KR20140041191A - 풍력 발전 단지 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

풍력 발전 단지 제어 방법이 개시된다. 복수 개의 풍력 발전기가 복수의 행 및 열을 구성하도록 배치된 풍력 발전 단지를 제어하는 방법으로서, 풍력 발전 단지로 불어오는 바람의 상류 방향에서 1번째 행 또는 1번째 열을 구성하는 제 1 군 풍력 발전기의 날개 방향을 제어하는 제 1 제어 단계; 및 제 1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 고려하여, 제 1 군 풍력 발전기를 제외한 풍력 발전기의 날개 방향을 제어하는 제 2 제어 단계를 포함한다.

Description

풍력 발전 단지 제어 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING WIND FARM}
본 발명은 풍력 발전 단지 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
풍력 발전기는 바람의 직선 운동에너지를 날개를 이용하여 회전 운동에너지로 바꾸고 이를 발전기를 통해 전기에너지로 만들어서 전력을 생산하게 된다. 　이 때, 바람의 직선 운동에너지를 최대한 얻기 위하여 풍력 발전기는 바람의 방향을 항상 감시하면서 바람의 방향과 풍력 발전기의 날개의 방향, 보다 상세히, 날개가 회전하는 회전축의 방향인 나셀 방향을 맞추기 위해 요잉(yawing) 운전을 통해 날개의 방향을 제어하게 된다.
　　대단위 풍력 발전 단지에는 단지의 바람 방향과 풍속 등을 측정하기 위한 별도의 타워가 설치되고, 이와 별개로 각각의 풍력 발전기 위에는 바람의 방향을 감지하는 풍향계가 있는데, 이는 풍력 발전기 제어기에 시시각각 변화하는 바람의 방향 정보를 제공하여 요잉 운전을 통한 효율적인 전력 생산을 하기 위함이다. 　
이 때, 많은 풍력 발전기가 일정 공간에 배치되어 발전을 하는 경우에는, 전방 측에 배치된 풍력 발전기의 날개를 통과한 바람의 후류(wake)에 와류(vortex)가 발생하게 되고, 발생된 와류에 의하여 다음 풍력 발전기가 영향을 받는 경우가 발생하게 된다.
　예를 들어, 여러 대의 풍력 발전기가 일렬로 배치된 경우, 일정 방향으로부터 불어오는 바람이 지나가는 첫번째 풍력 발전기에 의해 발생하는 와류는 두번째 풍력 발전기에 영향을 주게 되고, 마찬가지로 두번째 발전기에 의해 발생하는 와류는 세번째 발전기에 차례로 영향을 주게 된다.
　　이러한 영향은 전체 바람의 방향과 함께 국부적인 와류를 형성하여 각 풍력 발전기로 불어오는 풍향에 영향을 주게 된다. 　
이에 따라, 와류의 영향으로 인해 풍향계는 실제 바람의 방향과는 오차가 존재하는 풍향 정보를 발전기 제어기에 주게 되고, 이 정보를 받은 풍력 발전기는 잘못된 풍향 정보를 기준으로 불필요한 요잉 운전을 하게 된다. 　
이를 반복하면서 바람의 방향과 풍력 발전기의 날개 방향이 일정 각도 이상 발생하면 풍력발전기는 발전을 멈추기도 하고, 이후에 이를 맞추기 위해 다시 요잉 운전을 하고 나서 발전을 다시 하게 되면서, 이에 따른 발전량의 감소 및 불필요한 요잉 운전에 따른 전력의 손실을 가져오게 된다.
본 발명의 일 실시예는 풍력 발전기에 의한 와류를 고려하여 요잉을 제어할 수 있는 풍력 발전 단지 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 신속하고 효율적으로 풍력 발전기의 요잉을 제어할수 있는 풍력 발전 단지 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수 개의 풍력 발전기가 복수의 행 및 열을 구성하도록 배치된 풍력 발전 단지를 제어하는 방법으로서, 상기 풍력 발전 단지로 불어오는 바람의 상류 방향에서 1번째 행 또는 1번째 열을 구성하는 제 1 군 풍력 발전기의 날개 방향을 제어하는 제 1 제어 단계; 및 상기 제 1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 고려하여, 상기 제 1 군 풍력 발전기를 제외한 풍력 발전기의 날개 방향을 제어하는 제 2 제어 단계를 포함하는, 풍력 발전 단지 제어 방법이 제공된다.
