KR101375256B1 - Parallel converter operation system of wind power generator - Google Patents

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박일우
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

A parallel converter operation system of a wind power generator is disclosed. The parallel converter operation system of a wind power generator according to an embodiment of the present invention comprises; multiple power converting units which disperse generation power produced in a generator by being connected in parallel; a monitoring unit which sets a temperature limit value for the reduction operation of the power converting unit and collects a temperature of a bonding unit of insulated gate bipolar transistor (IGBT) modules included in the power converting unit or a temperature of a heat radiation plate in which the IGBT module is attached; and a control unit which reduces operation capacity of a first power converting unit including the IGBT module which exceeds a limit value by comparing the temperature of the boding unit of the separate IGBT module and the temperature of the heat radiation plate with limit value setting information. The control unit increases operation capacity of a second power converting unit. [Reference numerals] (400) Monitoring unit; (500) Control unit; (AA) Synchronous generator; (BB) Filter; (CC) Current braker

Description

풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템{PARALLEL CONVERTER OPERATION SYSTEM OF WIND POWER GENERATOR}PARALLEL CONVERTER OPERATION SYSTEM OF WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a parallel converter operating system of a wind turbine.

일반적으로 풍력발전기는 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드의 회전력이 중심의 샤프트를 회전시키고, 상기 샤프트의 회전력은 변속기를 통해 발전기의 작동 속력으로 증가되어 발전기로 전달되며, 발전기에서 회전력을 이용하여 전력을 생산한다. 그리고, 발전기에서 생산된 전력은 컨버터 시스템을 통해 계통으로 공급하기에 적합한 전력으로 변환하여 전력계통으로 공급된다. In general, a wind power generator rotates the central shaft by the rotational force of a plurality of blades rotated by the wind, and the rotational force of the shaft is increased to the operating speed of the generator through a transmission and is transmitted to the generator. To produce. In addition, the power produced by the generator is converted into a power suitable for supplying the system through the converter system is supplied to the power system.

최근에는 대용량의 풍력발전기가 설치되면서 그 전력 생산량이 늘어남에 따라 복수의 전력 변환 장치를 이용하여 많은 양의 생산 전력을 분산 처리하는 병렬형 컨버터 시스템의 사용이 제안되고 있다.Recently, as a large-capacity wind power generator is installed, as its power production increases, the use of a parallel converter system that distributes a large amount of power by using a plurality of power converters has been proposed.

이러한 전력 변환 장치는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식을 이용하여 신호를 실제 전압으로 복원하기 위한 스위치로서 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 사용한다. The power converter uses an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) as a switch for restoring a signal to a real voltage using a pulse width modulation (PWM) scheme.

IGBT는 턴-온 되어 전류가 흐를 때 도통 상태 전압으로 인해 발생되는 도통 손실과 전압과 전류의 전환 시 발생되는 턴-온/오프 스위칭 손실의 합으로 손실을 단순화 할 수 있다. 이러한 손실은 IGBT 칩의 온도를 상승시켜 전류가 흐르는 통로와 IGBT 칩을 연결하는 매체인 본딩(Bonding)의 연결을 파손시킬 수 있으므로 IGBT의 접합부 온도를 제한치 이내로 유지해야만 한다. The IGBT can be simplified by the sum of the conduction losses caused by the conduction state voltage when the current is turned on and the turn-on / off switching losses caused by the switching of voltage and current. This loss can increase the temperature of the IGBT chip, which can break the connection between the passage of the current and the bonding, which is the medium connecting the IGBT chip, so the junction temperature of the IGBT must be kept within the limit.

그러므로, IGBT의 열을 적절히 방출하기 위해 냉각 매체를 부착하여 열이 낮은 온도를 가진 매체로 전달되도록 하여 결과적으로 IGBT의 접합부 온도를 낮출 수 있다. 이와 같이, 전력 변환 장치를 설치함에 있어서 각 부위별 열저항을 최소화하도록 방열설계를 하는 것이 매우 중요하다.Therefore, in order to properly dissipate the heat of the IGBT, a cooling medium may be attached to allow the heat to be transferred to a medium having a low temperature, resulting in lowering the junction temperature of the IGBT. As described above, in installing the power converter, it is very important to design a heat dissipation to minimize thermal resistance of each part.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 방열설계에도 불구하고 만약, 적절히 IGBT의 열이 방출되지 않거나 냉각 매체의 유입 온도가 상승할 경우 또는 IGBT에 과부하 전류가 연속으로 흘러 적어도 하나의 IGBT 접합부 온도가 상승할 경우에는 IGBT를 보호하기 위해 운전을 정지한다.Referring to FIG. 1, in spite of the conventional heat dissipation design, if the heat of the IGBT is not properly released or the inflow temperature of the cooling medium rises or the overload current flows continuously in the IGBT, at least one IGBT junction temperature is maintained. If it does, stop driving to protect the IGBT.

즉, 상기 도 1과 같이 3개의 전력 변환 장치가 병렬로 연결되어 각각 1/3의 전력변환을 담당하는 병렬형 컨버터 시스템에서 전력 변환 장치 내의 1개의 IGBT 라도 온도가 제한치 이상 상승하는 경우 전체 컨버터 시스템을 셧 다운(shut-down)해야만 하는 단점이 있다. That is, in the parallel converter system in which three power converters are connected in parallel and are in charge of 1/3 power conversion as shown in FIG. 1, when the temperature rises above the limit even with one IGBT in the power converter, the entire converter system. The disadvantage is that the system must be shut down.

이는, 컨버터 시스템이 전체 전력 변환 장치의 동작을 정지시킨 상태에서 온도가 내려갈 때까지 대기하여야 하므로 발전기의 장시간 비 운전 시간이 증가되어 풍력발전기의 전력 생산에 막대한 손실을 유발하는 문제점이 있다.This is because the converter system has to wait until the temperature is lowered in the state in which the operation of the entire power converter is stopped, there is a problem that the long time non-operation time of the generator is increased, causing a huge loss in the power production of the wind turbine.

본 발명의 실시 예는 풍력발전기의 병렬형 컨버터에 구비된 IGBT 모듈의 온도가 제한치를 초과하더라도 정지 없이 안정적으로 연속운전을 보장하는 병렬형 컨버터 운전 시스템을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a parallel converter operating system that guarantees a stable continuous operation without stopping even if the temperature of the IGBT module provided in the parallel converter of the wind turbine exceeds the limit.

