KR100907099B1 - 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템 - Google Patents

Abstract

병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템이 개시된다. 본 발명에 따른 풍력 발전 시스템은, 블레이드의 회전으로부터 3상 AC 전력을 발생시키는 발전기, 상기 발생된 3상 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 제1 및 제2 컨버터, 상기 DC 전력을 계통에 공급하기 위한 AC 전력으로 변환하는 제1 및 제2 인버터, 상기 제1 및 제2 컨버터를 각각 제어하는 제1 및 제2 컨버터 제어부, 상기 제1 및 제2 인버터를 각각 제어하는 제1 및 제2 인버터 제어부 및 상기 제1 인버터 제어부에 의하여 상기 제1 인버터에 인가되는 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호보다 소정 시간만큼 지연된 동기 신호를 생성하여 상기 제2 인버터 제어부 및 상기 제2 컨버터 제어부에 각각 전달하고, 상기 제어 신호와 시지연을 갖지 않는 동기 신호를 생성하여 상기 제1 컨버터 제어부에 전달하는 동기 신호 생성부를 포함하고, 상기 제2 인버터 제어부, 상기 제2 컨버터 제어부 및 상기 제1 컨버터 제어부는 각각 상기 동기 신호 생성부로부터 전달받은 각 동기 신호에 따라서 PWM 신호를 출력하여 상기 제2 인버터, 상기 제2 컨버터 및 상기 제1 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

풍력 발전 시스템, 병렬형 인버터

Description

병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템{Wind power generation system having parallel inverter}

본 발명은 풍력 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템에 관한 것이다.

풍력은 자연상태의 무공해 에너지원으로서 대체에너지원 중 가장 경제성이 높은 에너지원이다. 풍력 발전 시스템은 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고, 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 발전 시스템을 말한다. 이러한 풍력 발전 시스템은 무한정의 청정에너지인 바람을 동력원으로 하므로 기존의 화석연료나 우라늄 등을 이용한 발전방식과 달리 발열에 의한 열공해나 대기오염 그리고 방사능 누출 등과 같은 문제가 없는 무공해 발전방식이다. 이에 따라 풍력 발전은 현재 가장 유력한 대체 에너지원으로 인정받고 있는 상태이다. 또한, 풍력 발전 시스템은 구조나 설치가 간단하고 운영 및 관리가 용이하여 무인화 및 자동화 운전이 가능하기 때문에 전 세계적으로 그 활용이 증가하고 있는 추세에 있다.

중/대용량의 풍력발전 시스템의 종류로는 윈드 터빈(Wind Turbine)의 발전용 량보다 작은 용량의 컨버터가 채용된 이중 여자 유도 발전기(Doubly fed induction machine)와, 윈드 터빈(Wind Turbine)의 발전용량과 동일한 용량의 컨버터가 채용된 영구 자석형 동기 발전기(Permanent Magnet Synchronous Machine)로 구분되어지며 이들 모두 가변속 운전방식(variable rotor speed type)을 채택하고 있다.

대용량 인버터를 구성하는 방식으로는, 저압에서 사용하는 2-레벨 방식과 고압에서 사용되는 멀티 레벨 방식이 있으며 최근 3.3[kVrms]이상에서 사용되는 H-Bridge 방식도 개발되어지고 있다. 이들 방식은 전력용 반도체 소자들의 발달에 크게 영향을 받고 있는데, 풍력발전 시스템의 사양 검토는 적정한 전압의 결정과 전력변환부의 구성방식을 선택하는 것에서부터 시작되어야 한다. 출력전압과 주파수에 따라 발전기의 제조원가에 큰 영향을 미치므로 인버터와 발전기를 종합적으로 고려하여 시스템 전체의 경제성을 확보할 수 있도록 하여야 한다. 한편, 계통의 입력 트랜스포머는 전압에 큰 영향을 받지 않으나 발전기에서부터 계통까지 연결되어지는 전력설비 전체에서 보면 저압 방식은 설치비용의 상승과 시스템 효율저하의 원인이 된다. 전압과 구성방식의 결정은 시스템의 내구성, 신뢰성, 경제성을 확보하고 고효율, 컴팩트화가 가능한가를 풍력 발전 시스템의 전체적인 구성 측면에서 검토되어져야 한다.

