even though the nacelle anemometer 110 becomes the actual starting wind speed (3.5 m / s). It may cause power generation performance loss.
  • the wind power generator 100 stops operation by determining that it has reached, even though the actual wind speed is not 25m / s. May cause performance loss.
  • the wind power generator 100 can be controlled without loss of performance only when the nacelle wind speed is corrected to match or approximate the standard wind speed measured by the Met tower 10. In addition, the power curve can be displayed more accurately.
  • FIG. 6 is a graph showing a result of linear correction of a general nacelle wind speed.
  • Figure 7 is a block diagram schematically showing a nacelle wind speed correction system of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.
  • the nacelle wind speed correction system 200 includes a measurement information collection unit 210, a wind speed difference generation unit 220, a coefficient extraction unit 230, and a correction unit 240. ) And the controller 250.
  • the measurement information collection unit 210 is connected to the nacelle anemometer 110 installed on the nacelle, and collects the nacelle wind speed according to the operating state (stop / operation) of the wind power generator 100 from the nacelle anemometer 110.
  • the standard wind speed may be collected when connected to the Met tower 10.
  • the wind speed difference generation unit 220 uses the nacelle wind speed measured by the wind power generator 100 and the standard wind speed measured by the Met tower 10 for a predetermined period (for example, one month) to correct the nacelle wind speed. Create a table that calculates the wind speed difference between standard wind speeds.
  • the wind speed difference generation unit 220 stores the difference from the standard wind speed of the Met tower 10 measured under the same conditions (time, position, height) as the nacelle wind speed of the nacelle anemometer 110 in the wind speed table. Based on this, the average wind speed difference graph for the nacelle wind speed can be derived as shown in FIG. 8 below.
  • the wind speed difference table and the wind speed difference graph may be collectively referred to as wind speed difference information for convenience of description as information related to each other.
  • FIG. 8 is a graph showing the nacelle wind speed and the average wind speed difference according to an embodiment of the present invention.
  • the x-axis represents the nacelle wind speed and the y-axis represents the average value of the wind speed difference minus the nacelle wind speed from the standard wind speed of the Met tower 10.
  • the average wind speed difference graph of FIG. 8 derived from the wind speed difference table of nacelle wind speed is a non-linear wind speed difference from the standard wind speed of the Met tower 10 measured at the time of nacelle wind speed averaged at 1 m / s intervals. Indicates.
  • the average of the nacelle wind speed at that time for 1 month is about 5.5 m / s, and the standard of Met tower (10) at that time is obtained. If the difference between the wind speed and the nacelle wind speed is obtained in the same manner, a graph as shown in FIG. 8 can be derived.
  • the coefficient extractor 230 may store, in the wind speed difference information (for example, the wind speed difference table or the wind speed difference graph of FIG. 8), the wind speed difference corresponding to the nacelle wind speed collected by the measurement information collection unit 210. Extract.
  • the wind speed difference information for example, the wind speed difference table or the wind speed difference graph of FIG. 8
  • the correction unit 240 determines the wind speed difference extracted from the coefficient extraction unit 230 as coefficient information, and based on the nacelle wind speed and the nonlinear correction equation collected by the measurement information collecting unit 210, the nacelle correction wind speed close to the standard wind speed. To calculate.
  • correction unit 240 calculates a correction wind speed close to the standard wind speed based on a nonlinear correction equation.
  • the x-axis of the average wind speed difference graph represents a nacelle wind speed
  • the y-axis represents a wind speed difference minus the nacelle wind speed from the standard wind speed of the Met tower (10). It can be expressed as
  • Equation 1 in order to correct the nacelle wind speed to be close to the standard wind speed, Equation 1 above may be arranged as Equation 2 below.
  • Equation 2 means that the standard wind speed of the Met tower 10 is inferred using only the nacelle wind speed measured by the wind power generator 100.
  • the nacelle-corrected wind speed inferred here may not be equal to 100% of the standard wind speed, but represent a value calibrated close to the standard wind speed.
  • the correction unit 240 may express f (wind speed difference) shown in Equations 1 and 2 as a polynomial of a second order to a higher order (for example, 15th order). For example, the graph shown in FIG. Summarizing as follows: Equation 3 below.
  • Is the nacelle correction wind speed Is the nacelle wind speed.
  • the coefficient a is a value derived from the average wind speed difference graph (or wind speed difference table) shown in FIG. 8 with respect to the wind speed difference between the nacelle wind speed and the standard wind speed from the actual measured nacelle wind speed value. If a1 to a4 are determined from the actual measured nacelle wind speeds, as shown in FIG.
  • the coefficient a may be different for each model of the wind turbine 100, it is derived based on the data measured after the installation of the wind turbine 100.
  • Figure 9 is a graph showing a result of matching the nacelle corrected wind speed and the standard wind speed according to an embodiment of the present invention.
  • the coefficient f is obtained by calculating coefficients from the average wind speed difference graph (or wind speed difference table) of FIG. 8 based on the nacelle wind speed at which the correction unit 240 actually measures. Based on Equation 3, the nonlinearly corrected nacelle-corrected wind velocity closely matches the standard wind velocity.
  • the solid line A at the top is a nacelle wind speed
  • the solid line C is a nacelle corrected wind speed, which can be verified very well with the standard wind speed B of the Met tower 10. Therefore, the performance deficiency of the wind power generator 100 can be reduced by correcting the start wind speed and the stop wind speed more accurately using the nacelle correction wind speed.
