KR101400311B1 - LVRT controlling device and method of wind power system - Google Patents
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Abstract
풍력 발전 시스템에서의 LVRT 제어 장치 및 방법이 개시된다. LVRT 제어 장치는, LVRT 상황의 발생 여부를 인식하는 LVRT 상황 인식부, LVRT 상황 발생 시 컨버터에서 바라본 계통측 인덕턴스를 산정하는 계통측 인덕턴스 산정부, 상기 계통측 인덕턴스에 따라 대역 소거 필터가 구현된 능동 댐핑 코드의 댐핑 파라미터를 조정하는 댐핑 파라미터 조정부 및 상기 조정된 댐핑 파라미터를 적용하여 상기 능동 댐핑 코드를 수정하는 능동 댐핑 코드 수정부를 포함하되, 상기 능동 댐핑 코드는 상기 컨버터 제어가 발산하는 것을 방지하는 코드일 수 있다. An LVRT control apparatus and method in a wind power generation system are disclosed. The LVRT control device includes an LVRT situation recognition unit for recognizing whether an LVRT situation has occurred, a system side inductance calculation unit for calculating a system side inductance viewed from the converter when an LVRT situation occurs, an active system having a band elimination filter implemented according to the systematic inductance A damping parameter adjusting unit for adjusting a damping parameter of the damping code; and an active damping code correcting unit for correcting the active damping code by applying the adjusted damping parameter, wherein the active damping code includes a code Lt; / RTI >
Description
본 발명은 풍력 발전 시스템의 LVRT 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an LVRT control apparatus and method for a wind power generation system.
최근 차세대 동력원으로 각광받고 있는 풍력 발전은 전세계적으로 그 규모와 시장성이 증가하고 있다. 일반적으로 풍력 발전은 풍력 터빈을 이용하여, 바람을 전기에너지로 바꾸어 생산하는 발전 방식으로, 풍력이 전력망에서 차지하는 비중이 커지면서 차세대 동력원으로서 중요한 역할을 하고 있다. Wind power generation, which has been attracting attention as a next generation power source, is growing in size and marketability around the world. Generally, wind power generation is a power generation system that uses wind turbines to convert wind into electric energy. Wind power plays a major role as a next generation power source as it occupies a larger portion in the power grid.
풍력은 깨끗하고, 재생가능하며, 온실 효과를 유발하지 않으므로, 종래 화석 연료를 대체하는 친환경 에너지로 각광받고 있지만 풍력 발전 시스템의 경우 가변적인 특성으로 인해 그 주변 전력망에 큰 영향력을 가지며 심할 경우 전력망 안정도에 지장을 줄 수도 있다. 따라서 전체 전령망의 안정성을 보장하기 위해 계통 연계 규정(Grid Code)이 각 국가별로 제정되어 풍력 발전 시스템의 계통 연계를 규제하고 있다. Because wind power is clean, renewable and does not cause greenhouse effect, it is traditionally regarded as eco-friendly energy replacing fossil fuel. However, wind power generation system has a large influence on the surrounding power network due to its variable characteristics, It can hurt. Therefore, in order to ensure the stability of the whole messenger network, Grid Code has been established for each country and regulates grid linkage of wind power generation system.
이러한 계통 연계 규정 중에는 계통 사고 시 풍력 발전 시스템에 요구되는 LVRT(Low Voltage Ride Through, 저전압 지속 발전) 규정이 있다. LVRT 규정은 전압 감소율과 사고 시간에 따라 요구 조건이 나누어지며, 특정 전압 범위에서는 무효 전류를 지원하여 계통 전압 회복에 기여하도록 하고 있다. Among these grid-related regulations are the Low Voltage Ride Through (LVRT) requirements for wind power systems in the event of a system fault. The LVRT regulations divide requirements according to voltage reduction rate and accident time, and contribute to grid voltage recovery by supporting reactive current in a certain voltage range.
풍력 발전기 컨버터는 LVRT 상황 시 계통이 안전하게 복구하도록 기여하여야 한다. LVRT란 계통에 사고가 발생하여 계통 전압이 0%~90%로 강하(Drop)되는 상황을 말한다. 계통 사고가 발생하여 계통 전압의 이상이 발생하였을 경우 컨버터는 예를 들어 3초 동안 정상적으로 동작하여야 하고 3초가 지나면 동작을 멈추게 된다. The wind turbine converter should contribute to the safe restoration of the grid in LVRT situations. LVRT refers to a situation where system voltage drops from 0% to 90% due to an accident in the system. If a system fault occurs and the system voltage abnormality occurs, the converter should normally operate for 3 seconds, for example, and stop operating after 3 seconds.
이러한 LVRT 상황을 모의하기 위해 별도의 LVRT 모의 장치가 필요하다. A separate LVRT simulator is needed to simulate this LVRT situation.
도 1은 LVRT 상황을 모의하기 위한 LVRT 모의 장치가 연결된 풍력 발전 시스템의 구성도이다. 1 is a block diagram of a wind power generation system to which an LVRT simulation apparatus for simulating an LVRT situation is connected.
도 1을 참조하면, 풍력 발전기 컨버터(20), 계통(Grid)(10), LVRT 모의 장치(30), 직렬 리액터(XSR), 직렬 리액터 스위치(SW1), 단락 리액터(XSC), 단락 리액터 스위치(SW2), 단락 스위치(SW3)가 도시되어 있다. 1, a
풍력 발전기 컨버터(20)는 터빈의 회전에 의해 발전하는 발전기에 의해 발생된 전력을 계통(10)에 안정적으로 전달하는 기능을 수행한다. The
계통(10)은 그리드(Grid)라고도 하며, 전력 회사 또는 발전 회사에서 제공하는 교류 전원 시스템이다. 예를 들어, 계통(10)은 발전소, 변전소, 송전선을 포함하는 넓은 지역에 걸쳐 있는 전기적인 연계(連繫)이다. The
LVRT 모의 장치(30)는 LVRT 상황을 모의하기 위한 장치로서, 풍력 발전기 컨버터(20)와 계통(10) 사이에 직렬 연결되는 직렬 리액터(XSR)와, 풍력 발전기 컨버터(20)와 직렬 리액터(XSR)가 연결되는 노드에 연결되는 단락 리액터(XSC)를 포함한다.The
LVRT 모의 장치(30)를 이용하여 LVRT 상황을 모의하는 과정에서 풍력 발전기 컨버터(20)와 계통(10) 사이에 단순히 단락 경로(Short Path)를 만들어 주는 것은 매우 큰 단락 전류를 발생시킬 위험이 있기 때문에 직렬 리액터(XSR)를 달아 단락 전류를 제한하고, 단락 리액터(XSC)를 연결하여 계통 전압을 강하시키게 되는 것이다. Simply creating a short path between the
이 때 단락 전류를 제한하기 위해서는 직렬 리액터(XSR)의 값이 적절하게 조정할 필요가 있다. 컨버터 제어 측면에서 보면 직렬 리액터가 작은 값을 가지는 것이 좋지만, 너무 작은 값을 가지는 경우에는 계통단의 전압 변동률이 커질 수 있다. 반대로 직렬 리액터가 너무 큰 값을 가지는 경우에는 컨버터 제어가 어려워지는 문제점이 있다. At this time, in order to limit the short-circuit current, the value of the series reactor (X SR ) needs to be appropriately adjusted. In terms of converter control, it is preferable that the series reactor has a small value, but if the value is too small, the voltage variation rate of the system end can be increased. Conversely, if the series reactor has a too large value, control of the converter becomes difficult.