1.5MW이하의 용량에서는 주로 1700V의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 이용한 2-레벨 방식의 인버터를 주로 채택하고 있으며 전압은 690Vrms 이하가 대다수를 이룬다. 또한, 대용량화를 위해서는 스택 병렬 또는 소자 병렬 방식을 사용하기도 한다. 1.5MW 내지 2MW의 용량에서 는, 적용되는 시스템의 종류와 용도에 따라 2-레벨, 멀티 레벨, 소자 병렬, 스택 병렬 등의 여러 가지의 구성방식을 사용하고 있으며 전압도 이들 구성방식에 따라 690Vrms에서 5500Vrms까지 다양하게 개발되고 있다. 2MW의 용량 이상에서는 3-레벨 이상의 멀티 레벨 방식을 사용하고 있으며 3300Vrms 이상의 전압을 채택하고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 발전기의 전류 리플과 토크 리플 그리고 계통 전류의 리플을 감소시킴으로써 효율과 신뢰도를 높이고 발전된 전력의 품질을 향상 시킬 수 있는 병렬형 인버터 방식의 풍력발전 시스템 및 병렬형 인버터 제어장치를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템은, 블레이드의 회전으로부터 3상 AC 전력을 발생시키는 발전기; 상기 발생된 3상 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 제1 및 제2 컨버터; 상기 DC 전력을 계통에 공급하기 위한 AC 전력으로 변환하는 제1 및 제2 인버터; 상기 제1 및 제2 컨버터를 각각 제어하는 제1 및 제2 컨버터 제어부; 상기 제1 및 제2 인버터를 각각 제어하는 제1 및 제2 인버터 제어부; 및 상기 제1 인버터 제어부에 의하여 상기 제1 인버터에 인가되는 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호보다 소정 시간만큼 지연된 동기 신호를 생성하여 상기 제2 인버터 제어부 및 상기 제2 컨버터 제어부에 각각 전달하고, 상기 제어 신호와 시지연을 갖지 않는 동기 신호를 생성하여 상기 제1 컨버터 제어부에 전달하는 동기 신호 생성부를 포함하고, 상기 제2 인버터 제어부, 상기 제2 컨버터 제어부 및 상기 제1 컨버터 제어부는 각각 상기 동기 신호 생성부로부터 전달받은 각 동기 신호에 따라서 PWM 신호를 출력하여 상기 제2 인버터, 상기 제2 컨버터 및 상기 제1 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 풍력 발전 시스템에서, 스위칭 제어 주기가 Ts일 때, 상기 소정 시간은 Ts/2인 것이 바람직하다.

또한, 상기 동기 신호 생성부에서 생성되는 각 동기 신호는 상기 제2 인버터, 상기 제2 컨버터 및 상기 제1 컨버터에서 출력되는 각 PWM 신호의 기준이 되는 On Sequence / Off Sequence 신호인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 및 제2 컨버터와 상기 제1 및 제2 인버터는 각각 복수 개의 반도체 스위칭 소자로 구성되고, 상기 제1 및 제2 컨버터 제어부와 제1 및 제2 인버터 제어부 각각의 PWM 신호가 각각 상기 복수 개의 반도체 스위칭 소자의 게이트에 입력되는 것이 바람직하다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 다중 레벨의 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템은, 블레이드의 회전으로부터 3상 AC 전력을 발생시키는 발전기; 상기 발생된 3상 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 제1 내지 제n 컨버터; 상기 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 제1 및 제n 인버터; 상기 제1 및 제n 컨버터를 각각 제어하는 제1 및 제n 컨버터 제어부; 상기 제1 및 제n 인버터를 각각 제어하는 제1 및 제n 인버터 제어부; 및 상기 제1 인버터 제어부에 의하여 상기 제1 인버터에 인가되는 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호보다 각각 다른 소정 시간만큼 지연된 동기 신호를 생성하여 상기 제2 내지 n 인버터 제어부 및 상기 제2 내지 제 n 컨버터 제어부에 각각 전달하고, 상기 제어 신호와 시지연을 갖지 않는 동기 신호를 생성하여 상기 제1 컨버터 제어부에 전달하는 동기 신호 생성부를 포함하고, 상기 제2 내지 제 n 인버터 제어부, 상기 제2 내지 제 n 컨버터 제어부 및 상기 제1 컨버터 제어부는 각각 상기 동기 신호 생성부로부터 전달받은 각 동기 신호에 따라서 PWM 신호를 출력하여 상기 제2 내지 n 인버터, 상기 제2 내지 n 컨버터 및 상기 제1 컨버터를 제어하는 것이 바람직하다.