이 때, 상기 제 1 제어 단계는, 상기 풍력 발전 단지로 불어오는 바람의 방향인 제 1 풍향값을 측정하는 풍향 측정 단계; 상기 제 1 풍향값과 상기 제 1 군 풍력 발전기의 날개 방향과의 차이를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 차이만큼 상기 제 1 군 풍력 발전기의 요잉을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제 2 제어 단계는, 상기 풍력 발전 단지로 불어오는 바람의 상류 방향에서 N번째 행 또는 N번째 열을 구성하는 제 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향에 따라 상기 제 N 군 풍력 발전기의 요잉을 제어하는 단계를 포함하되, 상기 제 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향은 상기 제 1 내지 N-1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향이 고려되어 계산되는 제 N 풍향값이며, 상기 N은 1보다 큰 자연수일 수 있다.
이 때, 상기 제 N 군 풍력 발전기의 요잉을 제어하는 단계는, 상기 제 N-1 군 풍력 발전기로 불어오는 제 N-1 풍향값에 상기 제 N-1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 종합하여, 상기 제 N 풍향값을 산출하는 제 N 연산 단계; 상기 제 N 풍향값과 상기 제 N 군 풍력 발전기의 날개 방향과의 차이를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 차이만큼 상기 제 N 군 풍력 발전기의 요잉을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제 N 연산 단계는, 미리 수행된 시뮬레이션을 통하여 상기 제 1 풍향값에 대한 제 2 내지 N 풍향값이 산출되어 저장된 데이터 베이스의 정보를 이용할 수 있다.
이 때, 상기 제 2 내지 N 풍향값은 소정 시간 동안의 평균값일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 복수 개의 풍력 발전기가 복수의 행 및 열을 구성하도록 배치된 풍력 발전 단지를 제어하는 시스템으로서, 상기 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 결정하는 풍향 결정부; 상기 풍력 발전기의 날개 방향을 측정하는 자세 측정부; 상기 풍향 결정부에서 결정된 풍향과 상기 자세 측정부에서 측정된 상기 풍력 발전기의 날개 방향과의 차이값를 계산하는 연산부; 및 상기 연산부에서 계산된 차이값만큼 상기 풍력 발전기를 요잉 운전시키는 요잉 제어부를 포함하되, 상기 풍향 결정부는, 상기 풍력 발전 단지로 불어오는 바람의 상류 방향에서 1번째 행 또는 1번째 열을 구성하는 제 1 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 측정하는 풍향 측정기; 및 상기 제 1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 고려하여 상기 제 1 군 풍력 발전기를 제외한 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 산출하는 풍향 산출 수단을 포함하는, 풍력 발전 단지 제어 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 풍향 산출 수단은, 상기 바람의 상류 방향에서 N번째 행 또는 N번째 열을 구성하는 제 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 산출하되, 상기 제 1 내지 N-1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향이 고려되어 상기 제 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 산출하며, 상기 N은 1보다 큰 자연수일 수 있다.
이 때, 상기 풍향 산출 수단은, 미리 수행된 시뮬레이션을 통하여, 상기 제 1 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향에 따라 제 2 내지 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 산출하여 저장한 데이터 베이스와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전방에 배치된 풍력 발전기에 의한 와류를 고려하여 풍향을 결정함으로써, 불필요한 요잉 제어를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전기에 의한 와류를 고려하여 시뮬레이션을 수행한 풍향 정보를 이용함으로써, 효율적인 요잉 제어를 할 수 있다.
도 1은 풍력 발전기를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지의 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 시스템을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 풍력 발전기를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 풍력 발전기(10)는 타워(16)의 상측에 회전 가능하게 설치된 나셀(14) 및 나셀(14)의 단부에 회전 가능하게 설치된 날개(12)를 구비한다.
이 때, 바람(5)이 불어오는 방향을 향한 날개(12)가 바람에 의해 회전하면서, 나셀(14) 내부에 장착된 발전기를 통하여 전기를 생산할 수 있다.
이 때, 효율적인 전기 생산을 위해서는 날개(12)가 바람의 방향을 향해야 하는데, 바람의 방향은 시시각각 변화되기 때문에, 그에 대응하여 날개(12)의 방향을 조정해야 한다.
이를 위해서, 타워(16)에 설치된 나셀(14)을 요잉 축(15)을 중심으로 요잉(yawing) 구동시킴으로써, 풍력 발전기(10)의 날개(12) 방향을 바람의 방향을 향하도록 조정할 수 있다.
