KR100729852B1 - 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의제어장치 - Google Patents

3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치는, 입력단은 권선형 유도발전기에 접속되고, 출력단은 권선형 유도발전기와 계통측(부하)을 연결하는 3상 교류라인에 접속되어 권선형 유도발전기를 제어하기 위한 것이다.
이를 위한 본 발명은 권선형 유도발전기측에는 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 6개가 2개 1조로 직렬연결되고, 그와 같이 직렬연결된 3개의 회로가 서로 병렬연결된 3상 3선식의 컨버터 회로를 접속하고, 상기 계통측에는 불평형 부하 조건 발생시 부하의 중성전류를 제어하기 위한 영상전압을 인가할 수 있도록 상기 3상 3선식의 컨버터 회로에 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 2개가 직렬연결된 4번째 레그(neutral leg)를 병렬로 추가하고, 서로 병렬접속된 3개의 불평형 부하의 각 출력단을 상기 계통측의 3상 라인에 각각 접속하고, 그 입력단은 하나의 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결하여 이루어진 3상 4선식의 컨버터 회로를 접속한 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 불평형 조건, 플리커(flicker) 전압 조건, 순시 정전 조건에서도 평형전압을 유지할 수 있는 장점이 있다.
권선형 유도발전기, 컨버터회로, 계통측, 불평형부하조건, 역률제어

Description

3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치{Control system with three-phase and four-wire type converter for doubly-fed induction generator}
도 1은 종래의 단방향 특성을 갖도록 3상 브릿지 다이오드로 구성된 계통측 컨버터를 갖는 권선형 유도발전기용 전력변환장치의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 종래의 3상 3선식 컨버터 2대를 이용한 권선형 유도발전기용 전력변환장치의 구성을 보여주는 도면.
도 3은 종래의 3상 3선식 계통측 컨버터에 출력단 필터를 부가한 권선형 유도발전기용 전력변환장치의 구성을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치의 구성을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치의 구성을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치의 구성을 보여주는 도면.
도 7은 본 발명에 채용되는 3상 4선식 컨버터로 구성되는 계통측 컨버터에 대한 PWM 방식을 도식적으로 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치를 구동하기 위해 채용되는 디지털 제어기의 개략적인 시스템 구성도.
도 9는 도 8의 제어기의 제어 알고리즘을 도식적으로 보여주는 도면.
본 발명은 권선형 유도발전기의 제어장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 3상 3선식 구조의 발전기측 컨버터와 3상 4선식 구조의 계통측 컨버터를 구비함으로써 부하 불평형 조건, 플리커(flicker) 전압 조건, 순시 정전 조건에서도 평형전압을 유지할 수 있는 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 권선형 유도발전기에 대한 제어방식에는 풍속 또는 유속 조건에 맞추어 블레이드에서 생성된 에너지를 최대로 회수할 수 있는 속도-지령치를 결정하고 이 속도 지령치를 수렴하도록 제어하는 속도제어형, 풍속 또는 유속 조건에 맞추어 블레이드에서 생성된 유효전력-지령치를 결정한 후 이 유효전력 지령치를 수렴하도록 제어하는 유효전력제어형, 그리고 풍속 또는 유속 조건에 맞추어 블레이드에서 생성된 토크-지령치를 결정한 후 토크 지령치를 수렴하도록 하는 토크제어형의 3종류가 있다.
이상과 같은 3종류의 제어방식은 권선형 유도발전기를 제어하는 방법적인 측면에서 서로 다르지만 모두 직선 방향의 에너지 벡터를 갖는 신재생에너지원(풍력, 조류력, 소수력, 파력)으로부터 회전 방향의 기계적 에너지로 변환시키는 블레이드나 터빈을 활용한다는 점에서 하나의 공통점을 갖는다. 따라서, 맨 처음 에너지를 받아들이는 입력창에 해당하는 블레이드(또는 터빈)의 발생 에너지가 최대가 되도록 제어해야만 에너지 회수량을 극대화할 수 있는데 도달하는 수단에 따라 여러 종류가 있다.
현재까지 발표된 권선형 유도발전기용 전력변환장치(power converter)의 일반적인 구조는 AC-DC-AC 변환 구조와 AC-AC 변환 구조로 대별된다.