본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템은, 병렬로 연결되어 발전기에서 생산되는 발전 전력을 분산 처리하는 복수의 전력 변환부; 상기 전력 변환부의 저감 운전을 위한 온도 제한치를 설정하고, 상기 전력 변환부에 포함된 IGBT 모듈들의 접합부 온도 또는 IGBT 모듈이 부착된 방열판의 온도를 수집하는 모니터링부; 및 개별 IGBT 모듈의 접합부 온도 또는 상기 방열판의 온도를 상기 제한치 설정 정보와 비교하여, 상기 제한치를 초과하는 IGBT 모듈을 포함하는 제1 전력 변환부의 운전 용량을 저감하고, 나머지 제2 전력 변환부의 운전 용량을 증가시키는 제어부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, a parallel converter operating system of a wind power generator, a plurality of power converters connected in parallel to distribute the generated power generated by the generator; A monitoring unit configured to set a temperature limit value for the reduction operation of the power converter and collect junction temperature of the IGBT modules included in the power converter or a temperature of a heat sink to which the IGBT module is attached; And comparing the junction temperature of the individual IGBT module or the temperature of the heat sink with the limit setting information, thereby reducing the operating capacity of the first power converter including the IGBT module exceeding the limit, and operating capacity of the remaining second power converter. It includes a control unit for increasing the.

또한, 상기 전력 변환부는, 발전기에서 생산된 교류 전력을 직류로 변환하는 인버터; 상기 변환된 직류 전력을 일정한 전압으로 커패시터에 저장하는 직류 링크; 및 상기 커패시터에 저장된 직류 전력을 계통 연계를 위한 교류 전력으로 변환하는 컨버터를 포함하며, 상기 인버터와 컨버터는 각각 복수의 IGBT 모듈과 상기 IGBT 모듈의 개별 온도 센서를 포함할 수 있다.In addition, the power conversion unit, an inverter for converting the AC power produced by the generator into direct current; A direct current link storing the converted direct current power in a capacitor at a constant voltage; And a converter for converting DC power stored in the capacitor into AC power for grid linkage, wherein the inverter and the converter may each include a plurality of IGBT modules and individual temperature sensors of the IGBT module.

또한, 상기 전력 변환부는, 적어도 하나의 상기 IGBT 모듈의 온도가 상기 제한치를 초과하는 경우 인가되는 제어신호에 따라 발전기와 계통으로부터의 연계를 차단하는 브레이커를 포함할 수 있다.In addition, the power converter may include a breaker to block the connection from the generator and the grid in accordance with the control signal applied when the temperature of the at least one IGBT module exceeds the limit.

또한, 상기 브레이커는 상기 직류 링크측에 설치될 수 있다.In addition, the breaker may be installed on the DC link side.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 전력 변환부의 저감된 만큼의 운전 용량을 나머지 제2 전력 변환부들에 나누어 분배할 수 있다.The controller may divide and distribute the reduced operating capacity of the first power converter to the remaining second power converters.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 전력 변환부의 IGBT 모듈의 온도가 상기 제한치를 초과하는 경우 저감 운전이 가능한지 판단하되, 상기 저감 운전이 불가능하면 상기 제1 전력 변환부의 브레이커에 제어신호를 전달하여 연계를 차단하고, 나머지 상기 제2 전력 전환부를 정격 운전으로 가동할 수 있다.The controller may determine whether a reduction operation is possible when the temperature of the IGBT module of the first power conversion unit exceeds the limit value. If the reduction operation is impossible, the control unit transmits a control signal to the breaker of the first power conversion unit to be connected. And the remaining second power conversion unit may be operated in a rated operation.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템은, 병렬로 연결되어 발전기에서 생산되는 발전 전력을 분산 처리하는 복수의 전력 변환부; 상기 전력 변환부의 저감 운전을 위한 안전 운전 영역을 설정하고, 상기 전력 변환부에 포함된 IGBT 모듈들의 스위칭 주파수, 열저항, 냉각수 유입 온도 및 상기 전력 변환부로 흐르는 전류 중 적어도 하나를 실기간으로 감지하여 개별 IGBT 모듈의 접합부 온도를 추정하는 모니터링부; 및 상기 개별 IGBT 모듈의 접합부 온도를 상기 안전 운전 영역과 비교하여, 상기 안전 운전 영역 내에 있는 IGBT 모듈을 포함하는 제1 전력 변환부의 운전 용량을 저감하고, 나머지 제2 전력 변환부의 운전 용량을 증가시키는 제어부를 포함한다.On the other hand, a parallel converter driving system of a wind turbine generator according to an aspect of the present invention, a plurality of power converters connected in parallel to distribute the generated power produced by the generator; Set a safe operation area for the reduction operation of the power converter, and at least one of the switching frequency, thermal resistance, cooling water inflow temperature and the current flowing to the power converter of the IGBT modules included in the power converter in real time A monitoring unit for estimating junction temperature of individual IGBT modules; And comparing the junction temperature of the individual IGBT modules with the safe driving region to reduce the driving capacity of the first power converter including the IGBT module within the safe driving region and increase the operating capacity of the remaining second power converter. It includes a control unit.

또한, 상기 안전 운전 영역은 소정의 하한치 온도와 상한치 온도를 포함하며, 상기 제어부는 상기 IGBT 모듈의 접합부 온도가 상기 하한치 온도를 초과하면 알람을 발생하고, 소정시간 동안 상기 하한치 온도와 상한치 온도 사이에 있으면 상기 발전 저감 운전을 제어할 수 있다.In addition, the safe operation region includes a predetermined lower limit temperature and an upper limit temperature, and the controller generates an alarm when the junction temperature of the IGBT module exceeds the lower limit temperature, and between the lower limit temperature and the upper limit temperature for a predetermined time. If so, the power generation reduction operation can be controlled.

또한, 상기 제어부는, IGBT 모듈의 접합부 온도가 상기 상한치 온도를 초과하면 해당 제1 전력 변환부의 브레이커에 제어신호를 전달하여 발전기와 계통의 연계를 차단할 수 있다.In addition, when the junction temperature of the IGBT module exceeds the upper limit temperature, the controller may transmit a control signal to the breaker of the first power converter to block the linkage between the generator and the grid.

또한, 상기 제어부는, 상기 제1 전력 변환기가 차단되면 나머지 상기 제2 전력 전환부를 정격 운전으로 가동하여 운전 용량을 증가시킬 수 있다.The control unit may increase the operating capacity by operating the remaining second power conversion unit in a rated operation when the first power converter is cut off.

본 발명의 실시 예에 따르면, 풍력발전기의 병렬형 컨버터에 구비된 IGBT 모듈의 온도가 제한치를 초과하더라도 저감 운전 및 탄력적인 운전 부하분배를 통하여 정지 없이 연속적인 운전을 함으로써 발전기의 비 운전 시간을 줄이고 발전 효율을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, even if the temperature of the IGBT module included in the parallel converter of the wind turbine exceeds the limit value, the non-operation time of the generator is reduced by performing continuous operation without stopping through reduction operation and elastic operation load distribution. The power generation efficiency can be improved.

또한, IGBT 모듈 관련 열 저항, 컨버터 전체를 식히는 냉각수의 유입되는 온도, 전력변환 장치로 흐르는 전류를 실시간 감지하여 정확한 IGBT 의 접합부 온도를 추정할 수 있다.In addition, it is possible to estimate the junction temperature of the IGBT by real-time sensing the IGBT module-related thermal resistance, the temperature of the coolant to cool the entire converter, the current flowing through the power converter.

