KR101113073B1 - Maximum power controllable wind energy conversion system with algorithm to avoid vibration - Google Patents

Maximum power controllable wind energy conversion system with algorithm to avoid vibration Download PDF

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KR101113073B1
KR101113073B1 KR1020110076218A KR20110076218A KR101113073B1 KR 101113073 B1 KR101113073 B1 KR 101113073B1 KR 1020110076218 A KR1020110076218 A KR 1020110076218A KR 20110076218 A KR20110076218 A KR 20110076218A KR 101113073 B1 KR101113073 B1 KR 101113073B1
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Abstract

PURPOSE: A power converter for a small wind power generator is provided to enable a user to stably operate a wind power generator by controlling the maximum power according to vibration. CONSTITUTION: An oscillation frequency detecting unit(310) detects a frequency element related to vibration. A vibration determining unit(320) determines whether the vibration is generated. A maximum power controlling unit(330) outputs maximum power control information. A phase current operating unit(340) operates a phase control current value for controlling a phase DC. A PI current controller controls a time ratio of a PWM control unit(360). The PWM control unit controls the PWM switching of a load output control unit.

Description

진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치{MAXIMUM POWER CONTROLLABLE WIND ENERGY CONVERSION SYSTEM WITH ALGORITHM TO AVOID VIBRATION}MAXIMUM POWER CONTROLLABLE WIND ENERGY CONVERSION SYSTEM WITH ALGORITHM TO AVOID VIBRATION}

본 발명은 소형 풍력발전기에 있어서, 진동의 발생여부에 따라서 풍력발전에 의하 부하출력의 제어를 수행하여 풍력발전기의 동작이 안정되게 수행될 수 있도록 하는 진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치에 관한 것이다. The present invention is a small wind power generator, small wind power capable of maximum power operation applied to the vibration avoidance algorithm to perform a stable operation of the wind power generator by controlling the load output by the wind power generation depending on whether vibration is generated It relates to a power converter for a generator.

일반적으로 풍력발전기란 바람에 의해 발생되는 운동에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 수단으로, 풍력을 기계적인 회전력으로 변환하기 위한 운동에너지 변환수단, 운동에너지변환수단에서의 회전력을 전기적인 에너지로 변환하기 위한 전기에너지 변환수단으로 구성된다. In general, a wind power generator is a means for converting kinetic energy generated by wind into electrical energy, kinetic energy converting means for converting wind into mechanical rotational force, and converting rotational force in kinetic energy converting means into electrical energy. It consists of electrical energy conversion means for.

이의 구성 예로 바람에 의해 회전하 블레이드(blade)를 구성하고 블레이드에 영구자석을 연결하여 코일내에서 블레이드의 회전에 따라 영구자석이 회전하여 전류를 발생시키도록 구성한 것으로, 스테이터(stator)로 코일을 구성하고, 로터(rotor)로서 영구자석을 구성한 것이다. As a configuration example of this, a blade is formed by rotating by wind and a permanent magnet is connected to the blade so that the permanent magnet rotates in accordance with the rotation of the blade in the coil to generate a current. The coil is formed by a stator. It consists of a permanent magnet as a rotor.

이와 같은 소형 풍력발전기는 일반적으로 바람에 의해 회전하는 블레이드 로터부와 블레이드 로터부의 회전에 따라 전류를 발생시키기 위한 영구자석형 발전기와, 풍력발전기가 최대 출력을 유지할 수 있도록 부하출력을 제어하는 전력변환제어수단을 포함하여 구성된다. Such small wind power generators generally have a permanent rotor generator for generating current in accordance with the rotation of the blade rotor and the blade rotor rotated by the wind, and a power converter for controlling the load output so that the wind generator maintains the maximum output. It comprises a control means.

이에 따르면 바람에 따라 회전하는 블레이드로터부에 의해 영구자석형 발전기 내에 구성되는 영구자석이 회전하면서 전력을 발생시키는 구조이다. According to this structure is a structure that generates power while the permanent magnet is configured in the permanent magnet generator by the blade rotor rotates in accordance with the wind.

상기 영구자석형 발전기는 상기 영구자석을 로터로 하며 코일이 권선된 스테이터를 구성하여 스테이터의 내측중앙에서 영구자석이 회전하는 구조로 이루어진다. The permanent magnet generator has a structure in which the permanent magnet rotates in the inner center of the stator by forming a stator with a coil wound around the permanent magnet.