한편, 풍력 발전기 컨버터에서 만들어지는 전력에는 IGBT 소자 등의 스위칭 노이즈로 인하여 고조파가 포함되어 있다. 이는 생산되는 전력의 품질을 저하시키는 원인이 된다. 일반적으로 THD(Total Harmonic Distortion, 고조파왜율)가 3% 이내를 만족시켜야 조금 더 깨끗한 사인 곡선(Pure Sine Wave) 형태의 전력을 생산할 수 있다. 그렇기 때문에 고조파를 제거하기 위해서 리액터와 커패시터(Capacitor)를 이용하게 되는데, 이는 계통측과 연결되는 부분, 즉 컨버터 계통단에 LC 필터의 형태로 설치된다. On the other hand, the power generated by the wind turbine converter includes harmonics due to switching noise such as IGBT elements. This causes degradation of the quality of electric power produced. In general, THD (Total Harmonic Distortion) must be satisfied within 3% to produce a cleaner sinusoidal waveform. Therefore, a reactor and a capacitor are used to remove the harmonics, which is installed in the form of an LC filter in a part connected to the system side, that is, the converter system end.
LC 필터는 고조파를 제거하는 구성요소이다. 하지만 LC 필터를 사용하게 되면 필연적으로 LC 공진이 발생하게 된다. The LC filter is a component that eliminates harmonics. However, if LC filters are used, LC resonance will inevitably occur.
이는 수동 댐핑 형태인 저항을 통해 제거할 수도 있지만, 저항이 설치될 경우 필연적으로 전력 손실이 발생하여 컨버터의 효율을 떨어뜨리는 원인이 된다. 이를 해결하기 위해서 능동 댐핑(Active Damping, 가상저항)을 소프트웨어적으로 구현하여 능동 댐핑 코드를 생성하고 이를 이용하여 공진주파수를 제거하면서 컨버터의 전력손실도 없애는 방법을 사용한다. This can be eliminated through a resistor in the form of passive damping, but inevitably resulting in power loss when the resistor is installed, which causes the efficiency of the converter to drop. To solve this problem, active damping (virtual damping) is implemented by software to generate active damping codes, which are then used to eliminate the power loss of the converter while eliminating the resonance frequency.
능동 댐핑 방법으로는 예를 들어 노치 필터(Notch Filter)를 사용할 수 있다. 노치 필터란 대역 소거 필터(Band Stop Filter)의 일종으로 일정 주파수 대역의 신호(Signal)를 제거하는 역할을 해 준다. 즉, LC 필터로 인해 발생하는 공진주파수 대역을 알고 있다면 노치 필터를 이용하여 공진주파수를 제거해 줄 수 있는 것이다. As an active damping method, for example, a notch filter can be used. Notch filter is a type of band stop filter that removes a signal of a certain frequency band. That is, if the resonance frequency band generated by the LC filter is known, the resonance frequency can be removed by using the notch filter.
도 2는 노치 필터의 주파수 특성이 도시된 그래프이다. 도 2를 참조하면, 공진주파수가 10kHz인 경우의 노치 필터가 예시되어 있다. 공진주파수 영역, 즉 10kHz에서는 출력 전압이 -60 dB 이하로 매우 작은 값을 가지게 되는 것을 확인할 수 있다. 2 is a graph showing the frequency characteristic of the notch filter. Referring to Fig. 2, a notch filter in the case where the resonance frequency is 10 kHz is illustrated. In the resonance frequency range, that is, at 10 kHz, the output voltage has a very small value of -60 dB or less.
직렬 리액터가 연결되지 않았을 경우에는 능동 댐핑이 정상 동작하여 공진 주파수의 제거가 가능하지만, LVRT 상황의 모의 실험을 위해 도 1과 같은 LVRT 모의 장치가 연결될 경우, 즉 직렬 리액터가 계통측에 연결될 경우 컨버터 제어 측면에서는 무시할 수 없을 만큼 큰 인덕턴스(L 값)가 인입되기 때문에 공진 주파수가 달라져 컨버터 제어가 발산하게 될 우려가 있다. When the series reactor is not connected, the active damping operates normally and the resonant frequency can be removed. However, if the LVRT simulator as shown in FIG. 1 is connected for simulating the LVRT situation, that is, when the series reactor is connected to the grid side, Since the inductance (L value) which can not be neglected is drawn in the control side, the resonance frequency is varied, and the converter control may be diverted.
한국공개특허 10-2012-0035675호에는 전력계통의 일시적인 전압강하에서도 풍력터빈의 발전기가 정지하지 않고 안정적으로 발전할 수 있도록 하는 동기발전기형 풍력터빈의 저전압 보상 제어 장치 및 그 제어 방법이 개시되어 있다. 이에 의하면 전력계통의 안전화를 위해 보상부하라는 별도의 구성요소를 필요로 하고 있어 소프트웨어적 처리에 의한 능동 댐핑을 이용한 컨버터 제어와는 차이가 있다. Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2012-0035675 discloses a synchronous generator-type wind turbine low voltage compensation control apparatus and a control method thereof for enabling a generator of a wind turbine to stably generate without stopping even in a temporary voltage drop of a power system . According to this, in order to stabilize the power system, a separate component is required for compensation, which is different from converter control using active damping by software processing.
