무선통신을 이용한 순시 점검 및 비상 시 해상풍력발전시스템 관리 방법 및 장치 { Offshore wind power electricity generating system management system and method }

본 발명은 무선통신을 이용한 순시 점검 및 비상 시 해상풍력발전시스템 관리 방법 및 장치에 관한 것이다.

발전기 제어기에서 수집된 SCADA는 기본적으로 장착되어 있으며, CMS는 부가적인 장치였으나, 발전기 고장등으로 인한 경제적 손실이 커짐에 따라 고장 징후를 미리 판단할 수 있는 장치 (즉, CMS)가 필요로 하게 되었고, 현재는 기본적으로 장착되는 추세이다.

해상풍력단지는 육상과는 달리 접근성이 매우 떨어지므로(일반적으로 해안에서 10km이상 위치함) 모든 데이터 취득 및 분석, 그리고 제어 (풍력발전기에 있는 기본 제어기와 별도)를 원격에서 할 수 밖에 없다.

해상풍력단지에서의 문제점에 대하여 설명하면, 모든 정보의 송/수신이 원격 (즉, 네트웍)으로 이루어지므로 만일 네트웍이 차단되었을 경우에는 감시 및 제어가 원천적으로 불가능하다. 또한, 모든 플랜트와 마찬가지로 순시 점검등의 작업이 이루어지는데, 해상 여건에 따라 발전기에 작업자가 올라갈 수 없는 상황이 빈번히 발생할 수 없으며, 아예 근접하기도 어려운 경우가 발생할 수 있다(파도등의 영향으로 접안이 어려울 경우). 이에 대해 유럽에서는 발전기 자체에 헬리콥터 착륙장을 마련하는 경우도 있으나 비용이 너무 많이 소요되는 문제점이 있다.

따라서, 해상에서 풍력발전기 내부에 사람이 들어가지 않더라도 가능한 근접거리 (선박 위)에서 발전기의 주요 상태를 점검하고 제어할 수 있는 장치가 필요하고, 특히, 네트웍 차단등의 비상사태 시 제어할 수 있는 비상시스템의 역할이 중요하다. 본 발명의 과제는 이러한 기능을 수행할 수 있는 무선통신을 이용한 순시 점검 및 비상 시 해상풍력발전시스템 관리 방법 및 장치를 제공하기 위함이다.

본 발명의 무선통신을 이용한 순시 점검 및 비상 시 해상풍력발전시스템 관리 장치는, 풍력발전시스템 관리 방법에 있어서,

해상에 적어도 하나 이상 설치된 풍력발전기(10)와,

상기 풍력발전기(10)의 작동을 제어하는 제어기(20)와,

상기 풍력발전기(10)에 관한 상태 정보를 원격으로 수신하는 서버(30)와;

상기 풍력발전기(10)의 상태 정보를 취득하여 일정시간 저장한 후 상기 서버(30)에 전달하는 중계기(40)와,

상기 중계기(40)와 근거리 무선 교신이 가능한 휴대용 단말장치(50),

를 포함하여 구성되되,

상기 휴대용 단말장치(50)가 상기 풍력발전기(10)에 접근하면, 상기 중계기(40)는 상기 휴대용 단말장치(50)를 감지하고 상기 휴대용 단말장치(50)의 ID 정보를 확인 후 정당한 권원이 있다고 판단되면 풍력발전기(10)의 상태정보를 휴대용 단말장치(50)에 전송하고, 상기 휴대용 단말장치(50)는 풍력발전기 제어신호를 상기 제어기(20)에 무선 송신하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 경우, 해상에서 풍력발전기 내부에 사람이 들어가지 않더라도 가능한 근접거리 (선박 위)에서 발전기의 주요 상태를 점검하고 제어할 수 있는 장치가 제공된다. 특히, 네트웍 차단등의 비상사태 시 풍력 발전기를 제어(예를들어 태풍시 작동 중단)할 수 있는 비상시스템 역할을 할 수 있는 무선통신을 이용한 순시 점검 및 비상 시 해상풍력발전시스템 관리 방법 및 장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 순시 점검 및 비상 시 해상풍력발전시스템 관리 장치 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 순시 점검 및 비상 시 해상풍력발전시스템 관리 방법 흐름도.

본 발명에 있어서, 풍력발전기 제어기란 전력생산을 위한 풍력발전기 기본 제어기를 말한다. 본 발명에 있어서, SCADA란 제어기에서 발생되는 발전량, 발전기 상태 등의 기본 정보를 취급하는 원격감시 제어시스템 (Supervisory Controll And Data Aquisition System)을 말한다. 집중 원격감시 제어시스템 또는 감시 제어 데이터 수집시스템이라고도 한다.

본 발명에 있어서 CMS란 상태감시 시스템 (Condition Monitoring System)으로서, SCADA와는 별개로 별도의 센서 (가속도계, 온도계)등을 주요 기계부품에 부착하여 주로 진동 신호를 통해 고장 및 이상신호등을 취득/분석하여 현재 발전기의 건강상태를 진단하는 시스템을 말한다.

본 발명에 있어서 CMS F/E란 CMS Front-End로서, 발전기 내부에 설치되어 계측신호를 취득하고 기본 signal processing후 server에 data를 전송하는 장치를 말한다. 본 발명에 있어서, 서버(SERVER)란 SCADA 및 CMS에서 수집된 각종 data를 처리하여 데이터베이스화 하고 이를 운용자에게 제공하기 위한 컴퓨터 서버(computer server)를 말한다.

