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KR20160025060A - Wind farm control system and control method thereof - Google Patents

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KR20160025060A
KR20160025060A KR1020140110710A KR20140110710A KR20160025060A KR 20160025060 A KR20160025060 A KR 20160025060A KR 1020140110710 A KR1020140110710 A KR 1020140110710A KR 20140110710 A KR20140110710 A KR 20140110710A KR 20160025060 A KR20160025060 A KR 20160025060A
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KR
South Korea
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wind
wind turbine
information
turbines
transition state
Prior art date
Application number
KR1020140110710A
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Korean (ko)
Inventor
김태형
함경선
Original Assignee
전자부품연구원
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • GPHYSICS
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Abstract

According to an aspect of the present invention, the wind farm control system of the present invention can comprise: a wind turbine transition state detecting unit connected to one or more wind turbines to acquire transition state information from each wind turbine; a wind turbine fatigue load detecting unit connected to one or more wind turbines to acquire fatigue load information from each wind turbine; a met mast for measuring the wind conditions such as the speed and the direction of the wind moving toward the wind farm made of the one or more wind turbines; and a wind farm control unit for acquiring the information of the wind turbine transition state detecting unit and the fatigue load detecting unit, conducting a cluster analysis according to the pertinent information, making the one or more wind turbines into groups, and performing a control sequence of the wind turbines according to the wind conditions for each group.

Description

풍력발전단지 제어 시스템 및 이를 이용한 풍력발전단지 제어방법{Wind farm control system and control method thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a wind turbine control system,

본 실시예는 풍력발전단지 제어 시스템 및 이를 이용한 풍력발전단지 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 클러스터 분석을 통해 제어 시스템의 연산 부하를 저감할 수 있는 풍력발전단지 제어 시스템 및 이를 이용한 풍력발전단지 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a wind turbine control system, and more particularly, to a wind turbine control system capable of reducing a calculation load of a control system through cluster analysis and a wind turbine control system using the same And a control method.

풍력 발전 단지는, 육상이나 해상에서 자연의 바람으로 발전기를 돌려 에너지를 얻는 풍력터빈이 많이 설치되어 있는 장소이다. 독일, 미국, 덴마크 등 전세계에서 널리 연구/실용화하고 있으며, 우리 나라에도 소규모의 발전단지가 조성되었다. A wind turbine is a place where a lot of wind turbines are installed to turn an electric generator by natural wind on land or on the sea to get energy. Germany, the United States, and Denmark, and a small-scale power generation complex was established in Korea.

풍력 발전 단지는 계통 운영자가 요구하는 전력을 생산하여 제공하여야 함은 물론, 계통연계 기준에 적합하도록 운영되어야 하고, 계통 운영자가 허용하는 범위 내에서 전력 생산량을 극대화하는 것이 중요하다. 또한, 발전 설비의 기계적 부하 감소를 최소화하여 에너지 생산 비용을 최소화시키고, 유지 보수 비용을 절감하는 것 역시 필요하다. 이를 위해, 풍황계측 기상탑(Met mast)와 같은 시설물을 통해 풍력터빈에 불어오는 바람의 세기, 방향 등의 환경정보를 획득하여, 이에 따라 풍력터빈들 각각에 최적의 작동 제어를 수행하기 위한 연구가 진행되고 있다.It is important that the wind farm should be operated in accordance with grid linkage standards as well as producing and supplying the power required by the grid operator, and it is important to maximize the power generation within the range permitted by the grid operator. There is also a need to minimize the mechanical load reduction of the power plant to minimize energy production costs and to reduce maintenance costs. In order to achieve this, environmental information such as the wind direction and direction of the wind blowing to the wind turbine is acquired through facilities such as a meteorological instrument, and accordingly, an optimal operation control is performed for each of the wind turbines .

풍력단지 시스템 운영 측면에서는 대형화에 따라 시스템 시뮬레이션과 실시간 운영을 위해서는 많은 컴퓨팅 부하를 동반하게 된다. 즉, 풍황계측 기상탑을 통해 실시간으로 전달되는 환경정보에 따라, 각각의 풍력터빈들은 최적의 작동 환경을 위한 시뮬레이션 과정을 통해, 각 구역별, 위치별 작동 제어신호를 인가 받아야 최적의 발전효율을 얻을 수 있기 때문에, 이러한 연산을 위해서는 대규모의 데이터 처리장치를 필요로 한다. In terms of operation of the wind turbine system, it is accompanied by a lot of computing load for system simulation and real-time operation due to its large size. In other words, according to the environment information transmitted in real time through the wind-up meteorological tower, each wind turbine should receive the operation control signal for each zone and location through the simulation process for the optimal operating environment, Therefore, a large-scale data processing apparatus is required for such an operation.

하지만, 이와 같은 연산 부하를 담당하는 연산장치는 제어를 필요로 하는 풍력 발전장치의 수에 비례하여 증가해야 하지만, 연산장치를 증가시키는 것은 한계가 있다. 또한, 연산량이 증가함에 따라 실시간으로 변화하는 풍황에 따라 즉각적으로 풍력터빈을 제어하기에는 연산 속도가 이를 따라가지 못할 수 있다는 문제점이 있다.
However, the computing device responsible for such computation load must increase in proportion to the number of wind power generation devices requiring control, but there is a limit to increase the computing devices. In addition, there is a problem that the operation speed may not follow the wind turbine immediately to control the wind turbine according to the increasing wind speed in real time as the operation amount increases.