본 발명은 LVRT 상황 모의 실험 시 혹은 실제 LVRT 상황 발생 시 계통측 리액턴스 값의 변화에 대응하여 능동 댐핑 코드를 수정하여 컨버터의 안정적인 제어가 가능하도록 하는 풍력 발전 시스템의 LVRT 제어 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. The present invention provides an apparatus and method for controlling an LVRT of a wind power generation system that enables stable control of a converter by modifying an active damping code in response to a change in a systematic reactance value at the time of an LVRT situation simulation or an actual LVRT situation will be.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 풍력 발전 시스템에서 LVRT 상황에 따른 컨버터 제어를 수행하는 장치로서, LVRT 상황의 발생 여부를 인식하는 LVRT 상황 인식부; LVRT 상황 발생 시 컨버터에서 바라본 계통측 인덕턴스를 산정하는 계통측 인덕턴스 산정부; 상기 계통측 인덕턴스에 따라 대역 소거 필터가 구현된 능동 댐핑 코드의 댐핑 파라미터를 조정하는 댐핑 파라미터 조정부; 및 상기 조정된 댐핑 파라미터를 적용하여 상기 능동 댐핑 코드를 수정하는 능동 댐핑 코드 수정부를 포함하되, 상기 능동 댐핑 코드는 상기 컨버터 제어가 발산하는 것을 방지하는 코드인 LVRT 제어 장치가 제공된다. According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for controlling a converter according to an LVRT situation in a wind power generation system, comprising: an LVRT situation recognition unit for recognizing occurrence of an LVRT situation; A system side inductance estimating unit for estimating a system side inductance viewed from the converter when an LVRT situation occurs; A damping parameter adjusting unit for adjusting a damping parameter of the active damping code in which the band elimination filter is implemented according to the systematic inductance; And an active damping code modifying unit for modifying the active damping code by applying the adjusted damping parameter, wherein the active damping code is a code for preventing the converter control from diverging.
상기 LVRT 상황 인식부는 계통측에서의 전압 강하를 감지하여 LVRT 상황이 발생하였는지를 판별할 수 있다.The LVRT status recognition unit may sense a voltage drop at the system side to determine whether an LVRT situation has occurred.
상기 컨버터의 계통단에, 상기 컨버터와 계통 사이에 직렬 연결된 직렬 리액터와, 상기 컨버터와 상기 직렬 리액터가 연결되는 노드에 연결되는 단락 리액터와, 상기 직렬 리액터에 병렬 연결된 직렬 리액터 스위치와, 상기 단락 리액터에 병렬 연결된 단락 리액터 스위치와, 상기 노드 및 상기 단락 리액터 사이에 연결된 단락 스위치를 포함하는 LVRT 모의 장치가 인입되어 LVRT 상황의 발생을 모의 실험할 수 있다. 상기 LVRT 상황 인식부는 LVRT 모의 장치 연결 시간의 도래, LVRT 모의 장치에 포함된 스위치의 온오프 상태 중 적어도 하나를 감지하여 LVRT 상황이 발생하였는지를 판별할 수 있다.A series reactor connected in series between the converter and the system, a short reactor connected to a node to which the converter and the series reactor are connected, a series reactor switch connected in parallel to the series reactor, And an LVRT simulator including a short-circuit switch connected between the node and the short-circuit reactor may be retracted to simulate the occurrence of an LVRT situation. The LVRT context recognition unit may detect at least one of an LVRT simulation apparatus connection time and a switch ON / OFF status of the LVRT simulation apparatus to determine whether an LVRT situation has occurred.
상기 계통측 인덕턴스 산정부는 상기 컨버터의 계통단에 포함된 LC 필터의 인덕턴스와, 전선의 인덕턱스와, 상위측 변압기의 인덕턴스와, 상기 LVRT 모의 장치에 포함된 직렬 리액터 및 단락 리액터 중 적어도 하나에 의한 인덕턴스 중 하나 이상이 적용된 등가 인덕턴스를 계통측 인덕턴스로 산정할 수 있다.Wherein the systematic inductance calculation unit includes at least one of an inductance of the LC filter included in the system stage of the converter, an inductance of the electric line, an inductance of the upper side transformer, and a series reactor and a short- The equivalent inductance to which at least one of the inductances are applied can be calculated as the system inductance.
상기 댐핑 파라미터는 상기 대역 저지 필터의 공진주파수 및 Q 팩터 중 적어도 하나일 수 있다.The damping parameter may be at least one of a resonance frequency and a Q factor of the band-stop filter.
상기 능동 댐핑 코드에는 전류 제어기가 추가 구현되어 있으며, 상기 계통측 인덕턴스에 따라 상기 컨버터 제어의 발산을 방지하도록 상기 전류 제어기의 P 게인을 조정하는 P 게인 조정부를 더 포함하되, 상기 능동 댐핑 코드 수정부는 상기 P 게인을 추가 적용하여 상기 능동 댐핑 코드를 수정할 수 있다.And a P gain adjusting unit for adjusting the P gain of the current controller to prevent divergence of the converter control according to the systematic inductance, wherein the active damping code further includes a current controller, The active damping code may be modified by further applying the P gain.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전 시스템에서 LVRT 상황에 따른 컨버터 제어를 수행하는 LVRT 제어 장치에서 수행되는 LVRT 제어 방법 및 이를 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a recording medium on which an LVRT control method performed in an LVRT control apparatus for performing converter control according to an LVRT situation in a wind power generation system and a program for performing the LVRT control method are recorded.
일 실시예에 따른 LVRT 제어 방법은, (a) LVRT 상황의 발생 여부를 인식하는 단계; (b) LVRT 상황 발생 시 컨버터에서 바라본 계통측 인덕턴스를 산정하는 단계; (c) 상기 계통측 인덕턴스에 따라 대역 소거 필터가 구현된 능동 댐핑 코드의 댐핑 파라미터를 조정하는 단계; 및 (d) 상기 조정된 댐핑 파라미터를 적용하여 상기 능동 댐핑 코드를 수정하는 단계를 포함하되, 상기 능동 댐핑 코드는 상기 컨버터 제어가 발산하는 것을 방지하는 코드일 수 있다.The LVRT control method according to an embodiment includes: (a) recognizing whether an LVRT situation occurs; (b) calculating a system side inductance viewed from the converter when an LVRT situation occurs; (c) adjusting a damping parameter of an active damping code implemented with a band elimination filter according to the systematic inductance; And (d) modifying the active damping code by applying the adjusted damping parameter, wherein the active damping code is code that prevents the converter control from diverging.
상기 컨버터의 계통단에, 상기 컨버터와 계통 사이에 직렬 연결된 직렬 리액터와, 상기 컨버터와 상기 직렬 리액터가 연결되는 노드에 연결되는 단락 리액터와, 상기 직렬 리액터에 병렬 연결된 직렬 리액터 스위치와, 상기 단락 리액터에 병렬 연결된 단락 리액터 스위치와, 상기 노드 및 상기 단락 리액터 사이에 연결된 단락 스위치를 포함하는 LVRT 모의 장치가 인입되어 LVRT 상황의 발생을 모의 실험할 수 있다. A series reactor connected in series between the converter and the system, a short reactor connected to a node to which the converter and the series reactor are connected, a series reactor switch connected in parallel to the series reactor, And an LVRT simulator including a short-circuit switch connected between the node and the short-circuit reactor may be retracted to simulate the occurrence of an LVRT situation.