상기 풍력 발전 시스템에서, 스위칭 제어 주기가 Ts일 때, 상기 각각 다른 소정 시간은 Ts/n, 2Ts/n, 3Ts/n … (n-1)Ts/n인 것이 바람직하다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템은, DC 전력을 계통에 공급하기 위한 AC 전력으로 변환하는 제1 및 제2 인버터; 상기 제1 및 제2 인버터를 각각 제어하는 제1 및 제2 인버터 제어부; 및 상기 제1 인버터 제어부에 의하여 상기 제1 인버터에 인가되는 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호보다 소정 시간만큼 지연된 동기 신호를 생성하여 상기 제2 인버터 제어부에 전달하는 동기 신호 생성부를 포함하고, 상기 제2 인버터 제어부는 상기 동기 신호 생성부로부터 전달받은 동기 신호에 따라서 PWM 신호를 출력하여 상기 제2 인버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 병렬형 인버터 제어 장치는, 3상 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 제1 및 제2 컨버터; 상기 DC 전력을 계통에 공급하기 위한 AC 전력으로 변환하는 제1 및 제2 인버터; 상기 제1 및 제2 컨버터를 각각 제어하는 제1 및 제2 컨버터 제어부; 상기 제1 및 제2 인버터를 각각 제어하는 제1 및 제2 인버터 제어부; 및 상기 제1 인버터 제어부에 의하여 상기 제1 인버터에 인가되는 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호보다 소정 시간만큼 지연된 동기 신호를 생성하여 상기 제2 인버터 제어부 및 상기 제2 컨버터 제어부에 각각 전달하고, 상기 제어 신호와 시지연을 갖지 않는 동기 신호를 생성하여 상기 제1 컨버터 제어부에 전달하는 동기 신호 생성부를 포함하고, 상기 제2 인버터 제어부, 상기 제2 컨버터 제어부 및 상기 제1 컨버터 제어부는 각각 상기 동기 신호 생성부로부터 전달받은 각 동기 신호에 따라서 PWM 신호를 출력하여 상기 제2 인버터, 상기 제2 컨버터 및 상기 제1 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 발전기의 전류 리플과 토크 리플 그리고 계통 전류의 리플을 감소시킴으로써 효율과 신뢰도가 높은 병렬형 인버터 방식의 풍력발전 시스템 및 병렬형 인버터 제어 장치를 제공할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 2-병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템의 구성을 나타낸다. 도 1을 참조하면, 본 실시 예에 따른 풍력발전 시스템은 블레이드(12), 발전기(14), 제1 및 제2 컨버터(16, 18), 제1 및 제2 인버터(20, 22), 제1 및 제2 컨버터 제어부(24, 26), 제1 및 제2 인버터 제어부(28, 30), 제1 및 제2 DC-링크 캐패시터(32, 34), 제1 및 제2 3상 리액터(38, 40), 제1 및 제2 트랜스포머(42, 44), 입력 트랜스포머(46), 속도 센서(48), 제1 내지 제4 변류기(50, 52, 54, 56) 등을 포함하여 이루어진다.

발전기(14)는 블레이드(12)의 회전으로부터 가변 주파수의 3상 AC 전력을 발생시킨다. 발생된 3상 AC 전력은 제1 및 제2 컨버터(16, 18)에 의해 DC 전력으로 변환되고, DC로 변환된 전력은 제1 및 제2 인버터(20, 22)에 의해 고정 주파수의 3상 AC 전력으로 변환된다. 변환된 AC 전력은 제1 및 제2 3상 리액터(38, 40)와 입력 트랜스포머(36)를 거쳐 계통에 공급된다.