권선형 유도발전기용 전력변환장치와 관련하여 Vestas Wind Systems에 의해 출원된 미국특허 US 6,856,040호에는 도 1에 도시된 바와 같이 단방향 특성을 갖도록 3상 브릿지 다이오드로 구성된 계통측 컨버터(grid-side converter)가 개시되어 있다. 따라서, 이와 같은 구성에 의해서는 계통으로부터 에너지를 회수할 수는 있지만 계통측 컨버터를 사용하여 계통으로 에너지를 회생시킬 수는 없는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 미국특허 US 5,798,631호에는 도 2에 도시된 바와 같은 3상 3선식 컨버터 2대를 갖는 권선형 유도발전기용 전력변환장치가 개시되어 있고, 도 3에 도시된 바와 같은 3상 3선식 컨버터에 출력단 필터를 부가한 형태의 권선형 유도발전기용 전력변환장치가 소개되고 있다.
도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이, 계통측 컨버터가 양방향으로 에너지를 주고 받을 수 있도록 3-leg IGBT 또는 3-leg IGCT 구조를 갖는다. 그런데 이러한 방식은 계통이 매우 안정하여 3상 평형이 언제나 유지되고, 순시정전과 같은 문제가 발생하지 않으면 아무런 문제가 없지만, 계통이 약해지면 전력변환장치의 운전 또 는 풍력발전시스템(조류, 조력, 파력 발전시스템)의 운전을 정지해야만 하는 문제점이 있다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 계통전압의 불평형, 플리커 전압, 순시 정전 조건에서도 권선형 유도발전기의 발전기측 컨버터를 이용한 고정자의 유효전력과 역률 제어, 그리고 계통측 컨버터를 이용한 직류 링크 전압의 일정 제어와 계통측의 역률이 "1"이 되도록 제어하는 기능을 갖는 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치는,
입력단은 권선형 유도발전기에 접속되고, 출력단은 권선형 유도발전기와 계통측(부하)을 연결하는 3상 교류라인에 접속되어 권선형 유도발전기를 제어하기 위한 것으로서,
상기 권선형 유도발전기측에는 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 6개가 2개 1조로 직렬연결되고, 그와 같이 직렬연결된 3개의 회로가 서로 병렬연결된 3상 3선식의 컨버터 회로를 접속하고, 상기 계통측에는 불평형 부하 조건 발생시 부하의 중성전류를 제어하기 위한 영상전압을 인가할 수 있도록 상기 3상 3선식의 컨버터 회로에 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 2개가 직렬연결된 4번 째 레그(neutral leg)를 병렬로 추가하고, 서로 병렬접속된 3개의 불평형 부하의 각 출력단을 상기 계통측의 3상 라인에 각각 접속하고, 그 입력단은 하나의 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결하여 이루어진 3상 4선식의 컨버터 회로를 접속한 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치는,
입력단은 권선형 유도발전기에 접속되고, 출력단은 권선형 유도발전기와 계통측(부하)을 연결하는 3상 교류라인에 접속되어 권선형 유도발전기를 제어하기 위한 것으로서,
상기 권선형 유도발전기측에는 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 6개가 2개 1조로 직렬연결되고, 그와 같이 직렬연결된 3개의 회로가 서로 병렬연결된 3상 3선식의 컨버터 회로를 접속하고, 상기 계통측에는 불평형 부하 조건 발생시 부하의 중성전류를 제어하기 위한 영상전압을 인가할 수 있도록 상기 3상 3선식의 컨버터 회로에 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 2개가 직렬연결된 4번째 레그(neutral leg)를 병렬로 추가하고, 그 새로 추가된 4번째 레그를 제외한 나머지 3개의 레그와 계통측(부하)을 연결하는 3상 3선의 각 출력라인에는 하나의 필터를 구성하기 위한 인덕터가 각각 설치되며, 또한 상기 각 출력라인에는 상기 인덕터와 함께 필터를 구성하는 것으로, 서로 병렬접속된 3개의 커패시터의 각 출력단이 각각 접속되고 그 입력단은 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중 앙과 연결하여 이루어진 3상 4선식의 컨버터 회로를 접속한 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치는,
입력단은 권선형 유도발전기에 접속되고, 출력단은 권선형 유도발전기와 계통측(부하)을 연결하는 3상 교류라인에 접속되어 권선형 유도발전기를 제어하기 위한 것으로서,