상기 단계 (b)는 상기 컨버터의 계통단에 포함된 LC 필터의 인덕턴스와, 전선의 인덕턱스와, 상위측 변압기의 인덕턴스와, 상기 LVRT 모의 장치에 포함된 직렬 리액터 및 단락 리액터 중 적어도 하나에 의한 인덕턴스 중 하나 이상이 적용된 등가 인덕턴스를 계통측 인덕턴스로 산정할 수 있다.Wherein said step (b) comprises at least one of an inductance of the LC filter included in the system end of the converter, an inductance of the wire, an inductance of the upper side transformer, and a series reactor and a short circuit reactor included in the LVRT simulator The equivalent inductance to which at least one of the inductances are applied can be calculated as the system inductance.
상기 능동 댐핑 코드에는 전류 제어기가 추가 구현되어 있으며, 상기 계통측 인덕턴스에 따라 상기 컨버터 제어의 발산을 방지하도록 상기 전류 제어기의 P 게인을 조정하는 단계를 더 포함하되, 상기 단계 (d)는 상기 P 게인을 추가 적용하여 상기 능동 댐핑 코드를 수정할 수 있다.Further comprising the step of adjusting the P gain of the current controller to prevent divergence of the converter control in accordance with the system side inductance, wherein the step (d) further comprises the step of: The active damping code can be modified by further applying a gain.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.
본 발명의 실시예에 따르면, LVRT 상황 모의 실험 시 혹은 실제 LVRT 상황 발생 시 계통측 리액턴스 값의 변화에 대응하여 능동 댐핑 코드를 수정하여 컨버터의 안정적인 제어가 가능하도록 하는 효과가 있다. According to the embodiment of the present invention, it is possible to stabilize the converter by modifying the active damping code in response to the change of the system-side reactance value at the time of the LVRT situation simulation or the actual LVRT situation.
도 1은 LVRT 상황을 모의하기 위한 LVRT 모의 장치가 연결된 풍력 발전 시스템의 구성도,
도 2는 노치 필터의 주파수 특성이 도시된 그래프,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LVRT 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LVRT 제어 장치에서 수행되는 LVRT 제어 방법의 순서도,
도 5 및 도 6은 Q 팩터에 따른 계통 전압, DC 링크 전압, 발전기에서 발생시키는 토크, 계통측 전류 그래프를 나타낸 도면.1 is a block diagram of a wind power generation system to which an LVRT simulation apparatus for simulating an LVRT situation is connected,
2 is a graph showing the frequency characteristics of the notch filter,
3 is a block diagram schematically showing the configuration of an LVRT control apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a flowchart of an LVRT control method performed in an LVRT control apparatus according to an embodiment of the present invention,
Figs. 5 and 6 are graphs showing a system voltage, a DC link voltage, a torque generated by a generator, and a system side current according to a Q factor. Fig.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Also, the term "part" or the like, as described in the specification, means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.It is to be understood that the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the embodiments and may be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the invention. It is to be understood that although the description is omitted, multiple embodiments may be implemented again in one integrated embodiment.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 LVRT 제어 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 3 is a block diagram schematically illustrating the configuration of an LVRT control apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 LVRT 제어 장치(100)는 도 1에 도시된 것과 같은 LVRT 모의 장치(30)가 풍력 발전기 컨버터(20)와 계통(10) 사이에 연결되어 LVRT 상황을 모의하는 경우 혹은 실제 LVRT 상황이 발생한 경우에 컨버터 제어에 이용되는 능동 댐핑 코드에서의 댐핑 파라미터 및/또는 P 이득을 조정하여 풍력 발전기 컨버터(20)에서의 제어가 발산되는 것을 방지하게 된다. The
이하에서는 도 1에 도시된 것과 같은 LVRT 상황을 모의하기 위한 LVRT 모의 장치가 연결된 경우를 가정하여 설명하기로 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 실제 LVRT 상황이 발생한 경우에도 적용될 수 있음은 당연하다. Hereinafter, it is assumed that an LVRT simulator for simulating the LVRT situation as shown in FIG. 1 is connected. However, the scope of the present invention is not limited thereto and may be applied even when an actual LVRT situation occurs Of course.
도 3을 참조하면, LVRT 제어 장치(100)는 LVRT 상황 인식부(110), 계통측 인덕턴스 산정부(120), 댐핑 파라미터 조정부(130), P 게인 조정부(140), 능동 댐핑 코드 수정부(150)를 포함한다. 3, the
LVRT 상황 인식부(110)는 계통측에서의 전압 강하, 설정 시간의 도래, 리액터 스위치의 온오프 상태 등 중 적어도 하나를 감지하여 LVRT 상황이 발생하였는지 여부를 인식한다. The LVRT
LVRT 모의 실험 시에는 계통단에 인입된 LVRT 모의 장치(30)에서 직렬 리액터(XSR) 및/또는 단락 리액터(XSC)가 계통에 연결되는지 여부를 감지하거나 계통측에서의 전압 강하를 감지하거나 혹은 미리 설정된 LVRT 상황 모의 실험 시간이 되었는지 여부를 확인할 수 있다. In the LVRT simulation, it is necessary to detect whether the series reactor (X SR ) and / or short-circuit reactor (X SC ) is connected to the grid in the LVRT simulator (30) It is possible to confirm whether or not the set LVRT situation simulation time has come.
여기서, 리액터의 연결 여부는 직렬 리액터(XSR)의 연결을 제어하는 직렬 리액터 스위치(SW1), 단락 리액터(XSC)의 연결을 제어하는 단락 리액터 스위치(SW2) 및 단락 스위치(SW3)의 온오프(ON/OFF) 여부로부터 알 수 있다. Here, whether or not the reactors are connected is determined by a series reactor switch SW1 for controlling the connection of the series reactor X SR , a short-circuit reactor switch SW2 for controlling the connection of the short-circuit reactor X SC , Off state (ON / OFF).
예를 들어, 직렬 리액터 스위치(SW1)가 온(ON) 상태인 경우에는 직렬 리액터(XSR)가 연결되지 않았으며, 직렬 리액터 스위치(SW2)가 오프(OFF) 상태인 경우에는 직렬 리액터(XSR)가 연결된다. For example, a series reactor switch (SW1) is turned on (ON) when the state of there was a serial reactor (X SR) is disconnected, when the serial reactors switch (SW2) is off (OFF) state, the series reactors (X SR ) are connected.