한국등록특허 제10-1297082호(2013.08.09 등록)Korean Registered Patent No. 10-1297082 (Registered on August 31, 2013)

본 실시예는 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 연산부하를 저감하여 시스템 연산 부하를 저감하고, 연산 속도를 향상할 수 있도록, 통계적 분석 방법을 도입한 풍력발전단지 제어 시스템 및 이를 이용한 풍력발전단지 제어방법을 제공한다.
The present embodiment has been conceived in view of the above points. It is an object of the present invention to provide a wind turbine control system that employs a statistical analysis method to reduce the computational load and reduce the computational load, Provides a power generation complex control method.

본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전단지 제어 시스템은 적어도 하나 이상의 풍력터빈들과 연결되어, 각각의 풍력터빈들로부터 천이상태 정보(transition state information)를 획득하는 풍력터빈 천이상태 감지부; 적어도 하나 이상의 풍력터빈들과 연결되어, 각각의 풍력터빈들로부터 피로부하 정보(fatigue load information)를 획득하는 풍력터빈 피로부하 감지부; 상기한 적어도 하나 이상의 풍력터빈들로 구성된 풍력발전단지를 향해 진행하는 바람의 풍속, 방향 등의 풍황(wind condition)을 측정하는 풍황계측 기상탑(Met mast); 및 상기 풍력터빈 천이상태 감지부 및 피로부하 감지부의 정보를 획득하여, 해당 정보에 따른 클러스터 분석을 수행하여 상기 적어도 하나 이상의 풍력터빈들을 그룹화하여 그룹별로 풍황에 따른 풍력터빈의 제어 시퀀스를 수행하는 풍력발전단지 제어부;를 포함할 수 있다.A wind turbine control system according to an aspect of the present invention includes a wind turbine transition state sensing unit connected to at least one wind turbine to acquire transition state information from each of the wind turbines; A wind turbine fatigue load sensing unit coupled to at least one or more wind turbines to obtain fatigue load information from each of the wind turbines; A meteorological meteorological tower for measuring a wind condition such as a wind speed and a direction of a wind running toward a wind turbine constructed of at least one or more wind turbines; And a wind turbine control unit for acquiring information of the wind turbine transition state sensing unit and the fatigue load sensing unit and performing a cluster analysis according to the information to group the at least one wind turbine, And a power generation complex control section.

상기 풍력터빈 천이상태 감지부 및 피로부하 감지부는 각각의 풍력터빈에 개별적으로 설치될 수도 있고, 상기 풍력발전단지 제어부의 내부에 설치될 수도 있다.The wind turbine transition state sensing unit and the fatigue load sensing unit may be installed individually in the respective wind turbines or may be installed inside the control unit of the wind power generator.

상기 풍력발전단지 제어부는 이더넷 네트워크를 통해 상기 적어도 하나 이상의 풍력터빈들과 통신 가능하게 연결될 수 있다.The wind farm controller may be communicatively coupled to the at least one wind turbine via an Ethernet network.

또한, 상기 풍력발전단지 제어부는 인터넷 네트워크를 통해 복수 개의 풍력발전단지들과 통신 가능하게 연결될 수 있다.Also, the wind power generator control unit may be connected to a plurality of wind farms through an Internet network so as to be able to communicate with each other.

본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어방법은 풍황계측 기상탑으로부터 풍황정보를 획득하는 단계; 획득된 풍황정보를 이용하여 풍력터빈 동작을 시뮬레이션 하는 단계; 풍력터빈의 현재상태 정보를 획득하는 단계; 획득된 풍력터빈의 현재상태 정보를 이용하여 클러스터 분석을 수행하는 단계; 풍황에 따라 유사한 상태에 놓여 있는 풍력터빈들을 클러스터 분석을 통해 그룹화하는 단계; 및 각각의 그룹별로 상기 풍황정보에 따른 풍력터빈 제어명령을 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.The wind power plant control method according to the present embodiment includes the steps of: acquiring the weather forecast information from the wind-up meteorological tower; Simulating wind turbine operation using the acquired wind direction information; Obtaining current state information of the wind turbine; Performing cluster analysis using current state information of the obtained wind turbine; Grouping wind turbines that are in a similar state according to the wind speed, through cluster analysis; And outputting a wind turbine control command in accordance with the weather forecast information for each group.

또한, 상기 클러스터 분석 단계는 각각의 풍력터빈 피로부하를 감지하는 단계; 각각의 풍력터빈 천이상태를 감지하는 단계; 및 각각의 풍력터빈의 피로부하 및 천이상태 정보를 메모리부로 송신하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
The cluster analysis step may also include sensing each wind turbine fatigue load; Sensing each wind turbine transition state; And transmitting fatigue load and transition state information of each wind turbine to the memory unit.

이상과 같은 본 실시예에 따르면, 클러스터 분석을 이용하여 유사한 풍황 및 기계적 상태에 놓여 있는 풍력 발전장치들을 동일한 그룹으로 설정하여, 이들을 그룹별로 동일한 제어 명령으로 제어하므로, 처리부의 연산부하를 줄일 수 있다.According to the present embodiment as described above, the same group of wind turbines placed in similar wind and mechanical conditions is clustered and controlled by the same control command for each group, thereby reducing the computational load of the processing unit .

또한, 제한된 개수의 처리부를 가지는 연산장치만으로 다수의 풍력터빈들을 제어할 수 있어 장치구성의 경제성을 확보할 수 있음은 물론, 연산부하 하락에 따른 연산속도 향상을 기대할 수 있어, 풍황 변화에 따른 즉각적인 풍력터빈 제어가 가능하다.
In addition, since a plurality of wind turbines can be controlled only by a computing device having a limited number of processing units, it is possible to secure the economical efficiency of the apparatus configuration and to expect an improvement in computation speed due to a drop in computational load. Wind turbine control is possible.