이 때, 날개(12)의 방향이란, 상세하게는, 복수 개의 날개(12)가 회전하는 회전축의 방향 또는 나셀(14)이 연장되는 방향인 나셀 방향을 의미하는 것으로, 이하 설명을 포함한 본 명세서 상에서는 '날개의 방향'을 상술한 의미로 정의한다.
따라서, 풍력 발전기(10)의 날개(12) 방향을 바람의 방향을 향하도록 조정하는 것은, 풍향과 나셀 방향 또는 날개 회전축 방향이 나란하게 배치되도록 풍력 발전기(10)의 나셀(14)을 회전 조정하는 것을 의미한다.
한편, 도 1을 참조하면, 풍력 발전기(10)를 지나가는 바람(5)은 풍력 발전기(10)를 지나기 전인 전류(A) 부분의 풍향과 풍력 발전기(10)를 지나고 난 뒤인 후류(B) 부분의 풍향 간에 차이가 존재한다.
보다 상세히, 풍력 발전기(10)를 향하여 불어오는 바람(5)이 풍력 발전기(10)의 날개(12)에 부딪히며 풍력 발전기(10)를 통과하면서 후류(B)에는 와류(vortex)가 발생한다.
이에 따라, 풍력 발전기(10)를 통과한 바람(5)의 후류(B)에서 풍향을 측정하면 전류(A)의 풍향과 달라지며, 불규칙적인 와류의 영향으로 후류(B)의 풍향은 일정 범위에서 계속적으로 변화할 수 있다.
따라서, 다수의 풍력 발전기(10)가 배치되는 풍력 발전 단지에서, 다수의 풍력 발전기(10)가 일렬로 배열된 경우에는, 전방에 배치된 풍력 발전기에 의하여 발생된 와류에 의하여 후방에 배치된 풍력 발전기는 실제 바람의 방향과는 다른 풍향에 맞추어 요잉 운전될 수 있다.
또한, 불규칙한 와류의 영향으로 계속적으로 변화하는 풍향에 맞추어 계속적으로 불필요한 요잉 운전이 행해질 수 있다.
이러한 문제를 개선하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지의 제어 방법을 이하 상세히 설명한다.
한편, '전방'은 바람이 불어오는 방향을 기준으로 바람의 상류 방향을 의미하며, 이하 설명에서도 동일하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지의 모습을 도시한 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 방법을 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 시스템을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 풍력 발전 단지(1)는 다수의 풍력 발전기(10)가 배치되어 있으며, 일반적으로 풍력 발전기(10)는 일정한 간격을 유지하도록 배치될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍력 발전 단지(1)는 풍력 발전기(10)들이 복수의 행 및 열을 구성하도록 배열될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 방법은 복수 개의 풍력 발전기(1)가 복수의 행 및 열을 구성하도록 배치된 풍력 발전 단지(1)를 제어하는 방법에 관한 것이다.
이 때, 풍력 발전 단지(1)의 풍력 발전기(10)들이 구성하는 행 및 열은 완전한 일직선을 형성하는 행 및 열만을 의미하는 것이 아니라, 어느 정도의 일정한 간격을 유지하면서 대략 규칙적인 형태로 배치되는 행 및 열의 형태를 모두 포함하는 의미이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 풍력 발전 단지(1)의 풍력 발전기(10)는 4행 및 4열을 구성할 수도 있다.
그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, N을 2이상의 자연수라고 할 때, 1 내지 N행, 및 1 내지 N열에 포함되는 모든 행 및 열을 구성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 대한 이하의 설명에서, N은 2이상의 자연수일 수 있다.
한편, 바람의 상류 방향으로 1번째 행 또는 1번째 열에 배치된 풍력 발전기(10)들을 제 1 군 풍력 발전기(1L)라고 정의하며, N번째 행 또는 N번째 열에 배치된 풍력 발전기(10)등을 제 N 군 풍력 발전기(NL)라고 정의한다.
또한, 바람의 방향은 도 2를 기준으로, 12시 방향에서 반시계 방향으로 0도~360도 범위의 각도로서 표기하며, 이하, 설명에서도 동일하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 방법 및 시스템에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 방법은 복수 개의 풍력 발전기가 N행 및 N열을 구성하도록 배치된 풍력 발전 단지를 제어하는 방법으로서, 도 3을 참조하면, 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 요잉을 제어하는 제 1 제어 단계, 및 제 1 군 풍력 발전기(1L)를 제외한 나머지 제 2 내지 N 군 풍력 발전기(2L, 3L,…, NL)의 요잉을 제어하는 제 2 제어 단계를 포함할 수 있다.
