[논문]이종 풍력 터빈의 감시 제어를 위한 통신 시스템 구조

김태형; 황태호; 함경선

이종 풍력 터빈의 감시 제어를 위한 통신 시스템 구조
A New Structure of Communication System for Monitoring and Control of Heterogeneous Wind Tubines 원문보기

정보통신설비학회논문지 = Journal of the Institute of Information and Telecommunication Facility Engineering, v.10 no.1, 2011년, pp.40 - 45

김태형 (전자부품연구원) , 황태호 (전자부품연구원) , 함경선 (전자부품연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

As increasing the importance of renewable energy recently, the scale of a wind power plant is increasing to the number of GW scale and specially, it is trend to move from onshore to offshore to use the higher quantity and quality of wind. Consequently to meet the trend, it is largely considered the importance of communication protocol to control and monitor remotely. But, because the communication protocol between the control center and a wind turbine has been independently developed by each wind turbine vendor, it is absence of the compatibility and extensibility when the heterogeneous wind turbines are installed in the wind farm. The IEC 61400-25 is the specifying standard for these problems in Europe. In this paper, we will show the state of these problems and present a new structure of communication based on the IEC 61400-25 to get the compatibility and extensibility between a control center and wind turbines.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 풍력 단지에서 이종 풍력터빈들의 원활한 감시제어를 위한 통신 시스템을 설계한다. 이종 터빈들의 각 통신 프로토콜을 Virtual Manager라는 인터페이스 변환 관리자를 통하여 통일되지 않은 터빈 정보를 단일화된 표준 모델로 구성한다.
본 논문에서는 대규모 풍력 단지에서의 이종 터빈 간 통신 프로토콜의 차이로 인한 효율적인 감시/제어 시스템의 부재를 IEC 61400-25 표준을 적용한 통신 시스템을 구현하여 보완하였다. 통신 시스템은 각 터빈을 개체화 하고 동일 프로토콜을 사용하는 터빈을 묶어 그룹화 하였으며, 특정 프로토콜 명세에 대한 정의를 정보 모델로 변환 하는 작업을 통하여 풍력 단지 내 새로운 터빈의 추가가 발생하더라도 시스템의 수정을 최소화함으로써 호환성과 안정성을 높였다.
본 논문에서는 제안한 설계 사항에 따라 통신 시스템을 구현하고, 이를 통해 이종 터빈의 감시 및 제어가 원활히 이뤄지는지를 확인하기 위한 동작 실험을 진행하였다. 통신 시스템에서 가장 중요한 부분은 터빈사의 제어시스템에서 사용하는 특정 프로토콜에 대한 명세를 정의하고 이를 표준 프로토콜로 변환하기 위한 매핑 과정이다.