  • the controller 250 corrects the measured nacelle wind speed and controls the overall operation for operating the wind power generator 100 using the corrected nacelle correction wind speed.
  • the controller 250 sets the start wind speed and the stop wind speed using the nacelle correction wind speed calculated by the corrector 240, and controls whether the wind power generator 100 is operated accordingly.
  • control unit 250 may generate a power curve using the nacelle-corrected wind speed, thereby generating the same or very similar results as using the standard wind speed of the Met tower 10 even when measuring the performance of the wind turbine 100. .
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a nacelle wind speed correction method of the wind power generator according to the embodiment of the present invention.
  • the internal configuration of the nacelle wind speed correction system 200 of the wind power generator according to the embodiment of the present invention described above with reference to FIG. 9 may be subdivided into functional units or integrated into functions and implemented in various components regardless of the name. Can be. Therefore, in the following description of the nacelle wind speed correction method according to an embodiment of the present invention, the subject is described as the nacelle wind speed correction system 200.
  • the nacelle wind speed correction system 200 of the wind power generator is a Met tower (measured at the same positional condition as the nacelle wind speed of the nacelle anemometer 110 for a predetermined period of time).
  • a non-linear wind speed difference with the standard wind speed of 10) is stored in the wind speed difference table, and an average wind speed difference graph indicating an average value of the wind speed difference minus the nacelle wind speed from the standard wind speed is generated based on the wind speed difference table (S101).
  • the nacelle wind speed correction system 200 collects the nacelle wind speed measured from the nacelle anemometer 110 (S102).
  • the wind speed difference extracted from the wind speed information (wind speed table / wind speed graph) based on the collected nacelle wind speed is determined as a coefficient (S103), and a nonlinear correction equation ranging from 2nd to 15th equations is generated.
  • the used nacelle correction wind speed is calculated (S104).
  • the nacelle wind speed correction system 200 operates the wind power generator 100 when the wind power generator 100 is stopped (S105; yes), and the nacelle corrected wind speed exceeds a preset starting wind speed (S106; yes). (S107) If it does not exceed the starting wind speed, it ignores and maintains a stop state, and returns to step S102 (S106; No).
  • the nacelle wind speed correction system 200 stops the operation of the wind power generator 100 when the wind power generator 100 is in operation (S105; NO) and the nacelle corrected wind speed exceeds a preset stop wind speed (S108; YES). If it stops (S109), if it does not exceed the said stop wind speed, it ignores and maintains an operation state, and returns to step S102 (S109; No).
  • the nacelle wind speed correction system 200 may store the nacelle correction wind speed corrected according to time, and generate a power curve based on the nacelle correction wind speed (S110).
  • the nacelle wind speed correction system 200 of the wind power generator adjusts the nacelle wind speed to match the standard wind speed of the Met tower 10 through a nonlinear correction equation using the average wind speed difference between the nacelle wind speed and the standard wind speed.
  • a nonlinear correction equation using the average wind speed difference between the nacelle wind speed and the standard wind speed.
  • An embodiment of the present invention is not implemented only through the above-described apparatus and / or method, but may be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded, and the like.
  • such an implementation may be easily implemented by those skilled in the art from the description of the above-described embodiments.
  • Nacelle wind speed correction system is a system to prevent the performance loss of the wind power generator by accurately measuring the starting wind speed and maintenance wind speed by correcting the nacelle wind speed of the wind turbine to match the standard wind speed of the Met tower.
  • the nacelle wind speed correction system may calculate a power amount more accurate than using a conventional nacelle wind speed by deriving a power curve of a wind power generator using a nacelle corrected wind speed corrected to a standard wind speed.

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Abstract

풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템은, 풍력발전기의 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집하는 계측정보 수집부; 일정기간 동안 계측되는 기상 타워(Met tower)의 표준 풍속과 나셀 풍속의 풍속차를 계산하여 단위별 나셀 풍속에 대한 비선형적인 풍속차 정보를 생성하는 풍속차 생성부; 나셀 풍속 및 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여 비선형 보정식을 생성하고, 비선형 보정식에 따른 나셀 보정풍속을 산출하는 보정부; 및 나셀 보정풍속을 이용하여 기설정된 시동풍속과 정지풍속에 따라 풍력발전기의 가동상태를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법
본 발명은 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전기의 운용에 있어서 풍속 및 풍향은 풍력발전기의 전반적인 제어와 안정성확보를 위해 매우 중요한 지표가 되므로 풍속계를 이용하여 지속적인 풍향 및 풍속을 계측하고 있다.
도 1은 일반적인 풍력발전기들과 Met tower가 설치된 상태를 나타낸다.
첨부된 도 1을 참조하면, 풍력발전기(100)들이 설치된 근처에는 Met tower(Meteorological towers, 기상 타워)가 설치되어 풍력발전기의 운용을 위한 기상상태를 관측한다.
Met tower(10)는 풍속계(11)를 포함하며 풍력발전기(100)들이 설치된 지역(wind farm)에서의 표준적인 풍속 및 풍향을 계측한다. 이 때, 계측되는 풍속은 풍력발전기(100)의 운용에 따른 파워커브(Power curve)를 표시할 때의 표준 풍속을 계측하는데 이용된다.