이와 같은 소형 풍력발전기는 대형 풍력발전기가 소음등의 환경문제로 산간이나 해상에설치되는 것과 달리 도심이나 기타 주거지에 설치가 가능하며, 사람이 밀집한 장소에 설치되므로 그 기계적 신뢰성이 매우 중요한 요소라고 할 수 있다.Such a small wind power generator can be installed in a city or other residential area, unlike large wind power generators installed in the mountains or the sea due to environmental problems such as noise, and mechanical reliability is very important because it is installed in crowded places. Can be.

즉, 기계적인 피로도가 가중되어 운전 중 파손이 일어난다면 고속으로 회전하는 블레이드가 날아가 곧장 인명 손실로 이어지기 때문이다.That is, if mechanical fatigue increases and breakage occurs during operation, the blades that rotate at high speed fly and lead to loss of life.

기계적인 피로도는 진동이 가장 큰 유발 요소이며 진동으로 인해 소음도 동반되어 발생하는 것이 일반적이라할 수 있다. Mechanical fatigue is the most inducing factor of vibration, and it can be said that the vibration is accompanied by noise.

진동 및 소음은 주변에서 생활하는 사람들에게 불안감을 불러일으키며 이는 전기적인 효율보다 실제적으로 더 중요하게 다루어져야 할 요소라 할 수 있다.Vibration and noise can cause anxiety for people living around them, which is a more important factor than electrical efficiency.

도 1은 일반적인 소형 풍력발전기용 전력변환장치의 구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a power converter for a general small wind power generator.

영구자석형 발전기(10)와, 영구자석형 발전기(10)로부터 출력되는 3상 출력전압을 입력받아 정류하는 부하출력제어부(30)의 제어에 따라서 스위칭하여 계통 측 인버터(23)에 전력을 공급하는 전력변환출력부(20)을 포함하여 구성되며, The permanent magnet generator 10 and the three-phase output voltage outputted from the permanent magnet generator 10 are switched under the control of the load output controller 30 to rectify and supply power to the grid-side inverter 23. It is configured to include a power conversion output unit 20,

전력변환출력부(20)는 영구자석형발전기(10)로부터 출력되는 3상 출력전압을 정류하는 정류부(21)와, 정류부(21)의 정류된 전압을 DC-DC컨버팅하는 부스트컨버터(22)와, 부스트컨버터(22)에서 출력되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 계통측에 제공하기 위한 인버터(23)를 포함하여 구성된다.The power conversion output unit 20 includes a rectifier 21 for rectifying the three-phase output voltage output from the permanent magnet generator 10 and a boost converter 22 for DC-DC converting the rectified voltage of the rectifier 21. And an inverter 23 for converting the DC voltage output from the boost converter 22 into a three-phase AC voltage and providing it to the grid side.

상기 부하출력제어부(30)는 영구자석형 발전기(10)의 회전속도(ω)를 검출하고 검출된 회전속도(ω)와 전력의 상관 관계를 이용하여 최대전력 제어를 위한 최대전력제어값(Pmax)을 연산하고, 정류부(21)를 통해 정류된 상전압(Vin), 상전류(Idc)를 이용하여 현재 전력(P)을 연산하여 최대전력제어값(Pmax)과 현재 전력(P)를 연산하여 최대전력제어를 수행하는 최대전력제어부(31)와, 최대전력제어부(31)의 제어에 따라서 현재 정류된 상전류(Idc)에 대한 펄스폭변조부(33)의 시비율(duty ratio)을 제어하는 상전류제어부(32)와, 부스트 컨버터(22)의 펄스폭변조 스위칭제어하는 PWM부(33)을 포함한다. The load output controller 30 detects the rotational speed (ω) of the permanent magnet generator 10 and uses the correlation between the detected rotational speed (ω) and power to control the maximum power control value (Pmax) for maximum power control. ), The current power P is calculated using the phase voltage Vin and the phase current Idc rectified by the rectifier 21 to calculate the maximum power control value Pmax and the current power P. Controlling the duty ratio of the pulse width modulator 33 with respect to the current rectified phase current Idc according to the control of the maximum power controller 31 and the maximum power controller 31. The phase current control part 32 and the PWM part 33 which control pulse width modulation switching of the boost converter 22 are included.