제1 및 제2 컨버터 제어부(24, 26)은 속도 센서(48)에 의해 측정된 블레이 드(12)의 속도와, 제1 및 제2 변류기(50, 52)에 의해 측정된 전류와, 후술하는 동기신호 생성부(35)의 동기 신호 등에 기초하여 제1 및 제2 컨버터(16, 18)를 제어함으로써 발전기(14)의 속도, 토크, 출력 전류를 제어한다. 동기신호 생성부(35)에 관하여는 뒤에서 상세하게 설명한다. 제1 인버터 제어부(28)는 제3 변류기(54)에 의해 측정된 전류와, 제1 트랜스포머(42)에 의해 측정된 계통 전압 등에 기초하여 제1 인버터(20)의 출력 전류와 제1 DC-링크 캐패시터(32)의 전압을 제어한다. 한편, 제2 인버터 제어부(30)는 제4 변류기(56)에 의해 측정된 전류와, 제2 트랜스포머(44)에 의해 측정된 계통 전압과, 후술하는 동기신호 생성부(35)의 동기 신호 등에 기초하여 제2 인버터(22)의 출력 전류와 제2 DC-링크 캐패시터(34)의 전압을 제어한다.

제1 및 제2 컨버터 제어부(24, 26)와 제1 및 제2 인버터 제어부(28, 30)는 서로 통신 및 디지털 신호로 연결되며, 서로 간에 정보를 교환한다.

제1 및 제2 DC-링크 캐패시터(32, 34)는 각각 제1 및 제2 컨버터(16, 18)와 제1 및 제2 인버터(20, 22) 사이에 설치된다. 도 1에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 DC-링크 캐패시터(32, 34)는 제1 인버터(20)와 제2 인버터(22)에 별도로 설치되기 때문에 각 인버터 간에 흐르는 순환전류가 제거될 수 있고, 동기 좌표계 상에서 전류 제어가 수행되기에 용이하다.

도 2는 도 1에 도시된 풍력발전 시스템의 구성 중 제1 컨버터(16)와 제1 인버터(20)를 보다 구체적으로 도시한 구성을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 제1 컨버터(16)와 제1 인버터(20)는 각각 복수 개의 반도체 스위칭 소자, 예를 들면 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, 이하 IGBT)로 이루어진다. 그리고, 제1 컨버터 제어부(24)의 PWM 신호가 제1 컨버터(16)의 반도체 스위칭 소자의 게이트에 입력되고, 제1 인버터 제어부(28)의 PWM 신호가 제1 인버터(20)의 반도체 스위칭 소자의 게이트에 입력된다.

반도체 스위칭 소자들의 각 쌍, 예를 들면 제1 인버터(20)에서 Sa와 Sa', Sb와 Sb', Sc와 Sc'는 서로 상보적으로 동작한다. 이들 반도체 스위칭 소자의 동작은 이미 공지된 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 그리고 제2 컨버터(18)와 제2 인버터(22)의 구체적인 구성은 도 2에 도시된 제1 컨버터(16)와 제1 인버터(20)의 구체적인 구성과 동일하므로 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 제1 인버터 제어부(28)가 제1 인버터(20)의 반도체 스위칭 소자의 게이트에 인가하는 PWM 신호와 이 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호의 일 예를 나타낸다. 도 3을 참조하면 한 스위칭 주기 내에서 반도체 스위치 Sa, Sb, 및 Sc에 각각 인가되는 PWM 신호가 나타나 있으며, 도시되지는 않았으나, 반도체 스위치 Sa', Sb', 및 Sc'에 인가되는 PWM 신호는 도 3에 도시된 PWM 신호와 상보적인 신호가 인가된다. 도 3에서, "On Sequence"로 표시된 구간은 한 스위칭 주기 내에서 반도체 스위치 Sa, Sb, 및 Sc가 꺼진 상태에서 켜진 상태로 전이하는 구간을 의미하고, "Off Sequence"로 표시된 구간은 반도체 스위치 Sa, Sb, 및 Sc가 켜진 상태에서 꺼진 상태로 전이하는 구간을 의미한다.