도 2는 일반적으로 계측된 표준 풍속에 기초하여 생성되는 파워커브를 나타낸다.
첨부된 도 2를 참조하면, Met tower(10)에서 계측되는 표준 풍속으로 표시된 파워커브로 x축은 풍속(Wind Speed), y축은 생산 전력(Power)이 표시된다. 이 때, 파워커브는 풍력발전기(100)의 성능을 나타내는 가장 중요한 지표로서 출력곡선 및 성능곡선 등으로 불리기도 한다.
풍력발전기(100)는 로터 블레이드(101), 허브(102), 나셀(103) 및 타워(104) 등으로 구성되며 이 때, 나셀(103)의 상부에도 나셀 풍속계(Nacelle anemometer)(110)가 설치되어 풍력발전기(100)가 설치된 지점에서의 풍속(이하, 나셀 풍속 이라 명명함)을 계측한다.
이러한 나셀 풍속은 개별 풍력발전기(100)의 구동을 위한 시동풍속(Cut-in speed) 및 정지풍속(Cut-out speed)의 기준이 된다.
한편, 도 3은 일반적인 풍력발전기의 시동풍속 및 정지풍속의 설정을 나타낸다.
첨부된 도 3을 참조하면, 일반적인 풍력발전기(100)의 파워커브(Power curve)를 모사하고 있다. 그림에서 Cut-in speed는 발전기가 실제 가동하기 시작하는 시동풍속을 나타내고, Cut-out speed는 발전기를 정지 시키는 정지풍속을 나타낸다.
여기서, 시동풍속(Cut-in speed)은 발전기를 실제 가동하여 전력을 생산하기 시작하는 풍속이기 때문에 가급적 낮을수록 좋지만, 너무 낮은 풍속에서 가동되는 경우 터빈이 자체적으로 소모하는 전력보다 생산된 전력이 적을 수 있으므로 약 3.5m/s 정도로 하는 것이 일반적이다.
반면, 정지풍속(Cut-out speed)은 풍속이 너무 커졌을 때 풍력발전기(100)를 보호하기 위해 인위적으로 정지시키는 풍속으로써 발전기마다 설정이 다를 수 있지만 안정성 확보를 위해 통상 25m/s 정도의 풍속에서 가동을 중지한다.
이와 같이 풍력발전기(100)의 시동풍속 및 정지풍속의 설정은 Met tower(10)의 표준 풍속을 기준으로 하는 것이 아니라, 풍력발전기(100)에 설치된 나셀 풍속을 기준으로 한다. 그 이유는 Met tower(10)는 풍력발전기(100)가 설치된 지역의 표준 풍속/풍향을 계측하기 위함이지, 이것이 곧 개별 풍력발전기(100)에서의 풍속을 대변하지는 않기 때문이다.
여기에, 때에 따라서는 나셀 풍속이 시동 및 정지풍속뿐 아니라 파워커브의 기준이 될 수도 있다. 이는 풍력발전 지역에 Met tower(10)가 설치되지 않았거나, 설치위치/지형에 따라서 풍속이 서로 상이할 수 있으므로 풍력발전기(100)별 나셀 풍속을 이용하여 파워커브를 계측할 수 있는 것이다.
그러나, 풍력발전기(100)의 나셀 풍속계(110)에서 계측되는 나셀 풍속은 로터 블레이드(101)의 회전, 나셀(103)의 모양, 발전기 주위의 순간적인 측풍 등의 영향으로 일반적인 Met tower(10)에서 계측되는 표준 풍속과 다른 값을 나타내는 단점이 있다. 즉, 나셀 풍속계(110)는 로터 블레이드(101)의 동작과 나셀(103)의 구조와 같은 외부환경의 영향으로 나셀 풍속을 계측함에 있어서 부정확한 값을 계측하는 단점이 있다.
한편, 도 4 및 도 5는 종래의 Met tower 풍속계와 나셀 풍속계의 관계를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 4를 참조하면, 나셀 풍속계(110)에서 계측된 나셀 풍속은 도 4의 라인(A)와 같이 풍력발전기(100)의 로터 블레이드(101)가 회전할 때, Met tower(10)의 표준 풍속보다 높은 값을 보인다. 반면, 풍력발전기(100)의 로터 블레이드(101)가 정지하고 있으면, 라인(B)와 같이 Met tower(10)의 표준 풍속보다 작은 값을 나타낸다.
이러한 상황에서 로터 블레이드(101)가 회전 하는 경우, 즉, 풍력발전기(100)가 발전을 할 경우에 나셀 풍속은 Met tower(10)의 표준 풍속보다 크므로, 이를 이용하여 풍력발전기(100)의 파워커브를 출력하면 도 5의 곡선(a) 처럼 Met tower(10)의 표준 풍속을 기준으로 한 파워커브(b) 보다 작게 그려진다. 따라서, 파워커브에 의한 풍력발전기(100)의 정확한 전력량 계산에 있어 매우 부정확한 결과를 보여 주는 문제점이 있다.