또한, 단락 스위치(SW3)가 오프(OFF) 상태인 경우에는 단락 리액터 스위치(SW2)의 온오프 상태에 무관하게 단락 리액터(XSC)가 연결되지 않았으며, 단락 스위치(SW3)가 온(ON) 상태인 경우 단락 리액터 스위치(SW2)가 오프(OFF) 상태인 경우에만 단락 리액터(XSC)가 연결된다. Furthermore, was short-circuit switch (SW3) that is not connected to the off (OFF) state, regardless of short-circuit reactor (X SC) on-off state of the short-circuit reactor switch (SW2) when the, the short-circuit switch (SW3) ON (ON ), The short-circuit reactor X SC is connected only when the short-circuit reactor switch SW2 is in the OFF state.
계통측 인덕턴스 산정부(120)는 LVRT 상황 인식부(110)에서의 인식 결과에 따라 LVRT 상황이 발생한 경우에 풍력 발전기 컨버터(20)에서 보고 있는 계통측의 전체 인덕턴스에 해당하는 계통측 인덕턴스를 재산정한다. The systematic
계통측 인덕턴스는 예를 들어 풍력 발전기 컨버터(20)의 컨버터 계통단에 포함된 LC 필터의 인덕턴스 값, 전선의 인덕턴스 값, 상위측 변압기의 인덕턴스 값 등을 포함하고 있다. The system side inductance includes, for example, the inductance value of the LC filter included in the converter system end of the wind
앞서 가정한 바와 같이 계통 라인에 LVRT 모의 장치(30)가 연결되어 있는 경우(즉, LVRT 상황 하에 있는 경우)에는 직렬 리액터(XSR) 및 단락 리액터(XSC)로 인한 인덕턴스 값이 계통 라인에 추가되어 계통측 인덕턴스가 크게 변하게 된다. If the
즉, 본 실시예에서의 계통측 인덕턴스는 LC 필터의 인덕턴스, 전선의 인덕턴스, 상위측 변압기의 인덕턴스 외에 LVRT 모의 장치(30)의 직렬 리액터(XSR) 및 단락 리액터(XSC)의 인덕턴스가 적용된 등가 인덕턴스를 의미한다. That is, the side of the grid in this embodiment the inductance is an inductance of the series reactors (X SR) and short reactor (X SC) of
댐핑 파라미터 조정부(130)는 계통측 인덕턴스 산정부(120)에서 산정된 계통측 인덕턴스에 근거하여 컨버터 제어의 발산을 방지하기 위한 댐핑 파라미터를 조정한다. The damping
댐핑 파라미터로는 공진주파수(Resonance Frequency) 및 Q 팩터(Q Factor)가 있을 수 있다. 이러한 댐핑 파라미터는 소프트웨어적으로 구현된 노치 필터의 전달함수 특성을 결정하는 주요 파라미터이다. The damping parameter may be a resonance frequency and a Q factor. These damping parameters are the main parameters that determine the transfer function properties of a software implemented notch filter.
예를 들어, 정상 상태(LVRT 상황이 발생하지 않은 경우)에서는 컨버터 제어가 발산하지 않는 공진주파수가 770Hz, Q 팩터가 0.707인 것으로 가정하면, 사고 상태(LVRT 상황이 발생한 경우)에서는 공진주파수 및 Q 팩터가 변동되어야 한다. For example, assuming that the resonant frequency is 770 Hz and the Q factor is 0.707, which is not diverted by the converter control in the steady state (when the LVRT situation does not occur), the resonant frequency and Q The factor must fluctuate.
예를 들어, LVRT 모의 장치(30)의 직렬 리액터(XSR)가 계통단에 인입된 상태에서는 컨버터 제어의 발산을 방지하기 위한 공진주파수가 530Hz, Q 팩터가 0.407로 변동되며, LVRT 모의 장치(30)의 직렬 리액터(XSR) 및 단락 리액터(XSC)가 계통단에 모두 인입된 상태에서는 컨버터 제어의 발산을 방지하기 위한 공진주파수가 900Hz, Q 팩터가 0.507로 변동될 수 있다. For example, in a state where the series reactor X SR of the
P 게인 조정부(140)는 계통측 인덕턴스 산정부(120)에서 산정된 계통측 인덕턴스에 근거하여 풍력 발전기 컨버터(20)에 대한 전류 제어(PI 제어)를 위한 P 게인을 조정한다. The P
댐핑 파라미터의 조정 및 P 게인의 조정에 대해서는 추후 상세히 설명하기로 한다. The adjustment of the damping parameter and the adjustment of the P gain will be described later in detail.
능동 댐핑 코드 수정부(150)는 LVRT 상황 여부에 따라 산정된 계통측 인덕턴스에 근거하여 조정된 댐핑 파라미터 및 P 게인 중 적어도 하나를 반영하여 능동 댐핑 코드를 수정한다. The active damping
능동 댐핑 코드는 소프트웨어적으로 구현된 노치 필터 및 전류 제어기를 포함하며, LVRT 상황 하에서 계통측 인덕턴스가 변화함에도 고조파를 효과적으로 제거할 수 있어 풍력 발전기 제어가 발산하는 것을 방지한다. The active damping code includes a software implemented notch filter and a current controller to effectively remove harmonics and prevent the wind generator control from diverging, even when the system inductance changes under LVRT conditions.
이하 도 4를 참조하여 LVRT 제어 장치에서 수행되는 LVRT 제어 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다. The LVRT control method performed by the LVRT controller will be described in detail with reference to FIG.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LVRT 제어 장치에서 수행되는 LVRT 제어 방법의 순서도이고, 도 5 및 도 6은 Q 팩터에 따른 계통 전압, DC 링크 전압, 발전기에서 발생시키는 토크, 계통측 전류 그래프를 나타낸 도면이다. 도 4의 각 단계들은 도 3에 도시된 LVRT 제어 장치(100)의 각 구성요소에서 수행될 수 있다.FIG. 4 is a flowchart of an LVRT control method performed in an LVRT control apparatus according to an embodiment of the present invention. FIGS. 5 and 6 are diagrams illustrating a system voltage, a DC link voltage, a torque generated by a generator, Fig. Each step of FIG. 4 may be performed in each component of the
도 4를 참조하면, 단계 S200에서 LVRT 상황 인식부(110)는 LVRT 상황이 발생하였는지 여부를 인식한다. Referring to FIG. 4, in step S200, the LVRT
LVRT 상황의 발생 여부는 계통측에서의 전압 강하, 설정 시간의 도래, 리액터 스위치의 온오프 상태 등 중 적어도 하나를 감지하여 확인할 수 있다.The occurrence of the LVRT situation can be detected by detecting at least one of the voltage drop at the system side, the arrival of the set time, and the on / off state of the reactor switch.
