KR101155044B1 - 소형 풍력 발전 장치 및 그에 의한 제어 방법 - Google Patents

소형 풍력 발전 장치 및 그에 의한 제어 방법 Download PDF

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Abstract

전력 효율을 높이고 안정적인 동작을 보장하기 위한 소형 풍력 발전 장치 및 그에 의한 제어 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 풍력에서 전기를 생산하는데 필요한 블레이드, 발전기 및 충전기를 구비한 소형 풍력 발전 장치으로서, 상기 발전기에서 발생된 전압을 검출하고, 상기 검출된 전압에서 회전자의 회전 속도를 추정하는 토크 요소 검출부; 상기 회전 속도에 대응하여 기설정된 회전 속도 대비 부하 정보에서 적정한 부하를 결정하는 역토크 요소 결정부; 상기 검출된 전압과 결정된 부하에 기초하여 상기 발전기에 가해질 역토크용 목표 전류을 연산하는 목표 전류 연산부; 상기 발전기로부터 유입된 전압을 충전하는 상기 충전기로부터 제1 전류을 검출하는 전류 검출부; 및 상기 제1 전류와 목표 전류을 비교하여 그 차이만큼 상기 발전기에서 발생된 제1 전류을 전류 제어부;를 포함하는 소형 풍력 발전 장치가 제공된다.
이에, 본 발명은 마치 발전기에 더미 저항 부하를 달은 것처럼 느껴져 발전기의 회전 속도를 능동적이고빠른 제어가 가능하여 최적의 전력 효율을 구현하고, 동시에 안정성을 높여주는 효과가 발생한다.

Description

소형 풍력 발전 장치 및 그에 의한 제어 방법{Small-sized wind power generating power apparatus and control method thereby}
본 발명은 소형 풍력 발전 장치 및 그에 의한 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전력 효율을 높이고 안정적인 동작을 보장하기 위한 소형 풍력 발전 장치 및 그에 의한 제어 방법에 관한 것이다.
최근에는, 가정용 주택, 공공 건물과 같은 생활 거주지에서 전력을 생산하고자, 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하는 소형 풍력 발전 장치가 널리 도입되고 있는 추세이다. 이러한 소형 풍력 발전 장치는 큰 전력 생산이 쉬운 대형 풍력 발전 장치에 비하면 크기가 작고 설치가 용이한 잇점을 갖고 있다.
비록 작은 전력을 생산하지만, 이속에서도 그나마 큰 전력을 생산하기 위해서는 전력 효율을 높여야 한다. 전력 효율을 높이기 위해서는 블레이드의 회전력('토크'로 칭하기도 함)을 증대시키는 것이 급선무이나, 사람이 머무는 곳에 위치하기 때문에 안정성이라는 문제점을 고려해야 한다. 안정성을 높이기 위해서는 블레이드의 회전력을 유지하는 것이 중요하다.
그러나, 종래의 소형 풍력 발전 장치는 그 내부에 구비되는 블레이드 및 발전기 등을 수동식으로 제어하게 됨으로써, 전력 효율과 함께 안정성을 높이기란 쉽지 않은 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 전력 효율 및 안정성에 영향을 주는 역회전력(역토크)에 깊게 관여하고 있는 부하량(전류량)을 빠르게 조정이 가능하도록, 능동적 가변 부하 방식 알고리즘을 적용한 소형 풍력 발전 장치 및 그의 제어 방법을 제공하고자 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 풍력에서 전기를 생산하는데 필요한 블레이드, 발전기 및 충전기를 구비한 소형 풍력 발전 장치으로서, 상기 발전기에서 발생된 전압을 검출하고, 상기 검출된 전압에서 회전자의 회전 속도를 추정하는 토크 요소 검출부; 상기 회전 속도에 대응하여 기설정된 회전 속도 대비 부하 정보에서 적정한 부하를 결정하는 역토크 요소 결정부; 상기 검출된 전압과 결정된 부하에 기초하여 상기 발전기에 가해질 역토크용 목표 전류을 연산하는 목표 전류 연산부; 상기 발전기로부터 유입된 전압을 충전하는 상기 충전기로부터 제1 전류을 검출하는 전류 검출부; 및 상기 제1 전류와 목표 전류을 비교하여 그 차이만큼 상기 발전기에서 발생된 제1 전류을 전류 제어부;를 포함하는 소형 풍력 발전 장치가 제공된다.