도 1은 본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어 시스템의 개략적인 블록도,
도 2는 본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어 시스템과 풍력발전단자의 구성을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 풍황 예측 및 발전 요구량 할당 과정을 종합적으로 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 실시예에 따른 풍력발전단지를 클러스터 분석을 위해 그룹화한 상태를 도시한 도면, 그리고,
도 5 및 도 6은 본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도 이다.
1 is a schematic block diagram of a wind power plant control system according to the present embodiment;
2 is a view schematically showing the configuration of a wind power generation system control system and a wind power generation terminal according to the present embodiment,
FIG. 3 is a diagram for collectively explaining the process of predicting the rising time and the process of allocating the power generation demand,
4 is a view showing a state in which wind farms according to the present embodiment are grouped for cluster analysis,
5 and 6 are flowcharts schematically illustrating a method of controlling a wind power plant according to the present embodiment.

이하, 본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어 시스템 및 이를 이용한 풍력발전단지 제어방법을 도면을 참고하여 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, a wind turbine control system according to the present embodiment and a wind turbine control method using the same will be described with reference to the drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. For convenience of explanation, the size and shape of each constituent member shown may be exaggerated or reduced have.

한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.On the other hand, terms including an ordinal number such as a first or a second may be used to describe various elements, but the constituent elements are not limited by the terms, and the terms may refer to a constituent element from another constituent element It is used only for the purpose of discrimination.

도 1은 본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어 시스템의 개략적인 블록도, 도 2는 본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어 시스템과 풍력발전단자의 구성을 개략적으로 도시한 도면, 도 3은 풍황 예측 및 발전 요구량 할당 과정을 종합적으로 설명하기 위한 도면, 도 4는 본 실시예에 따른 풍력발전단지를 클러스터 분석을 위해 그룹화한 상태를 도시한 도면, 그리고, 도 5 및 도 6은 본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어 방법을 개략적으로 도시한 흐름도 이다.FIG. 1 is a schematic block diagram of a wind turbine control system according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic view of the configuration of a wind turbine control system and a wind turbine terminal according to the present embodiment. And FIG. 4 is a view illustrating a grouping of the wind farms according to the present embodiment for cluster analysis. FIGS. 5 and 6 are views FIG. 2 is a flowchart schematically showing a method of controlling a wind power generation complex.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어 시스템은 풍황계측 기상탑(10), 풍력발전단지(20) 및 풍력발전단지 제어부(100)를 포함할 수 있다.1 and 2, the wind turbine control system according to the present embodiment may include a wind-up meteorological tower 10, a wind turbine 20, and a wind turbine control unit 100.

풍황계측 기상탑(10, Met Mast)는 바람과 관련된 환경정보를 획득하는 것으로, 본 실시예에 따른 풍력발전단지(20)의 전단이 배치될 수 있다. 여기서, 풍황은 풍속과 풍향을 포함하는 개념이며, 이 밖에 바람에 대한 다른 요소를 더 포함시킬 수도 있다. 풍황계측 기상탑(10)에서는 풍력발전단지(20)의 맨 앞에 위치한 풍력터빈에 바람이 도달하기 전에 관련 풍황정보를 획득하여 풍력발전단지 제어부(100)로 관련 정보를 송출할 필요가 있다. 풍황계측 기상탑(10)의 정보들은 풍력발전단지 제어부(100)에 마련된 처리부(110)로 전달되어, 하드웨어 및 소프트웨어적인 처리를 통해 풍력터빈(WT)들의 제어를 위한 기본 데이터로 사용될 수 있다.The wind-up meteorological tower (10, Met Mast) acquires environmental information related to the wind, and the front end of the wind power generator complex 20 according to the present embodiment can be disposed. Here, wind wind is a concept involving wind speed and wind direction, and may include other elements for wind. It is necessary for the wind-pollution meteorological tower 10 to acquire the relevant weather information before the wind reaches the wind turbine located at the front of the wind power generator complex 20 and to transmit the related information to the wind power generator control unit 100. The information of the wind speed measuring meteorological tower 10 is transmitted to the processing unit 110 provided in the wind power generator control unit 100 and can be used as basic data for controlling the wind turbines WT through hardware and software processing.

풍력발전단지(20)는 복수 개의 풍력터빈(WT)을 병렬 또는 직렬도 배치하여, 일정 영역에 불어오는 바람을 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 풍력발전단지(20)에 설치되는 풍력터빈(WT)들은 동일한 기계적 특성을 가지도록 구성될 수 있다. 이와 같이 동일한 기계적 특성을 가지도록 풍력터빈(WT)을 구성하는 이유는 풍력발전단지 제어부(100)를 통해 출력되는 제어명령을 최대한 규격화하기 위한 것이다. 만일 서로 다른 사양의 풍력터빈(WT)들로 풍력발전단지(20)를 구성할 경우, 제어를 위한 추가 연산을 필요로 하므로 즉각적인 제어명령 출력이 어려워 질 수 있기 때문이다. The wind power generation complex 20 can generate electricity using a wind blowing in a certain region by arranging a plurality of wind turbines (WT) in parallel or in series. The wind turbines WT installed in the wind power generation complex 20 can be configured to have the same mechanical characteristics. The reason why the wind turbine (WT) is configured to have the same mechanical characteristics is to standardize the control command output through the wind power generator control unit 100 as much as possible. If wind power generation complex 20 is constructed with wind turbines (WTs) of different specifications, it is necessary to perform additional calculation for control, so that immediate control command output may become difficult.