이와 같은 종래 소형 풍력발전기용 전력변환장치는 부하출력제어부(30)에서는 영구자석형 발전기(10)에서 출력되는 3상 전압을 전력변환출력부(20)에 대하여 최대전력제어를 수행하게 된다. In the conventional power converter for a small wind power generator as described above, the load output controller 30 performs the maximum power control with respect to the power conversion output unit 20 for the three-phase voltage output from the permanent magnet generator 10.

최대전력제어부(31)에서는 도 2에서와 같은 전력(P)과 회전속도(ω)의 관계정보를 이용하여 최대전력제어(Pmax)를 연산하고, 현재 전력(P)을 상전압(Vin)과 상전류(Idc)를 이용하여 연산한다. The maximum power control unit 31 calculates the maximum power control Pmax by using the relationship information between the power P and the rotational speed ω as shown in FIG. 2, and compares the current power P with the phase voltage Vin. Calculation is performed using the phase current Idc.

이후 최대전력제어값(Pmax)에서 현재의 전력(P)를 (-)연산하여 최대전력제어를 위한 상전류(Idc) 제어값을 생성하여 상전류제어부(32)로 제공한다.Thereafter, the current power P is negatively calculated from the maximum power control value Pmax to generate a phase current Idc control value for the maximum power control, and is provided to the phase current controller 32.

상전류제어부(32)에서는 제공된 제어값으로부터 상전류(Idc)의 기준값을 생성하고, 현재의 상전류(Idc)를 (-)연산하여 상전류 제어를 위한 PWM부(33)의 PWM 시비율을 생성하여 PWM부(33)를 제어한다. The phase current controller 32 generates a reference value of the phase current Idc from the provided control value, generates a PWM ratio of the PWM unit 33 for phase current control by calculating the current phase current Idc (-) and generates a PWM unit. 33 is controlled.

이와 같이 종래의 소형풍력발전기용 전력변환장치는 전기적인 효율을 중요시하므로 진동과는 상관없이 최대전력제어에만 중점을 둔 운전 알고리즘을 가지고 있는 실정이다. As such, the conventional power converter for a small wind power generator has an operation algorithm that focuses only on the maximum power control regardless of vibration because the electrical efficiency is important.

본 발명 진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치는, Power converter for a small wind power generator capable of driving the maximum power applied vibration vibration algorithm of the present invention,

풍력발전기 출력전류의 주파수 분석을 통해서 진동 유무를 검사하고 진동유무에 따라서 부하출력을 제어함에 있어서, 최대전력점 제어에 반영하여 풍력발전기의 전력변환제어가 안정되게 이루어질 수 있도록 한 것이다. The frequency analysis of the output current of the wind power generator to check the presence of vibration and control the load output according to the presence of the vibration, the power conversion control of the wind power generator to be made stable by reflecting in the maximum power point control.

본 발명 진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치는, 영구자석형 발전기에서 출력되는 3상 출력전압으로 입력받아 계통에 부하출력전압을 제공하는 전력변환장치를 제어출력하는 부하출력제어수단을 포함하는 풍력발전기에 있어서, Power converter for a small wind power generator capable of operating the maximum power to the vibration avoidance algorithm according to the present invention, which is input to the three-phase output voltage output from the permanent magnet type generator to control the power converter for providing a load output voltage to the system In the wind power generator including a load output control means,

상기 부하출력제어수단은 영구자석형 발전기의 상전류를 검출하여 특정주파수 성분을 검출하여 진동발생여부를 판단하고 그 판단결과 진동발생유무에 따라서 최대전력제어정보를 달리 연산하고 이에 따라 상기 전력변환장치의 상 정류된 DC전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.The load output control means detects the phase current of the permanent magnet type generator and detects a specific frequency component to determine whether vibration is generated. As a result of the determination, the maximum power control information is calculated differently according to whether vibration is generated. It characterized in that for controlling the phase rectified DC current.

이와 같은 본 발명에 따르면, 소형 풍력발전기의 최대전력제어를 수행함에 있어서, 진동의 발생유무에 따라서 그 최대전력제어를 달리 진행함으로써, 안정된 풍력발전기의 동작을 제공할 수 있다. According to the present invention, in performing the maximum power control of the small wind power generator, it is possible to provide a stable operation of the wind power generator by differently proceeding the maximum power control in accordance with the presence or absence of vibration.