여기서, 본 발명의 일 태양에 따른 상기 소형 풍력 발전 장치는 상기 발전기로부터 전압을 검출한 후, 상기 제1 전류를 제어하기까지의 지연 시간 동안에 발생한 시간 오차를 보상하는 시간 오차 보상부를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 상기 시간 오차 보상부는, PD(Proportional-Derivative) 제어로 상기 시간 오차를 보상하게 되어 능동적인 제어가 가능하다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 상기 충전기는 DC-DC 변환기를 더 포함하고, 상기 DC-DC 변환기가 상기 발전기로부터 제1 전류을 유입할 경우 상기 전류 제어부는, 상기 DC-DC 변환기에 유입된 제1 전류을 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 태양에 따른 상기 전류 검출부는 전류 센서를 이용하여 상기 제1 전류을 검출하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 일 태양에 따르면, 소형 풍력 발전 장치 내의 연산/제어 모듈에서 블레이드, 발전기 및 충전기를 제어하기 위한 방법으로서, (a) 풍력용 발전기에서 검출된 전압을 이용하여 회전자의 회전 속도를 추정하는 단계; (b) 상기 추정된 회전 속도에 대응하여 발전기에서 가변될 적정한 부하를 결정하는 단계; (c) 상기 검출된 전압과 결정된 부하에 기초하여 발전기의 역토크용 목표 전류을 연산하는 단계; 및 (d) 충전기로부터 제1 전류을 검출하고, 상기 제1 전류와 목표 전류을 비교하여 그 차이만큼 발전기에서 발생된 제1 전류을 제어하는 단계;를 포함하는 소형 풍력 발전 장치에 의한 제어 방법이 제공된다.
여기서, 본 발명의 다른 일 태양에 따른 상기 소형 풍력 발전 장치에 의한 제어 방법은 (e) 상기 (c) 단계와 (d) 단계의 사이에는 상기 전압 검출에서 제1 전류 제어까지의 지연 시간 동안에 발생한 시간 오차를 보상하는 단계;를 더 포함하여 이루어진다.
또한, 본 발명의 다른 일 태양에 따른 상기 (e) 단계는, PD(Proportional-Derivative) 제어 방식을 이용하여 상기 시간 오차를 보상할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 발전기를 거쳐 발생된 전압을 검출함과 즉시 미리 설정된 저항 용량에 맞춰 발전기에서 발생되는 전류(또는 발전기로부터 유입되는 전류)을 빠르게 제어하는 능동적 가변 부하 방식 알고리즘으로 인하여, 마치 발전기에 더미 저항 부하를 달은 것처럼 느껴져 발전기의 회전 속도를 능동적이고빠른 제어가 가능하여 최적의 전력 효율을 구현하고, 동시에 안정성을 높여주는 효과가 발생한다.
또한, 본 발명은 블레이드, 발전기 및 충전기에서 주고 받는 신호의 시간동안에 발생한 지연 시간 오차에 대하여 PD 제어 방식으로 제어함으로써, 능동적으로 빠른 제어가 가능하여 이 또한 최적의 전력 효율과 함께 안정성을 높여주는데 기여하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소형 풍력 발전 장치(100)을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 토크 대비 회전 속도 관계(150)와 회전 속도 대비 부하 관계(160)를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 소형 풍력 발전 장치(100)에 의한 제어 방법(S100)을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 소형 풍력 발전 장치(100)을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 소형 풍력 발전 장치(100)는 가정이나, 공공 건물과 같이 제한된 공간내에서 소규모로서 운영되는 발전 장치로서, 블레이드(110), 발전기(120), 충전기(130) 및 연산/제어 모듈(140)을 포함하여 구성된다.
먼저, 본 발명의 블레이드(110)는 불어오는 바람의 세기 정도에 따라 크기가 다른 회전력('토크'라고도 함)을 발생시킨다. 여기서의 회전력은 이후에 설명될 발전기(120) 내의 회전자로 전달된다.
다음으로, 본 발명의 발전기(120)는 블레이드(110)에서 발생된 회전력을 전달받기 위하여 회전자(미도시)를 구비한다. 따라서, 블레이드(110)의 회전력에 의해 회전자가 회전하여 회전 속도(RPM, 회전수)를 발생시킨다. 이와 같이 발생된 회전 속도는 발전기(120)에 의해 전기 에너지로 변환되며 회전 속도의 크기에 따라 전기 에너지의 생산이 달라질 것이다.