단계 S210에서 LVRT 상황 인식부(110)에서의 인식 결과 LVRT 상황이 발생한 경우에는 단계 S220으로 진행하며, LVRT 상황이 발생하지 않은 경우에는 정상 상태로 가정하여 기 설정된 댐핑 파라미터 및 P 게인에 따른 능동 댐핑 코드를 유지한다. If an LVRT situation has occurred in the LVRT
단계 S220에서 계통측 인덕턴스 산정부(120)는 풍력 발전기 컨버터(20)에서 바라보는 계통측의 전체 인덕턴스를 나타내는 계통측 인덕턴스를 산정한다. In step S220, the systematic
계통측 인덕턴스는 풍력 발전기 컨버터(20)에서 바라보는 계통측 등가회로에서의 인덕턴스 값으로서, LC 필터의 인덕턴스, 전선의 인덕턴스, 상위측 변압기의 인덕턴스, LVRT 모의 장치(30)의 직렬 리액터(XSR)의 인덕턴스가 적용된 등가 인덕턴스를 의미한다. The system side inductance is the inductance value of the LC filter inductance, the inductance of the upper side transformer, the inductance of the upper side transformer, the series reactor of the LVRT simulator (X SR ) Is the applied equivalent inductance.
단계 S230에서 댐핑 파라미터 조정부(130)는 계통측 인덕턴스에 근거하여 댐핑 파라미터를 조정한다. 조정 대상이 되는 댐핑 파라미터로는 능동 댐핑 코드에 구현된 노치 필터에 적용될 공진주파수와 Q 팩터가 있다. In step S230, the damping
댐핑 파라미터 중의 하나인 공진주파수는 계통측 인덕턴스에 의한 LC 공진이 발생하는 주파수 대역으로, 예를 들어 도 2에 예시된 그래프에서는 10kHz이다. The resonance frequency, which is one of the damping parameters, is a frequency band in which LC resonance due to the systematic inductance occurs, for example, 10 kHz in the graph illustrated in Fig.
이러한 공진주파수의 조정은 하기 수학식 1과 같은 LC 공진주파수를 찾는 공식을 통해 이루어질 수 있다. The adjustment of the resonance frequency can be performed by a formula for finding the LC resonance frequency as shown in Equation (1).
여기서, fc는 공진주파수 대역, L은 인덕턴스 값, C는 커패시턴스 값을 의미한다. Where, f c is the resonant frequency, L is inductance, C denotes a capacitance value.
본 실시예에서는 LVRT 상황 하에서 LVRT 모의 장치에 포함되는 직렬 리액터 및/또는 단락 리액터로 인해 계통측 인덕턴스가 변하게 되며, 이로 인해 공진주파수가 달라지게 된다. In this embodiment, the system side inductance is changed due to the series reactor and / or the short-circuit reactor included in the LVRT simulation apparatus under the LVRT situation, and thereby the resonance frequency is changed.
따라서, 도 2에 예시된 그래프에서 노치 필터를 공진주파수 대역으로 이동시켜야 공진주파수가 적절하게 제거될 수 있을 것이다. 즉, LVRT 상황 하에서는 변동된 계통측 인덕턴스에 따라 공진주파수를 조정하게 되는데, 이는 변동된 공진주파수 대역으로 노치 필터를 이동시키는 것을 의미한다. Therefore, in the graph illustrated in FIG. 2, the notch filter should be moved to the resonance frequency band so that the resonance frequency can be appropriately removed. That is, under the LVRT condition, the resonant frequency is adjusted according to the fluctuating systematic inductance, which means that the notch filter is shifted to the fluctuating resonant frequency band.
댐핑 파라미터 중 다른 하나인 Q 팩터는 공진 주파수 대역을 중심으로 그래프가 아래 방향으로 꺼지는 폭을 말하며, 공진주파수의 날카로움을 나타내는 양이다. Q 팩터가 커질수록 대역폭(bandwidth)가 작아지고 필터의 민감도가 커져서 도 2에 예시된 그래프의 모양이 10kHz를 중심으로 더욱 날카로운 모습을 보이게 되고, Q 팩터가 작아질수록 대역폭이 커지고 필터의 민감도가 작아져서 그래프 모양이 도 2에 예시된 저역 통과 및 고역 통과 통합형(Summed Low Pass High Pass)과 비슷한 모양을 가지게 된다. The Q factor, which is one of the damping parameters, is the width at which the graph is turned downward about the resonance frequency band, and represents the sharpness of the resonance frequency. As the Q factor becomes larger, the bandwidth becomes smaller and the sensitivity of the filter becomes larger, so that the shape of the graph illustrated in FIG. 2 becomes more sharp around 10 kHz. As the Q factor becomes smaller, the bandwidth becomes larger and the sensitivity The shape of the graph becomes similar to that of the Summed Low Pass High Pass shown in FIG.
풍력 발전기가 설치되는 사이트(Site)에 대한 정확한 인덕턴스 값 및 커패시턴스 값을 산출하는 것은 어렵기 때문에, Q 팩터를 무작정 크게 할 경우 공진주파수가 오히려 제거되지 못하고 발산하게 되는 경우가 많다. It is difficult to calculate the exact inductance value and capacitance value for the site where the wind turbine generator is installed. Therefore, when the Q factor is increased to a large extent, the resonant frequency is often not removed and is often diverted.
따라서, LVRT 상황이 발생하지 않은 경우 혹은 LVRT 상황을 모의하지 않는 경우, 즉 평상시 풍력 발전기의 정상적 운영이 가능할 때 풍력 발전기 컨버터의 제어에는 비교적 정확한 인덕턴스 값 및 커패시턴스 값을 알 수 있어 Q 팩터를 크게 하여 공진주파수 대역이 확실히 제거될 수 있도록 한다. Therefore, when the LVRT situation does not occur or when the LVRT situation is not simulated, that is, when normal operation of the wind turbine generator is possible, the inductance value and the capacitance value can be relatively accurately controlled in the control of the wind turbine generator, So that the resonance frequency band can be reliably removed.
하지만, LVRT 상황은 사고 상황이기 때문에 정확한 공진주파수 산출이 어려운 관계로 Q 팩터 값을 작게 함으로써, 현재 계산된 공진주파수 대역에서 어느 정도 여유있는 대역폭을 잡아 주어 공진주파수 산출 오류로 인해 노치 필터가 제 기능을 발휘하지 못하는 상황을 방지하도록 한다. However, since the LVRT situation is an accident situation, it is difficult to calculate the accurate resonant frequency. Therefore, by reducing the Q factor value, it is possible to catch a certain amount of bandwidth in the currently calculated resonant frequency band, To prevent situations that can not be exerted.
