현재 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 수요가 증가함에 따라, 국내의 풍력발전기 산업도 더욱 활발해지고 있다. 선진국에서는 이미 많은 풍력발전기를 보유하고 운영/제어하는 기술을 가지고 있지만, 우리나라의 풍력발전기과 관련된 기술은 많이 뒤져 있다. 따라서, 최근 국내에 설치되어 운용중인 대부분의 풍력발전기에서 활용 중인 운영 시스템은 대부분 외산 제품을 도입하여 사용하고 있는 실정이다. 선진국들은 이미 확보한 최적화된 운영 및 제어 기술력을 바탕으로 자국의 풍력발전기 산업을 보호하면서, 전 세계적으로 거대한 시장을 형성하고 있다. 본 연구에서는 풍력 발전기의 효율적인 운영과 제어를 지원하기 위한 풍력발전기 운영 프로토타입 시스템 HMI(Human Machine Interface)을 설계하였다.
현재 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 수요가 증가함에 따라, 국내의 풍력발전기 산업도 더욱 활발해지고 있다. 선진국에서는 이미 많은 풍력발전기를 보유하고 운영/제어하는 기술을 가지고 있지만, 우리나라의 풍력발전기과 관련된 기술은 많이 뒤져 있다. 따라서, 최근 국내에 설치되어 운용중인 대부분의 풍력발전기에서 활용 중인 운영 시스템은 대부분 외산 제품을 도입하여 사용하고 있는 실정이다. 선진국들은 이미 확보한 최적화된 운영 및 제어 기술력을 바탕으로 자국의 풍력발전기 산업을 보호하면서, 전 세계적으로 거대한 시장을 형성하고 있다. 본 연구에서는 풍력 발전기의 효율적인 운영과 제어를 지원하기 위한 풍력발전기 운영 프로토타입 시스템 HMI(Human Machine Interface)을 설계하였다.
Recently, the more demand of reusable energy is globally increasing, the nationwide industry of wind power plants is more thriving. However, the level of native technology for operating wind power plants falls behind advanced countries. Thus, the most of management systems for wind power plants shou...
Recently, the more demand of reusable energy is globally increasing, the nationwide industry of wind power plants is more thriving. However, the level of native technology for operating wind power plants falls behind advanced countries. Thus, the most of management systems for wind power plants should be imported from the advanced countries. Additionally, advanced countries, which have possessed the controllable skills and consummate operating knowhow over decades, are blockading other countries which want to enter the market of wind power plants, and lead markets. This paper designs a prototype of HMI(Human Machine Interface) system which can effectively control and manage wind power plants.
Recently, the more demand of reusable energy is globally increasing, the nationwide industry of wind power plants is more thriving. However, the level of native technology for operating wind power plants falls behind advanced countries. Thus, the most of management systems for wind power plants should be imported from the advanced countries. Additionally, advanced countries, which have possessed the controllable skills and consummate operating knowhow over decades, are blockading other countries which want to enter the market of wind power plants, and lead markets. This paper designs a prototype of HMI(Human Machine Interface) system which can effectively control and manage wind power plants.
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문제 정의
이에 본 논문에서는 ICT 기술을 활용한 풍력발전기 운영시스템을 제안하였다. 이 논문의 연구 결과인 설계 문서를 이용하여, 현재 풍력 발전기를 제어하고 운영할 수 있는 Wind Turbine Actuator System을 개발 중에 있다.
풍력발전기 운영시스템의 기본 목적은 풍력(바람에너지)으로부터 에너지 획득 비용을 최소화하는 것이다. 이를 위해서는 풍력 에너지의 최대 회수, 기계적 하중의 최소화 및 전력 품질 관점에서의 구현이 고려되어야 한다.
제안 방법
풍력발전기 운영시스템은 풍력발전과 관련된 운영을 전체적으로 모니터링하고 제어하기 위한 시스템으로 풍력발전기의 상태감시, 운전관리, Reporting 등의 부가적인 기능이 필요하다. 본 논문에서 설계, 구현한 프로토 타입 (Prototype) 풍력발전기 운영 시스템은 풍력발전기와 운영자 간의 Interface System으로 구성 요소와 기능은 표 1과 같으며, 그림 2는 본 논문에서 설계하고자 하는 전체 시스템의 구성도이다.
본 논문에서 제안한 풍력발전기 컨트롤러 소프트웨어는 풍력발전기 운영시스템의 핵심 요소로서 크게 풍력발전기 데이터 수집, I/O 인터페이스, Supervisory Logic, Wind Turbine Operation 소프트웨어, Communication Logic, Turbine Safety Logic, 상태 모니터링 및 알람 Logic, Commissioning 테스트 Logic, 원격제어 Logic 및 모의테스트 지원 Logic 등으로 구성되며, 표 2는 요소 및 기능이며, 그림 3은 전체적인 기능 목록이며, 그림 4는 HMI 프로그램의 소프트웨어 구조이다.