또한, 2개의 제한치로 컨버터의 안전 운전 영역을 설정하고, 안전 운전 영역 제한치 내에 접합부 온도가 유지되도록 컨버터의 부하를 제한 또는 증가하여 연속적이고 안정적인 발전 저감 운전이 가능한 효과가 있다. In addition, the safe operation area of the converter is set to two limit values, and the load of the converter is limited or increased so that the junction temperature is maintained within the safe operation area limit value, thereby enabling continuous and stable power generation reduction operation.

도 1은 일반적인 병렬형 컨버터의 구조를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 일반적인 IGBT의 열적 등가회로를 나타낸다.
도 3은 일반적인 병렬형 컨버터의 보호 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템을 나타내 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 병렬형 컨버터 시스템의 저감 운전 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 IGBT 모듈의 접합부 온도 계산 방법을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 병렬형 컨버터 시스템의 저감 운전 방법을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 병렬형 컨버터의 저감 운전 방법의 기능을 검증하기 위한 시뮬레이션 회로이다.
도 9는 상기 도 8의 시뮬레이션에 따른 결과 파형을 나타낸 그래프이다.
1 is a block diagram schematically illustrating a structure of a general parallel converter.
2 shows a thermal equivalent circuit of a typical IGBT.
3 is a flowchart schematically illustrating a protection method of a general parallel converter.
4 is a block diagram showing a parallel converter operating system of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of reducing driving of a parallel converter system according to a first exemplary embodiment of the present invention.
6 is a view illustrating a junction temperature calculation method of an IGBT module according to a second embodiment of the present invention.
7 illustrates a method of reducing driving of a parallel converter system according to a second exemplary embodiment of the present invention.
8 is a simulation circuit for verifying the function of the reduced driving method of the parallel converter according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph illustrating a result waveform according to the simulation of FIG. 8.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module," and " module ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.

명세서 전체에서, 제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Throughout the specification, the terms first or second etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another, for example, without departing from the scope of the rights according to the inventive concept, the first component may be called a second component, and similarly The second component may also be referred to as the first component.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, a parallel converter driving system of a wind power generator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시 예를 설명하기에 앞서, 아래의 도 1 내지 도 3을 통하여 기존의 병렬형 컨버터 시스템의 구조와 그 보호 방법을 설명한다.Before describing an embodiment of the present invention, the structure of the conventional parallel converter system and its protection method will be described with reference to FIGS. 1 to 3 below.

도 1은 일반적인 병렬형 컨버터의 구조를 개략적으로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a structure of a general parallel converter.

첨부된 도 1을 참조하면, 기존의 일반적인 병렬형 컨버터 시스템(10)은 복수의 전력변환장치(전력변환장치_#1~#3)가 병렬로 연결되어 동기 발전기에서 생산되는 전력을 분산 처리한다. Referring to FIG. 1, a conventional parallel converter system 10 distributes power generated by a synchronous generator by connecting a plurality of power converters (power converters ## 1 to # 3) in parallel. .

그리고, 복수의 전력변환장치(전력변환장치_#1~#3)는 각각 발전기 측의 인버터(인버터_#1~#3)와 계통측의 컨버터(컨버터_#1~#3)를 포함하며, 그리고 인버터(인버터_#1~#3)와 컨버터(컨버터_#1~#3)를 각각 연결하는 직류 링크(DC-Link_#1~#3)를 포함한다. The plurality of power converters (power converters ## 1 to # 3) each include an inverter inverter (inverters ## 1 to # 3) and a grid converter (converters ## 1 to # 3). And a direct current link (DC-Link_ # 1 to # 3) connecting the inverters (inverters ## 1 to # 3) and the converters (converters ## 1 to # 3), respectively.

여기서, 컨버터 시스템(10) 전체의 인버터(인버터_#1~#3)와 컨버터(컨버터_#1~#3)는 각각 3개의 IGBT 모듈을 포함하여, 병렬형 컨버터 시스템(10) 전체로 보았을 때 모두 18(6x3)개의 IGBT 모듈(INV_IGBT_#_1 ~ CON_IGBT_#3_3)로 구성된다. Here, the inverters (inverters _ # 1 to # 3) and the converters (converters _ # 1 to # 3) of the converter system 10 as a whole include three IGBT modules, respectively, as viewed in the parallel converter system 10 as a whole. In this case, all 18 (6x3) IGBT modules (INV_IGBT _ # _ 1 to CON_IGBT_ # 3_3) are configured.

그리고, 열적 등가회로를 통해 각 IGBT 모듈(INV_IGBT_#_1 ~ CON_IGBT_#3_3) 별 접합부 온도(INV_#_1_Tj ~ CON_#3_3_Tj)를 측정한다.The junction temperature (INV _ # _ 1_Tj to CON_ # 3_3_Tj) of each IGBT module (INV_IGBT _ # _ 1 to CON_IGBT_ # 3_3) is measured through a thermal equivalent circuit.

한편, 도 2는 일반적인 IGBT의 열적 등가회로를 나타낸다.2 shows a thermal equivalent circuit of a general IGBT.

첨부된 도 2를 참조하면, IGBT의 열적 등가회로를 통해 IGBT의 접합부 온도(Tj: IGBT junction temperature), IGBT 케이스 온도(Tc: IGBT case temperature, h), 방열판 온도(Th: Heat-sink temperature), 주변 온도(Ta: Ambient temperature), 접합부와 케이스 사이의 열저항(Zth_jc: thermal impedence between junction and case), 케이스와 방열판 사이의 열저항(Zth_ch: thermal impedence between case and heat-sink), 방열판과 주변의 열저항(Zth_ha: thermal impedence between heat-sink and ambient)를 측정할 수 있다.Referring to FIG. 2, through the thermal equivalent circuit of the IGBT, the junction temperature of the IGBT (Tj: IGBT junction temperature), the IGBT case temperature (Tc: IGBT case temperature h), and the heat sink temperature (Th: heat-sink temperature) , Ambient temperature (Ta), thermal resistance between junction and case (Zth_jc), thermal resistance between case and heat sink (Zth_ch: thermal impedence between case and heat-sink), The thermal resistance (Zth_ha: thermal impedence between heat-sink and ambient) can be measured.

이러한, 기존의 병렬형 컨버터의 구조에서 18개의 IGBT 모듈 중 적어도 하나가 개별적인 온도 제안치를 넘어서는 경우 병렬형 컨버터 시스템의 보호 시퀸스는 다음의 도 3과 같다.In the structure of the conventional parallel converter, when at least one of the 18 IGBT modules exceeds an individual temperature suggestion, the protection sequence of the parallel converter system is shown in FIG. 3.

도 3은 일반적인 병렬형 컨버터의 보호 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart schematically illustrating a protection method of a general parallel converter.