또한, 부정확한 나셀 풍속을 기준으로 풍력발전기(100)의 구동을 위한 시동풍속 및 정지풍속을 구하는 경우에 풍력발전기(100)의 성능손실을 유발하는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예는 풍력발전기의 나셀 풍속을 보정하여 시동풍속 및 정지풍속을 정확히 포착함으로써 풍력발전기의 성능 및 안정성을 향상 시키고 보다 정확한 파워커브(성능곡선)을 도출하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기의 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집하는 계측정보 수집부; 일정기간 동안 계측되는 기상 타워(Met tower)의 표준 풍속과 상기 나셀 풍속의 풍속차를 계산하여 단위별 나셀 풍속에 대한 비선형적인 풍속차 정보를 생성하는 풍속차 생성부; 상기 나셀 풍속 및 상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여 비선형 보정식을 생성하고, 상기 비선형 보정식에 따른 나셀 보정풍속을 산출하는 보정부; 및 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 기설정된 시동풍속과 정지풍속에 따라 상기 풍력발전기의 가동상태를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보정부는, 상기 비선형 보정식을 2차식 내지 15차식 중 하나이상의 다항식으로 생성할 수 있다.
또한, 상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여, 상기 나셀 풍속에 대응되는 풍속차를 추출하는 계수 추출부를 더 포함하되, 상기 보정부는 상기 나셀풍속과 상기 풍속차를 이용할 수 있다.
또한, 상기 풍속차 생성부는, 상기 나셀 풍속계의 나셀 풍속과, 동일한 조건에서 계측되는 상기 기상 타워의 표준 풍속과의 차이를 풍속차 테이블에 저장하고, 상기 풍속차 테이블을 이용하여 평균 풍속차 그래프를 상기 비선형적인 풍속차 정보로 도출하되, 상기 평균 풍속차 그래프는 상기 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속의 평균을 나타내는 것일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출하고, 상기 파워커브를 이용하여 상기 풍력발전기의 전력생산량을 계산할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 의하면, a) 일정기간 동안 계측되는 기상 타워(Met tower)의 표준 풍속과 풍력발전기의 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속의 풍속차를 계산하여 단위별 나셀 풍속에 대한 비선형적인 풍속차 정보를 생성하는 단계; b) 상기 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집하는 단계; c) 상기 나셀 풍속 및 상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여 비선형 보정식을 생성하고, 상기 비선형 보정식에 따른 나셀 보정풍속을 산출하는 단계; 및 d) 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 기설정된 시동풍속과 정지풍속에 따라 상기 풍력발전기의 가동상태를 제어하는 단계를 포함하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법이 제공된다.
또한, 상기 a) 단계는, a-1) 소정 단위로 상기 나셀 풍속계의 나셀 풍속과 동일한 위치 조건에서 계측되는 상기 기상 타워의 표준 풍속과의 비선형적인 풍속차를 풍속차 테이블에 저장하는 단계; 및 a-2) 상기 풍속차 테이블을 이용하여 평균 풍속차 그래프를 생성하는 단계를 포함하되, 상기 평균 풍속차 그래프는 상기 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속차의 평균을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 c) 단계는, 수집되는 상기 나셀 풍속에 대응되는 풍속차를 상기 평균 풍속차 그래프를 이용하여 추출하는 단계; 및 추출된 상기 풍속차와 수집되는 상기 나셀 풍속을 이용하여 상기 비선형 보정식을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계 이후에, 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출하고, 도출된 상기 파워커브를 이용하여 상기 풍력발전기의 전력생산량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 Met tower의 표준 풍속과 일치하도록 나셀 풍속을 보정함으로써 그에 따른 시동풍속 및 정지풍속을 정확히 계측할 수 있다. 그리고, 상기 시동풍속 및 정지풍속을 정확히 계측함에 따른 풍력발전기의 성능손실을 예방할 수 있다.
또한, 상기 표준 풍속에 가깝게 보정된 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출함으로써 기존의 나셀 풍속을 이용하는 것 보다 정확한 전력량 계산을 할 수 있다.
도 1은 일반적인 풍력발전기들과 Met tower가 설치된 상태를 나타낸다.
도 2는 일반적으로 계측된 표준 풍속에 기초하여 생성되는 파워커브를 나타낸다.
도 3은 일반적인 풍력발전기의 시동풍속 및 정지풍속의 설정을 나타낸다.
도 4 및 도 5는 종래의 Met tower 풍속계와 나셀 풍속계의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 일반적인 나셀 풍속의 선형 보정에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 풍속과 그 평균 풍속차를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 보정 풍속과 표준 풍속이 일치되는 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이제 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
전술한 바와 같이 나셀 풍속은 풍력발전기(100)에서 생산되는 전력량 계산에서 부정확한 결과를 제시해줄 뿐만 아니라, 풍력발전기(100)의 시동풍속(cut-in speed, 예: 3.5m/s) 및 정지풍속 (cut-out speed, 예: 25m/s)의 정확한 파악도 어렵게 한다.
즉, 나셀 풍속계(110)가 풍력발전기(100)의 정지 중에는 표준 풍속보다 나셀 풍속을 낮게 계측하여 실제 시동풍속(3.5m/s)이 되었음에도 불구하고 시동(가동) 타이밍을 놓칠 수 있고, 이 경우 발전 성능 손실을 유발할 수 있다.
또한, 나셀 풍속계(110)가 풍력발전기(100)의 운전 중에는 표준 풍속보다 나셀 풍속을 높게 계측하여 실제 정지풍속(25m/s)이 되지 않았음에도 불구하고, 도달한 것으로 판단하여 가동을 정지함으로써 발전 성능 손실을 유발할 수 있다.