도 1은 일반적인 종래 소형 풍력발전기의 전력변환장치 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 일반적인 소형 풍력발전기에 있어서, 영구자석형 발전기의 회전속도와 전력과의 관계를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명 진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 본 발명에 있어서, 풍속변동시 블레이드 파워와 회전속도와의 관계를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 있어서, 부하출력제어부에서의 진동발생유무에 따른 진동회피 알고리즘을 나타낸 플로우챠트이다.1 is a block diagram showing the configuration of a power converter of a conventional conventional small wind power generator.
2 is a graph showing the relationship between the rotational speed and power of a permanent magnet generator in a general small wind power generator.
Figure 3 is a block diagram showing the configuration of a power converter for a small wind power generator capable of driving the maximum power applied vibration avoidance algorithm of the present invention.
4 is a graph showing the relationship between the blade power and the rotational speed during the wind speed fluctuation.
5 is a flowchart showing a vibration avoiding algorithm according to the presence or absence of vibration in the load output control unit according to the present invention.

본 발명 진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치를 첨부된 도면 도 3 내지 도 5에 도시된 실시 예를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다. Referring to the embodiment shown in Figures 3 to 5 attached to the power converter for a small wind power generator capable of driving the maximum power applied vibration avoidance algorithm will be described as follows.

본 발명 진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치는,Power converter for a small wind power generator capable of driving the maximum power applied vibration vibration algorithm of the present invention,

영구자석형 발전기(100)와, 영구자석형 발전기(100)로부터 출력되는 3상 출력전압을 입력받아 정류하고 부하출력제어부(300)의 제어에 따라서 스위칭하여 부하 측에 전력을 공급하는 전력변환출력부(200)를 포함하여 구성되며,Power conversion output for supplying power to the load side by rectifying and receiving the three-phase output voltage output from the permanent magnet generator 100 and the permanent magnet generator 100 and switching according to the control of the load output control unit 300 It is configured to include a portion 200,

상기 전력변환출력부(200)는 영구자석형발전기(100)로부터 출력되는 3상 출력전압을 정류하는 정류부(210)와, 정류부(210)의 정류된 전압을 DC-DC컨버팅하는 부스트컨버터(220)와, 부스트컨버터(220)에서 출력되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 계통측에 제공하기 위한 인버터(230)를 포함하여 구성된다The power conversion output unit 200 is a rectifier 210 for rectifying the three-phase output voltage output from the permanent magnet generator 100, and the boost converter 220 for DC-DC converting the rectified voltage of the rectifier 210 ), And an inverter 230 for converting the DC voltage output from the boost converter 220 into a three-phase AC voltage and providing it to the grid side.

상기 부하출력제어부(300)는 영구자석형 발전기(100)의 상전류(Ia, Ib)를 검출하여 진동과 관련된 특정 주파수 성분(진동주파수)을 검출하는 진동주파수검출부(310)와, 진동주파수검출부(310)의 진동주파수 검출결과에 따라 진동의 발생유무를 판단하는 진동판단부(320)와, 진동판단부(320)로부터 진동발생정보를 제공받아 영구자석형 발전기(100)의 회전속도(ω)로부터 최적의 최대전력제어정보(Pmax) 또는 진동발생 시 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)를 생성하는 최대전력제어부(330)와, 최대전력제어부(330)에서 제공하는 최대전력제어정보(Pmax) 또는 진동발생에 따른 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)에 따라서 전력변환출력부(200)의 상DC전류(Idc)를 제어하기 위한 상제어전류값(Idc_ref, 또는 Idc new_ref)을 연산하는 상전류연산부(340)와, 상전류연산부(340)에서 연산된 제어전류값에 따라서 상DC전류(Idc)가 출력될 수 있도록 전력변환출력부(200)를 스위칭제어하기 위한 PWM제어부(360)의 시비율(duty ratio)을 제어하는 PI전류제어기(350)와, 부하출력제어부(200)를 PWM 스위칭제어하는 PWM제어부(360)를 포함하여 구성된다.The load output control unit 300 detects phase currents Ia and Ib of the permanent magnet generator 100 to detect a specific frequency component (vibration frequency) related to vibration, and a vibration frequency detection unit ( The vibration determination unit 320 determines whether vibration is generated or not according to the vibration frequency detection result of 310, and receives the vibration generation information from the vibration determination unit 320, which is optimal from the rotational speed ω of the permanent magnet generator 100. The maximum power control information (Pmax) or vibration generated when the maximum power control information (Pmax) or the maximum power control information (Pmax) provided by the maximum power control unit (330) Phase current operation unit 340 for calculating the phase control current value (Idc_ref, or Idc new_ref) for controlling the phase DC current (Idc) of the power conversion output unit 200 according to the new maximum power control information (Pnew_max) according to , Computed by the phase current calculator 340 PI current controller 350 for controlling the duty ratio of the PWM controller 360 for switching and controlling the power conversion output unit 200 to output the phase DC current Idc according to the control current value; , PWM control unit 360 for controlling the PWM switching load output control unit 200 is configured.