첨부된 도 3을 참조하면, 기존의 IGBT 접합점 온도 상승 제한을 위한 컨버터 보호 로직 동작을 시작하여 각 IGBT 모듈(INV_IGBT_#_1 ~ CON_IGBT_#3_3)의 접합부 온도(Tj)를 측정한다.Referring to FIG. 3, the converter protection logic operation for limiting the IGBT junction temperature rise is started to measure the junction temperature Tj of each IGBT module (INV_IGBT _ # _ 1 to CON_IGBT_ # 3_3).

이 때, 컨버터 시스템(10)은 각 IGBT 모듈(INV_IGBT_#_1 ~ CON_IGBT_#3_3)의 개별 접합부 온도(INV_#_1_Tj ~ CON_#3_3_Tj) 중 적어도 하나가 제한치를 초과 하였을 경우(S10-1~S10-18 중 적어도 하나가 예), 발전되는 전력을 장비 손상을 막기 위한 정해진 기울기로 줄인 후 영(Zero) 전력에서 컨버터 시스템의 운전을 정지한 후 대기한다. At this time, the converter system 10 is at least one of the individual junction temperature (INV _ # _ 1_Tj ~ CON_ # 3_3_Tj) of each IGBT module (INV_IGBT _ # _ 1 ~ CON_IGBT_ # 3_3) exceeds the limit (S10-1 ~ S10- At least one of 18, e.g., reduces the generated power to a predetermined slope to prevent equipment damage and then stops the operation of the converter system at zero power and then waits.

즉, 적어도 1개의 IGBT 모듈의 온도가 제한치 이상으로 상승 할 경우에 전체 컨버터 시스템의 동작을 정지하고 온도가 내려갈 때까지 대기한다(S20).That is, when the temperature of at least one IGBT module rises above the limit value, the operation of the entire converter system is stopped and waited until the temperature drops (S20).

이 때, 컨버터 시스템(10)은 상위의 발전 지령보다 더 상위 지령인 컨버터의 보호 제한치로 동작하여, IGBT 접합부 온도(Tj)가 제한치 이하로 도달하지 않을 시 상위에서 운전 지령이 오더라도 정지 상태를 유지하게 된다. At this time, the converter system 10 operates as a protection limit value of the converter that is higher than the higher generation command, so that when the IGBT junction temperature Tj does not reach below the limit, it stops even if the operation command comes from the upper level. Will be maintained.

이러한, 기존의 컨버터 시스템은 정지나 장시간 비 운전 시간의 증가로 인한 비효율적인 운전으로 인해 발전 효율이 떨어지므로 풍력발전기의 전력 생산에 막대한 손실이 발생하는 것이 문제점으로 지적되고 있다. Such a conventional converter system has been pointed out as a problem that a huge loss occurs in the power generation of the wind power generator because the power generation efficiency is reduced due to inefficient operation due to the stop or increase the long operation time.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 풍력발전기의 병렬형 컨버터에 구비된 IGBT 모듈의 온도가 제한치를 초과하더라도 정지 없이 안정적인 연속운전을 보장하는 병렬형 컨버터 운전 시스템을 다음과 같이 제공한다.Accordingly, an embodiment of the present invention provides a parallel converter operating system that ensures stable continuous operation without stopping even if the temperature of the IGBT module provided in the parallel converter of the wind turbine exceeds the limit as follows.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템을 나타내 구성도이다.4 is a block diagram showing a parallel converter operating system of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 풍력발전기의 병렬형 컨버터 시스템(1000)은 복수의 전력 변환부(110, 200, 300), 모니터링부(400) 및 제어부(500)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the parallel converter system 1000 of a wind power generator according to an embodiment of the present invention includes a plurality of power converters 110, 200, and 300, a monitoring unit 400, and a controller 500. Include.

복수의 전력 변환부(110, 200, 300)는 병렬로 연결되어 동기 발전기에서 생산되는 발전 전력을 분산 처리하여 계통과의 연계를 위한 전력으로 변환한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 3개의 전력 변환부가 발전 전력을 1/3 분할하여 처리하는 것으로 가정하여 설명하되, 그 전력 변환부의 수가 이에 한정되지 않는다. The plurality of power converters 110, 200, and 300 are connected in parallel to distribute the generated power generated by the synchronous generator and convert the generated power into power for linkage with the grid. Hereinafter, a description will be given on the assumption that three power converters divide a generated power by 1/3 to process power, but the number of power converters is not limited thereto.

또한, 복수의 전력 변환부(100, 200, 300)는 모두 동일한 구성을 가지므로 제1 전력 변환부(100)를 대표하여 설명하기로 한다.In addition, since the plurality of power converters 100, 200, and 300 all have the same configuration, the first power converter 100 will be described as a representative.

제1 전력 변환부(100)는 제1 인버터(110), 제1 컨버터(120), 제1 직류 링크(130), 제1 브레이커(140)를 포함한다.The first power converter 100 includes a first inverter 110, a first converter 120, a first DC link 130, and a first breaker 140.

제1 인버터(110)는 동기발전기에서 생산된 교류 전력을 직류로 변환하며, 3개의 IGBT 모듈(111-1~111-3) 및 각 IGBT 모듈(111-1~111-3)의 온도를 각각 측정하는 개별 온도 센서(112-1~112-3)를 포함한다.The first inverter 110 converts the AC power produced by the synchronous generator into a direct current, and the temperature of the three IGBT modules 111-1 to 111-3 and each of the IGBT modules 111-1 to 111-3, respectively. The individual temperature sensors 112-1 to 112-3 to measure are included.

제1 컨버터(120)는 변환된 직류 전력을 계통 연계를 위한 교류 전력으로 변환하며, 3개의 IGBT 모듈(121-1~121-3) 및 각 IGBT 모듈(121-1~121-3)의 온도를 각각 측정하는 개별 온도 센서(122-1~122-3)를 포함한다.The first converter 120 converts the converted DC power into AC power for grid linkage, and the temperature of the three IGBT modules 121-1 to 121-3 and the respective IGBT modules 121-1 to 121-3. It includes an individual temperature sensor (122-1 ~ 122-3) for measuring each.

제1 직류 링크(130)는 제1 인버터(110)와 제1 컨버터(120) 사이에서 위치하여 제1 인버터(110)에서 변환된 직류 전력을 일정한 전압으로 커패시터에 저장하고, 이를 교류 변환을 위해 제1 컨버터(120)로 제공한다.The first DC link 130 is positioned between the first inverter 110 and the first converter 120 to store the DC power converted by the first inverter 110 at a constant voltage in a capacitor, and for alternating current conversion. Provided to the first converter 120.

제1 브레이커(140)는 제1 전력 변환부(100)내 적어도 하나의 IGBT 모듈의 온도가 제한치를 초과하는 경우 인가되는 제어신호에 따라 소스와 부하로부터의 연계를 차단(Off)한다.When the temperature of at least one IGBT module in the first power converter 100 exceeds the limit, the first breaker 140 cuts off the linkage between the source and the load according to the control signal applied.