상기 권선형 유도발전기측에는 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 6개가 2개 1조로 직렬연결되고, 그와 같이 직렬연결된 3개의 회로가 서로 병렬연결된 3상 3선식의 컨버터 회로를 접속하고, 상기 계통측에는 불평형 부하 조건 발생시 부하의 중성전류를 제어하기 위한 영상전압을 인가할 수 있도록 상기 3상 3선식의 컨버터 회로에 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 2개가 직렬연결된 4번째 레그(neutral leg)를 병렬로 추가하고, 그 새로 추가된 4번째 레그를 제외한 나머지 3개의 레그와 계통측(부하)을 연결하는 3상 3선의 각 출력라인에는 하나의 필터를 구성하기 위한 인덕터가 각각 설치되며, 또한 상기 각 출력라인에는 상기 인덕터와 함께 필터를 구성하는 것으로, 서로 병렬접속된 3개의 커패시터의 각 출력단이 각각 접속되고 그 입력단은 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결되며, 또한 서로 병렬접속된 3개의 불평형 부하의 각 출력단을 상기 계통측의 3상 라인에 각각 접속하고, 그 입력단은 하나의 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결하여 이루어진 3상 4선식의 컨버터 회로를 접속한 점 에 그 특징이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치의 여러 실시예들을 나타낸 것으로서, 도 4는 제1실시예의 경우를, 도 5는 제2실시예의 경우를, 그리고 도 6은 제3실시예의 경우를 각각 보여주는 도면이다.
먼저 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치는,
입력단은 권선형 유도발전기에 접속되고, 출력단은 권선형 유도발전기와 계통측(부하)을 연결하는 3상 교류라인에 접속되어 권선형 유도발전기를 제어하기 위한 것으로서,
상기 권선형 유도발전기측에는 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 6개가 2개 1조로 직렬연결되고, 그와 같이 직렬연결된 3개의 회로가 서로 병렬연결된 3상 3선식의 컨버터 회로를 접속하고, 상기 계통측에는 불평형 부하 조건 발생시 부하의 중성전류를 제어하기 위한 영상전압을 인가할 수 있도록 상기 3상 3선식의 컨버터 회로에 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 2개가 직렬연결된 4번째 레그(neutral leg)를 병렬로 추가하고, 서로 병렬접속된 3개의 불평형 부하의 각 출력단을 상기 계통측의 3상 라인에 각각 접속하고, 그 입력단은 하나의 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결하여 이루어진 3상 4선식의 컨 버터 회로를 접속한 점에 그 특징이 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치는,
입력단은 권선형 유도발전기에 접속되고, 출력단은 권선형 유도발전기와 계통측(부하)을 연결하는 3상 교류라인에 접속되어 권선형 유도발전기를 제어하기 위한 것으로서,
상기 권선형 유도발전기측에는 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 6개가 2개 1조로 직렬연결되고, 그와 같이 직렬연결된 3개의 회로가 서로 병렬연결된 3상 3선식의 컨버터 회로를 접속하고, 상기 계통측에는 불평형 부하 조건 발생시 부하의 중성전류를 제어하기 위한 영상전압을 인가할 수 있도록 상기 3상 3선식의 컨버터 회로에 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 2개가 직렬연결된 4번째 레그(neutral leg)를 병렬로 추가하고, 그 새로 추가된 4번째 레그를 제외한 나머지 3개의 레그와 계통측(부하)을 연결하는 3상 3선의 각 출력라인에는 하나의 필터를 구성하기 위한 인덕터가 각각 설치되며, 또한 상기 각 출력라인에는 상기 인덕터와 함께 필터를 구성하는 것으로, 서로 병렬접속된 3개의 커패시터의 각 출력단이 각각 접속되고 그 입력단은 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결하여 이루어진 3상 4선식의 컨버터 회로를 접속한 점에 그 특징이 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치는,
입력단은 권선형 유도발전기에 접속되고, 출력단은 권선형 유도발전기와 계통측(부하)을 연결하는 3상 교류라인에 접속되어 권선형 유도발전기를 제어하기 위한 것으로서,
상기 권선형 유도발전기측에는 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 6개가 2개 1조로 직렬연결되고, 그와 같이 직렬연결된 3개의 회로가 서로 병렬연결된 3상 3선식의 컨버터 회로를 접속하고, 상기 계통측에는 불평형 부하 조건 발생시 부하의 중성전류를 제어하기 위한 영상전압을 인가할 수 있도록 상기 3상 3선식의 컨버터 회로에 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 2개가 직렬연결된 4번째 레그(neutral leg)를 병렬로 추가하고, 그 새로 추가된 4번째 레그를 제외한 나머지 3개의 레그와 계통측(부하)을 연결하는 3상 3선의 각 출력라인에는 하나의 필터를 구성하기 위한 인덕터가 각각 설치되며, 또한 상기 각 출력라인에는 상기 인덕터와 함께 필터를 구성하는 것으로, 서로 병렬접속된 3개의 커패시터의 각 출력단이 각각 접속되고 그 입력단은 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결되며, 또한 서로 병렬접속된 3개의 불평형 부하의 각 출력단을 상기 계통측의 3상 라인에 각각 접속하고, 그 입력단은 하나의 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결하여 이루어진 3상 4선식의 컨버터 회로를 접속한 점에 그 특징이 있다.