한편, 도 3에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 방법은, 연속적이고 계속적인 과정이므로 엄격한 시간적 순서에 따른 단계적 흐름으로 제한되지 아니하며, 각 단계가 동시에 진행되거나 일부 단계의 순서가 바뀔 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 제어 단계는 전방에 배치된 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 받지 않는 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 요잉을 제어하는 단계로서, 3가지의 단계를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 제어 단계는, 먼저, 제 1 군 풍력 발전기(1L)로 불어오는 바람의 방향을 측정한다.(S301)
이하, 이해의 편의를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 시스템(1)에 대하여 먼저 간단히 설명한 다음, 풍력 발전 단지 제어 방법에 대하여 이어서 설명한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 시스템(1)은 풍향 결정부(110), 자세 측정부(120), 연산부(130), 요잉 제어부(140) 및 데이터 베이스(150)를 포함할 수 있다.
풍향 결정부(110)는 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 결정하기 위한 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍력 측정기(112) 및 풍향 산출 수단(114)을 포함할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍력 측정기(112)는 제 1 군 풍력 발전기(1L)로 불어오는 바람의 방향을 측정하는 구성이며, 풍향 산출 수단(114)은 제 1 군 풍력 발전기(1L)를 제외한 나머지 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 산출하는 구성이다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍향 산출 수단(114)은 전방에 배치된 풍력 발전기(10)에 의한 와류의 영향을 고려한 새로운 풍향값을 산출할 수 있다. 이에 대한 상세 구성은 해당 부분에서 다시 상세히 설명한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 자세 측정부(120)는 풍력 발전기(10)의 날개(12)의 방향을 측정하는 구성으로, 각 풍력 발전기(10)마다 날개(12)의 현재 방향을 감지하는 감지 장치가 구비될 수 있으며, 풍력 발전 단지(1)를 구성하는 모든 풍력 발전기(10)의 날개 방향 감지 정보를 종합하여 관리하는 모니터링 수단이 구비될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 풍향 결정부(110)에서 결정된 풍향 정보 및 자세 측정부(120)에서 측정된 풍력 발전기(10)의 자세, 보다 상세히 날개(12)의 방향 정보는 연산부(130)로 전달될 수 있다.
즉, 연산부(130)는 풍향 정보와 풍력 발전기(10)의 날개(12) 방향 정보를 종합하여 그 차이값을 측정하는 구성이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연산부(130)에서 측정된 차이값 정보는 요잉 제어부(140)로 전달될 수 있다.
이에 따라, 요잉 제어부(140)는 연산부(130)로부터 전달 받은 차이값 정보에 따라, 풍력 발전기(10)의 날개(12) 방향을 조정하기 위하여 풍력 발전기(10)를 요잉 구동시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 풍향 산출 수단(114)은 데이터 베이스(150)와 연결될 수 있으며, 이에 따라 데이터 베이스(150)의 정보를 전달받을 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터 베이스(150)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지(1)와 동일하게 모델링(modeling)하여 미리 수행된 시뮬레이션(simulation)을 통하여, 제 1 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향에 따라 제 2 내지 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 산출한 정보, 즉 전방에 배치된 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 고려하여 산출된 새로운 풍향값의 정보가 저장될 수 있다.
한편, 제 1 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 제 1 풍향값이라고 정의하고, 제 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 제 N 풍향값이라고 정의하며, 이하 설명에서도 동일하다.
이 때, 제 2 내지 N 풍향값은 제 1 풍향값에 따라 달라지게 되므로, 다양한 제 1 풍향값에 대하여 시뮬레이션을 수행할수록, 데이터 베이스는 보다 풍부한 정보를 저장할 수 있으며, 이는 결국, 보다 정확하고 효율적인 요잉 제어로 이어질 수 있다.