이와 같은 본 발명은 영구자석형 발전기(100)의 상전류(Ia,Ib)로부터 진동주파수를 검출하여 진동여부를 판별하고, 진동발생 시 최대전력을 제어함에 있어, 새로운 최대전력점을 설정하여 출력 전력변환이 이루어질 수 있도록 하는 데 그 기술적 특징이 있는 것으로, As described above, the present invention detects the vibration frequency from the phase currents Ia and Ib of the permanent magnet generator 100 to determine whether it is vibrated, and in controlling the maximum power when the vibration occurs, by setting a new maximum power point and output power. It's a technical feature to make the transformation happen,

진동주파수검출부(310)는 상전류(Ia, Ib)를 검출하여 진동과 관련된 특정 주파수 성분(진동주파수)이 포함되어 있는 지 확인하기 위한 수단으로, 상전류(Ia,Ib)로부터 진동주파수를 검출하기 위한 수단이다. The vibration frequency detector 310 detects the phase currents Ia and Ib and checks whether a specific frequency component (vibration frequency) related to vibration is included. The vibration frequency detection unit 310 detects the vibration frequencies from the phase currents Ia and Ib. Means.

상기 진동판단부(320)는 상기 진동주파수검출부(310)의 진동주파수 검출결과에 따라 진동의 발생유무를 판단하기 위한 수단으로, 진동주파수가 포함된 경우 진동이 발생하고 있음을 판단하게 된다.The vibration determining unit 320 is a means for determining whether vibration is generated according to the vibration frequency detection result of the vibration frequency detecting unit 310, and it is determined that vibration is generated when the vibration frequency is included.

최대전력제어부(330)는 상기 전력변환출력부(200)의 상DC전류(Idc)를 제어하여 최대전력제어가 이루어질 수 있도록 최대전력제어정보(Pmax)를 제공하기 위한 수단으로, 영구자석형 발전기(100)의 회전속도(ω)로부터 최대전력제어정보(Pmax)를 생성하며, 이의 최대전력제어정보(Pmax)를 생성함에 있어서, 진동판단부(320)로부터 진동발생정보를 참조하여 진동발생 시에는 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)를 생성한다.The maximum power control unit 330 is a means for providing the maximum power control information (Pmax) to control the phase DC current (Idc) of the power conversion output unit 200 to achieve the maximum power control, permanent magnet generator When generating the maximum power control information (Pmax) from the rotational speed (ω) of (100), and the maximum power control information (Pmax) thereof, when the vibration occurs by referring to the vibration generation information from the vibration determination unit 320 Create new maximum power control information (Pnew_max).

도 4는 풍속변동시 블레이드 파워와 회전속도와의 관계를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the relationship between blade power and rotational speed during wind speed fluctuations.

도 4는 도 2에서와 같은 동일한 특성 곡선을 나타내고 있다. 4 shows the same characteristic curve as in FIG.

풍속에 따라 변화하는 최대전력제어정보점(P1,P2,P3,P4,P5,P6)을 나타내며, 따라서 최대전력제어부(330)는 회전속도(ω)에 따라서 P1 내지 P6의 점을 최대전력제어정보(Pmax)로 설정하며, 진동발생 시에는 현재 설정된 전력제어정보(Pmax)의 인접된 전력제어정보점을 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)로 설정하게 된다.The maximum power control information points P1, P2, P3, P4, P5, and P6 change according to the wind speed. Therefore, the maximum power control unit 330 controls the points of P1 to P6 according to the rotational speed ω. Information Pmax, and when vibration occurs, the adjacent power control information point of the currently set power control information Pmax is set as the new maximum power control information Pnew_max.

즉, P2가 전력제어정보(Pmax)로 설정된다면, 진동발생 시에는 P3 또는 P4가 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)로 설정되는 것이다. That is, if P2 is set as the power control information Pmax, when vibration occurs, P3 or P4 is set as the new maximum power control information Pnew_max.