Q 팩터가 0.707인 경우에 계통 전압, DC 링크 전압, 풍력 발전기에서 발생시키는 토크값, 계통측 전류 그래프가 도 5의 (a)~(d)에 도시되어 있으며, Q 팩터가 1.217인 경우에 계통 전압, DC 링크 전압, 풍력 발전기에서 발생시키는 토크값, 계통측 전류 그래프가 도 6의 (a)~(d)에 도시되어 있다. 5 (a) to 5 (d) show graphs of the system voltage, the DC link voltage, the torque value generated by the wind turbine generator, and the system side current when the Q factor is 0.707. When the Q factor is 1.217, Voltage, DC link voltage, torque value generated from the wind turbine generator, and the system side current graph are shown in Figs. 6 (a) to 6 (d).
이를 통해 동일한 공진주파수 대역에서도 Q 팩터가 일정값 이상으로 커지는 경우(도 6 참조)에는 민감도가 커져서 컨버터 제어가 발산됨을 확인할 수 있다.As a result, when the Q factor becomes larger than a predetermined value in the same resonance frequency band (see FIG. 6), the sensitivity increases and converter control is diverted.
따라서, LVRT 상황과 같은 사고 상황에서는 공진주파수 대역이 완전히 제거되지 않더라도 Q 팩터를 작게 함으로써 제어 안정도를 높일 수 있을 것이다.Therefore, in an accident situation such as an LVRT situation, the control stability can be increased by reducing the Q factor even though the resonance frequency band is not completely removed.
다시 도 4를 참조하면, 단계 S240에서 P 게인 조정부(140)는 계통측 인덕턴스에 근거하여 전류 제어를 위한 P 게인을 조정한다. Referring again to FIG. 4, in step S240, the P
P 게인은 계통측 인덕턴스에 의한 영향을 받는 값으로서, 하기의 수학식 2 에 의해 조정된다. The P gain is a value influenced by the system side inductance and is adjusted by the following equation (2).
Grid_L은 계통측 인덕턴스를 의미하고, Grid_Wn은 계통측 주파수를 감안한 주파수 파라미터를 의미한다. Grid_L means the system side inductance, and Grid_Wn means the frequency parameter considering the system side frequency.
주파수 파라미터(Grid_Wn)는 계통측 주파수가 60Hz이기 때문에 대략 3배 정도 되는 값으로 설정될 수 있다. The frequency parameter Grid_Wn can be set to a value about three times as long as the system side frequency is 60 Hz.
여기서, P 게인이 크다면 제어하고자 하는 목표값에 피드백 루프가 빨리 추종하게 되나 오버슈트(Overshoot)가 발생하여 초기값이 불안정할 수 있다. P 게인이 작다면 오버슈트가 발생하지는 않지만 목표값에 도달하게 되는 속도가 늦어지게 된다. Here, if the P gain is large, the feedback loop quickly follows the target value to be controlled, but the overshoot may occur and the initial value may become unstable. If the P gain is small, the overshoot does not occur, but the speed at which the target value is reached is delayed.
댐핑 파라미터 및 P 게인이 조정되면, 단계 S250에서 능동 댐핑 코드 수정부(150)는 저장부(미도시)에 저장되어 있는 능동 댐핑 코드에서 노치 필터에 대한 부분과 전류 제어기에 대한 부분에서 새롭게 조정된 댐핑 파라미터 및 P 게인이 적용되도록 능동 댐핑 코드를 수정한다. If the damping parameter and the P gain are adjusted, in step S250, the active damping
LVRT 제어 장치(100)는 단계 S250에서 수정된 능동 댐핑 코드에 따라 컨버터 제어를 수행하여 발산을 방지하고 안정적인 제어가 이루어지도록 할 수 있다. The
이상에서는 계통단에 LVRT 모의 장치를 인입하여 LVRT 상황을 모의하는 실험인 것으로 가정하여 설명하였지만, 실제 LVRT 상황이 발생한 경우에도 동일한 내용의 적용이 가능할 것이다. In the above description, it is assumed that the LVRT simulator is brought into the system stage to simulate the LVRT situation, but the same contents can be applied even when the actual LVRT situation occurs.
계통측의 사고가 발생한 경우, 즉 0%로 전압 강하가 일어난 경우에 상위측 변압기 등이 계통에서 분리될 수 있다. 이 때 상위측 변압기가 계통에서 오픈(Open)되면 계통측 인덕턴스가 달라지게 된다. When an accident occurs in the system side, that is, when a voltage drop occurs at 0%, the upper side transformer or the like may be disconnected from the system. At this time, when the upper side transformer is opened in the system, the system side inductance changes.
일반적으로 약 3WA - 22.9kV/690V 변압기가 대략 52u의 인덕턴스 값을 가지는데 이는 컨버터 제어의 입장에서 볼 때 작은 값이 아니다. 따라서, 이러한 변압기가 계통에서 오픈되는 상황이 발생한다면, 변압기 인덕턴스가 사라지기 때문에 컨버터 제어기에서 보는 계통측 인덕턴스가 작아지게 되어 공진주파수 대역이 달라질 수 있다. 따라서, 컨버터 제어가 3초 동안 유지 못하게 되는 경우가 발생할 수 있다. Generally, a 3WA to 22.9kV / 690V transformer has an inductance value of approximately 52u, which is not a small value from the viewpoint of converter control. Therefore, if such a transformer is opened in the system, the transformer inductance disappears, so that the system side inductance seen by the converter controller becomes smaller and the resonant frequency band can be changed. Therefore, it may happen that the converter control can not be maintained for 3 seconds.
이 때에도 LVRT 제어 장치는 컨버터 계통측의 전압 강하를 감지하여 LVRT 상황이 발생하였음을 인식하고, 계통측 인덕턴스 값이 달라졌음을 제어기에서 알게 됨으로써 공진주파수, Q 팩터와 같은 댐핑 파라미터, 전류제어기의 P 게인 등을 조정하여 컨버터의 정상적인 제어를 유지할 수 있을 것이다. At this time, the LVRT control device senses the voltage drop on the converter system side, recognizes that the LVRT situation has occurred, and recognizes that the system side inductance value has changed, so that the damping parameter such as the resonance frequency and the Q factor, Gain, etc., to maintain the normal control of the converter.