따라서, 가급적 나셀 풍속을 Met tower(10)에서 계측되는 표준 풍속과 일치시키거나 근접하도록 보정해야만 성능 손실 없이 풍력발전기(100)를 제어 할 수 있다. 또한, 부가적으로 파워커브(power curve)도 보다 정확히 표시 할 수 있다.
한편, 나셀 풍속을 보정하는 방법의 일 예로 선형 보정 방법을 설명한다..
도 6은 일반적인 나셀 풍속의 선형 보정에 따른 결과를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 6을 참조하면, 나셀 풍속과 Met tower(10)의 표준 풍속간의 풍속차를 선형으로 간주하여 보정한 결과를 보여준다. 즉, 도 6에서 보여주듯이 y=0.9197x+0.3494는 나셀 풍속과 표준 풍속간 풍속차를 선형으로 간주하여 보정한 것인데, 선형 보정된 직선(A)가 평균풍속의 점선(B)를 따라가지 못하므로 풍속이 높을 경우에 보정식이 풍속차를 정확히 반영하지 못하는 결과를 제시한다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 풍속 보정 시스템(200)은 계측정보 수집부(210), 풍속차 생성부(220), 계수 추출부(230), 보정부(240) 및 제어부(250)를 포함한다.
계측정보 수집부(210)는 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계(110)와 연결되며, 나셀 풍속계(110)로부터 풍력발전기(100)의 가동상태(정지/가동)에 따른 나셀 풍속을 수집한다. 또한, Met tower(10)와 연결된 경우 표준 풍속을 수집할 수도 있다.
풍속차 생성부(220)는 나셀 풍속의 보정을 위해 일정기간(예; 1개월) 동안 풍력발전기(100)에서 계측되는 나셀 풍속과 Met tower(10)에서 계측되는 표준 풍속을 이용하여 나셀 풍속과 표준 풍속간의 풍속차를 계산한 테이블을 생성한다.
이 때, 풍속차 생성부(220)는 나셀 풍속계(110)의 나셀 풍속과 동일한 조건(시간, 위치, 높이)에서 계측되는 Met tower(10)의 표준 풍속과의 차이를 풍속차 테이블에 저장하고, 이를 토대로 아래의 도 8과 같이 나셀 풍속에 대한 평균 풍속차 그래프를 도출할 수 있다. 이하, 상기 풍속차 테이블 및 풍속차 그래프는 서로 연관되는 정보로 설명의 편의상 풍속차 정보로 통칭될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 풍속과 그 평균 풍속차를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 8을 참조하면, x축은 나셀 풍속을 나타내고 y축은 Met tower(10)의 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속차의 평균값을 나타낸다.
좀더 구체적으로 설명하면 나셀 풍속의 풍속차 테이블에서 도출된 도 8의 평균 풍속차 그래프는 1m/s의 간격으로 평균한 나셀 풍속에서 그때 계측되는 Met tower(10)의 표준 풍속과의 비선형적인 풍속차를 나타낸다.
예를 들면, 나셀 풍속이 5m/s ~ 6m/s 일때 그때의 나셀 풍속을 1초 단위로 1개월간 계측된 데이터에서 평균을 구하면 약5.5 m/s 근방이고, 그때의 Met tower(10)의 표준 풍속과 나셀 풍속의 차이도 같은 방식으로 구하면 상기 도 8과 같은 그래프를 도출할 수 있다.
계수 추출부(230)는 계측정보 수집부(210)에서 수집되는 나셀 풍속을 기초로 대응되는 풍속차를 기 저장된 풍속차 정보(예를 들어, 풍속차 테이블 또는 상기 도 8의 풍속차 그래프)에서 추출한다.
보정부(240)는 계수 추출부(230)에서 추출되는 풍속차를 계수정보로 결정하고, 계측정보 수집부(210)에서 수집되는 나셀 풍속과 비선형적인 보정식을 토대로 표준 풍속에 가까운 나셀 보정풍속을 산출한다.
이하, 보정부(240)가 비선형적인 보정식을 토대로 표준 풍속에 가까운 보정 풍속을 산출하는 방법을 설명한다.
다시, 상기 도 8을 참조하면, 상기 평균 풍속차 그래프의 x축은 나셀 풍속을 나타내고, y축은 Met tower(10)의 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속차를 의미하므로, 이를 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 1
Figure PCTKR2011005661-appb-M000001
그리고, 나셀 풍속을 표준 풍속에 가깝게 보정하기 위하여 위의 수학식 1을 정리하면 다음의 수학식 2와 같이 정리된다.
수학식 2
Figure PCTKR2011005661-appb-M000002
상기 수학식 2가 의미하는 바는 풍력발전기(100)에서 계측된 나셀 풍속만을 이용하여 Met tower(10)의 표준 풍속을 추론해 내는 것과 같다. 물론 여기서 추론한 나셀 보정 풍속은 상기 표준 풍속과 100% 같지 않을 수 있으나 표준 풍속에 가깝게 보정된 값을 나타낸다.
보정부(240)는 상기 수학식 1과 수학식 2에 나타난 f(풍속차)를 2차식부터 고차(예를 들어 15차)의 다항식으로 나타낼 수 있으며, 예컨대, 상기 도 8에 나타난 그래프를 4차식으로 정리하면 다음의 수학식 3과 같다.
