A Fire Prevention System of the Nacelle of Wind Turbine Generator System Based on Broadband Powerline Communication

광대역 전력선통신 기반 풍력발전기 너셀 내부 화재예방시스템

Abstract

In this paper, a fire prevention system based on a broadband powerline communication (PLC) system is implemented and a demonstration experiment is carried out to prevent from or promptly dealing with possible fires within the nacelle of a wind turbine generator system (WTGS). For this purpose, an inductive coupler having satisfactory attenuation characteristic in the frequency region for high-speed PLC is also manufactured. It is confirmed that the implemented system can monitor the environmental change inside the nacelle in real time by transmitting various information obtained by the sensors such as temperature, flame, and smoke sensor installed in the nacelle and thermal image recorded by a thermal camera to the ground control center through the PLC system. Therefore, it is, considered that the implemented system will significantly improve the reliability of the fire monitoring and prevention system of the WTGS in conjunction with the existing safety system.

본 논문에서는 풍력발전기 너셀 내부에서 발생 가능한 화재를 예방하거나 신속하게 대응하기 위하여 광대역 전력선통신시스템 기반 화재 예방시스템을 구현하고 실증실험을 수행한 결과를 제시한다. 이를 위하여 고속 전력선통신용 주파수 대역에서 우수한 손실 특성을 가지는 유도성 통신 연결장치도 제작하였다. 구현된 시스템은 터빈 너셀에 설치된 온도, 불꽃, 연기센서 등 다양한 센서 정보와 열화상 이미지를 전력선통신시스템을 통하여 지상관제소에 고속 전송함으로써 너셀 내부의 환경변화를 실시간으로 감시할 수 있음을 확인하였다. 따라서 구현된 시스템은 이미 설치된 기존 안전시스템과 연동하여 풍력발전기 화재감시 및 예방체계의 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

그림 1. 풍력발전기 터빈 너셀의 구조 Fig. 1 The structure of nacelle of the WTGS

그림 2. 전력선통신의 원리 Fig. 2 The principle of powerline communication

그림 3. 제작된 유도성 연결장치의 구조 Fig. 3 The structure of the inductive coupler

그림 4. 전력선통신시스템의 구성도 Fig. 4 The configuration of powerline communication system

그림 5. 전력선통신 기반 화재 예방 모니터링 시스템의 개념도 Fig. 5 The conceptual diagram of fire prevention system based on powerline communication

그림 6. 권선수에 따른 제작된 유도성 연결장치의 삽입손실 Fig. 6 Attenuation of the inductive coupler according to the number of turns

그림 7. 화재감지시스템 시험 (a) 너셀부 시험장치 설치 (b) 지상관제부 열화상 이미지 재현 Fig. 7 Test of fire detection system (a) setting-up devices in the nucelle (b) thermal camera image displayed at the ground control center

표 1. 협대역 전력선통신과 광대역 전력선통신의 비교 Table 1. Comparison of the narrowband and the wideband PLC system

표 2. 유도성 연결장치의 자심재료 조성비(단위: wt%) Table 2. The ratio of magnetic core materials for the inductive coupler (unit: wt%)