이때, 회전 속도가 증가하는 만큼 발전기(120)에서는 역회전력('역토크'라고도 함) 현상이 발생한다. 역회전력은 출력측 유도자에 연결된 부하(LOAD)측에서 전류가 발생되고, 상기 전류가 회전자의 회전 속도에 영향을 준다.
만약, 회전자에 가해지는 역회전력이 회전 속도에 비하여 크면 회전자의 회전 속도가 그 만큼 감소하게 되나, 반대로 역회전력이 회전 속도에 비하여 작으면 회전 속도가 증가한다.
이와 같이, 부하(LOAD)에서 발생된 전류의 크기에 따라 회전 속도가 달라지고, 이로부터 전력 생산의 크기가 달라지기 때문에 전력 효율을 높이면서도 안정성을 겸하기 위해서는 부하(LOAD)로부터 유입되는 부하와 전류을 조절할 필요가 있다. 부하와 전류의 조절은 이후에 설명될 연산/제어 모듈(140)에 의하여 달성된다.
다음으로, 본 발명의 충전기(130)는 베터리로서, 발전기(120)로부터 전달된(유입된) 전압(AC 또는 DC 전압)을 정류(AC->DC)하거나 그대로 받아들여 DC/DC 변환기(131)에 의해 변환한 후 충전한다. 물론, 전압의 크기에 따라 충전되는 전기는 다를 것이다.
마지막으로, 본 발명의 연산/제어 모듈(140)은 앞서 설명한 블레이드(110), 발전기(120) 및 충전기(130)간의 데이터 흐름과 같은 제어를 담당할 뿐만 아니라, 능동적으로 블레이드(110), 발전기(120) 및 충전기(130)를 제어하는 역할을 한다.
특히, 발전기(120)에서 유입되는 부하측의 전류를 신속하게 조절/제어하기 위하여, 본 발명의 연산/제어 모듈(140)은 토크 요소 검출부(141), 역토크 요소 결정부(142), 목표 전류 연산부(143), 전류 검출부(144) 및 제1 전류 제어부(145)를 포함한다. 이하에서는, 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
먼저, 본 발명의 토크 요소 검출부(141)는 발전기(120)에서 발생된 전압(회전 속도에 따라 발생된 전압의 크기)을 검출한다. 이때, 역으로 전압의 크기를 알면 회전자의 회전 속도를 추정할 수 있다. 이러한 근거에 의하여 본 발명의 토크 요소 검출부(141)는 검출된 전압에서 회전자의 회전 속도를 추정해낸다. 회전 속도는 수시로 변화는 것이므로 변화가 발생할때마다 크기가 다른 전압을 검출함은 물론이다.
다음으로, 본 발명의 역토크 요소 결정부(142)는 토크 요소 검출부(141)에 의해 추정된 회전 속도에 기초하여 발전기(120)에 반영되어야 할 적정 부하를 결정한다. 적정 부하를 결정하기 위해서는 적정 부하의 기초가되는 블레이드(110)의 토크 대비 회전자의 회전 속도 관계와 상기 회전자의 회전 속도와 부하와의 관계를 미리 설정한다. 이러한 관계는 시험의해 획득되어진 최적의 결과이다.
각 관계에 대하여 일례로서 도 2 및 도 3과 같이 나타낼 수 있다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 토크 대비 회전 속도 관계(150)와 회전 속도 대비 부하 관계(160)를 예시적으로 나타낸 그래프이다.
먼저, 도 2 및 도 3을 살펴보면, 도 2에 도시된 그래프(150)에서는 토그 대비 회전속도의 관계에서 회전 속도(회전수, RPM)에 필요한 적정 토크량(151)을 보여주며, 도 3에 도시된 그래프(160)에서는 회전 속도에 대응하는 적정 부하 용량(161)을 보여준다.
이때, 각 토크, 회전 속도 및 부하 간의 각 대응값은 정보로서 미리 기억되며, 이럴 경우 각 정보는 궁극적으로 발전기(120)에 영향에 영향을 미치는 역토크 요소로서 작용한다.