본 논문에서 제안한 풍력발전기용 운영시스템을 위한 요구사항 정의서 및 요구사항 명세서는 운영 시스템을 구현하기 위하여 제안된 각종 수집된 정보를 기초로 HMI 시스템에 대한 사용자의 기능적 요구사항 및 비기능적 요구사항을 도출한 후 사용자의 요구사항을 분류 및 정리한 후 작성하였다.
풍력발전기의 실증운전시 안정적인 운전 및 출력을 이룰 수 있도록 풍력발전기의 운전 파라미터를 수정할 수 있도록 하며, 이에 Manual Operation 또는 Automatic Operation을 풍력발전기가 수행할 수 있도록 지원한다. 화면 구성은 General View, 각 Component View, Operation Mode View, Alarm View, Parameter View 등으로 구성되며, 기능에 따른 View Design을 하고, Controller와의 통신을 통하여 Monitoring 및 명령을 수행하도록 한다.
이론/모형
개념 데이터 모델링 단계에서는 기능별로 분류 가능한 업무를 분석한 후 핵심 엔터티(Entity)를 추출하고 엔터티 간의 관계를 정의하여 전체 데이터 모델의 골격을 생성한다. 이렇게 도출된 엔터티(업무)간의 관계를 표현하기 위해 개체-관계 다이어그램(Entity-Relationship Diagram)을 작성한다. 그림 9는 본 논문에서 설계한 HMI 시스템의 ER 다이어그램이며, 그림 10은 본 논문에서 설계한 자료를 기초로 개발되어지고 있는 DMS Wind Turbine Actuator System의 중의 하나인 Wind Turbine과 관련된 각종 정보들을 나타내고 있는 HMI로 구현 된 것 중의 하나로서, 실시간으로 풍속, 풍향, 블레이드의 각도, 회전속도 등을 확인할 수 있다.
성능/효과
그림 8은 HMI 시스템의 사용자 인터페이스 구현을 위한 사용자 인터페이스 컴포넌트 다이어그램으로서 이 다이어그램을 이용하여 HMI 시스템의 전체 사용자 인터페이스를 위한 각종 컴포넌트를 확인할 수 있다. 본 논문에서 제안한 HMI 시스템의 사용자 인터페이스는 요구사항 분석으로 도출한 기능을 조작이 쉬운 사용자 인터페이스로 설계하고, 각종 메뉴의 간략화와 사용이 잦은 메뉴나 중요한 메뉴들은 툴바의 아이콘 등을 활용하여 사용자 인터페이스를 설계함으로써 사용자 편이성 및 운영의 정확성을 향상시킬 수 있도록 하였다.
후속연구
향후 연구 방향으로는 구현될 이 시스템을 이용하여, 최적의 풍력발전기 제어 및 모니터링 알고리즘의 개발 등이 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
세계적으로 신재생에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 우리 나라는 어떤 변화가 있는가?
현재 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 수요가 증가함에 따라, 국내의 풍력발전기 산업도 더욱 활발해지고 있다. 선진국에서는 이미 많은 풍력발전기를 보유하고 운영/제어하는 기술을 가지고 있지만, 우리나라의 풍력발전기과 관련된 기술은 많이 뒤져 있다.
풍력발전기 운영시스템의 기본 목적은 무엇인가?
풍력발전기 운영시스템의 기본 목적은 풍력(바람에너지)으로부터 에너지 획득 비용을 최소화하는 것이다. 이를 위해서는 풍력 에너지의 최대 회수, 기계적 하중의 최소화 및 전력 품질 관점에서의 구현이 고려되어야 한다.
선진국과 우리나라의 풍력발전기 산업의 차이는 어떠한가?
현재 전 세계적으로 신재생에너지에 대한 수요가 증가함에 따라, 국내의 풍력발전기 산업도 더욱 활발해지고 있다. 선진국에서는 이미 많은 풍력발전기를 보유하고 운영/제어하는 기술을 가지고 있지만, 우리나라의 풍력발전기과 관련된 기술은 많이 뒤져 있다. 따라서, 최근 국내에 설치되어 운용중인 대부분의 풍력발전기에서 활용 중인 운영 시스템은 대부분 외산 제품을 도입하여 사용하고 있는 실정이다.
참고문헌 (11)
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Beckhoff, http://beckhoff.com/
GE Engergy, http://www.ge-energy.com/
Mita-Teknik, http://www.mita-teknik.com/
P. Schaak, Tim G. van Engelen, "Torque Control for Variable Speed Wind Turbines," European Wind Energy Conference, 2004.
Ian Woofenden, "Wind Power For Dummies," For Dummies, 2009.
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