풍력발전단지 제어부(100)는 풍력발전단지(20)에 설치된 복수 개의 풍력터빈들(WT)을 제어한다. 풍력발전단지 제어부(100)는 처리부(110)와 이더넷 UI(120), 인터넷 UI(130) 및 메모리부(140)를 포함할 수 있다. 이때, 풍력발전단지 제어부(100)는 이더넷 UI(120)를 통해 이더넷 네트워크로 적어도 하나 이상의 풍력터빈들(WT)과 통신 가능하게 연결될 수 있으며, 인터넷 UI(130)를 통해 인터넷 네트워크로 복수 개의 풍력발전단지(미도시)들과 통신 가능하게 연결될 수 있다.The wind turbine control unit 100 controls a plurality of wind turbines WT installed in the wind turbine 20. The wind power generator control unit 100 may include a processing unit 110, an Ethernet UI 120, an Internet UI 130, and a memory unit 140. At this time, the wind power generation controller 100 may be connected to the at least one wind turbine (WT) through an Ethernet network via the Ethernet UI 120 to be able to communicate with the at least one wind turbine (WT) May be communicatively coupled to the power generation complexes (not shown).

처리부(110)는 풍력터빈(WT)들에 입사될 풍황(Wind Condition)을 실시간으로 초단기 예측(Ultra-short Term Prediction)하고, 예측 결과를 기반으로 풍력 터빈들에 발전 요구량들을 할당한다. 이에, 풍력터빈(WT)들은 할당 받은 발전 요구량들을 생산하도록 제어된다.The processing unit 110 performs an ultra-short term prediction on a wind condition to be input to the wind turbines WT in real time and allocates power generation requirements to the wind turbines based on the prediction result. Thus, the wind turbines (WT) are controlled to produce the allocated power generation requirements.

이와 함께, 처리부(110)는 클러스터 분석(cluster analysis)을 통해 복수 개의 풍력터빈(WT)의 현재 상태 별로 그룹화 작업을 수행할 수 있다. 이때, 풍력터빈(WT)들의 상태정보는 풍력터빈 천이상태 감지부(200)와 풍력터빈 피로부하 감지부(300)에서 획득된 천이상태 정보와 피로부하 정보를 포함할 수 있다.At the same time, the processing unit 110 can perform a grouping operation according to the current state of the plurality of wind turbines (WT) through cluster analysis. The state information of the wind turbines WT may include transition state information and fatigue load information obtained from the wind turbine transition state sensing unit 200 and the wind turbine fatigue load sensing unit 300.

즉, 풍력터빈 천이상태 감지부(200)에서는 풍력터빈(WT)이 안정적으로 제어명령에 따라 작동하다가, 풍황상태의 변화에 따라 새로운 제어명령에 의해 풍력터빈(WT)의 작동 모드가 변경되어 안정상태로 접어드는 과정 중에 풍력터빈(WT)의 자유에너지가 극대값을 취하는 상태의 정보를 획득한다. 이때 획득된 정보를 통해 복수 개의 풍력터빈(WT)들 중 천이영역이 유사한 풍력터빈(WT)들을 그룹화하는 것이 가능하다.That is, in the wind turbine transition state sensing unit 200, the wind turbine WT operates stably according to the control command, and the operation mode of the wind turbine WT is changed by the new control command in accordance with the change of the wind turbine, Information of the state in which the free energy of the wind turbine WT takes a maximum value during the process of entering the state. At this time, it is possible to group similar wind turbines (WTs) having a transition region among a plurality of wind turbines (WT) through the acquired information.

또한, 풍력터빈 피로부하 감지부(300)에서는 풍력터빈(WT)의 동작 중에 블레이드와 구동축 등에 부가되는 풍압 또는 원심력 등에 의한 하중(load)에 따라 구조적인 변형 또는 피로도 등을 감지할 수 있다. 이와 같은 피로부하량 데이터는 풍황에 따라 가변 제어되는 각각의 풍력터빈(WT)들 마다 획득 되어, 유사한 피로부하량을 가지는 풍력터빈(WT)들을 그룹화하여 제어할 수 있다.In addition, the wind turbine fatigue load sensing unit 300 can sense structural deformation or fatigue in accordance with load due to wind pressure, centrifugal force or the like during operation of the wind turbine WT. Such fatigue loading data can be obtained for each wind turbine (WT) that is variably controlled in accordance with the wind speed, so that the wind turbines (WT) having similar fatigue load can be grouped and controlled.

한편, 풍력터빈 천이상태 감지부(200) 및 피로부하 감지부(300)는 각각의 풍력터빈(WT)들에 개별적으로 설치될 수도 있고, 상기 풍력발전단지 제어부(100)의 내부에 설치될 수도 있다.The wind turbine transition state sensing unit 200 and the fatigue load sensing unit 300 may be installed individually in the respective wind turbines WT and may be installed in the wind turbine control unit 100 have.

이와 같은 구성에 따라, 처리부(110)는 풍황 및 풍력터빈(WT)들의 현재 상태에 따라, 최적의 발전 요구량을 산출하여, 각각의 풍력터빈(WT)들에게 분배할 수 있다. 즉, 처리부(110)는 획득 정보를 이용하여 시뮬레이션 작업을 수행하여, 계통운영자가 풍력발전단지(20)에 요구한 전체 발전 요구량을 풍력터빈(WT)들에 분배할 수 있다. 예컨대, 풍력발전단지(20)에 주어진 전체 발전 요구량이 100kW인 경우, 제1풍력터빈(WT11)에 10kW, 제2풍력터빈(WT12)에 8kW, …, 제n풍력터빈(WTnn)에 1kW 등과 같이, 풍력터빈(WT)들의 위치 및 풍황 등을 고려하여 적적한 발전량을 할당할 수 있다.According to this configuration, the processing unit 110 can calculate the optimal power generation demand and distribute it to each wind turbine WT according to the current state of the wind and wind turbines WT. That is, the processing unit 110 can perform a simulation operation using the acquired information, and distribute the entire power generation required by the system operator to the wind power generation complex 20 to the wind turbines WT. For example, when the total power generation requirement given to the wind power generation complex 20 is 100 kW, 10 kW for the first wind turbine WT11, 8 kW for the second wind turbine WT12, , 1 kW to the nth wind turbine (WTnn), and the like, in consideration of the position of the wind turbines (WT) and the wind direction.