제1 브레이커(140)는 DC 측에 설치되는 것이 바람직하지만 이에 한정되지 않으며 AC 측에 제1 브레이커(140')로 설치될 수 도 있다. The first breaker 140 is preferably installed on the DC side, but is not limited thereto. The first breaker 140 may be installed as the first breaker 140 'on the AC side.

다만, 도 4에서 제1 브레이커(140)를 DC 측에 설치한 이유는 AC 측에서 차단하려면 3-pole 의 차단 장치가 필요한 반면, DC 측은 1-pole 로 차단이 가능하여 설치가 단순해지며 그 차단 장치의 크기도 줄일 수 있기 때문이다.However, in FIG. 4, the reason why the first breaker 140 is installed on the DC side is that a 3-pole blocking device is required to cut off the AC side, while the DC side can be blocked by 1-pole, thereby simplifying installation. The size of the blocking device can also be reduced.

한편, 모니터링부(400) 및 제어부(500)의 구성은 아래의 제1 실시예 및 제2 실시 예를 구분하여 설명한다. On the other hand, the configuration of the monitoring unit 400 and the control unit 500 will be described by dividing the first embodiment and the second embodiment below.

[제 1 실시예][First Embodiment]

모니터링부(400)는 전력 변환부의 저감 운전을 위한 온도 제한치를 설정하고, 개별 센서를 통해 IGBT 모듈의 접합부 온도 또는 IGBT 모듈이 부착된 방열판의 온도를 수집한다.The monitoring unit 400 sets a temperature limit value for the reduction operation of the power converter, and collects the junction temperature of the IGBT module or the temperature of the heat sink to which the IGBT module is attached through the individual sensor.

제어부(500)는 병렬형 컨버터 시스템(1000)의 운전을 위한 전반적인 동작을 제어한다.The controller 500 controls overall operations for the operation of the parallel converter system 1000.

제어부(500)는 모니터링부(400)를 통해 수집되는 개별 IGBT 모듈의 접합부 온도 또는 상기 방열판의 온도를 상기 제안치 설정 정보와 비교하여 적어도 하나의 IGBT 모듈이 제한치 이상인 경우 전력 변환부의 저감 운전을 제어한다.The control unit 500 compares the junction temperature of the individual IGBT module collected through the monitoring unit 400 or the temperature of the heat sink with the proposed value setting information to control the reduction operation of the power converter when the at least one IGBT module is above the limit value. do.

한편, 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 병렬형 컨버터 시스템의 저감 운전 방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method of reducing operation of a parallel converter system according to a first embodiment of the present invention.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 제어부(500)는 모니터링부(400)를 통해 복수의 IGBT 모듈의 접합부 온도를 주기적으로 수집한다(S101).Referring to FIG. 5, the controller 500 periodically collects junction temperatures of a plurality of IGBT modules through the monitoring unit 400 (S101).

제어부(500)는 1개 전력 변환부의 IGBT 모듈의 접합부 온도가 제한치 이상인 경우(S102, 예), 전력 변환부의 저감 운전이 가능한지 판단한다(S103). 이 때, 제어부(500)는 상기 제한치를 초과한 해당 전력 변환부의 고장 여부를 체크하여, 별도의 고장 없이 부하 증가로 인한 일시적인 온도 증가인 경우 전력 변환부의 저감 운전이 가능한 것으로 판단할 수 있다.If the junction temperature of the IGBT module of one power converter is greater than or equal to the limit value (S102, YES), the controller 500 determines whether a reduction operation of the power converter is possible (S103). In this case, the controller 500 may check whether the corresponding power converter has exceeded the limit value, and determine that the power converter may perform a reduction operation in the case of a temporary temperature increase due to an increase in load without a separate failure.

상기 S103 단계에서, 제어부(500)는 전력 변환부의 저감 운전이 가능한 것으로 판단되면(S103; 예), 해당 1개 전력 변환부의 운전 용량을 저감하여 운전하고, 나머지 2개의 전력 변환부의 운전 부하를 증가시킨다(S104). 이 때, 제어부(500)는 저감된 만큼의 운전 용량을 나머지 전력 변환부에 나누어 분배할 수 있다.In step S103, when it is determined that the reduction operation of the power conversion unit is possible (S103; YES), the control unit 500 operates by reducing the operation capacity of the one power conversion unit and increases the operation load of the remaining two power conversion units. (S104). In this case, the controller 500 may divide and distribute the reduced operating capacity to the remaining power converter.

반면, 상기 S103 단계에서, 제어부(500)는 전력 변환부의 저감 운전이 불가능한 것으로 판단되면(S103; 아니오), 해당 1개 전력 변환부의 브레이커에 제어신호를 전달하여 연계를 차단하고, 나머지 2개 전력 변환부를 최대 정격 운전으로 가동하여 운전 부하를 증가시킨다(S105).On the other hand, in step S103, if it is determined that the reduction operation of the power conversion unit is impossible (S103; No), the control unit 500 transmits a control signal to the breaker of the one power conversion unit to block the linkage, the remaining two power The converter is operated at the maximum rated operation to increase the operating load (S105).

한편, 제어부(500)는 2개 전력 변환부의 IGBT 모듈의 접합부 온도가 각각 제한치 이상인 경우(S106, 예), 전력 변환부의 저감 운전이 가능한지 판단한다(S107).On the other hand, when the junction temperature of the IGBT modules of the two power converters are each greater than or equal to the limit value (S106, Yes), the controller 500 determines whether the reduction operation of the power converter is possible (S107).

상기 S107 단계에서, 제어부(500)는 전력 변환부의 저감 운전이 가능한 것으로 판단되면(S107; 예), 해당 2개 전력 변환부의 운전 용량을 저감하여 운전하고, 나머지 1개의 전력 변환부의 운전 부하를 증가시킨다(S108). In step S107, when it is determined that the reduction operation of the power conversion unit is possible (S107; YES), the control unit 500 operates by reducing the operation capacity of the two power conversion units and increases the operation load of the remaining one power conversion unit. (S108).

반면, 상기 S107 단계에서, 제어부(500)는 전력 변환부의 저감 운전이 불가능한 것으로 판단되면(S107; 아니오), 해당 2개 전력 변환부의 브레이커에 제어신호를 전달하여 연계를 차단하고, 나머지 1개 전력 변환부를 최대 정격 운전으로 가동하여 운전 부하를 증가시킨다(S109). 여기서, 최대 정격 운전은 전력 변환부의 규격 및 성능을 고려 하여 최대 운전 조건으로 가동하는 것을 의미한다.On the other hand, in step S107, if it is determined that the reduction operation of the power conversion unit is impossible (S107; No), the control unit 500 transmits a control signal to the breaker of the two power conversion unit to block the connection, the remaining one power The converter is operated at the maximum rated operation to increase the operating load (S109). Here, the maximum rated operation means operating in the maximum operating conditions in consideration of the specifications and performance of the power converter.