이와 같이, 전방에 배치된 풍력 발전기(10)에 의한 와류의 영향을 고려하여 풍향을 결정하고, 이에 따라 요잉 제어를 행함에 따라, 보다 효율적인 풍력 발전 단지의 제어가 가능할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 방법에 대하여 전술한 내용에 이어서 계속하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 방법은, 전방에 배치된 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 받지 않는 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 요잉을 제어하는 제 1 제어 단계, 및 제 1 군 풍력 발전기(1L)를 제외한 나머지, 즉 전방에 배치된 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 받는 제 2 내지 N 군 풍력 발전기(2L, 3L,…, NL)의 요잉을 제어하는 제 2 제어 단계를 포함할 수 있다.
이 때, 제 1 제어 단계는 전방에 배치된 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 받지 않는 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 요잉을 제어하는 단계로서, 3가지의 단계를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 제어 단계는, 먼저, 제 1 군 풍력 발전기(1L)로 불어오는 바람의 방향, 즉, 제 1 풍향값을 측정한다.(S301)
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 군 풍력 발전기(1L)로 불어오는 제 1 풍향값의 측정에는 전술한 풍향 측정기(112)가 사용될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍향 측정기(112)는 제 1 군 풍력 발전기(1L)를 구성하는 각 풍력 발전기(10)에 설치될 수 있으며, 일반적인 풍향계를 포함할 수 있으나, 풍향 측정기(112)의 설치 위치 및 구조는 이에 한정되지는 아니한다.
다음으로, 제 1 풍향값과 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 날개 방향과의 차이를 측정한다.(S302)
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 날개 방향은 전술한 자세 측정부(120)에서 측정될 수 있으며, 측정된 제 1 풍향값과 제 1 풍력 발전기(1L)의 날개 방향의 정보는 전술한 연산부(130)로 전달될 수 있다.
이에 따라, 연산부(130)에서는 제 1 풍향값과 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 날개 방향과의 차이를 측정할 수 있다.
이어서, 이러한 방식으로 측정된, 제 1 풍향값과 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 날개 방향과의 차이만큼 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 요잉을 제어한다.(S303)
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 요잉 제어부(140)에서 요잉 제어가 수행될 수 있으며, 요잉 제어부(140)는 제 1 군 풍력 발전기(1L)를 구성하는 풍력 발전기(10) 내부에 구비되어 요잉 구동을 행할 수 있는 전기적, 기계적인 장치를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 요잉 제어 단계에는, 제 1 풍향값과 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 날개 방향과의 차이값이 소정의 기준치를 초과하는지 여부를 판단하는 연산 단계가 포함될 수 있다.
이 때, 전술한 기준치는 풍력 발전기(10)를 구성하는 날개(12)의 규모나 피칭(pitching) 구동, 요잉 구동의 속도 등 여러 요인을 고려하여 결정될 수 있다.
따라서, 제 1 풍향값과 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 날개 방향과의 차이값이 소정의 기준치보다 작은 값인 경우에는, 요잉 구동이 행하여지지 않을 수 있으며, 이는 불필요한 요잉 구동을 방지하여 효율적인 풍력 발전 단지 제어를 수행하기 위함이다.
전술한 방식으로 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 요잉 운전이 행해지면, 이에 따라, 제 1 군 풍력 발전기(1L)를 제외한 나머지 풍력 발전기의 요잉 제어가 이루어질 수 있는데, 이하, 제 2 제어 단계를 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 제어 단계는, 제 1 군 풍력 발전기(1L)를 제외한 풍력 발전기들, 즉, 전방에 배치된 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 받는 제 2 내지 N군 풍력 발전기의 요잉을 제어하는 단계로서, 3가지의 단계를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 제어 단계는, 전방에 배치된 풍력 발전기의 와류에 의한 영향을 고려한 제어 방법으로서, 먼저, 제 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향인 제 N 풍향값을 산출한다.(S304)
이어서, 제 N 연산 단계에서 산출된 제 N 풍향값과 제 N 군 풍력 발전기의 날개 방향과의 차이를 측정하고,(S305) 이 때, 측정된 차이만큼 제 N 군 풍력 발전기의 요잉을 제어한다.(S306)
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, N은 전술하였듯이 2 이상의 자연수이므로, 제 2 제어 단계는 제 2 내지 N 군 풍력 발전기의 제어를 모두 포함하며, 이 때, 제 2 군 풍력 발전기의 제어부터 차례대로 제 3 군, 제 4 군,…,제 N 군 풍력 발전기의 제어까지 순서대로 이루어질 수 있다.