다시 도 1로 돌아와, 궁극적으로 본 발명의 역토크 요소 결정부(142)는 토크 요소 검출부(141)에 의해 추정된 회전 속도에 기초하여 기설정된 회전 속도 정보를 찾아내고, 상기 회전 속도 정보에 대응하여 기설정된 부하 정보를 찾아냄으로써 적정한 부하 정도를 결정하게 되는 것이다.
다음으로, 본 발명의 목표 전류 연산부(143)는 토크 요소 검출부(141)에서 검출된 전압과 역토크 요소 결정부(142)에서 결정된 부하를 제공받아 검출된 전압과 결정된 부하에 기초하여 발전기(120)에 가해질 역토크용 목표 전류을 연산한다.
즉, 부하는 저항으로서 작용하기 때문에 전압과 저항(부하)을 알면 쉽게 목표 전류 값이 구해질 수 있다. 이와 같은 목표 전류 연산부(143)는 마이크로 프로세서일 수 있으며, 결국 상기 마이크로 프로세서에서 위와 같은 연산을 수행하게 되는 것이다.
다음으로, 본 발명의 전류 검출부(144)는 충전기(130)로부터 제1 전류을 검출하는 역할을 한다. 여기서, 충전기(130)는 발전기(120)로부터 풍력 에너지를 전기 에너지로 변환하여 발생된 전압을 유입할 경우 그 속에서는 제1 전류를 담고 있다.
이에 따라, 본 발명의 전류 검출부(144)는 발전기(120)로부터 유입된 전압을 충전하는 충전기(130)로부터 제1 전류을 검출하게 되는 것이다. 그러나, 제1 전류는 충전기(130)에서 발전기(120)로부터 유입한 전압을 충전할 때 발생된 전류일 수도 있다. 때로는 충전기(120)내에 포함된 DC-DC 변환기(131)로부터 제1 전류가 발생할 경우 DC-DC 변환기(131)의 제1 전류을 전류 검출부(144)에서 검출할 수도 있다.
마지막으로, 본 발명의 전류 제어부(145)는 전류 검출부(144)에서 보내온 제1 전류와 목표 전류 연산부(143)에서 보내온 목표 전류을 비교하여 그 차이만큼 발전기(120)에서 발생된 제1 전류을 제어한다. 즉, 제1 전류와 목표 전류을 비교하여 그 차이만큼 제1 전류를 조정하는 형태로 제1 전류를 제어한다.
이와 같이, 미리 설정된 최적의 회전 속도 대비 부하 관계에 기초하여 발전기(120)의 역토크 현상에 영향을 주는 제1 전류를 조정함으로써, 궁극적으로 역토크를 조절하여 회전자의 회전 속도(회전수)를 능동적으로 조절, 제어하게 되는 것이다.
이로써, 발전기에서 발생되는 회전 속도가 조절되면, 본 실시예에서는 최적의 발전 효율을 높임과 동시에 안정성을 보장하는 본 발명의 목적을 실현할 수 있게 되는 것이다.
여기서, 실질적으로, 전압을 검출한 후, 연산하여 제1 전류를 제어하기까지의 시간이 다소 지연되어 오차가 발생한다. 이러한 지연 시간을 최소하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 연산/제어모듈(140)은 시간 오차 보상부(146)를 더 포함한다.
본 발명의 시간 오차 보상부(146)는 앞서 설명한 바와 같이 발전기(120)로부터 전압을 검출한 후, 제1 전류를 제어하기까지의 지연 시간 동안에 발생한 시간 오차를 보상하는 역할을 한다. 이때, 바람직하게는 PD(Proportional-Derivative) 제어로 지연된 시간 오차를 보상할 수 있어 빠른 제어가 가능하다.
이와 같이, PD 제어를 실시하면, 발전기(120)에 영향을 주는 역토크의 부하가 마치 더미 저항 부하에 가깝게 현실화될 수 있어 회전자의 회전 속도를 즉시 조절할 수 있다.
한편, 이상에서 설명된 본 발명의 연산/제어 모듈(140)은 블레이드(110), 발전기(120), 충전기(130)를 연산, 제어하기 위한 유닛으로서 블레이드(110), 발전기(120), 충전기(130)와 별도로 형성되는 것으로 설명되었으나, 실질적으로는 충전기(130) 또는 발전기(120)와 같은 장치내에 존재할 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.