한편, 제어부(500)는 3개 전력 변환부의 IGBT 모듈의 접합부 온도가 각각 제한치 이상인 경우(S110, 예), 전력 변환부의 저감 운전이 가능한지 판단한다(S111).On the other hand, when the junction temperature of the IGBT modules of the three power converters are each greater than or equal to the limit value (S110, YES), the controller 500 determines whether the reduction operation of the power converter is possible (S111).

상기 S111 단계에서, 제어부(500)는 전력 변환부의 저감 운전이 가능한 것으로 판단되면(S111; 예), 해당 3개 전력 변환부의 운전 용량을 저감하여 운전한다(S112). 이 때, 제어부(500)는 필요시 동기 발전기의 토크속도를 조절하여 발전 전력량을 줄일 수도 있다.In step S111, when it is determined that the reduction operation of the power conversion unit is possible (S111; YES), the control unit 500 operates by reducing the operation capacity of the three power conversion units (S112). At this time, the control unit 500 may reduce the amount of power generated by adjusting the torque speed of the synchronous generator, if necessary.

반면, 상기 S111 단계에서, 제어부(500)는 전력 변환부의 저감 운전이 불가능한 것으로 판단되면(S111; 아니오), 계통측의 전류 브레이커를 차단하고 컨버터 시스템의 운전을 정지한다(S113).On the other hand, in step S111, if it is determined that the reduction operation of the power converter is not possible (S111; No), the control unit 500 cuts off the current breaker on the grid side and stops the operation of the converter system (S113).

이상에서 설명한 컨버터 시스템(1000)의 저감 운전은 제한치 온도를 초과한IGBT 모듈의 접합부 온도가 그 이하로 내려갈 때까지 계속된 후 정상적인 운전으로 복원한다.The reduction operation of the converter system 1000 described above is continued until the junction temperature of the IGBT module exceeding the limit temperature falls below it, and then returns to normal operation.

[제2 실시예][Second Embodiment]

모니터링부(400)는 전력 변환부의 저감 운전을 위한 상한치 온도(T1)와 하한치 온도(T2)를 포함하는 안전 운전 영역(Converter Safe Operation Area)을 설정한다. 여기서 상한치 온도(T1)는 해당 전력 변환부의 운전을 중단시키기 위한 제한치 이고, 하한치 온도(T2)는 저감 운전을 위한 제한치이다.The monitoring unit 400 sets a converter safe operation area including an upper limit temperature T1 and a lower limit temperature T2 for the reduction operation of the power converter. Here, the upper limit temperature T1 is a limit for stopping the operation of the power converter, and the lower limit temperature T2 is a limit for the reduction operation.

모니터링부(400)는 개별 온도 센서로부터 전력 변환부 내 IGBT 모듈의 접합부 온도 추정식에 사용될 파라미터를 이용하여 IGBT 접합부의 온도를 계산한다. 이 때, 실시간으로 감지되는 발전 저감 운전과 관련된 정보인 스위칭 주파수, 개별 IGBT 모듈 관련 열저항, 냉각수 유입 온도, 전력 변환부로 흐르는 전류 중 적어도 하나를 토대로 IGBT 모듈의 접합부 온도(Tj)를 추정할 수 있다.The monitoring unit 400 calculates the temperature of the IGBT junction by using a parameter to be used in the junction temperature estimation equation of the IGBT module in the power converter from the individual temperature sensor. In this case, the junction temperature Tj of the IGBT module may be estimated based on at least one of switching frequency, heat resistance related to individual IGBT modules, cooling water inflow temperature, and current flowing to the power converter, which are information related to power generation reduction operation detected in real time. have.

예컨대, 도 6는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 IGBT 모듈의 접합부 온도 계산 방법을 나타낸다.For example, FIG. 6 illustrates a junction temperature calculation method of an IGBT module according to a second embodiment of the present invention.

첨부된 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 모니터링부(400)는 컨버터 시스템(1000)의 전반적인 동작을 감시하여, IGBT 모듈 관련 열저항 계수를 계산하고(S210), 스위칭 기간(주기) 동안 IGBT 모듈의 평균 손실을 계산한다(S220). 이 때, IGBT 모듈의 손실은 스위칭 손실과 도통 손실을 포함하며, 평균 손실은 스위칭 주기(Ts)를 평균하여 구할 수 있다. Referring to FIG. 6, the monitoring unit 400 according to the second embodiment of the present invention monitors the overall operation of the converter system 1000, calculates an IGBT module related thermal resistance coefficient (S210), and a switching period. Calculate the average loss of the IGBT module during (cycle) (S220). At this time, the loss of the IGBT module includes the switching loss and the conduction loss, and the average loss can be obtained by averaging the switching period Ts.

그리고, 모니터링부(400)는 정상 상태의 열저항과 평균 손실을 곱하여 IGBT 접합부의 온도를 계산한다(S230).In addition, the monitoring unit 400 calculates the temperature of the IGBT junction by multiplying the thermal resistance of the steady state and the average loss (S230).

제어부(500)는 모니터링부(400)에서 추정된 IGBT 모듈의 접합부 온도를 안전 운전 영역(CSOA)설정 정보와 비교하여 적어도 하나의 IGBT 모듈의 접합부 온도가 안전 운전 영역에 진입한 경우 전력 변환부의 저감 운전을 수행한다.The control unit 500 compares the junction temperature of the IGBT module estimated by the monitoring unit 400 with the safety operating area (CSOA) setting information, and reduces the power conversion unit when the junction temperature of the at least one IGBT module enters the safe operation area. Perform the operation.

한편, 도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 병렬형 컨버터 시스템의 저감 운전 방법을 나타낸다.On the other hand, Figure 7 shows a reduction operation method of a parallel converter system according to a second embodiment of the present invention.

첨부된 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 파라미터로 계산된 IGBT 모듈의 접합부 온도(Tj)가 시간 축으로 안전 운전 영역(CSOA)의 제한치 내외에서 변동함에 따른 컨버터 시스템(1000)의 운전 방법을 보여준다.Referring to FIG. 7, the converter system 1000 according to the junction temperature Tj of the IGBT module calculated as a parameter according to an embodiment of the present invention varies within and outside the limits of the safe operation area CSOA on a time axis. Show you how to drive.

제어부(500)는 추정된 IGBT 모듈의 접합부 온도(Tj)가 하한치 온도(T2)보다 작은 경우(Tj < T2), 정상적으로 전력 변환부의 운전을 제어한다.When the estimated junction temperature Tj of the IGBT module is smaller than the lower limit temperature T2 (Tj <T2), the controller 500 normally controls the operation of the power converter.