도 4는 종래의 병렬형 인버터가 채용된 풍력 발전 시스템에서 2개의 인버터가 병렬로 동작할 때 발생할 수 있는 각 인버터 제어부의 제어 신호와 PWM 신호, 각 인버터의 출력 전류 리플, 그리고 계통 전류 리플을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 1-Sa는 제1 인버터(20)의 반도체 스위칭 소자에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 출력 전류 리플을, 2-Sa는 제2 인버터(22)의 대응되는 반도체 스위칭 소자에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 출력 전류 리플을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 인버터(20)에 인가되는 PWM 신호와 제2 인버터(22)에 인가되는 PWM 신호가 동일한 시점에 인가되는 경우, 계통 전류에 발생하는 리플이 인버터가 하나일 경우보다 2배의 크기가 된다.

다시 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 풍력 발전 시스템에서, 스위칭 제어 주기를 Ts라 할 때, 동기 신호 생성부(35)는 제1 인버터 제어부(28)의 상기 제어 신호보다 소정 시간, 예를 들면 Ts/2 만큼 지연된 동기 신호를 제2 인버터 제어부(30)에 전달하고, 제2 인버터 제어부(30)는 이 동기 신호에 따라, 즉 제1 인버터(20)의 상기 제어 신호보다 Ts/2 만큼 지연된 동기 신호를 기준으로 제 2인버터(22)에 해당 PWM 신호를 인가한다.

도 5는 상술한 동기 신호 생성부(35)의 동작에 따라 제1 인버터(20)에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 출력 전류 리플, 제2 인버터(22)에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 출력 전류 리플, 계통 전류 리플, 그리고 제1 인버터 제어부(28)의 상기 제어 신호 및 제2 인버터 제어부(30)에 인가되는 동기 신호를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 제1 인버터 제어부(28)의 제어 신호의 On Sequence, Off Sequence가 제2 인버터 제어부(30)에 인가되는 동기 신호의 On Sequence, Off Sequence와 서로 Ts/2 만큼 시간 차이가 나타남을 알 수 있다. 따라서 계통 전류의 리플의 크기가 도 4에 도시된 경우의 절반이 되고, 다만 주파수가 2배로 되었음을 알 수 있다. 이처럼 계통 전류의 리플의 크기가 줄어듦으로 인하여 시스템의 효율이 높아지고 신뢰도가 향상될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 동기 신호 생성부(35)는 제1 인버터 제어부(28)의 제어 신호와 시지연을 갖지 않는 동기 신호를 제1 컨버터 제어부(24)에 전달하고, 제1 컨버터 제어부(24)는 이 동기 신호에 따라, PWM 신호를 제1 컨버터(16)에 인가한다. 또한, 동기 신호 생성부(35)는 제1 인버터 제어부(28)의 제어 신호보다 Ts/2 만큼 지연된 동기 신호를 제2 컨버터 제어부(26)에 전달하고, 제2 컨버터 제어부(26)은 이 동기 신호에 따라, PWM 신호를 제2 컨버터(18)에 인가한다.

따라서 제1 인버터 제어부(28)의 제어 신호와 제1 컨버터 제어부(24)에 인가되는 동기 신호는 서로 On Sequence, Off Sequence가 동일하게 되고, 제2 인버터 제어부(30)에 인가되는 동기 신호와 제2 컨버터 제어부(26)에 인가되는 동기 신호 역시 On Sequence, Off Sequence가 동일하게 된다. 따라서 DC-링크 캐패시터(32, 34)로 출력되는 전류의 리플이 감소되어 캐패시터의 수명이 연장된다.

또한, 제1 컨버터 제어부(24)에 인가되는 동기 신호와 제2 컨버터 제어부(26)에 인가되는 동기 신호는 Ts/2 만큼의 시간 지연을 가지게 된다. 즉, 제1 컨버터 제어부(24)에 인가되는 동기 신호의 On Sequence, Off Sequence가 제2 컨버터 제어부(26)에 인가되는 동기 신호의 On Sequence, Off Sequence와 서로 Ts/2 만큼 시간 차이가 나게 된다. 따라서 도 5에서 설명한 원리와 마찬가지로, 발전기(14)의 전류 리플과 토크 리플이 감소되어 시스템의 효율이 높아진다.