제안 방법

풍력터빈은 G&H사의 Bladed 툴을 이용하여 묘사하였고, 제어 시스템은 Bachmann 컨트롤러와 가상 컨트롤러(GE/Fanuc 시스템 묘사)를 사용하였다. 또한 클라이언트와의 연결은 OPC 프로토콜을 사용하여 실시간으로 감시/제어가 가능한 SCADA 프로그램을 구현하였다.
실험 결과 Bladed는 제어시스템과 연계하여 풍속에 따라 발전기 토크 및 블레이드 각도를 조절 하여 정상적으로 운행하였고, SCADA 시스템에서는 각 터빈의 상태를 실시간으로 감시할 수 있었다. 또한 통신 프로토콜이 다른 이종 터빈의 제어가 통신 시스템을 통해 가능한지 확인하기 위하여 그림 8과 같이 SCADA에서 강제적으로 터빈 종료 명령을 내려서 터빈 A와 터빈 B가 각각 중단되는지 확인하였다. 그 결과 Bladed와 연계된 프로그램을 통해 현재 터빈의 발전기 토크 및 블레이드 각도가 SDACA에 내려진 명령에 따라서 점차 0으로 변화하는 것을 볼 수 있었다.
이종 터빈들의 각 통신 프로토콜을 Virtual Manager라는 인터페이스 변환 관리자를 통하여 통일되지 않은 터빈 정보를 단일화된 표준 모델로 구성한다. 또한 표준 모델로 변환된 데이터는 IEC 61400-25-4에서 정의하고 있는 MMS, OPC(OLE for Process Control), Web Service (XML)와 같은 다양한 프로토콜을 통해 SCADA 또는 웹 브라우저에서 풍력터빈을 감시 및 제어할 수 있도록 한다. 본 논문에서 제안한 통신 시스템은 터빈 추가 및 프로토콜 변경 시 터빈 프로토콜에 대한 정보와 이를 표준 모델로 변환하기 위한 정의만 추가하면 되므로 확장성이 뛰어나며, 시스템 동작에 영향이 적은 일부분만을 수정하기 때문에 안정성이 향상된다.
정보 모델 데이터는 IEC 61400-25-4에 정의된다양한 프로토콜로 매핑하여 통신할 수 있다. 본 논문에서는 표준에서 제시하고 있는 프로토콜 중에서 가장 사용 빈도가 높은 MMS, OPC, 웹 서비스 매핑에 대해서만 시스템을 설계하였다.
통신 시스템에서 가장 중요한 부분은 터빈사의 제어시스템에서 사용하는 특정 프로토콜에 대한 명세를 정의하고 이를 표준 프로토콜로 변환하기 위한 매핑 과정이다. 이를 위해 본 실험에서는 Bachmann 및 GE/Fanuc 사의 제어시스템 통신 프로토콜에 대한 명세를 통신 시스템에 포함하고, 풍속, 로터스피드, 발전기 속도, 발전기 토크, 블레이드 각도, 블레이드 모멘트 등 터빈의 제어에 필수적인 요소만을 매핑하여 시스템을 구현하였다.
풍력터빈은 G&H사의 Bladed 툴을 이용하여 묘사하였고, 제어 시스템은 Bachmann 컨트롤러와 가상 컨트롤러(GE/Fanuc 시스템 묘사)를 사용하였다.