상전류연산부(340)는 최대전력제어부(330)에서 제공하는 최대전력제어정보(Pmax) 또는 진동발생에 따른 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)에 따라서 전력변환출력부(200)의 상DC전류(Idc)를 제어하기 위한 수단으로, 상제어전류값(Idc_ref, 또는 Idc new_ref)을 연산한다.The phase current calculator 340 is a phase DC current Idc of the power conversion output unit 200 according to the maximum power control information Pmax provided by the maximum power controller 330 or the new maximum power control information Pnew_max according to the vibration. ) Is calculated to calculate the phase control current value Idc_ref or Idc new_ref.

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PI전류제어기(350)는 상전류연산부(340)에서 연산된 제어전류값에 따라서 상DC전류(Idc)가 출력될 수 있도록 PWM제어부(360)의 시비율(duty ratio)을 제어하기 위한 수단이다. The PI current controller 350 is a means for controlling the duty ratio of the PWM controller 360 to output the phase DC current Idc according to the control current value calculated by the phase current calculator 340.

PWM제어부(360)는 전력변환출력부(200)를 스위칭제어하기 위한 수단으로, 부하출력제어부(200)의 스위칭소자(Q1)를 PWM 스위칭제어한다.The PWM controller 360 is a means for switching and controlling the power conversion output unit 200. The PWM controller 360 performs PWM switching control of the switching element Q1 of the load output controller 200.

여기서, 정의하고 있는 상DC전류(Idc), 상정류전압(Vin)은 일반적인 교류에서 표현되는 상(phase) 개념을 지칭하는 것이 아니라, 기술의 이해를 돕고 그 내용을 명확하게 하기 위하여 지칭한 것으로, 실제로는 영구자석형발전기(100)에 대하여 정류부(210)를 통해 정류된 직류전류, 직류전압을 의미하는 것이다.Here, the phase DC current (Idc) and the phase rectified voltage (Vin) are not defined to refer to a phase concept expressed in general AC, but are referred to to help understand the technology and to clarify the contents. In reality, the permanent magnet generator 100 refers to a DC current and a DC voltage rectified through the rectifier 210.

이와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 동작과정을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation process of the present invention having such a configuration as follows.

영구자석형 발전기(100)에서 출력되는 3상 교류전압은 정류부(210)를 통하여 직류전류로 정류되고, 부스트컨버터(220)를 통하여 DC-DC변환되어 인버터(230)로 출력되며, 인버터(230)에서 3상 교류로 변환하여 계통에 공급한다.The three-phase AC voltage output from the permanent magnet generator 100 is rectified into a DC current through the rectifier 210, DC-DC converted through the boost converter 220 is output to the inverter 230, inverter 230 ) Is converted into three-phase alternating current and supplied to the system.

이때, 부하출력제어부(300)에서는 부스트 컨버터(220)의 인덕터(Ldc)에 흐르는 상DC전류(Idc)를 제어하여 최대전력운전을 제어하게 된다. At this time, the load output control unit 300 controls the maximum power operation by controlling the phase DC current (Idc) flowing in the inductor (Ldc) of the boost converter 220.

최대전력제어부(330)에서는 영구자석형 발전기(100)의 회전속도(ω)를 검출하고 회전속도에 따라서 최대전력제어정보(Pmax)를 연산하여 상전류제어값(Idc_ref)을 연산하도록 한다. The maximum power controller 330 detects the rotational speed ω of the permanent magnet generator 100 and calculates the maximum power control information Pmax according to the rotational speed to calculate the phase current control value Idc_ref.

최대전력제어부(330)에서는 진동의 발생유무에 따라서 최대전력제어정보를 달리적용하여 안정된 풍력발전기의 동작이 이루어질 수 있도록 한다.The maximum power control unit 330 allows stable wind generator operation by applying the maximum power control information differently according to the occurrence of vibration.

진동주파수검출부(310)에서는 영구자석형발전기(100)의 상전류(Ia,Ib)를 입력받아 상전류(Ia,Ib)로부터 진동에 관련된 주파수 즉, 진동주파수를 검출하여 진동판단부(320)로 제공한다. The vibration frequency detector 310 receives the phase currents Ia and Ib of the permanent magnet generator 100 and detects the frequencies related to the vibrations from the phase currents Ia and Ib, and provides them to the vibration determination unit 320. .