도 1은 이중 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템에 본 발명이 적용된 경우이나, 본 발명은 2개 이상의 다중 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템에도 적용될 수 있다. 이 경우, 풍력 발전 시스템은 도 1에 도시된 형태를 확장하여, 제1 내지 제 n 컨버터, 제1 내지 제 n 인버터, 제1 내지 제 n 컨버터 제어부, 제1 내지 제 n 인버터 제어부, 제1 내지 제 n DC-링크 캐패시터, 제 1 내지 제 n 3상 리액터, 제1 내지 제 n 트랜스포머를 포함한다. 이때 각 구성요소의 기능은 도 1에 관하여 설명된 바와 마찬가지이다.

이러한 본 실시예에 따른 다중 병렬형 인버터가 채용된 풍력 발전 시스템에서, 동기 신호 생성부는, 제1 인버터 제어부에 의하여 제1 인버터에 인가되는 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호보다 각각 다른 소정 시간, 예를 들면 Ts/n, 2Ts/n, 3Ts/n … (n-1)Ts/n 만큼 각각 지연된 동기 신호를 제2 내지 제 n 인버터 제어부에 전달하고, 제1 컨버터 제어부에는 상기 제어 신호와 시지연을 갖지 않는 동기 신호를 전달하며, 제2 내지 제 n 컨버터 제어부에는 제2 내지 제 n 인버터 제어부와 마찬가지로, 상기 제어 신호보다 각각 Ts/n, 2Ts/n, 3Ts/n … (n-1)Ts/n 만큼 지연된 동기 신호를 전달한다. 그리고 제2 내지 제 n 인버터 제어부와 제1 내지 제 n 컨버터 제어부는 각각 상기 동기 신호 생성부로부터 전달받은 각 동기 신호에 따라서 PWM 신호를 출력하여 상기 제2 내지 n 인버터, 상기 제1 내지 n 컨버터를 제어한다.

도 6은 상술한 다중 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템에서 상술한 동기 신호 생성부의 동작에 따라 제1 내지 제 n 인버터의 반도체 스위칭 소자에 인가 되는 PWM 신호와 그에 따른 출력 전류 리플을 나타낸다. 도시하지는 않았으나, 도 6에 도시된 바와 같은 제1 내지 제 n 인버터의 반도체 스위칭 소자의 출력 전류 리플에 따르면, 계통 전류의 리플의 크기가 현저히 감소될 것임을 알 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템의 구성을 나타낸다.

도 2는 도 1에 도시된 풍력발전 시스템의 구성 중 제1 컨버터와 제1 인버터를 보다 구체적으로 도시한 구성을 나타낸다.

도 3은 제1 인버터 제어부가 제1 인버터의 반도체 스위칭 소자의 게이트에 인가하는 PWM 신호와 이 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호의 일 예를 나타낸다.

도 4는 종래의 병렬형 인버터가 채용된 풍력 발전 시스템에서 2개의 인버터가 병렬로 동작할 때 발생할 수 있는 각 인버터 제어부의 제어 신호와 PWM 신호, 각 인버터의 출력 전류 리플, 그리고 계통 전류 리플을 나타낸다.

도 5는 동기 신호 생성부의 동작에 따라 제1 인버터에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 출력 전류 리플, 제2 인버터에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 출력 전류 리플, 계통 전류 리플, 그리고 제1 인버터 제어부의 제어 신호 및 제2 인버터 제어부에 인가되는 동기 신호를 나타낸다.

도 6은 상술한 다중 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템에서 상술한 동기 신호 생성부의 동작에 따라 제1 내지 제 n 인버터의 반도체 스위칭 소자에 인가되는 PWM 신호와 그에 따른 출력 전류 리플을 나타낸다.