제2 실시예
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 소형 풍력 발전 장치(100)에 의한 제어 방법(S100)을 예시적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 소형 풍력 발전 장치(100)에 의한 제어 방법(S100)은 앞서 도 1 내지 도 3을 참고하여 설명한 소형 풍력 발전 장치(100) 내의 연산/제어 모듈(140)에서 블레이드(110), 발전기(120) 및 충전기(130)를 제어하기 위한 것이다.
이러한 소형 풍력 발전 장치(100)에 의한 제어 방법(S100)은 S102 단계 내지 S118 단계를 통하여 실시될 수 있다. 먼저, 본 발명의 S102 단계에서는 전압 검출 여부를 판단한다. 즉, 연산/제어 모듈(140)이 발전기(120)로 전압 검출 요청 신호를 보내 그 긍정의 응답으로서 발전기(120)로부터 전압을 검출한다. 전압 검출이 정상적으로 이루어지면 S104 단계를 실시하고, 그렇지 않을 경우에는 S106 단계를 실시한다. S106 단계에서는 발전기(120)로 전압 재검출을 요청하여 그 결과를 얻어내는 과정까지의 진행이다.
이후, 본 발명의 S104 단계에서는 풍력용 발전기(120)에서 검출된 전압을 이용하여 회전자의 회전 속도를 추정하는 과정을 수행한다. 이때, 회전 속도의 추정은 전압을 크기로부터 알 수 있다. 이와 같이, 회전 속도의 값을 알게되면 부하를 결정하는 S108 단계를 진행한다.
이후, 본 발명의 S108 단계에서는 S104 단계의 추정된 회전 속도에 대응하여 발전기(120)에서 가변될 적정 부하를 결정한다. 적정 부하의 결정은 앞서 설명한 도 2 및 도 3의 그래프에서와 같이 토크 대비 회전 속도 관계(150)와 회전 속도 대비 부하 관계(160)를 통하여 얻어질 수 있다. 부하가 결정되면 S110 단계를 진행한다.
이후, 본 발명의 S110 단계에서는 전류 검출 여부를 판단한다. 즉, 연산/제어 모듈(140)이 전류센서(132) 또는 충전기(130)로 전류 검출 요청 신호를 보내 그 긍정의 응답으로서 제1 전류를 검출한다. 이때 제1 전류가 정상적으로 검출되면 S112 단계를 실시하며, 그렇지 않을 경우에는 S114 단계를 실시한다.
S114 단계에서는 충전지(130) 또는 전류 센서(132)로 전류 재검출을 요청하여 그 결과를 얻어내는 과정이다. 여기서 S110 단계 및 S114 단계는 순서에 한정되지 않고 앞서 설명된 단계 또는 이후에 설명될 임의의 단계후에도 실시할 수 있다.
이후, 본 발명의 S112 단계에서는 S102 단계의 긍정 판단에 따라 검출된 전압과 S108 단계에서 보내온 부하에 기초하여 발전기(120)의 역토크용 목표 전류을 연산한다. 이때, 부하의 값은 저항값이므로 Ｖ＝ＩＲ 공식에 의하여 목표 전류값을 쉽게 계산해낼 수 있다. 목표 전류값을 계산완료 하면, S118 단계를 실시한다.
이후, 본 발명의 S118 단계에서는 S110 단계의 긍정 판단에 따라 얻어진 제1 전류와 S112 단계에서 얻어진 목표 전류를 비교하여 그 차이 만큼 발전기(120)에서 발생된 제1 전류을 제어한다. 이때, 제1 전류는 발전기(120)로부터 유입된 충전기(130)의 제1 전류와 동일하다.
그러나, 충전기(130)에서 검출된 제1 전류는 충전기(130)에서 유입한 전류가 아니라 충전 이후에 발생한 전류일 수도 있으며, 이럴 경우에는 제어 대상인 제1 전류와 충전기(130)의 제1 전류는 다를 수 있는 것이다.
이와 같이, 미리 설정된 최적의 회전 속도 대비 부하 관계에 기초하여 발전기(120)의 역토크 현상에 영향을 주는 제1 전류를 조정함으로써, 궁극적으로 역토크를 조절하여 회전자의 회전 속도(회전수)를 능동적으로 조절, 제어하게 되는 것이다.