제어부(500)는 IGBT 모듈의 접합부 온도(Tj)가 하한치 온도(T2)를 초과하면, 알람을 발생하고 상기 IGBT 모듈의 접합부 온도(Tj)가 소정시간(예; 10sec) 동안 안전 운전 영역(CSOA)에 진입한 상태를 유지하면(T1 > Tj > T2), 전력 변환부의 발전 저감 운전을 제어한다.When the junction temperature Tj of the IGBT module exceeds the lower limit temperature T2, the controller 500 generates an alarm and the safe operation region CSOA for a predetermined time (eg, 10 sec) for the junction temperature Tj of the IGBT module. ) Is maintained (T1 > Tj > T2) to control the power generation reduction operation of the power converter.

그리고, 제어부(500)는 연속적인 전력 변환부 발전 저감 운전에 따른 IGBT 모듈의 접합부 온도(Tj)가 하한치 온도(T2) 미만으로 내려간 후 소정시간(예; 10sec)을 초과하면, 다시 정상적으로 전력 변환부의 운전을 제어한다.When the junction temperature Tj of the IGBT module is lowered below the lower limit temperature T2 according to the continuous power conversion unit power generation reduction operation, and the control unit 500 exceeds a predetermined time (eg, 10 sec), power conversion is normally performed again. Control negative driving.

한편, 제어부(500)는 IGBT 모듈의 접합부 온도(Tj)가 하한치 온도(T2)뿐 아니라 상한치 온도(T1)을 초과하면(Tj > T1), 알람을 발생하고 전력 변환부의 운전을 정지시킨다.On the other hand, the controller 500 generates an alarm and stops the operation of the power converter when the junction temperature Tj of the IGBT module exceeds the upper limit temperature T1 as well as the lower limit temperature T2 (Tj> T1).

이러한, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 병렬형 컨버터 시스템의 저감 운전 방법은 상기 도 5를 통해 설명한 컨버터 보호 로직 동작에 적용할 수 있음은 앞선 설명으로 보았을 때 자명하다.As described above, it is apparent that the method for reducing driving of the parallel converter system according to the second exemplary embodiment of the present invention can be applied to the converter protection logic operation described with reference to FIG. 5.

한편, 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 병렬형 컨버터의 저감 운전 방법의 기능을 검증하기 위한 시뮬레이션 회로이다.8 is a simulation circuit for verifying the function of the reduced driving method of the parallel converter according to the embodiment of the present invention.

첨부된 도 8을 참조하면, 시뮬레이션 시간의 단축을 위해 2병렬로 구현하였으며 2개의 백투백(back-to-back) 컨버터는 3권선 변압기로 독립적으로 구동되며 계통으로부터 유입되는 에너지를 다시 계통으로 발전하여, 계통에서는 손실분의 전력만 유입되게 된다.Referring to FIG. 8, two parallel implementations were used to shorten the simulation time. The two back-to-back converters were independently driven by three-wound transformers, and the energy flowing from the grid was again generated. In the system, only the loss of power is introduced.

한편, 도 9는 상기 도 8의 시뮬레이션에 따른 결과 파형을 나타낸 그래프이다.9 is a graph showing a result waveform according to the simulation of FIG. 8.

첨부된 도 9를 참조하면, 2개 병렬로 연결된 컨버터 모듈은 정격 발전량인 2.5MW 에 약 0.41초에 도달하며, 0.45초에 1개의 컨버터 모듈(예; 제1 전력 변환부)이 저감 운전을 수행하며 나머지 컨버터 모듈(예; 제2 전력 변환부)은 정상적으로 허용 용량 내에서 운전을 수행한다. Referring to FIG. 9, two parallel-connected converter modules reach about 0.41 seconds at a rated power of 2.5 MW, and one converter module (eg, the first power converter) performs a reduction operation at 0.45 seconds. The remaining converter module (eg, the second power converter) normally operates within the allowable capacity.

따라서, 잠시 동안 정격 전력을 발전하지 못하지만 컨버터 시스템의 연속적인 운전이 가능하며 약 0.78초에 저감 운전이 해제되어 정격 발전 운전으로 복귀한다.Therefore, although the rated power cannot be generated for a while, the continuous operation of the converter system is possible, and the reduction operation is released in about 0.78 seconds to return to the rated power generation operation.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 풍력발전기의 병렬형 컨버터에 구비된 IGBT 모듈의 온도가 제한치를 초과하더라도 저감 운전 및 탄력적인 운전 부하분배를 통하여 정지 없이 연속적인 운전을 함으로써 발전기의 비 운전 시간을 줄이고 발전 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention, even if the temperature of the IGBT module included in the parallel converter of the wind turbine exceeds the limit value, the non-operation of the generator is performed continuously without stopping through the reduction operation and the elastic operation load distribution. There is an effect that can reduce the time and improve the power generation efficiency.

또한, IGBT 모듈 관련 열 저항, 컨버터 전체를 식히는 냉각수의 유입되는 온도, 전력변환 장치로 흐르는 전류를 실시간 감지하여 정확한 IGBT 의 접합부 온도를 추정할 수 있는 이점이 있다.In addition, there is an advantage that the junction temperature of the IGBT can be estimated by real-time sensing of the IGBT module-related thermal resistance, the temperature of the coolant to cool the entire converter, the current flowing through the power converter.

또한, 2개의 제한치로 컨버터의 안전 운전 영역을 설정하고, 2개의 제한치 내에 접합부 온도가 유지되도록 컨버터의 부하를 제한 또는 증가하여 연속적이고 안정적인 발전 저감 운전이 가능한 효과가 있다. In addition, the safe operation area of the converter is set to two limits, and the load of the converter is limited or increased so that the junction temperature is maintained within the two limits, thereby enabling continuous and stable power generation reduction operation.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

1000: 컨버터 시스템 100, 200, 300: 전력 변환부
100: 제1 전력 변환부 110: 제1 인버터
120: 제1 컨버터 111-n, 121-n: IGBT 모듈
112-n, 122-n: 온도 센서 130: 직류 링크
140: 브레이커 400: 모니터링부
500: 제어부
1000: converter system 100, 200, 300: power converter
100: first power converter 110: first inverter
120: first converter 111-n, 121-n: IGBT module
112-n, 122-n: Temperature sensor 130: DC link
140: breaker 400: monitoring unit
500:

Claims (10)