한편, 상기 처리부(110)는 풍력터빈 천이상태 감지부(200)와 풍력터빈 피로하중 감지부(300)에서 획득된 정보를 클러스터 분석하여 유사한 상태의 풍력터빈(WT)들을 그룹화할 수 있다.Meanwhile, the processor 110 may cluster the wind turbines (WT) in a similar state by cluster analysis of the information obtained from the wind turbine transition state sensing unit 200 and the wind turbine fatigue load sensing unit 300.

클러스터 분석 기법은 크게 분할(partitioning) 접근과 계층적(hierarchical) 접근으로 나눌 수 있다. Cluster analysis techniques can be divided into partitioning approach and hierarchical approach.

분할 접근은 범주 함수를 최적화시키는 K개의 분할 영역을 결정해 나가는 방법으로 유클리드 거리(Euclidean distance) 측정법에 기반할 수 있다. 숫자 속성(numeric attribute) 데이터를 군집화하는데 쓰이는 파티션 알고리즘 중에 K-평균(K-means) 알고리즘을 사용할 수 있는데, 이 알고리즘을 사용하려면 몇 개의 그룹으로 나누기 원하는지 K 값을 입력한다. 그러면, 알고리즘은 일단 K개의 평균점을 지정하고 모든 데이터를 하나씩 보면서 가장 가까운 평균점에 해당되는 그룹에 할당한다. 그 후, 다시 평균점들을 조금씩 바꾸어 나가면서 데이터를 가까운 그룹에 재할당할 수 있다. 이 과정은 군집 상태를 나타내는 척도 함수가 더 이상 변하지 않을 때까지 반복되며 더 이상 변하지 않게 되면 그 상태의 그룹들을 군집화의 결과로 지정한다.The segmentation approach can be based on the Euclidean distance measure, which is a way to determine K segments that optimize the category function. A K-means algorithm can be used among the partitioning algorithms used to cluster numeric attribute data. To use this algorithm, enter the K value to which you want to divide into several groups. Then, the algorithm assigns K average points once, and all data is looked at one by one and assigned to the group corresponding to the nearest average point. Then, the data can be reassigned to the nearest group again by slightly changing the average points. This process is repeated until the scale function indicating the cluster state no longer changes. If the cluster function is no longer changed, the group of states is designated as the result of clustering.

계층적 접근은 처음에 각각의 데이터 점을 하나의 클러스터로 설정한 후 이들 쌍 간의 거리를 기반으로 하여 분할, 합병해 나가는 상향식(bottom-up) 방식으로 모든 점들이 하나의 대형 클러스터에 속하게 될 때까지 그 히스토리 정보를 유지할 수 있다. 이것은 집괴적 계층 클러스터링(agglomerative hierarchical clustering)이라 하며, 상대적으로 가까운 객체들끼리 군집화시키는 방법이다. 이 알고리즘에서는 우선 모든 n개의 데이터가 n개의 서로 다른 그룹이라 가정한다. 그 후에 그룹간의 유사성(similarity)을 보고 가장 유사한 두 개의 그룹을 합병해(merge) 그룹 수를 줄여가는 과정을 전제 그룹 수가 K개가 될 때까지 반복하여 K개의 그룹을 찾는다. 또한, 군집의 병합 또는 분리되는 과정은 이차원 도면의 계통도(dendrogram)를 사용하여 간략히 표현할 수 있으며, 군집화 과정에서 어떤 개체가 일단 다른 군집에 속하면 다시는 다른 군집에 속하지 못하도록 할 수 있다. The hierarchical approach is a bottom-up approach in which each data point is initially set as a cluster and then split or merged based on the distance between the two pairs. When all the points belong to one large cluster The history information can be maintained. This is called agglomerative hierarchical clustering, and is a method of clustering objects that are relatively close together. This algorithm first assumes that all n data are n different groups. Thereafter, the process of merging the two closest similar groups and reducing the number of groups is repeated until the total number of groups reaches K, and K groups are searched. In addition, the process of merging or separating the clusters can be simplified by using a dendrogram of the two-dimensional drawing. In the clustering process, once an object belongs to another cluster, it can be prevented from belonging to another cluster.

본 실시예에 따르면, 처리부(110)는 풍력터빈(WT)들의 환경정보 들을 다변량 자료로 정의하여, 이들의 총 변이의 주요 부분을 주성분으로 정의하여 클러스터 분석을 수행할 수 있다. According to the present embodiment, the processing unit 110 can define environment information of wind turbines (WT) as multivariate data and perform cluster analysis by defining a major part of the total variation thereof as a main component.