따라서, 제 2 제어 단계에 대한 설명의 편의를 위하여, 이하, 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지(1)를 예로써 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 풍력 발전 단지(1)로 불어오는 바람(5)의 방향이 90도 방향일 때, 바람의 상류 방향, 즉 제 1열에 배치된 제 1 군 풍력 발전기(10)에게는 풍향계에서 측정되는 풍향과 동일한 방향의 바람(5)이 도달할 수 있다.
이 때, 제 1 군 풍력 발전기(1L)의 요잉 제어는, 앞서 상세히 설명한 제 1 제어 단계에 해당되고, 이에 따라, 제 1 풍향값은 90도로 측정되어 이를 기준으로 요잉 제어가 행해질 수 있다.
이 때, 제 2 군 풍력 발전기(2L), 제 3 군 풍력 발전기(3L), 제 4 군 풍력 발전기(4L)의 요잉 제어는 제 2 제어 단계의 방법에 따라서 행해질 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 군 풍력 발전기(2L)에 도달하는 제 2 풍향값을 산출한다.(제 2 연산 단계, S304)
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 풍향값을 산출하는 제 2 연산 단계는 전술한 풍향 산출 수단(114)에서 수행될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 풍향 산출 수단(114)은 정보값을 송수신하면서 신속한 연산을 수행할 수 있는 연산 장치 및 정보 처리 장치를 포함할 수 있으며, 컴퓨터로 구성될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제 2 풍향값은, 풍력 발전 단지(1)로 불어오는 바람(5)의 방향, 즉, 제 1 풍향값인 90도 값에 제 1 군 풍력 발전기(1L)에 의한 와류의 영향을 고려한 시뮬레이션을 통하여 산출된 결과값일 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 풍향값은 일정 시간, 예를 들어 수 분 동안의 풍향 변화량을 평균한 평균값일 수 있다.
이는, 시뮬레이션을 통한 계산값은 불규칙한 와류에 의하여 일정 범위에서 계속적으로 변화하는 값으로 계산될 수 있기 때문에, 효율적인 요잉 제어를 위해서는 제 2 풍향값을 평균값으로 설정함으로써, 불필요한 요잉 운전을 방지하기 위함이다.
이와 같은 방식을 통하여 제 2 풍향값이 산출되면, 산출된 제 2 풍향값과 제 2 군 풍력 발전기의 날개 방향과의 차이를 측정한다.(S305)
이어서, 측정된 차이만큼 제 2 군 풍력 발전기의 요잉을 제어한다.(S306)
이 때, 제 2 풍향값과 제 2 군 풍력 발전기(2L)의 날개 방향과의 차이를 측정하는 단계(S305) 및 측정된 차이만큼 제 2 군 풍력 발전기(2L)의 요잉을 제어하는 단계(S306)의 상세한 제어 방법은, 전술한 제 1 제어 단계와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 3 군 풍력 발전기(3L) 및 제 4 군 풍력 발전기(4L)의 요잉 제어의 경우, 전술한 제 2 군 풍력 발전기(2L)의 요잉 제어 방법와 같은 방식으로 행해지므로, 제 3 군 풍력 발전기(3L) 및 제 4 군 풍력 발전기(4L)의 요잉 제어에 대한 상세한 설명은 생략한다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지 제어 방법은, 풍력 발전 단지로 불어오는 바람의 상류 방향으로 1번째 행 또는 1번째 열을 구성하는 제 1 군 풍력 발전기를 제외한, 제 2 내지 N 군 풍력 발전기의 요잉 제어가 제 1 내지 N-1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 고려하여 이루어질 수 있으므로, 보다 효율적인 요잉 제어가 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전 단지의 제어 방법은, 전방에 배치된 풍력 발전기에 의한 와류를 고려하여 요잉 제어의 기준이 되는 풍향을 산출함으로써, 불필요한 요잉 운전을 방지할 수 있다.
또한, 풍향 산출시에 풍력 발전기에 의한 와류를 고려하여 시뮬레이션을 수행한 풍향 정보를 이용함으로써, 신속하고 효율적인 요잉 제어를 할 수 있다.