성능/효과

또한 통신 프로토콜이 다른 이종 터빈의 제어가 통신 시스템을 통해 가능한지 확인하기 위하여 그림 8과 같이 SCADA에서 강제적으로 터빈 종료 명령을 내려서 터빈 A와 터빈 B가 각각 중단되는지 확인하였다. 그 결과 Bladed와 연계된 프로그램을 통해 현재 터빈의 발전기 토크 및 블레이드 각도가 SDACA에 내려진 명령에 따라서 점차 0으로 변화하는 것을 볼 수 있었다.
이러한 통신 시스템의 동작을 확인하기 위해서 터빈, 제어시스템 그리고 SCADA 프로그램을 연계하여 실시간 모니터링 및 제어가 가능함을 보였다. 또한 실험 결과 통신 프로토콜이 다른 이종 터빈들에 대한 제어가 단일화된 표준 통신 체제로 가능함을 확인하였다.
또한 표준 모델로 변환된 데이터는 IEC 61400-25-4에서 정의하고 있는 MMS, OPC(OLE for Process Control), Web Service (XML)와 같은 다양한 프로토콜을 통해 SCADA 또는 웹 브라우저에서 풍력터빈을 감시 및 제어할 수 있도록 한다. 본 논문에서 제안한 통신 시스템은 터빈 추가 및 프로토콜 변경 시 터빈 프로토콜에 대한 정보와 이를 표준 모델로 변환하기 위한 정의만 추가하면 되므로 확장성이 뛰어나며, 시스템 동작에 영향이 적은 일부분만을 수정하기 때문에 안정성이 향상된다.
본 논문에서는 IEC 61400-25 표준을 바탕으로 각 풍력터빈사가 제공하는 제어시스템의 독자적인 통신 프로토콜을 수용할 수 있는 통신 시스템을 설계하여 풍력단지에서 이종 터빈의 추가 및 터빈 내 제어시스템 변경 시에도 전체 풍력단지를 감시제어하는 통신 프로토콜의 단일화를 통하여 확장성과 안정성은 확대하고 비용과 위험은 줄였다.
실험 결과 Bladed는 제어시스템과 연계하여 풍속에 따라 발전기 토크 및 블레이드 각도를 조절 하여 정상적으로 운행하였고, SCADA 시스템에서는 각 터빈의 상태를 실시간으로 감시할 수 있었다. 또한 통신 프로토콜이 다른 이종 터빈의 제어가 통신 시스템을 통해 가능한지 확인하기 위하여 그림 8과 같이 SCADA에서 강제적으로 터빈 종료 명령을 내려서 터빈 A와 터빈 B가 각각 중단되는지 확인하였다.
이러한 통신 시스템의 동작을 확인하기 위해서 터빈, 제어시스템 그리고 SCADA 프로그램을 연계하여 실시간 모니터링 및 제어가 가능함을 보였다. 또한 실험 결과 통신 프로토콜이 다른 이종 터빈들에 대한 제어가 단일화된 표준 통신 체제로 가능함을 확인하였다.
터빈의 개체화 및 그룹화된 인터페이스를 통해 통신 시스템의 데이터 처리/관리와 분리시켜 통신 시스템을 은닉시킴으로써 새로운 터빈의 추가 시 시스템 전체를 수정해야하는 비용을 줄일 수 있다.
본 논문에서는 대규모 풍력 단지에서의 이종 터빈 간 통신 프로토콜의 차이로 인한 효율적인 감시/제어 시스템의 부재를 IEC 61400-25 표준을 적용한 통신 시스템을 구현하여 보완하였다. 통신 시스템은 각 터빈을 개체화 하고 동일 프로토콜을 사용하는 터빈을 묶어 그룹화 하였으며, 특정 프로토콜 명세에 대한 정의를 정보 모델로 변환 하는 작업을 통하여 풍력 단지 내 새로운 터빈의 추가가 발생하더라도 시스템의 수정을 최소화함으로써 호환성과 안정성을 높였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	IEC 61400-25의 목표는?	IEC 61400-25는 풍력발전단지의 원격 감시 제어를 위한 통신을 정의 및 표준화 하였고, 풍력 발전 설비들 간의 시스템 통신을 목표로 한다. 이 표준은 풍력발전단지의 회전자, 터빈과 같은 구성 요소를 묘사하기 위해서 특정화한 정보 모델을 정의하고 있으며, 통신 프로파일(Profile) 및 매핑(Mapping) 방식을 규정하고 있다.
	풍력발전 시스템의 정보모델은 LD, LN, Data, CDC와 같은 클래스들로 이루어져 있으며 계측적인 구조를 갖는데, 각각의 클래스에 대해 설명하시오.	정보모델은 LD(Logical Device), LN(Logical Node), Data, CDC(Common Data Class)와 같은 클래스들로 이루어져 있으며 계측적인 구조를 갖는다. LD는 실제 풍력발전 설비에서 하나의 풍력터빈을 의미하고, 서브클래스인 LN은 로터, 발전기 등의 터빈 요소를 나타낸다. Data 클래스는 로터 속도, 발전기 온도 등의 데이터를 표현하며, CDC는 해당 데이터들의 속성을 정의한다. LN은 풍력터빈 내 각 요소에 대한 일반적인 정보 뿐 아니라 풍력 단지의 기상정보, 유효전력 등에 관한 정보를 모델링한다.
	신재생에너지 중에서 설비투자 대비 가장 경제성이 높은 에너지원이며, 2030년까지 약 8.1%의 연평균 성장률(CAGR)을 보일 것으로 예상되는 것은?	선진국들은 이산화탄소 감축 및 신성장동력 확보를 위해 신규 에너지원인 풍력, 태양광, 바이오연료 등에 투자를 확대하고 있으며 국내에서도 이러한 추세에 발맞춰 신재생에너지에 대한 설비 및 기술투자를 확대하고 있다. 특히 풍력발전의 경우 신재생에너지 중에서 설비투자 대비 가장 경제성이 높은 에너지원이며, 2030년까지 약 8.1%의 연평균 성장률(CAGR)을 보일 것으로 예상된다[1].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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