진동판단부(320)에서는 상전류(Ia,Ib)에 진동주파수가 포함되어 있는 지를 확인하여 진동여부를 판단하게 되며 The vibration determining unit 320 determines whether the vibration current is included in the phase currents Ia and Ib to determine whether the vibration is present.

진동주파수가 검출되면 진동판단부에서는 진동이 발생하였음으로 판단하여 새로운 최대전력제어점을 설정하여 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)를 연산한다.When the vibration frequency is detected, the vibration determination unit determines that vibration has occurred, sets a new maximum power control point, and calculates new maximum power control information (Pnew_max).

도 5는 본 발명에 있어서, 부하출력제어부에서의 진동발생유무에 따른 진동회피 알고리즘을 나타낸 플로우챠트이다.5 is a flowchart showing a vibration avoiding algorithm according to the presence or absence of vibration in the load output control unit according to the present invention.

진동주파수가 검출되지 않은 상태에서는 상기에서 설명한 바와 같이, 최대전력제어(Pmax)를 연산하고 즉, 도 4에서의 P1 내지 P6의 한점으로 설정하여 상전류 제어값(Idc_ref)를 연산한다.In the state where the vibration frequency is not detected, as described above, the maximum power control Pmax is calculated, that is, the phase current control value Idc_ref is calculated by setting one point of P1 to P6 in FIG.

상전류제어값(Idc_ref)은 최대전력제어(Pmax)와 현재의 상정류전압(Vin)을 이용(Idc_ref=Pmax/Vin)하여 산출한다.The phase current control value Idc_ref is calculated by using the maximum power control Pmax and the current phase rectifying voltage Vin (Idc_ref = Pmax / Vin).

이와같이 연산된 상전류제어값은 상전류연산부(340)로 제공되고, 상전류연산부(340)에서는 상기의 상전류제어값(Idc_ref)에 따라서 PWM제어부(350)의 시비율(duty)을 제어하여 상DC전류(Idc)를 제어한다.The phase current control value calculated in this manner is provided to the phase current operation unit 340, and the phase current operation unit 340 controls the ratio of the PWM control unit 350 based on the phase current control value Idc_ref to control the phase DC current ( Idc) is controlled.

한편, 진동이 발생된 경우에는 진동회피 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)를 연산한다. 즉 상기 도 4에서 설명한 바와 같이, 최대전력제어정보(Pmax)로부터 인접된 전력제어점을 선택하여 최대전력제어정보(Pnew_max)로 설정한다.On the other hand, when vibration is generated, the vibration avoidance new maximum power control information (Pnew_max) is calculated. That is, as described above with reference to FIG. 4, adjacent power control points are selected from the maximum power control information Pmax and set as the maximum power control information Pnew_max.

이후, 상기에서와 같이, 새로운 상전류제어값(Idc new_ref)을 연산(Idc new_ref=Pnew_max/Vin)하여 상전류연산부(340)로 제공하고 상기에서와 같이, 상DC전류(Idc)제어를 수행한다. Thereafter, as described above, a new phase current control value Idc new_ref is calculated (Idc new_ref = Pnew_max / Vin) and provided to the phase current calculator 340, and as described above, phase DC current Idc control is performed.

상기에서와 같이 진동의 발생유무에 따라 최대전력 제어를 달리함으로써, 풍력발전기의 동작을 안정되게 한다.As described above, by controlling the maximum power in accordance with the presence or absence of vibration, the operation of the wind turbine is stabilized.

Claims (4)