따라서, 다수의 풍력 발전기로 구성되는 대규모의 풍력 발전 단지를 효율적으로 운영할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1 풍력 발전 단지 5 바람
10 풍력 발전기 12 날개
14 나셀 15 요잉 축
16 타워 100 풍력 발전 단지 시스템
110 풍향 결정부 112 풍향 측정기
114 풍향 산출 수단 120 자세 측정부
130 연산부 140 요잉 제어부
150 데이터 베이스 1L 제 1 군 풍력 발전기
2L 제 2 군 풍력 발전기 3L 제 3 군 풍력 발전기
4L 제 4 군 풍력 발전기

Claims (9)

  1. 복수 개의 풍력 발전기가 복수의 행 및 열을 구성하도록 배치된 풍력 발전 단지를 제어하는 방법으로서,
    상기 풍력 발전 단지로 불어오는 바람의 상류 방향에서 1번째 행 또는 1번째 열을 구성하는 제 1 군 풍력 발전기의 날개 방향을 제어하는 제 1 제어 단계; 및
    상기 제 1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 고려하여, 상기 제 1 군 풍력 발전기를 제외한 풍력 발전기의 날개 방향을 제어하는 제 2 제어 단계를 포함하는, 풍력 발전 단지 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 제어 단계는,
    상기 풍력 발전 단지로 불어오는 바람의 방향인 제 1 풍향값을 측정하는 풍향 측정 단계;
    상기 제 1 풍향값과 상기 제 1 군 풍력 발전기의 날개 방향과의 차이를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 차이만큼 상기 제 1 군 풍력 발전기의 요잉을 제어하는 단계를 포함하는, 풍력 발전 단지 제어 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 2 제어 단계는,
    상기 풍력 발전 단지로 불어오는 바람의 상류 방향에서 N번째 행 또는 N번째 열을 구성하는 제 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향에 따라 상기 제 N 군 풍력 발전기의 요잉을 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 제 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향은 상기 제 1 내지 N-1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향이 고려되어 계산되는 제 N 풍향값이며,
    상기 N은 1보다 큰 자연수인, 풍력 발전 단지 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 N 군 풍력 발전기의 요잉을 제어하는 단계는,
    상기 제 N-1 군 풍력 발전기로 불어오는 제 N-1 풍향값에 상기 제 N-1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 종합하여, 상기 제 N 풍향값을 산출하는 제 N 연산 단계;
    상기 제 N 풍향값과 상기 제 N 군 풍력 발전기의 날개 방향과의 차이를 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 차이만큼 상기 제 N 군 풍력 발전기의 요잉을 제어하는 단계를 포함하는, 풍력 발전 단지 제어 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 N 연산 단계는,
    미리 수행된 시뮬레이션을 통하여 상기 제 1 풍향값에 대한 제 2 내지 N 풍향값이 산출되어 저장된 데이터 베이스의 정보를 이용하는, 풍력 발전 단지 제어 방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 제 2 내지 N 풍향값은 소정 시간 동안의 평균값인, 풍력 발전 단지 제어 방법.
  7. 복수 개의 풍력 발전기가 복수의 행 및 열을 구성하도록 배치된 풍력 발전 단지를 제어하는 시스템으로서,
    상기 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 결정하는 풍향 결정부;
    상기 풍력 발전기의 날개 방향을 측정하는 자세 측정부;
    상기 풍향 결정부에서 결정된 풍향과 상기 자세 측정부에서 측정된 상기 풍력 발전기의 날개 방향과의 차이값를 계산하는 연산부; 및
    상기 연산부에서 계산된 차이값만큼 상기 풍력 발전기를 요잉 운전시키는 요잉 제어부를 포함하되,
    상기 풍향 결정부는,
    상기 풍력 발전 단지로 불어오는 바람의 상류 방향에서 1번째 행 또는 1번째 열을 구성하는 제 1 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 측정하는 풍향 측정기; 및
    상기 제 1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향을 고려하여 상기 제 1 군 풍력 발전기를 제외한 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 산출하는 풍향 산출 수단을 포함하는, 풍력 발전 단지 제어 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 풍향 산출 수단은,
    상기 바람의 상류 방향에서 N번째 행 또는 N번째 열을 구성하는 제 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 산출하되,
    상기 제 1 내지 N-1 군 풍력 발전기에 의한 와류의 영향이 고려되어 상기 제 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 산출하며,
    상기 N은 1보다 큰 자연수인, 풍력 발전 단지 제어 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 풍향 산출 수단은,
    미리 수행된 시뮬레이션을 통하여, 상기 제 1 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향에 따라 제 2 내지 N 군 풍력 발전기로 불어오는 바람의 방향을 산출하여 저장한 데이터 베이스와 연결되는, 풍력 발전 단지 제어 시스템.
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