수학식 3
Figure PCTKR2011005661-appb-M000003
여기서,
Figure PCTKR2011005661-appb-I000001
은 나셀 보정풍속이고,
Figure PCTKR2011005661-appb-I000002
은 나셀 풍속이다.
그리고, 계수 a는 실제 계측되는 나셀 풍속 값으로부터, 나셀 풍속과 표준 풍속간의 풍속차에 대한 상기 도 8의 평균 풍속차 그래프(또는 풍속차 테이블)로부터 도출 되는 값이다. 이렇게 실제 계측되는 나셀 풍속으로부터 a1 내지 a4를 정하면 다음 도 9와 같이 나셀 보정 풍속과 표준 풍속간의 아주 잘 일치되는 결과를 얻을 수 있다.
여기서, 계수 a는 풍력발전기(100)의 모델마다 다를 수 있으므로, 풍력발전기(100)의 설치 후에 계측된 데이터를 바탕으로 도출 한다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 나셀 보정 풍속과 표준 풍속이 일치되는 결과를 나타낸 그래프이다.
첨부된 도 9를 참조하면, 보정부(240)가 실계측되는 나셀 풍속을 기준으로 상기 도 8의 평균 풍속차 그래프(또는 풍속차 테이블)로부터 계수를 구하여 상기한 f(풍속차)를 4차식으로 정리한 수학식 3을 토대로 비선형 보정된 나셀 보정풍속이 표준 풍속에 가깝게 일치되는 결과를 보여준다.
즉, 맨위의 실선(A)가 나셀 풍속이고, 실선(C)는 나셀 보정풍속으로 Met tower(10)의 표준 풍속(B)와 매우 잘 일치되어 도출된 상기 보정식을 검증할 수 있다. 따라서, 나셀 보정풍속을 이용하여 시동풍속과 정지풍속을 보다 정확히 보정함에 따른 풍력발전기(100)의 성능 결손을 줄일 수 있다.
제어부(250)는 계측되는 나셀 풍속을 보정하고, 보정된 나셀 보정풍속을 이용하여 풍력발전기(100)의 운용을 위한 전반적인 동작을 제어한다.
제어부(250)는 보정부(240)에서 산출된 나셀 보정풍속을 이용하여 시동풍속과 정지풍속을 설정하고, 그에 따른 풍력발전기(100)의 가동여부를 제어한다.
또한, 제어부(250)는 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출함으로써 풍력발전기(100)의 성능 계측 시에도 Met tower(10)의 표준 풍속을 이용하는 것과 동일하거나 극히 유사한 결과를 생성할 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법을 나타낸 흐름도이다.
앞서 도 9을 참조하여 설명한, 본 발명의 실시예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템(200)의 내부 구성은, 그 명칭에 구애받지 아니하고 기능단위로 세분화되거나 또는 기능별로 통합되어 다양한 구성부로 구현될 수 있다. 따라서, 이하 본 발명의 실시예에 따른 나셀 풍속 보정 방법을 설명함에 있어서, 그 주체는 나셀 풍속 보정 시스템(200)으로 하여 설명한다.
첨부된 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템(200)은 일정 기간 동안 소정 단위로 나셀 풍속계(110)의 나셀 풍속과 동일한 위치 조건에서 계측되는 Met tower(10)의 표준 풍속과의 비선형적인 풍속차를 풍속차 테이블에 저장하고, 상기 풍속차 테이블을 토대로 표준 풍속에서 나셀 풍속을 뺀 풍속차의 평균값을 나타내는 평균 풍속차 그래프를 생성한다(S101).
나셀 풍속 보정 시스템(200)은 나셀 풍속계(110)로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집한다(S102). 그리고, 수집한 상기 나셀 풍속을 기준으로 풍속차 정보(풍속차 테이블/풍속차 그래프)에서 추출되는 풍속차를 계수로 결정하고(S103), 2차식부터 15차식에 이르는 비선형 보정식을 생성하여 이를 이용한 나셀 보정 풍속을 산출한다(S104).
나셀 풍속 보정 시스템(200)은 풍력발전기(100)가 정지된 상태에서(S105; 예), 상기 나셀 보정풍속이 기설정된 시동 풍속을 초과하면(S106; 예), 풍력발전기(100)의 가동시키고(S107), 상기 시동풍속을 초과하지 않으면 무시하여 정지상태를 유지하고, 상기 S102 단계로 돌아간다(S106; 아니오).
나셀 풍속 보정 시스템(200)은 풍력발전기(100)가 운전중인 상태에서(S105; 아니오), 상기 나셀 보정풍속이 기설정된 정지 풍속을 초과하면(S108; 예), 풍력발전기(100)의 가동을 정지시키고(S109), 상기 정지 풍속을 초과하지 않으면 무시하여 가동상태를 유지하고, 상기 S102 단계로 돌아간다(S109; 아니오).
또한, 나셀 풍속 보정 시스템(200)은 시간에 따라 보정되는 상기 나셀 보정 풍속을 저장하고, 상기 나셀 보정 풍속을 기준으로 파워커브를 생성할 수 있다(S110).
이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템(200)은 나셀 풍속과 표준 풍속의 평균 풍속차를 이용한 비선형 보정식을 통해 Met tower(10)의 표준 풍속과 일치하도록 나셀 풍속을 보정함으로써 그에 따른 시동풍속 및 정지풍속을 정확히 계측할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 상기 시동풍속 및 정지풍속을 정확히 포착함에 따른 풍력발전기(100)의 성능손실을 예방할 수 있는 이점이 있다.
