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-Abstract - 최근 대체에너지에 대한 관심이 많아진 가운데 풍력 발전에 대한 관심이 증대하고 있다. 풍력발전기는 사람의 접근이 용이하지 않은 산간벽지에 주로 설치됨에 따라 상시 운전상태를 모니터링하기 위한 원격 모니터링 장치가 필요하다. 본 논문에서 는 풍력발전기의 원격 모니터링 시스템을 개발에서 필요한 요소기술 분 야의 설계 방법을 제시한다. 다수의 풍력발전기가 설치되는 풍력단지에 서 효과적으로 모니터링을 위해 Zigbee 무선통신을 사용하여 모니터링 하고, 모니터링 시스템 구현이 용이한 LabVIEW를 활용하여 실시간 상 태 모니터링의 설계 요소를 제안한다. 1. 서 론최근 대체에너지에 대한 관심이 많아진 가운데 풍력발전단지에 대한 관심이 증대하고 있다. 풍력발전기를 통한 전력생산을 위해서는 정기적 인 점검 및 유지관리가 꼭 필요한 상황이지만 풍력발전단지 대부분이 산간벽지 및 높은 곳에 위치하고 있는 특수성을 가지고 있다. 이 때문에 유지관리비용이 증가하고 고장이 발생할 시 전력생산 중단으로 인해 경 제적 손실이 유발될 가능성이 높다. 따라서 원격 모니터링 시스템을 이 용하여 사전에 사고를 예방하고 관리비용을 줄일 수 있는 원격 모니터 링 시스템의 구축이 요구된다. 현재 풍력발전 시스템에서 주로 이용되고 있는 원격 모니터링 시스템은 T-MON, WindTEST, Mita Tek 등의 설 계 도구를 이용하고 있다. T-MON 시스템은 SCADA를 기초로 발전기 계측타워 및 그 외의 센서들의 정보를 수집하는 역할과 자료 처리를 통 한 모니터링을 하는 두 가지 기능을 수행하는 것이 가능하다. 그러.나 SCADA 소프트웨어라는 신뢰성 있는 시스템이 필요하고 그 가격이 매 우 고가이다. WindTest 와 MitaTek 또한 모니터링을 위해 각각의 소프 트웨어가 있어야 하며, 일반 사용자가 접하기에는 어려움이 있다. 본 논문에서는 이러한 풍력발전단지의 특수성을 고려하여 ZigBee 무 선통신을 통해 효과적으로 개별 발전기의 운전상태 데이터를 수집하고, LabVIEW를 활용하여 효과적인 모니터링시스템을 구축하여 하드웨어 구성의 단순화와 사용자가 컨트롤 하기 편한 GUI를 설계하였다. 본 장 치의 개발을 위해 풍력발전기의 풍속, 전압, 전류를 측정하여 발전기 운 전상태 모니터링에 필요한 최소한의 파라메터를 선정하였으며, 고장상태 모니터링을 위해 풍속에 비해서 전압, 전류가 현저히 낮을 경우에는 SMS Service를 통하여 경고알림 메시지 기능을 구현하였다. 본 연구에 서 구성된 시스템의 실험을 위해 사보니우스형 풍력발전기를 개발하여 본 장치의 효용성을 검증하였다. 2. 풍력발전 모니터링 시스템 2.1 전체 시스템의 구성 본 연구에서는 ZigBee통신을 사용하여 풍력발전기의 풍속, 전압, 전 류 데이터를 모니터링한다. <그림 1>은 구현된 전체 풍력 시스템과 원 격모니터링 제어시스템의 블록선도이며, 구현된 풍력발전 시스템과 원격 모니터링 제어시스템을 위한 하드웨어 구성을 나타낸다. 풍력발전기에 측정된 풍속계와 풍력발전기의 전압, 전류 측정신호의 전압레벨을 조정 하기 위해 Arduino 제어보드를 활용하였으며, 풍력터빈은 수직축형의 사보니우스 터빈과 영구자석형 AFPM발전기를 사용하였다. 발전기 출력 전력변환을 위해 IGBT를 이용한 전력변환기 및 시스템 제어기를 설계 구현하였다. 그리고 풍력발전 원격모니터링 제어시스템을 구성하기 위해 LabVIEW를 활용하여 인터페이스를 구성하였다. 풍력발전시스템의 주요 모니터링 대상은 발전기 출력전류, 전압 및 풍속을 선정하였다. 풍속계 는 신호조절이 용이한 센서를 사용하였으며, 발전기 출력 전류 및 전압 을 측정하기 위하여 전압, 전류센서를 사용하였다. <그림 1> 전체적인 시스템 구성도 2.2 Zigbee 송수신 모듈과 Arduino 보드의 인터페이스 <그림 1>은 Zigbee 송수신 모듈과의 측정신호 인터페이스를 위해 Arduino보드를 사용하였으며, 이는 각종 센서측정 데이터를 Zigbee 무 선 통신모듈 인터페이스 구현이 기존의 다른 마이크로포로세서 보드에 비해 간단하게 구현할 수 있다. 풍속, 전류, 전압 센서를 Arduino 보드 의 I/O 채널에 연결하여 사용하였다. 보드는 두 채널에 신호를 보내 센 서와 동기화한 후 데이터 측정 명령신호를 Date 채널에 출력한다. 풍속 은 바람에 의해 풍속센서가 회전될 때 이루어지는 스위칭 수를 측정하 여 풍속을 계산한다. 보드와 연결된 디지털 I/O 채널의 상태를 체크하여 스위칭 여부를 감지한다. 이러한 방법으로 측정한 데이터는 ZigBee를 통해 무선으로 모니터링 PC로 전송된다. <그림 2> 각종 센터 및 Zigbee 송수신 모듈와 Arduino 연결도 <그림 3> 측정된 데이터 처리 경로
LabVIEW를 이용한 풍력터빈 원격 모니터링 시스템 설계
홍성훈*, 강성욱**, 방경남**, 정종현***, 정대원** 호남대학교, (전자공학과*, 전기공학과**, 정보통신학과***)Remote Monitoring System Design of a Wind Turbine using LabVIEW
Sung-Hun Hong*, Sung-Uk Kang*, Kyeong-Nam Bang*, Jong-Hyeon Jeong*, Dae-Won Chung**
Honam University