한편, 이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치에 있어서, 상기 도 4의 컨버터 회로로부터 다음과 같 은 관계식을 얻을 수 있다.
Figure 112005072967707-pat00001
또는, 폴 전압(pole voltage)과 오프셋 전압(offset voltage)으로부터 3상 레그와 추가된 레그 사이의 전압인
Figure 112005072967707-pat00002
를 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112005072967707-pat00003
3상 4선식 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation)에서 nonzero switching vector를 샘플링 주기
Figure 112005072967707-pat00004
시간 중앙에 위치시키기 위한 오프셋 전압
Figure 112005072967707-pat00005
은 다음과 같이 선정된다.
Figure 112005072967707-pat00006
여기서,
Figure 112005072967707-pat00007
은 다음과 같이 정의되는 함수이다.
Figure 112007007652089-pat00038
폴 전압
Figure 112007007652089-pat00009
은 커패시터 양단의 직류 전압인
Figure 112007007652089-pat00039
값을 알고 있을 때 회로로부터 다음과 같은 제한 범위 내에 있어야 함을 알 수 있다.
Figure 112005072967707-pat00010
상기 수학식 3의 오프셋 전압은 다음과 같이 3개값 중에서 중간값을 선택하는 함수(mid() 함수)를 이용하여
Figure 112007007652089-pat00040
을 얻을 수 있으며, 지령치(reference value)임을 알 수 있도록
Figure 112007007652089-pat00041
형태로 표현하여 나타내면 다음과 같다.
Figure 112007007660224-pat00011
상기 수학식 6 또는 수학식 3으로 결정되는 오프셋 전압을 이용하고, 상기 수학식 1의 폴전압 계산식을 이용하면 각각의 폴전압
Figure 112007007660224-pat00042
을 계산할 수 있으며, 지령치 임을 알 수 있도록
Figure 112007007660224-pat00043
형태로 바꾸어 표현할 수 있다.
폴전압을 알고 있기 때문에, 샘플링 주기가
Figure 112007007660224-pat00057
일 때 각각의 4-leg의 상단 스위치에 대한 On-time(
Figure 112007007660224-pat00045
)은 다음과 같이 계산할 수 있다.
삭제
삭제
Figure 112007007652089-pat00046
이상에서 설명한 내용을 이용하여 3상 4선식 컨버터로 구성되는 계통측 컨버터에 대한 PWM 방식을 도식화하면 도 7과 같다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치를 구동하기 위해 채용되는 디지털 제어기의 구성을 나타낸 것으로서, 도 8은 제어기의 시스템 구성을 개략적으로 보여주는 도면이고, 도 9는 제어기의 제어 알고리즘을 도식화하여 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 디지털 제어기에서는 발전기측의 3-leg 컨버터를 구동하는 방법과 계통측의 4-leg 컨버터(3상 4선식 컨버터)를 구동하는 방법이 요구된다.
3상 정지좌표계 신호를 2상 d,q 정지 좌표계로 변환하는 방법은 다음과 같다.