예컨대, n개의 풍력터빈(WT)들에 대한 p개의 환경변수에 따른 제어명령 세트들을 각각 X1, X2, … , Xp를 관측했을 때, 각각의 풍력터빈(WT)들을 대표하는 특성은 다음과 같은 수학식으로 표현할 수 있다.For example, the set of control commands according to the p environment variables for n wind turbines (WT) are denoted as X 1 , X 2 , ... , X p are observed, the characteristics representative of each wind turbine (WT) can be expressed by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

상기한 바와 같이 클러스터 분석을 수행하면 차원감소를 통해 몇 개의 그룹화된 클러스터를 도출할 수 있다. 이 클러스터는 상기한 바와 같이 주성분이라는 대푯값으로 나타낼 수 있다. 이때, 각각의 클러스터를 구성하는 값들은 전체 비선형 모델을 설명하는 지표인 고유값(eigenvalue)에 기반하여 설명된 총 분산 백분율 값을 통해 각 주성분이 나타낼 수 있는 설명력(R-square, R2)을 통해 전체 비선형모델의 허용 범위 내에서 운용할 수 있는 클러스터의 개수를 결정할 수 있다.By performing the cluster analysis as described above, several grouped clusters can be derived through the dimension reduction. This cluster can be represented by a representative value of the main component as described above. In this case, the values constituting each cluster are the explanatory power (R-square, R 2 ) that each principal component can express through the described total dispersion percentage value based on the eigenvalue which is an index describing the entire nonlinear model The number of clusters that can be operated within the allowable range of the entire nonlinear model can be determined.

도 3은 풍황 예측 및 발전 요구량 할당 과정을 종합적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 3에서는 예측 윈도우(Prediction Window)의 개념을 도입하였다.FIG. 3 is a diagram for explaining the process of predicting the rising of the wind and the process of allocating the generation demand. In FIG. 3, the concept of a prediction window is introduced.

예측 윈도우는 풍황계측 기상탑(10)에 의해 계측된 풍황 정보에 따른 바람이 풍력발전단지(20)에 입사한 후 관통하여 나가기까지의 구간이다. 예측 윈도우에는 풍황계측 기상탑(10)에 의해 현재 계측된 바람 외에도 이전에 계측된 바람들도 함께 포함되는데, 이는 풍력발전단지(20)에 마련되어 있는 모든 풍력터빈(WT)들에 대한 발전 요구량 할당 및 기계적 부하를 예측하기 위함이다.The prediction window is a section from the wind-induced information measured by the wind-up meteorological tower 10 until the wind enters the wind power generator complex 20 and then flows out. The predicted window also includes previously measured winds in addition to the winds currently measured by the wind-up meteorological tower 10, which can be used for all wind turbine (WT) And to predict the mechanical load.

처리부(110)는 예측 윈도우를 통해 풍력 발전 단지에 마련된 모든 풍력터빈들(WT)에 대한 풍황과 기계적 부하를 실시간으로 예측하고, 예측 결과를 기반으로 풍력터빈(WT)들에 발전 요구량들을 할당할 수 있다. The processing unit 110 predicts the wind speed and the mechanical load for all the wind turbines WT provided in the wind power generation complex through the prediction window in real time and assigns the generation demand amounts to the wind turbines WT based on the prediction result .

도 3에 도시된 바에 따르면,3,

1) tk에서 WT(풍력 터빈)-11,12에 입사되는 바람은 tk 이전에 풍황계측 기상탑(10)에 입사된 바람이고,1) t and k in the wind impinging on the WT (wind turbine) -11,12 is punghwang the wind incident to the measuring meteorological tower 10 to t k before,

2) tk에서 WT-21,22에 입사되는 바람은 tk-1 이전에 풍황계측 기상탑(10)에 입사되어, tk-1에서 WT-11,12에 입사된 바람이며,2) at t k is incident on the measurement punghwang vapor tower 10, the wind which enters the WT-21,22 are in t k-1 previously, at t k-1 and the wind incident to the WT-11,12,

3) tk에서 WT-31,32에 입사되는 바람은 tk-2 이전에 풍황계측 기상탑(10)에 입사되어, tk-2에서 WT-11,12에 입사된 후, tk-1에서 WT-21,22에 입사되는 바람임을 알 수 있다.3) incident from t k to t k-2 is the wind before punghwang measuring vapor container (10) to be incident on the WT-31,32, and then at t k-2 incident on the WT-11,12, t k- 1 to WT-21 and 22, respectively.

도 4는 본 실시예에 따라, 처리부(110)가 복수 개의 풍력터빈(WT)들을 그룹화한 것을 일 예로 도시한 도면이다.FIG. 4 is a diagram showing a processing unit 110 grouping a plurality of wind turbines WT according to the present embodiment.

도시된 바와 같이, 풍력발전단지 제어부(100)는 풍력발전단지(20)와 연결될 수 있는데, 이때, 풍력발전단지(20)들은 복수 개의 풍력터빈(WTnm)으로 구성될 수 있다. 이때, n은 편이상 열, m은 행을 의미한다. 따라서, 1열 1행의 풍력터빈을 WT11, 3열 4행의 풍력터빈을 WT34 등으로 표시할 수 있다. 이해를 돕기 위해 본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어 시스템은 총 12개의 풍력터빈들(WT)로 구성된 상태를 도시하였으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 풍력터빈들의 개수는 증감될 수 있다.As shown in the figure, the wind power generator control unit 100 may be connected to the wind power generator complex 20, wherein the wind power generator complexes 20 may include a plurality of wind turbines WTnm. In this case, n means a phase-shifted column and m means a row. Accordingly, the wind turbine of one row and one row can be expressed as WT11, and the wind turbine of row three, column four can be expressed as WT34 or the like. For the sake of understanding, the wind turbine control system according to the present embodiment has a total of twelve wind turbines (WT). However, the present invention is not limited thereto, and the number of wind turbines can be increased or decreased as needed.

도시된 바와 같이 3열 1행의 풍력터빈(WT31)이 가장 선단에 위치하는 방향으로 바람이 불어올 경우, 풍황계측 기상탑(10)은 이를 감지하여 관련 정보를 풍력발전단지 제어부(100)로 송출할 수 있다. As shown in the figure, when the wind is blown in a direction in which the wind turbine (WT31) in the third row and the first row is positioned at the frontmost end, the wind-up meteorological tower (10) senses this and sends the related information to the wind power generator control unit It can send out.