본 발명에 있어서, 운용자란 발전기(또는 발전단지) 운용자로서 서버(server)에 있는 데이터를 실시간 또는 후처리하여 감시하고, 발전기의 운용을 담당하는 운용자로 육상에 위치한 중앙 (또는 통합) 관제센터에 위치해 있는 자를 말한다.

이하에서 주요 구동 원리에 대하여 서술한다. 중계기(40)는 평상시에는 CMS와 SCADA신호의 중계기 역할을 하면서 일정기간의 주요 정보를 저장하고 있다가, 점검원 (또는 정해진 mobile 단말장치, 예를 들면 스마트패드)이 일정 거리에 접근할 경우 정해진 인증절차를 거쳐 저장해 놓은 데이터를 단말기에 송신하고, 단말기에서 수행되는 주요 제어신호를 수신하여 발전기 제어기에 전달한다. 단말기와의 통신은 무선으로 수행해야 하며, 무선통신 방식은 현재 사용되고 있는 RF, WIFI, WCDMA등의 상용 통신 방식을 적용할 수 있다.

이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 상용 네트워크 차단시 해상풍력발전시스템 관리 방법 및 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 순시 점검 및 비상 시 해상풍력발전시스템 관리 장치 전체 구성도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 순시 점검 및 비상 시 해상풍력발전시스템 관리 방법 흐름도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 상용 네트워크 차단시 해상풍력발전시스템 관리 장치는, 풍력발전시스템 관리 방법에 있어서, 해상에 적어도 하나 이상 설치된 풍력발전기(10)와, 풍력발전기(10)의 작동을 제어하는 제어기(20)와, 상기 풍력발전기(10)에 관한 상태 정보를 원격으로 수신하는 서버(30)와; 풍력발전기(10)의 상태 정보를 취득하여 일정시간 저장한 후 상기 서버(30)에 전달하는 중계기(40)와, 중계기(40)와 근거리 무선 교신이 가능한 휴대용 단말장치(50)를 포함하여 구성된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 상용 네트워크 차단시 해상풍력발전시스템 관리 장치에 있어서, 휴대용 단말장치(50)가 상기 풍력발전기(10)에 접근하면, 상기 중계기(40)는 상기 휴대용 단말장치(50)를 감지하고 상기 휴대용 단말장치(50)의 ID 정보를 확인 후 정당한 권원이 있다고 판단되면 풍력발전기(10)의 상태정보를 휴대용 단말장치(50)에 전송하고, 상기 휴대용 단말장치(50)는 풍력발전기 제어신호를 상기 제어기(20)에 무선 송신한다.

도 1, 도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 상용 네트워크 차단시 해상풍력발전시스템 관리 방법은, 장치 제공 단계(S10)와 ID 확인 단계(S20)와 상태정보 교신 단계(S30)를 포함하여 구성된다.

도 1, 도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 상용 네트워크 차단시 해상풍력발전시스템 관리 방법의 장치 제공 단계(S10)에서, 풍력발전기(10)의 작동을 제어하는 제어기(20)와, 상기 풍력발전기(10)에 관한 상태 정보를 원격으로 수신하는 서버(30)와, 상기 풍력발전기(10)의 상태 정보를 취득하여 일정시간 저장한 후 상기 서버(30)에 전달하는 중계기(40)와, 상기 중계기(40)와 근거리 무선 교신이 가능한 휴대용 단말장치(50)를 포함하는 무선통신을 이용한 상용 네트워크 차단시 해상풍력발전시스템 관리 장치를 제공된다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 상용 네트워크 차단시 해상풍력발전시스템 관리 방법의 ID 확인 단계(S20)에서, 휴대용 단말장치(50)가 상기 풍력발전기(10)에 접근하면 상기 중계기(40)와 상기 휴대용 단말장치(50) 상기 휴대용 단말장치(50)의 ID 정보를 확인한다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 상용 네트워크 차단시 해상풍력발전시스템 관리 방법의 상태정보 교신 단계(S30)에서, 휴대용 단말장치(50)의 ID가 정당한 권원을 가지고 있다고 판단되면 상기 중계기(40)가 상기 풍력발전기(10)의 상태정보를 휴대용 단말장치(50)에 전송한다.

도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신을 이용한 상용 네트워크 차단시 해상풍력발전시스템 관리 방법의 제어 신호 교신 단계(S40)에서, 휴대용 단말장치(50)가 풍력발전기 제어신호를 상기 제어기(20)에 무선 송신한다.

본 발명의 일실시예에서, 상태정보는 풍력발전기 로터부, 기어박스, 발전기의 온도나 진동 신호를 포함하는 CMS 정보이거나, 또는 발전량, 로터 각속도, 블레이드 피치각 정보 중 적어도 하나를 포함하는 SCADA 정보인 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에서, 중계기(40)와 상기 휴대용 단말장치(50)의 교신 반경은 10 ~ 1,000 M 인 것이 바람직하다. 중계기(40)와 상기 휴대용 단말장치(50)는 RF 방식, WIFI 방식, WCDMA 방식 중 적어도 하나의 무선 교신방식 사용할 수 있다. 거리가 너무 짧으면 타워의 높이 때문에 교신이 어려우며 풍력단지의 크기 및 접근성, 근거리 통신 거리를 고려할 때 1,000M 이내가 바람직하다.

본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.

아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.

10 : 풍력발전기 20 : 제어기
30 : 서버
40 : 중계기
50 : 휴대용 단말장치