Figure 112005072967707-pat00014
여기서,
Figure 112005072967707-pat00015
는 다음의 수학식 9와 같다.
Figure 112005072967707-pat00016
2상 d,q 정지좌표계에서 3상 정지좌표계 신호로 변환하는 방법은 다음과 같다.
삭제
Figure 112005072967707-pat00017
여기서,
Figure 112005072967707-pat00018
은 다음의 수학식 11과 같다.
Figure 112005072967707-pat00019
2상 d,q 정지좌표계에서 2상 d,q 동기좌표계로 변환하는 방법은 다음과 같다.
Figure 112005072967707-pat00020
여기서,
Figure 112005072967707-pat00021
는 다음의 수학식 13과 같다.
Figure 112005072967707-pat00022
2상 d,q 동기좌표계에서 2상 d,q 정지좌표계로 변환하는 방법은 다음과 같다.
Figure 112005072967707-pat00023
여기서,
Figure 112005072967707-pat00024
은 다음의 수학식 15와 같다.
Figure 112005072967707-pat00025
따라서, 이상과 같은 수학식 8∼15에서 제시한 좌표계 변환 수식과 3상 4선식 계통측 컨버터(grid-side converter)를 위한 SVPWM 방식(도 7)을 이용하면, 본 발명의 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치를 제어할 수 있게 되며, 이를 블록도로 나타내면 상기 도 9와 같다.
도 9에서, 계통측 역률이 1이 되도록 d축 전류 기준치(
Figure 112007007652089-pat00026
)는 0으로 하며, 부하 전압이 항시 3상 평형이 되도록 하기 위해 영상 성분 기준치(
Figure 112007007652089-pat00027
)는 0으로 설정한다. 그리고 q축 전류 기준치(
Figure 112007007652089-pat00028
)는 발전기측 컨버터와 계통측 컨버터 사이에 놓여 있는 DC_link 전압(
Figure 112007007652089-pat00047
)이 일정하게 제어되도록 하는 제어기의 출력 값으로 설정되도록 하면 된다.
발전기측 컨버터에서는 권선형 유도발전기의 고정자측으로 발전되는 유효전 력 크기를 일정하게 제어하는 목적과 고정자측의 역률을 임의로 제어할 수 있는 목적을 달성할 수 있도록, 유효전력제어와 무효전력제어를 독립적으로 제어하는 제어기로 구성되었다. 발전기측에 사용되는 PWM 방법은 계통측 컨버터와는 다르게 일반적인 SVPWM(space vector PWM) 방법을 적용하면 된다.
이상과 같은 본 발명의 권선형 유도발전기의 제어장치를 풍력발전시스템 혹은 조류발전, 조력발전 시스템에 적용할 경우, 권선형 유도발전기의 고정자측 유효전력 제어와 역률제어, 그리고 계통측의 역률과 DC_link 전압을 일정하게 제어할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 계통에 연결되어 있는 부하에서 불평형이 발생하더라도 항시 평형 전압으로 유지할 수 있게 된다.
따라서, 약계통(weak grid)에도 권선형 유도발전기를 갖는 분산 전원이 연계된 상태에서 정지되지 않고 운전될 수 있으며, 이에 따라 약계통 조건에서의 잦은 운전 정지의 발생을 막을 수 있다. 또한, 권선형 유도발전기를 갖는 분산전원 시스템이라면 전력변환장치가 강인해진 관계로 정해진 계통 용량에 대해 연결될 수 있는 분산전원 용량을 증가시킬 수 있을 것으로 기대된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치는 3상 3선식 구조의 발전기측 컨버터와 3상 4선식 구조의 계통측 컨버터를 구비하므로, 다음과 같은 장점 및 효과를 갖는다.
1) 불평형 부하 조건에서도 신재생 에너지원(풍력발전, 조류발전, 조력발전, 파력발전 등)을 정지시키지 않고 안정적으로 발전을 지속할 수 있다.
2) 권선형 유도발전기용 전력변환장치가 불평형 조건을 갖는 계통 조건에 대해 강인하기 때문에 정해진 계통에 연계시킬 수 있는 분산 전원 용량을 상대적으로 증가시킬 수 있다.
