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풍속의 변화에 따라 회전되는 블레이드와, 블레이드 후단에 위치되어 풍력에너지를 직류로 발전시키는 제너레이터와, 제너레이터에 축적된 전압을 정류시키는 정류부(Rectifier)와, 정류부를 통해 정류된 전압을 사용용량에 맞게 다운 또는 승압시키는 DC-DC컨버터부와, DC-DC컨버터부를 통해 다운 또는 승압된 전압을 직류에서 교류로 변환시키는 인버터로 이루어져 풍력을 전기에너지로 변환시켜 풍력발전기 출력전력을 최적제어하는 통합관리장치(1)에 있어서,상기 풍력발전기 최적제어형 통합관리장치(1)는 풍속의 변화에 따른 블레이드의 회전속도, 피치각 및 제너레이터의 출력전력을 측정한 후 블레이드 앞단 풍속을 추정하는 디지털 풍속추정모듈(100)과,디지털 풍속추정모듈로부터 전송된 풍속정보를 이용하여 현재 풍속에서 최대 전력을 얻기 위한 최적의 회전속도(Wmopt)를 추정하고 RPM 센서로부터 측정된 회전속도(Wmact)가 최적의 회전속도를 추적하도록 DC-DC 컨버터의 출력을 제어하는 가변속 제어모듈(200)과,디지털 풍속추정모듈 및 가변속제어모듈에서 전송된 센서데이터 및 추정데이터를 LAN을 통해 수집하고, 수집된 데이터를 DB에 장기 저장하며, PC 모니터상에 그래프형태 및 숫자형태로 표시하고, 원격 사용자가 자료 요청시 웹프로그램을 이용하여 자료를 제공하는 통합관리서버(300)로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 풍속 추정 모듈과 가변속제어모듈을 통한 풍력발전기 최적제어형 통합 관리 장치
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제1항에 있어서, 디지털 풍속추정모듈(100)은풍력발전기 내부에 설치되어 유입되는 풍력에 의해 회전되는 블레이드의 회전속도 또는 제너레이터의 회전속도를 측정하는 RPM센서(110)와,제너레이터 출력단에 연결되어 풍력에 의해 변환되는 전압의 변화량을 측정하는 전압트랜스듀서(120)와,제너레이터 출력단에 연결되어 풍력에 의해 변환되는 전류의 변화량을 측정하는 전류트랜스듀서(130)와,상기 RPM센서에서 출력되는 펄스 형태의 신호를 디지털 신호값으로 변환시키는 카운터부(140)와,전압트랜스듀서와 연결되어 전압트랜스듀서에서 출력되는 아날로그 형태의 전압신호를 디지털 신호값으로 변환시키는 제1A/D컨버터(150)와,상기 전류트랜스듀서와 연결되어 전류트랜스듀서에서 출력되는 출력되는 아날로그 형태의 전압신호를 디지털 신호값으로 변환시키는 제2A/D컨버터(160)와,풍력발전기를 모델을 이용하여 RPM 센서에서 계측된 회전속도와 회전속도 및 제너레이터의 출력 전류 및 전압을 통해 계산된 제너레이터의 토오크(Tg)를 블레이드의 토오크(Ta)를 추정하는 블레이드 토오크 추정부(170)와,블레이드 토오크 추정부에서 추정된 토오크와 전력계수곡선으로부터 계산된 단조 또는 비단조 함수를 이용하여 얻은 주속비(tip speed ratio)를 통해 풍속을 추정하는 풍속추정부(180)와,RPM 센서 및 전압 0026# 전류 트랜스튜서로부터 측정된 데이터 및 추정된 풍속 데이터를 가변속제어모듈(200) 및 통합관리서버(300)로 전송하는 제1 데이터 전송부(190)로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 풍속 추정 모듈과 가변속제어모듈을 통한 풍력발전기 최적제어형 통합 관리 장치
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제1항에 있어서, 가변속제어모듈(200)은디지털 풍속추정모듈로부터 전송된 데이터를 수신하는 제1데이터 수신부(210)와,블레이드의 회전속도를 측정하는 RPM 센서로부터 출력되는 펄스신호를 디지털 신호로 변환시키는 카운터부(220)와,디지털 풍속추정모듈로부터 수신된 풍속데이터를 풍속 입력시 풍속에 해당하는 최적회전속도(Wmopt)를 출력되도록 학습된 신경망의 입력으로 하여 최적의 회전속도를 추정하는 최적속도추정부(230)와,풍속추정연산제어부로부터 추정된 풍속 및 풍력발전기의 전력곡선테이블에 의해 추정된 최적의 속도값(Wmopt)과 실제 계측된 현재 블레이드의 속도값(Wmact)의 차이값(error)을 계산한 후, 에러(error)를 줄이기 위해 PWM 제어기의 레퍼런스 전압신호를 생성하는 PI(Proportional plus Integral) 제어기(240)와,PI(Proportional plus Integral) 제어기로부터 PWM 제어기의 비교기 레퍼런스전압을 입력받아, 비교기 내부 연산을 통해 기준 톱니파 신호와 비교한 후, 제너레이터의 출력을 제어하는 DC/DC 컨버터의 PWM 듀티비를 조절하는 PWM 제어부(250)와,가변속제어모듈로부터 추정된 최적회전속도(Wmopt)와 현재 제어출력에 대한 데이터를 통합관리서버로 전송하는 제2 데이터 전송부(260)로 구성되는 것을 특징으로 하는 디지털 풍속 추정 모듈과 가변속제어모듈을 통한 풍력발전기 최적제어형 통합 관리 장치
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풍력 발전기의 블레이드 앞단 풍속을 추정하는 풍속추정단계(S100)와,풍력 발전기의 회전속도를 최적의 회전속도로 가변시켜 최대출력을 제어하는 가변속제어단계(S200)와,풍속추정단계와 가변속제어단계에서 생성된 데이터를 수집하고, 저장하며, PC 모니터상에 표시하는 통합관리단계(S300)로 이루어지는 것에 있어서, 상기 가변속제어단계(S200)는 디지털 풍속추정모듈로부터 추정된 풍속데이터를 수신하는 단계(S210)와,수신된 추정 풍속데이터를 미리 학습된 인공신경망에 입력되어 현재 풍속에서의 최적 회전속도(Wmopt)를 추정하는 단계(S220)와,최적속도가 추정되면, 추정된 최적속도와 RPM센서에서 계측된 현재 속도값의 차이값(정상상태오차)을 연산하는 단계(S230)와,정상상태오차를 PI 제어기의 입력으로 사용되고, PI 제어기에서 정상상태 오차가 0이 되도록 PWM 제어부의 레퍼런스 전압을 조정하는 단계(S240)와,PWM 제어부를 통해 PI제어기에서 출력되는 레퍼런스 전압과 PWM 기준 톱니파 신호를 비교하여 듀티비를 조절하는 단계(S250)와,제2 데이터 전송부(260)를 통해 가변속제어모듈로부터 추정된 최적회전속도(Wmopt)와 현재 제어출력에 대한 데이터를 통합관리서버로 전송시키는 단계(S260)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디지털 풍속 추정 모듈과 가변속제어모듈을 통한 풍력발전기 최적제어형 통합관리방법
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