Claims (6)

1. 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템에 있어서,

   블레이드의 회전으로부터 3상 AC 전력을 발생시키는 발전기;

   상기 발생된 3상 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 제1 및 제2 컨버터;

   상기 DC 전력을 계통에 공급하기 위한 AC 전력으로 변환하는 제1 및 제2 인버터;

   상기 제1 및 제2 컨버터를 각각 제어하는 제1 및 제2 컨버터 제어부;

   상기 제1 및 제2 인버터를 각각 제어하는 제1 및 제2 인버터 제어부; 및

   상기 제1 인버터 제어부에 의하여 상기 제1 인버터에 인가되는 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호보다 소정 시간만큼 지연된 동기 신호를 생성하여 상기 제2 인버터 제어부 및 상기 제2 컨버터 제어부에 각각 전달하고, 상기 제어 신호와 시지연을 갖지 않는 동기 신호를 생성하여 상기 제1 컨버터 제어부에 전달하는 동기 신호 생성부를 포함하고,

   상기 제2 인버터 제어부, 상기 제2 컨버터 제어부 및 상기 제1 컨버터 제어부는 각각 상기 동기 신호 생성부로부터 전달받은 각 동기 신호에 따라서 PWM 신호를 출력하여 상기 제2 인버터, 상기 제2 컨버터 및 상기 제1 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   스위칭 제어 주기가 Ts일 때, 상기 소정 시간은 Ts/2인 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
3. 제2항에 있어서, 제1 인버터 제어부의 제어신호로부터 제2 인버터에는 Ts/2 만큼 지연된 동기신호를 보내고; 제1 컨버터에는 지연되지 않은 동기신호를 보내고; 제2 컨버터에는 Ts/2만큼 지연된 동기신호를 보내는 것을 특징으로 하는 동기 신호 생성부를 포함하는 풍력 발전 시스템.
4. 다중 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템에 있어서,

   블레이드의 회전으로부터 3상 AC 전력을 발생시키는 발전기;

   상기 발생된 3상 AC 전력을 DC 전력으로 변환하는 제1 내지 제n 컨버터;

   상기 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 제1 및 제n 인버터;

   상기 제1 및 제n 컨버터를 각각 제어하는 제1 및 제n 컨버터 제어부;

   상기 제1 및 제n 인버터를 각각 제어하는 제1 및 제n 인버터 제어부; 및

   상기 제1 인버터 제어부에 의하여 상기 제1 인버터에 인가되는 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호보다 각각 다른 소정 시간만큼 지연된 동기 신호를 생성하여 상기 제2 내지 n 인버터 제어부 및 상기 제2 내지 제 n 컨버터 제어부에 각각 전달하고, 상기 제어 신호와 시지연을 갖지 않는 동기 신호를 생성하여 상기 제1 컨버터 제어부에 전달하는 동기 신호 생성부를 포함하고,

   상기 제2 내지 제 n 인버터 제어부, 상기 제2 내지 제 n 컨버터 제어부 및 상기 제1 컨버터 제어부는 각각 상기 동기 신호 생성부로부터 전달받은 각 동기 신호에 따라서 PWM 신호를 출력하여 상기 제2 내지 n 인버터, 상기 제2 내지 n 컨버터 및 상기 제1 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전 시스템.
5. 제4항에 있어서, 스위칭 제어 주기가 Ts일 때, 제1 인버터 제어부의 제어신호로부터 제2-n 인버터에는 2Ts/n 3Ts/n … (n-1)Ts/n 만큼 지연된 동기신호를 보내고; 제1 컨버터에는 지연되지 않은 동기신호를 보내고; 제2-n 컨버터에는 2Ts/n 3Ts/n … (n-1)Ts/n 만큼 지연된 동기신호를 보내는 것을 특징으로 하는 동기 신호 생성부를 포함하는 풍력 발전 시스템.
6. 병렬형 인버터가 채용된 풍력발전 시스템에 있어서,

   DC 전력을 계통에 공급하기 위한 AC 전력으로 변환하는 제1 및 제2 인버터;

   상기 제1 및 제2 인버터를 각각 제어하는 제1 및 제2 인버터 제어부; 및

   상기 제1 인버터 제어부에 의하여 상기 제1 인버터에 인가되는 PWM 신호의 기준이 되는 제어 신호보다 소정 시간만큼 지연된 동기 신호를 생성하여 상기 제2 인버터 제어부에 전달하는 동기 신호 생성부를 포함하고,

   상기 제2 인버터 제어부는 상기 동기 신호 생성부로부터 전달받은 동기 신호에 따라서 PWM 신호를 출력하여 상기 제2 인버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력발전 시스템.

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