3) 본 발명에서 제시한 권선형 유도발전기의 제어장치를 권선형 유도발전기를 갖는 풍력발전 시스템, 조류발전 시스템, 조력발전 시스템, 파력발전 시스템 등의 제어장치로 직접 활용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 입력단은 권선형 유도발전기에 접속되고, 출력단은 권선형 유도발전기와 계통측(부하)을 연결하는 3상 교류라인에 접속되어 권선형 유도발전기를 제어하기 위한 것으로서,
    상기 권선형 유도발전기측에는 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 6개가 2개 1조로 직렬연결되고, 그와 같이 직렬연결된 3개의 회로가 서로 병렬연결된 3상 3선식의 컨버터 회로를 접속하고, 상기 계통측에는 불평형 부하 조건 발생시 부하의 중성전류를 제어하기 위한 영상전압을 인가할 수 있도록 상기 3상 3선식의 컨버터 회로에 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 2개가 직렬연결된 4번째 레그(neutral leg)를 병렬로 추가하고, 서로 병렬접속된 3개의 불평형 부하의 각 출력단을 상기 계통측의 3상 라인에 각각 접속하고, 그 입력단은 하나의 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결하여 이루어진 3상 4선식의 컨버터 회로를 접속한 것을 특징으로 하는 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치.
  2. 입력단은 권선형 유도발전기에 접속되고, 출력단은 권선형 유도발전기와 계통측(부하)을 연결하는 3상 교류라인에 접속되어 권선형 유도발전기를 제어하기 위한 것으로서,
    상기 권선형 유도발전기측에는 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 6개가 2개 1조로 직렬연결되고, 그와 같이 직렬연결된 3개의 회로가 서로 병렬연결된 3상 3선식의 컨버터 회로를 접속하고, 상기 계통측에는 불평형 부하 조건 발생시 부하의 중성전류를 제어하기 위한 영상전압을 인가할 수 있도록 상기 3상 3선식의 컨버터 회로에 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 2개가 직렬연결된 4번째 레그(neutral leg)를 병렬로 추가하고, 그 새로 추가된 4번째 레그를 제외한 나머지 3개의 레그와 계통측(부하)을 연결하는 3상 3선의 각 출력라인에는 하나의 필터를 구성하기 위한 인덕터가 각각 설치되며, 또한 상기 각 출력라인에는 상기 인덕터와 함께 필터를 구성하는 것으로, 서로 병렬접속된 3개의 커패시터의 각 출력단이 각각 접속되고 그 입력단은 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결하여 이루어진 3상 4선식의 컨버터 회로를 접속한 것을 특징으로 하는 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치.
  3. 입력단은 권선형 유도발전기에 접속되고, 출력단은 권선형 유도발전기와 계통측(부하)을 연결하는 3상 교류라인에 접속되어 권선형 유도발전기를 제어하기 위한 것으로서,
    상기 권선형 유도발전기측에는 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 6개가 2개 1조로 직렬연결되고, 그와 같이 직렬연결된 3개의 회로가 서로 병렬연결된 3상 3선식의 컨버터 회로를 접속하고, 상기 계통측에는 불평형 부하 조건 발생시 부하의 중성전류를 제어하기 위한 영상전압을 인가할 수 있도록 상기 3상 3선식의 컨버터 회로에 한 개의 트랜지스터와 한 개의 역방향 접속 다이오드로 이루어진 단위 스위칭 소자 2개가 직렬연결된 4번째 레그(neutral leg)를 병렬로 추가하고, 그 새로 추가된 4번째 레그를 제외한 나머지 3개의 레그와 계통측(부하)을 연결하는 3상 3선의 각 출력라인에는 하나의 필터를 구성하기 위한 인덕터가 각각 설치되며, 또한 상기 각 출력라인에는 상기 인덕터와 함께 필터를 구성하는 것으로, 서로 병렬접속된 3개의 커패시터의 각 출력단이 각각 접속되고 그 입력단은 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결되며, 또한 서로 병렬접속된 3개의 불평형 부하의 각 출력단을 상기 계통측의 3상 라인에 각각 접속하고, 그 입력단은 하나의 중성점으로 공통 접속되어 상기 추가된 레그의 중앙과 연결하여 이루어진 3상 4선식의 컨버터 회로를 접속한 것을 특징으로 하는 3상 4선식 컨버터 구조를 갖는 권선형 유도발전기의 제어장치.
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