그러면, 풍력발전단지 제어부(100)는 상기한 바와 같이 클러스터 분석을 수행하여, 각각의 풍력터빈들(WT)의 현재 상태를 파악하여, 유사한 상태에 놓여 있는 풍력터빈들(WT)을 그룹화할 수 있다. 예컨대, 그룹 1(G1)은 3열 1행의 풍력터빈(WT31)으로 설정될 수 있고, 그룹 2(G2)는 WT21, WT22, WT32, 그룹 3(G3)은 WT11, WT12, WT33, WT34로, 그룹 4(G4)는 WT13, WT23, WT24로, 그룹 5(G5)는 WT14로 설정할 수 있다. 이와 같은 그룹화는 각각의 풍력터빈(WT)들의 피로하중과 천이상태 등의 인자 요소들이 유사한 상태를 클러스터 분석 기법을 이용하요 그룹화한 것이다. The wind farm controller 100 may then perform a cluster analysis as described above to determine the current state of each wind turbine WT and to group the wind turbines WT that are in a similar state have. For example, the group 1 (G1) may be set as the third row and the first row as the wind turbine WT31, and the group 2 (G2) may be set as WT21, WT22, WT32, and the group G3 as WT11, WT12, WT33, WT34 , Group 4 (G4) can be set to WT13, WT23, WT24, and group 5 (G5) can be set to WT14. This grouping is a grouping using cluster analysis technique in which similar factors such as fatigue load and transition state of each wind turbine (WT) are similar.

이와 같이 그룹화된 정보는 메모리부(140)에 저장되어, 다른 풍력발전단지들의 단지 제어정보를 위해 사용될 수도 있고, 유사한 상황이 반복될 경우에는 캐시 데이터와 같이 처리부(110)의 연산 없이 저장된 그룹 정보에 따른 풍력터빈(WT)들의 그룹화 제어를 위해 사용될 수도 있다.The grouped information may be stored in the memory unit 140 and used only for control information of other wind farms. If the similar situation is repeated, the stored group information (WTs) according to the wind speeds of the wind turbines.

이하, 본 실시예에 따른 풍력발전단지 제어방법을 도 5 및 도 6의 흐름도화 함께 설명한다.Hereinafter, the method of controlling the wind power plant according to the present embodiment will be described together with the flow charts of FIGS. 5 and 6. FIG.

풍력발전단지의 작동이 시작되는 풍력발전단지(20)의 전단에 설치되어 있는 풍황계측 기상탑(10)에서는 풍력발전단지(20)를 향해 불어오는 바람의 풍황정보를 실시간으로 획득하여, 이를 풍력발전단지 제어부(100)로 실시간 송출할 수 있다(S10).The wind-up meteorological tower 10 installed at the front end of the wind power generation plant 20 in which the operation of the wind power generation plant is started acquires wind-condition information of winds blown toward the wind power generation plant 20 in real time, The power generation complex controller 100 can perform real-time transmission (S10).

그러면, 풍력발전단지 제어부(100)는 풍력터빈(WT)들의 동작 시뮬레이션을 수행하여, 계측된 풍황정보에 기초하여, 전체 발전출력 요구량을 만족시키기 위한 풍력 터빈 별 요구 발전량을 산출할 수 있다(S20).Then, the wind power generation plant control section 100 can simulate the operation of the wind turbines (WT) and calculate the required power generation amount for each wind turbine to satisfy the total power generation output requirement based on the measured upwind information (S20 ).

한편, 풍력터빈(WT)들의 현재상태는 다양한 감지수단을 통하여 획득할 수 있는데(S30), 일 예로, 본 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 풍력터빈 피로부하를 감지하는 단계(S31), 각각의 풍력터빈들의 천이상태를 감지하는 단계(S32) 및 상기 S31, S32 단계에서 획득된 정보들을 메모리부(140)로 송신하는 단계(S33)를 더 포함할 수 있다. 획득된 정보들은 처리부(110)에서 클러스터 분석을 수행할 수 있으며(S40), S40 단계의 클러스터 분석을 통해 각각의 풍력터빈(WT)들을 그룹화할 수 있다(S50). Meanwhile, the present state of the wind turbines (WT) can be obtained through various sensing means (S30). For example, as shown in FIG. 6, in this embodiment, sensing the wind turbine fatigue load (S31) A step S32 of detecting the transition state of each wind turbine, and a step S33 of transmitting the information obtained in the steps S31 and S32 to the memory unit 140. [ The obtained information can be cluster analyzed in the processing unit 110 (S40), and the respective wind turbines WT can be grouped through the cluster analysis in the step S40 (S50).

처리부(110)는 상기 S50단계에서 유사한 기계적 환경과 풍황상태에 놓여 있는 풍력터빈(WT)들은 동일한 그룹으로 설정할 수 있으며, 동일한 그룹으로 설정된 풍력터빈(WT)들은 동일한 제어 명령에 따라 발전 동작을 수행할 수 있다(S60).In step S50, the processing unit 110 may set the wind turbines (WT) in the same mechanical environment and wind conditions to the same group, and the wind turbines (WT) set in the same group perform the power generation operation according to the same control command (S60).

이와 같은 본 실시예에 따르면, 기존에 풍황계측 기상탑(10)에서 계측된 풍황정보에 따라, 각각의 풍력터빈(WT)들을 개별 제어하는 구성과 비교하여, 처리부(110)의 연산량을 대폭 줄일 수 있기 때문에, 동일 처리부(110)에서 더 많은 수의 풍력터빈(WT)을 제어하는 것이 가능하다.According to the present embodiment as described above, the computation amount of the processing unit 110 is greatly reduced compared with the configuration in which each wind turbine WT is individually controlled in accordance with the wind direction information measured by the wind-up meteorological tower 10 , It is possible to control a larger number of wind turbines (WT) in the same processing unit (110).