또한, 표준 풍속에 가깝게 보정된 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출함으로써 나셀 풍속을 이용하는 것 보다 정확한 전력량 계산을 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 나셀 풍속 보정 시스템은 Met tower의 표준 풍속과 일치하도록 풍력발전기의 나셀 풍속을 보정하여 시동풍속 및 정비풍속을 정확히 계측함으로써 풍력발전기의 성능손실을 예방할 수 있도록 하는 시스템이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 나셀 풍속 보정 시스템은 표준 풍속에 가깝게 보정된 나셀 보정 풍속을 이용하여 풍력발전기의 파워커브를 도출함으로써 기존의 나셀 풍속을 이용하는 것 보다 정확한 전력량을 산출할 수 있다.

Claims (9)

  1. 풍력발전기의 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집하는 계측정보 수집부;
    일정기간 동안 계측되는 기상 타워(Met tower)의 표준 풍속과 상기 나셀 풍속의 풍속차를 계산하여 단위별 나셀 풍속에 대한 비선형적인 풍속차 정보를 생성하는 풍속차 생성부;
    상기 나셀 풍속 및 상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여 비선형 보정식을 생성하고, 상기 비선형 보정식에 따른 나셀 보정풍속을 산출하는 보정부; 및
    상기 나셀 보정풍속을 이용하여 기설정된 시동풍속과 정지풍속에 따라 상기 풍력발전기의 가동상태를 제어하는 제어부
    를 포함하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보정부는,
    상기 비선형 보정식을 2차식 내지 15차식 중 하나이상의 다항식으로 생성하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여, 상기 나셀 풍속에 대응되는 풍속차를 추출하는 계수 추출부를 더 포함하되,
    상기 보정부는 상기 나셀풍속과 상기 풍속차를 이용하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 풍속차 생성부는,
    상기 나셀 풍속계의 나셀 풍속과, 동일한 조건에서 계측되는 상기 기상 타워의 표준 풍속과의 차이를 풍속차 테이블에 저장하고, 상기 풍속차 테이블을 이용하여 평균 풍속차 그래프를 상기 비선형적인 풍속차 정보로 도출하되,
    상기 평균 풍속차 그래프는 상기 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속의 평균을 나타내는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출하고, 상기 파워커브를 이용하여 상기 풍력발전기의 전력생산량을 계산하는 것을 특징으로 하는 나셀 풍속 보정 시스템.
  6. a) 일정기간 동안 계측되는 기상 타워(Met tower)의 표준 풍속과 풍력발전기의 나셀상에 설치되는 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속의 풍속차를 계산하여 단위별 나셀 풍속에 대한 비선형적인 풍속차 정보를 생성하는 단계;
    b) 상기 나셀 풍속계로부터 계측되는 나셀 풍속을 수집하는 단계;
    c) 상기 나셀 풍속 및 상기 비선형적인 풍속차 정보를 이용하여 비선형 보정식을 생성하고, 상기 비선형 보정식에 따른 나셀 보정풍속을 산출하는 단계; 및
    d) 상기 나셀 보정풍속을 이용하여 기설정된 시동풍속과 정지풍속에 따라 상기 풍력발전기의 가동상태를 제어하는 단계
    를 포함하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 a) 단계는,
    a-1) 소정 단위로 상기 나셀 풍속계의 나셀 풍속과 동일한 위치 조건에서 계측되는 상기 기상 타워의 표준 풍속과의 비선형적인 풍속차를 풍속차 테이블에 저장하는 단계; 및
    a-2) 상기 풍속차 테이블을 이용하여 평균 풍속차 그래프를 생성하는 단계를 포함하되,
    상기 평균 풍속차 그래프는 상기 표준 풍속에서 상기 나셀 풍속을 뺀 풍속차의 평균을 나타내는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 c) 단계는,
    수집되는 상기 나셀 풍속에 대응되는 풍속차를 상기 평균 풍속차 그래프를 이용하여 추출하는 단계; 및
    추출된 상기 풍속차와 수집되는 상기 나셀 풍속을 이용하여 상기 비선형 보정식을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 c) 단계 이후에,
    상기 나셀 보정풍속을 이용하여 파워커브를 도출하고, 도출된 상기 파워커브를 이용하여 상기 풍력발전기의 전력생산량을 계산하는 단계를 더 포함하는 풍력발전기의 나셀 풍속 보정 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103699804A (zh) * 2013-12-31 2014-04-02 西安热工研究院有限公司 一种实时监测风电机组运行时的功率出力偏差的方法
CN111765052A (zh) * 2019-04-01 2020-10-13 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的风速修正方法、装置、系统及存储介质

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101425016B1 (ko) * 2012-09-18 2014-08-01 한국전력공사 풍력터빈의 파워커브 모니터링을 위한 파워커브 리미트 자동 산출 방법
KR101383792B1 (ko) * 2013-01-02 2014-04-10 한국에너지기술연구원 라이다 측정을 이용한 나셀 풍속계 보정 방법
CN103696913B (zh) * 2013-12-31 2016-06-01 西安西热电站信息技术有限公司 一种实时监测风电机组运行时的风能利用偏差的方法
US9920742B2 (en) 2014-02-20 2018-03-20 General Electric Company Dynamic cut-in wind speed for wind turbines
US10138873B2 (en) 2014-05-30 2018-11-27 General Electric Company Systems and methods for wind turbine nacelle-position recalibration and wind direction estimation
JP6577394B2 (ja) * 2016-03-15 2019-09-18 Ｊｆｅプラントエンジ株式会社 風力発電設備の異常診断装置
US11168664B2 (en) 2016-03-31 2021-11-09 Vestas Wind Systems A/S Control method for a wind turbine
US10598151B2 (en) * 2016-05-26 2020-03-24 General Electric Company System and method for micrositing a wind farm for loads optimization
WO2018001434A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 Vestas Wind Systems A/S Control method for a wind turbine