이로써, 발전기(120)에서 발생되는 회전 속도가 조절되면, 본 실시예에서는 최적의 발전 효율을 높임과 동시에 안정성을 보장하는 본 발명의 목적을 실현할 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 소형 풍력 발전 장치(100)에 의한 제어 방법(S100)은 S112 단계와 S118 단계의 S116 단계를 실시할 수도 있다. 본 발명의 S116 단계는 S112 단계와 S118 단계의 사이에서 전압 검출로부터 제1 전류를 제어하기까지의 지연 시간 동안에 발생한 시간 오차를 보상하는 과정을 수행한다.
이때, 바람직하게는, PD(Proportional-Derivative) 제어로 지연된 시간 오차를 보상할 수 있어 빠른 제어가 가능하다. 이와 같이, PD 제어를 실시하면, 발전기(120)에 영향을 주는 역토크의 부하가 마치 더미 저항 부하에 가깝게 현실화될 수 있어 회전자의 회전 속도를 즉시 조절할 수 있게 된다.
이상에서와 같이, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
예를 들면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 소형 풍력 발전 장치에 의한 제어 방법은 각 단계를 순차적으로 진행되는 것으로서 설명되었으나, 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 상기의 진행 과정에 한정되지 않고 다른 순서로도 진행 가능하며, 경우에 따라서는 일부가 생략되어질 수도 있다.
100 : 소형 풍력 발전 장치 110 : 블레이드
120 : 발전기 130 : 충전기
131 : DC-DC 변환기 132 : 전류 센서
140 : 연산/제어 모듈 141 : 토크 요소 검출부
142 : 역토크 요소 결정부 143 : 목표 전류 연산부
144 : 전류 검출부 145 : 제1 전류 제어부

Claims (8)

  1. 풍력에서 전기를 생산하는데 필요한 블레이드, 발전기 및 충전기를 구비한 소형 풍력 발전 장치으로서,
    상기 발전기에서 발생된 전압을 검출하고, 상기 검출된 전압에서 회전자의 회전 속도를 추정하는 토크 요소 검출부;
    상기 회전 속도에 대응하여 기설정된 회전 속도 대비 부하 정보에서 적정한 부하를 결정하는 역토크 요소 결정부;
    상기 검출된 전압과 결정된 부하에 기초하여 상기 발전기에 가해질 역토크용 목표 전류을 연산하는 목표 전류 연산부;
    상기 발전기로부터 유입된 전압을 충전하는 상기 충전기로부터 제1 전류을 검출하는 전류 검출부; 및
    상기 제1 전류와 목표 전류을 비교하여 그 차이만큼 상기 발전기에서 발생된 제1 전류을 제어하는 전류 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 발전기로부터 전압을 검출한 후, 상기 제1 전류를 제어하기까지의 지연 시간 동안에 발생한 시간 오차를 보상하는 시간 오차 보상부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 시간 오차 보상부는,
    PD(Proportional-Derivative) 제어로 상기 시간 오차를 보상하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 충전기는 DC-DC 변환기를 더 포함하고, 상기 DC-DC 변환기가 상기 발전기로부터 제1 전류을 유입할 경우 상기 전류 제어부는, 상기 DC-DC 변환기에 유입된 제1 전류을 제어하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전 장치.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 전류 검출부는,
    전류 센서를 이용하여 상기 제1 전류을 검출하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전 장치.
  6. 소형 풍력 발전 장치 내의 연산/제어 모듈에서 블레이드, 발전기 및 충전기를 제어하기 위한 방법으로서,
    (a) 풍력용 발전기에서 검출된 전압을 이용하여 회전자의 회전 속도를 추정하는 단계;
    (b) 상기 추정된 회전 속도에 대응하여 발전기에서 가변될 적정한 부하를 결정하는 단계;
    (c) 상기 검출된 전압과 결정된 부하에 기초하여 발전기의 역토크용 목표 전류을 연산하는 단계; 및
    (d) 충전기로부터 제1 전류을 검출하고, 상기 제1 전류와 목표 전류을 비교하여 그 차이 만큼 발전기에서 발생된 제1 전류을 제어하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전 장치에 의한 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    (e) 상기 (c) 단계와 (d) 단계의 사이에는 상기 전압 검출에서 제1 전류 제어까지의 지연 시간 동안에 발생한 시간 오차를 보상하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전 장치에 의한 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 (e) 단계는,
    PD(Proportional-Derivative) 제어 방식을 이용하여 상기 시간 오차를 보상하는 것을 특징으로 하는 소형 풍력 발전 장치에 의한 제어 방법.
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