또한, 처리부(110)에서의 연산량이 줄어들기 때문에, 풍황변화에 따른 실시간 데이터 변화에 연동하여 최적의 풍력터빈(WT) 실시간 제어가 가능하다. In addition, since the amount of computation in the processing unit 110 is reduced, it is possible to control the optimum wind turbine (WT) in real time in conjunction with real-time data change due to the change in the wind direction.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

10; 풍황 계측 기상탑(met mast) 20; 풍력발전단지
WT11~34; 풍력터빈 100; 풍력발전단지 제어부
110; 처리부 120; 이더넷 UI
130; 인터넷 UI 140; 메모리부
200; 풍력터빈 천이상태 감지부 300; 풍력터빈 피로부하 감지부
10; Meteorological topography (met mast) 20; Wind power plant
WT11-34; Wind turbine 100; Wind power generator control unit
110; Processing unit 120; Ethernet UI
130; Internet UI 140; The memory unit
200; A wind turbine transition state detection unit 300; Wind turbine fatigue load sensing part

Claims (6)

적어도 하나 이상의 풍력터빈들과 연결되어, 각각의 풍력터빈들로부터 천이상태 정보(transition state information)를 획득하는 풍력터빈 천이상태 감지부;
적어도 하나 이상의 풍력터빈들과 연결되어, 각각의 풍력터빈들로부터 피로부하 정보(fatigue load information)를 획득하는 풍력터빈 피로부하 감지부;
상기한 적어도 하나 이상의 풍력터빈들로 구성된 풍력발전단지를 향해 진행하는 바람의 풍속, 방향 등의 풍황(wind condition)을 측정하는 풍황계측 기상탑(Met mast); 및
상기 풍력터빈 천이상태 감지부 및 피로부하 감지부의 정보를 획득하여, 해당 정보에 따른 클러스터 분석을 수행하여 상기 적어도 하나 이상의 풍력터빈들을 그룹화하여 그룹별로 풍황에 따른 풍력터빈의 제어 시퀀스를 수행하는 풍력발전단지 제어부;를 포함하는 풍력발전단지 제어 시스템.
A wind turbine transition state sensing unit connected to at least one or more wind turbines to acquire transition state information from each of the wind turbines;
A wind turbine fatigue load sensing unit coupled to at least one or more wind turbines to obtain fatigue load information from each of the wind turbines;
A meteorological meteorological tower for measuring a wind condition such as a wind speed and a direction of a wind running toward a wind turbine constructed of at least one or more wind turbines; And
A wind turbine generator for acquiring information of the wind turbine transition state sensing unit and the fatigue load sensing unit and performing a cluster analysis according to the information to group the at least one wind turbine and to perform a control sequence of the wind turbine according to the wind- And a control unit for controlling the wind turbine generator.
제 1 항에 있어서,
상기 풍력터빈 천이상태 감지부 및 피로부하 감지부는 각각의 풍력터빈에 개별적으로 설치되는 풍력발전단지 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the wind turbine transition state sensing unit and the fatigue load sensing unit are individually installed in each wind turbine.
제 1 항에 있어서,
상기 풍력터빈 천이상태 감지부 및 피로부하 감지부는 상기 풍력발전단지제어부의 내부에 설치되는 풍력발전단지 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the wind turbine transition state sensing unit and the fatigue load sensing unit are installed inside the wind power generator control unit.
제 1 항에 있어서,
상기 풍력발전단지 제어부는 이더넷 네트워크를 통해 상기 적어도 하나 이상의 풍력터빈들과 통신 가능하게 연결되는 풍력발전단지 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the wind farm control unit is communicably connected to the at least one wind turbine via an Ethernet network.
제 1 항에 있어서,
상기 풍력발전단지 제어부는 인터넷 네트워크를 통해 복수 개의 풍력발전단지들과 통신 가능하게 연결되는 풍력발전단지 제어 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the wind farm control unit is communicably connected to a plurality of wind farms via an Internet network.
풍황계측 기상탑으로부터 풍황정보를 획득하는 단계;
획득된 풍황정보를 이용하여 풍력터빈 동작을 시뮬레이션 하는 단계;
풍력터빈의 현재상태 정보를 획득하는 단계;
획득된 풍력터빈의 현재상태 정보를 이용하여 클러스터 분석을 수행하는 단계;
풍황에 따라 유사한 상태에 놓여 있는 풍력터빈들을 클러스터 분석을 통해 그룹화하는 단계; 및
각각의 그룹별로 상기 풍황정보에 따른 풍력터빈 제어명령을 출력하는 단계;를 포함하며,
상기 클러스터 분석 단계는,
각각의 풍력터빈 피로부하를 감지하는 단계;
각각의 풍력터빈 천이상태를 감지하는 단계; 및
각각의 풍력터빈의 피로부하 및 천이상태 정보를 메모리부로 송신하는 단계;를 더 포함하는 풍력발전단지 제어방법.
Obtaining the weather forecast information from the wind-up meteorological tower;
Simulating wind turbine operation using the acquired wind direction information;
Obtaining current state information of the wind turbine;
Performing cluster analysis using current state information of the obtained wind turbine;
Grouping wind turbines that are in a similar state according to the wind speed, through cluster analysis; And
And outputting a wind turbine control command in accordance with the weather forecast information for each group,
Wherein the cluster analysis step comprises:
Sensing each wind turbine fatigue load;
Sensing each wind turbine transition state; And
And transmitting the fatigue load and transition state information of each of the wind turbines to the memory unit.
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