GB201621916D0 (en) * 2016-12-21 2017-02-08 Romax Tech Ltd Wind farm operation
CN107153894B (zh) * 2017-06-02 2018-11-27 北京金风科创风电设备有限公司 一种风电场的预测风速校正方法及装置
KR101853122B1 (ko) * 2017-09-27 2018-04-30 제주대학교 산학협력단 지상 기반 라이다, 라이다 측정오차 보정 장치 및 방법
CN113591359B (zh) * 2021-08-17 2023-11-17 华能华家岭风力发电有限公司 一种风电机组切入/切出风速调优方法、系统及设备介质
CN114414833A (zh) * 2021-12-30 2022-04-29 苏州悠远环境科技有限公司 一种基于压差法监测ffu出风面风速的方法
CN114881379B (zh) * 2022-07-12 2022-10-14 东方电气风电股份有限公司 风电场应发电量估测方法、装置、设备及存储介质
CN115422503B (zh) * 2022-07-22 2023-10-17 中广核新能源(定远)有限公司 风力发电机组功率曲线绘制方法
KR102704617B1 (ko) * 2022-10-18 2024-09-11 울산광역시 인공지능 풍력 발전량 예측 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1193824A (ja) * 1997-09-16 1999-04-06 Kansai Electric Power Co Inc:The 風力発電システム適地選定方法
KR20070119285A (ko) * 2006-06-15 2007-12-20 한국에너지기술연구원 풍속패턴 분류를 통한 풍력발전 예보방법
KR20090083371A (ko) * 2007-05-25 2009-08-03 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 풍력 발전 장치, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법
US20090299780A1 (en) * 2008-05-29 2009-12-03 Abhinanda Sarkar Method and apparatus for determining and/or providing power output information of wind turbine farms

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6940185B2 (en) * 2003-04-10 2005-09-06 Advantek Llc Advanced aerodynamic control system for a high output wind turbine
KR20070026362A (ko) * 2004-02-27 2007-03-08 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 풍력 발전 장치 및 그 액티브 제진 방법 그리고 풍차 타워
DE102004051843B4 (de) * 2004-10-25 2006-09-28 Repower Systems Ag Windenergieanlage und Verfahren zur automatischen Korrektur von Windfahnenfehleinstellungen
KR100599833B1 (ko) 2004-11-17 2006-07-13 현대모비스 주식회사 조수석 에어백 모듈의 냉각 시스템
US7363808B2 (en) * 2005-12-05 2008-04-29 General Electric Company Method, system and computer program product for nacelle wind speed correction
US7352076B1 (en) * 2006-08-11 2008-04-01 Mariah Power Inc. Small wind turbine system
US7861583B2 (en) * 2008-01-17 2011-01-04 General Electric Company Wind turbine anemometry compensation
JP5033033B2 (ja) * 2008-03-27 2012-09-26 富士重工業株式会社 水平軸風車の乱流強度計測方法
US8405239B2 (en) * 2008-06-18 2013-03-26 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind-turbine-dynamic-characteristics monitoring apparatus and method therefor
CN101684774B (zh) * 2008-09-28 2012-12-26 通用电气公司 一种风力发电系统及风力发电机的测风方法
DK2192456T3 (en) * 2008-11-26 2017-12-11 Siemens Ag Estimation of an achievable power production of a wind turbine by means of a neural network
EP2282053B1 (en) * 2009-06-29 2016-01-13 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine providing grid support
DE102011083178A1 (de) * 2011-09-22 2013-03-28 Repower Systems Se Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage
TWI445276B (zh) * 2011-10-04 2014-07-11 Iner Aec Executive Yuan 一種整合自動電壓調整器之控制系統和方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1193824A (ja) * 1997-09-16 1999-04-06 Kansai Electric Power Co Inc:The 風力発電システム適地選定方法
KR20070119285A (ko) * 2006-06-15 2007-12-20 한국에너지기술연구원 풍속패턴 분류를 통한 풍력발전 예보방법
KR20090083371A (ko) * 2007-05-25 2009-08-03 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 풍력 발전 장치, 풍력 발전 시스템 및 풍력 발전 장치의 발전 제어 방법
US20090299780A1 (en) * 2008-05-29 2009-12-03 Abhinanda Sarkar Method and apparatus for determining and/or providing power output information of wind turbine farms

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103699804A (zh) * 2013-12-31 2014-04-02 西安热工研究院有限公司 一种实时监测风电机组运行时的功率出力偏差的方法
CN111765052A (zh) * 2019-04-01 2020-10-13 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的风速修正方法、装置、系统及存储介质

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