병렬로 연결되어 발전기에서 생산되는 발전 전력을 분산 처리하는 복수의 전력 변환부;
상기 전력 변환부의 저감 운전을 위한 온도 제한치를 설정하고, 상기 전력 변환부에 포함된 IGBT 모듈들의 접합부 온도 또는 IGBT 모듈이 부착된 방열판의 온도를 수집하는 모니터링부; 및
개별 IGBT 모듈의 접합부 온도 또는 상기 방열판의 온도를 상기 제한치 설정 정보와 비교하여, 상기 제한치를 초과하는 IGBT 모듈을 포함하는 제1 전력 변환부의 운전 용량을 저감하고, 나머지 제2 전력 변환부의 운전 용량을 증가시키는 제어부를 포함하되,
상기 온도 제한치는 소정의 하한치 온도와 상한치 온도를 포함하며,
상기 제어부는 상기 IGBT 모듈의 접합부 온도 또는 상기 방열판의 온도가 상기 하한치 온도를 초과하면 알람을 발생하고, 소정시간 동안 상기 하한치 온도와 상한치 온도 사이에 있으면 상기 발전 저감 운전을 제어하는 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템.
A plurality of power converters connected in parallel to distribute the generated power generated by the generator;
A monitoring unit configured to set a temperature limit value for the reduction operation of the power converter and collect junction temperature of the IGBT modules included in the power converter or a temperature of a heat sink to which the IGBT module is attached; And
By comparing the junction temperature of the individual IGBT module or the temperature of the heat sink with the limit setting information, the operation capacity of the first power converter including the IGBT module exceeding the limit is reduced, and the operation capacity of the remaining second power converter is reduced. Including a control to increase,
The temperature limit includes a predetermined lower limit temperature and an upper limit temperature,
The control unit generates an alarm when the junction temperature of the IGBT module or the temperature of the heat sink exceeds the lower limit temperature, and when the temperature is between the lower limit temperature and the upper limit temperature for a predetermined time, the wind turbine for controlling the power generation reduction operation. Converter driving system.
제 1 항에 있어서,
상기 전력 변환부는,
발전기에서 생산된 교류 전력을 직류로 변환하는 인버터;
상기 변환된 직류 전력을 일정한 전압으로 커패시터에 저장하는 직류 링크; 및
상기 커패시터에 저장된 직류 전력을 계통 연계를 위한 교류 전력으로 변환하는 컨버터를 포함하며,
상기 인버터와 컨버터는 각각 복수의 IGBT 모듈과 상기 IGBT 모듈의 개별 온도 센서를 포함하는 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템.
The method of claim 1,
Wherein the power conversion unit comprises:
An inverter for converting AC power produced by a generator into direct current;
A direct current link storing the converted direct current power in a capacitor at a constant voltage; And
It includes a converter for converting the DC power stored in the capacitor into AC power for grid linkage,
And said inverter and converter each comprise a plurality of IGBT modules and individual temperature sensors of said IGBT module.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전력 변환부는, 적어도 하나의 상기 IGBT 모듈의 온도가 상기 상한치 온도를 초과하는 경우 인가되는 제어신호에 따라 발전기와 계통으로부터의 연계를 차단하는 브레이커를 포함하는 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템.
3. The method according to claim 1 or 2,
The power conversion unit, a parallel converter operating system of the wind turbine including a breaker to block the linkage from the generator and the grid in accordance with the control signal applied when the temperature of the at least one IGBT module exceeds the upper limit temperature.
제 3 항에 있어서,
상기 브레이커는 상기 직류 링크측에 설치되는 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템.
The method of claim 3, wherein
The breaker is a parallel converter drive system of the wind turbine is installed on the DC link side.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 전력 변환부의 저감된 만큼의 운전 용량을 나머지 제2 전력 변환부들에 나누어 분배하는 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템.
The method of claim 1,
The control unit, the parallel converter driving system of the wind power generator for dividing and distributing the reduced operating capacity of the first power converter to the remaining second power converter.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 전력 변환부의 IGBT 모듈의 온도가 상기 제한치를 초과하는 경우 저감 운전이 가능한지 판단하되, 상기 저감 운전이 불가능하면 상기 제1 전력 변환부의 브레이커에 제어신호를 전달하여 연계를 차단하고, 나머지 상기 제2 전력 전환부를 정격 운전으로 가동하는 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템.
The method of claim 1,
The controller determines whether a reduction operation is possible when the temperature of the IGBT module of the first power conversion unit exceeds the limit value, and if the reduction operation is impossible, transfers a control signal to the breaker of the first power conversion unit to block the linkage. And operating the remaining second power conversion unit in a rated operation.
병렬로 연결되어 발전기에서 생산되는 발전 전력을 분산 처리하는 복수의 전력 변환부;
상기 전력 변환부의 저감 운전을 위한 안전 운전 영역을 설정하고, 상기 전력 변환부에 포함된 IGBT 모듈들의 스위칭 주파수, 열저항, 냉각수 유입 온도 및 상기 전력 변환부로 흐르는 전류 중 적어도 하나를 실기간으로 감지하여 개별 IGBT 모듈의 접합부 온도를 추정하는 모니터링부; 및
상기 개별 IGBT 모듈의 접합부 온도를 상기 안전 운전 영역과 비교하여, 상기 안전 운전 영역 내에 있는 IGBT 모듈을 포함하는 제1 전력 변환부의 운전 용량을 저감하고, 나머지 제2 전력 변환부의 운전 용량을 증가시키는 제어부를 포함하되,
상기 안전 운전 영역은 소정의 하한치 온도와 상한치 온도를 포함하며, 상기 제어부는 상기 IGBT 모듈의 접합부 온도가 상기 하한치 온도를 초과하면 알람을 발생하고, 소정시간 동안 상기 하한치 온도와 상한치 온도 사이에 있으면 상기 발전 저감 운전을 제어하는 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템.
A plurality of power converters connected in parallel to distribute the generated power generated by the generator;
Set a safe operation area for the reduction operation of the power converter, and at least one of the switching frequency, thermal resistance, cooling water inflow temperature and the current flowing to the power converter of the IGBT modules included in the power converter in real time A monitoring unit for estimating junction temperature of individual IGBT modules; And
A control unit for reducing the operating capacity of the first power converter including the IGBT module in the safe operation area, and increasing the operation capacity of the remaining second power converter by comparing the junction temperature of the individual IGBT module with the safe operation area. Including,
The safe operation region includes a predetermined lower limit temperature and an upper limit temperature, and the controller generates an alarm when the junction temperature of the IGBT module exceeds the lower limit temperature, and when the temperature is between the lower limit temperature and the upper limit temperature for a predetermined time. Parallel converter operation system of wind power generator to control power reduction operation.
삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는, IGBT 모듈의 접합부 온도가 상기 상한치 온도를 초과하면 해당 제1 전력 변환부의 브레이커에 제어신호를 전달하여 발전기와 계통의 연계를 차단하는 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템.
The method of claim 7, wherein
The control unit, if the junction temperature of the IGBT module exceeds the upper limit temperature, a parallel converter operating system of the wind turbine for transmitting a control signal to the breaker of the first power conversion unit to block the linkage of the generator and the grid.
제 7 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제1 전력 변환기가 차단되면 나머지 상기 제2 전력 전환부를 정격 운전으로 가동하여 운전 용량을 증가시키는 풍력발전기의 병렬형 컨버터 운전 시스템.
The method of claim 7, wherein
The control unit, when the first power converter is cut off parallel converter operation system of the wind power generator to operate the remaining second power conversion unit in the rated operation to increase the operating capacity.
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