영구자석형 발전기에서 출력되는 3상 출력전압을 입력받아 계통에 부하출력전압을 제공하는 전력변환장치를 제어출력하는 부하출력제어수단을 포함하는 소형풍력발전기용 전력변환장치에 있어서,
상기 부하출력제어수단은 영구자석형 발전기의 상전류로 부터 특정주파수 성분을 검출하여 진동발생여부를 판단하고 그 판단결과에 따라서 진동이 발생하지 않을 경우와 진동이 발생할 경우 서로 다른 최대전력제어정보를 생성하고, 생성된 최대전력제어정보에 따라서 상기 전력변환장치의 직류전류(상DC전류;Idc)를 제어하는 것을 특징으로 하는 진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치.In the power converter for a small wind power generator comprising a load output control means for receiving a three-phase output voltage output from the permanent magnet type generator to control the power converter for providing a load output voltage to the system,
The load output control unit detects a specific frequency component from the phase current of the permanent magnet generator to determine whether vibration is generated, and generates different maximum power control information when vibration does not occur and vibration occurs according to the determination result. And controlling a direct current (phase DC current; Idc) of the power converter according to the generated maximum power control information. 제 1항에 있어서,
상기 부하출력제어수단은 영구자석형 발전기의 상전류를 검출하여 진동과 관련된 특정 주파수 성분(진동주파수)을 검출하는 진동주파수검출부, 진동주파수검출부의 진동주파수 검출결과에 따라 진동의 발생유무를 판단하는 진동판단부, 진동판단부로 부터 진동발생정보를 제공받아 진동이 발생하지 않는 경우 최대전력제어정보(Pmax)를 생성하고 진동발생 시에는 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)를 생성하여 진동발생여부에 따라서 서로 다른 최대전력제어정보를 상전류연산부로 제공하는 최대전력제어부와, 최대전력제어부에서 제공하는 최대전력제어정보(Pmax) 또는 진동발생에 따른 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)에 따라서 전력변환장치의 상DC전류(Idc)를 제어하기 위한 상제어전류값(Idc_ref, 또는 Idc new_ref)을 연산하는 상전류연산부와, 상전류연산부에서 연산된 제어전류값에 따라서 상DC전류(Idc)가 출력될 수 있도록 전력변환장치를 스위칭제어하기 위한 PWM제어부의 시비율(duty ratio)을 제어하는 PI전류제어기와, 부하출력제어부를 PWM 스위칭제어하는 PWM제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치.The method of claim 1,
The load output control unit may detect a phase current of the permanent magnet type generator to detect a specific frequency component (vibration frequency) related to vibration, and a vibration plate to determine whether vibration is generated according to the vibration frequency detection result of the vibration frequency detection unit. When vibration is generated from the end and vibration judgment part, it generates maximum power control information (Pmax) when vibration does not occur, and generates new maximum power control information (Pnew_max) when vibration occurs. Phase DC current of the power converter according to the maximum power control unit for providing the maximum power control information to the phase current calculation unit, and the maximum power control information (Pmax) provided from the maximum power control unit, or new maximum power control information (Pnew_max) according to the vibration occurrence. A phase current calculator for calculating a phase control current value (Idc_ref or Idc new_ref) for controlling (Idc), and a phase current A PI current controller for controlling the duty ratio of the PWM controller for switching the power converter so that the phase DC current Idc can be output according to the control current value calculated by the acid generator, and the load output controller PWM. Power converter for a small wind power generator capable of maximum power operation applied to the vibration avoidance algorithm, characterized in that it comprises a PWM control unit for switching control. 제 2항에 있어서, 상기 최대전력제어부는 풍속에 따라 변화하는 다수 개의 최대전력제어정보점(P1,P2,P3,P4,P5,P6)을 설정정보로 갖으며, 영구자석형 발전기의 회전속도(ω)에 따라서 다수 개의 최대전력제어 정보점(P1 내지 P6) 중 어느 하나의 점을 최대전력제어정보(Pmax)로 설정하며, 진동발생 시에는 현재 설정된 최대전력제어정보(Pmax)의 인접된 전력제어정보점을 새로운 최대전력제어정보(Pnew_max)로 설정하도록 한 것을 특징으로 하는 진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치.The method of claim 2, wherein the maximum power control unit has a plurality of maximum power control information points (P1, P2, P3, P4, P5, P6) that changes according to the wind speed as the setting information, the rotational speed of the permanent magnet generator According to (ω), one of the plurality of maximum power control information points P1 to P6 is set as the maximum power control information Pmax, and when vibration occurs, adjacent to the currently set maximum power control information Pmax A power converter for a small wind power generator capable of maximum power operation with a vibration avoidance algorithm, characterized in that the power control information point is set to the new maximum power control information (Pnew_max). 제 2항에 있어서, 상기 상전류연산부에서 상제어전류값(Idc_ref, 또는 Idc new_ref)의 연산은,
Idc_ref=Pmax/Vin, Idc new_ref=Pnew_max/Vin 에 의해 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 진동 회피알고리즘이 적용된 최대전력 운전이 가능한 소형 풍력 발전기용 전력변환장치.The method of claim 2, wherein the calculation of the phase control current value Idc_ref or Idc new_ref in the phase current calculator,
Idc_ref = Pmax / Vin, Idc new_ref = Pnew_max / Vin A power converter for a small wind power generator capable of maximum power operation with a vibration avoidance algorithm.
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