상술한 LVRT 제어 방법은 LVRT 제어 장치에 내장되거나 설치된 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 디지털 처리 장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 디지털 처리 장치에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.It is a matter of course that the above-described LVRT control method may be performed by an automated procedure in a time-series sequence by a built-in or installed program in the LVRT control device. The codes and code segments that make up the program can be easily deduced by a computer programmer in the field. In addition, the program is stored in a computer readable medium readable by the digital processing apparatus, and is read and executed by the digital processing apparatus to implement the method. The information storage medium includes a magnetic recording medium, an optical recording medium, and a carrier wave medium.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
10: 계통 20: 풍력 발전기 컨버터
30: LVRT 모의 장치 100: LVRT 제어 장치
110: LVRT 상황 인식부 120: 계통측 인덕턴스 산정부
130: 댐핑 파라미터 조정부 140: P 게인 조정부
150: 능동 댐핑 코드 수정부10: Grid 20: Wind Power Generator Converter
30: LVRT simulation device 100: LVRT control device
110: LVRT situation recognition unit 120: system side inductance calculation unit
130: damping parameter adjustment section 140: P gain adjustment section
150: Active damping code correction unit
Claims (12)
LVRT 상황의 발생 여부를 인식하는 LVRT 상황 인식부;
LVRT 상황 발생 시 컨버터에서 바라본 계통측 인덕턴스를 산정하는 계통측 인덕턴스 산정부;
상기 계통측 인덕턴스에 따라 대역 소거 필터가 구현된 능동 댐핑 코드의 댐핑 파라미터를 조정하는 댐핑 파라미터 조정부; 및
상기 조정된 댐핑 파라미터를 적용하여 상기 능동 댐핑 코드를 수정하는 능동 댐핑 코드 수정부를 포함하되,
상기 능동 댐핑 코드는 상기 컨버터 제어가 발산하는 것을 방지하는 코드이며,
상기 댐핑 파라미터는 상기 대역 소거 필터의 공진주파수 및 Q 팩터이고,
LVRT 상황 발생 시 상기 Q 팩터를 정상 상태 값 이하로 설정하여 상기 대역 소거 필터의 민감도를 낮추며,
상기 능동 댐핑 코드에는 전류 제어기가 추가 구현되어 있되,
상기 계통측 인덕턴스에 따라 상기 컨버터 제어의 발산을 방지하도록 상기 전류 제어기의 P 게인을 조정하는 P 게인 조정부를 더 포함하고,
상기 능동 댐핑 코드 수정부는 상기 P 게인을 추가 적용하여 상기 능동 댐핑 코드를 수정하는 LVRT 제어 장치. An apparatus for performing converter control according to LVRT (Low Voltage Ride Through) conditions in a wind power generation system,
An LVRT situation recognition unit for recognizing whether an LVRT situation has occurred;
A system side inductance estimating unit for estimating a system side inductance viewed from the converter when an LVRT situation occurs;
A damping parameter adjusting unit for adjusting a damping parameter of the active damping code in which the band elimination filter is implemented according to the systematic inductance; And
And an active damping code modifying unit for modifying the active damping code by applying the adjusted damping parameter,
Wherein the active damping code is a code for preventing the converter control from diverging,
Wherein the damping parameter is a resonant frequency and a Q factor of the band-
Wherein the Q factor is set to a value less than a steady state value to reduce the sensitivity of the band elimination filter when an LVRT situation occurs,
A current controller is additionally implemented in the active damping code,
Further comprising a P gain adjusting unit for adjusting a P gain of the current controller to prevent divergence of the converter control according to the systematic inductance,
Wherein the active damping code correcting unit further applies the P gain to correct the active damping code.
상기 LVRT 상황 인식부는 계통측에서의 전압 강하를 감지하여 LVRT 상황이 발생하였는지를 판별하는 LVRT 제어 장치. The method according to claim 1,
Wherein the LVRT status recognition unit detects a voltage drop at the system side to determine whether an LVRT situation has occurred.
상기 컨버터의 계통단에, 상기 컨버터와 계통 사이에 직렬 연결된 직렬 리액터와, 상기 컨버터와 상기 직렬 리액터가 연결되는 노드에 연결되는 단락 리액터와, 상기 직렬 리액터에 병렬 연결된 직렬 리액터 스위치와, 상기 단락 리액터에 병렬 연결된 단락 리액터 스위치와, 상기 노드 및 상기 단락 리액터 사이에 연결된 단락 스위치를 포함하는 LVRT 모의 장치가 인입되어 LVRT 상황의 발생을 모의 실험하는 LVRT 제어 장치. The method according to claim 1,
A series reactor connected in series between the converter and the system, a short reactor connected to a node to which the converter and the series reactor are connected, a series reactor switch connected in parallel to the series reactor, And an LVRT simulator device including a short-circuiting switch connected between the node and the short-circuit reactor is coupled to simulate the occurrence of an LVRT situation.
상기 LVRT 상황 인식부는 LVRT 모의 장치 연결 시간의 도래, LVRT 모의 장치에 포함된 스위치의 온오프 상태 중 적어도 하나를 감지하여 LVRT 상황이 발생하였는지를 판별하는 LVRT 제어 장치. The method of claim 3,
Wherein the LVRT context recognition unit detects at least one of an LVRT simulation device connection time and an on-off state of a switch included in the LVRT simulation device to determine whether an LVRT situation has occurred.
상기 계통측 인덕턴스 산정부는 상기 컨버터의 계통단에 포함된 LC 필터의 인덕턴스와, 전선의 인덕턱스와, 상위측 변압기의 인덕턴스와, 상기 LVRT 모의 장치에 포함된 직렬 리액터 및 단락 리액터 중 적어도 하나에 의한 인덕턴스 중 하나 이상이 적용된 등가 인덕턴스를 계통측 인덕턴스로 산정하는 LVRT 제어 장치. The method of claim 3,
Wherein the systematic inductance calculation unit includes at least one of an inductance of the LC filter included in the system stage of the converter, an inductance of the electric line, an inductance of the upper side transformer, and a series reactor and a short- An LVRT controller that calculates the equivalent inductance to which one or more of the inductances are applied as a system side inductance.
(a) LVRT 상황의 발생 여부를 인식하는 단계;
(b) LVRT 상황 발생 시 컨버터에서 바라본 계통측 인덕턴스를 산정하는 단계;
(c) 상기 계통측 인덕턴스에 따라 대역 소거 필터가 구현된 능동 댐핑 코드의 댐핑 파라미터를 조정하는 단계; 및
(d) 상기 조정된 댐핑 파라미터를 적용하여 상기 능동 댐핑 코드를 수정하는 단계를 포함하되,
상기 능동 댐핑 코드는 상기 컨버터 제어가 발산하는 것을 방지하는 코드이며,
상기 댐핑 파라미터는 상기 대역 소거 필터의 공진주파수 및 Q 팩터이고,
LVRT 상황 발생 시 상기 Q 팩터를 정상 상태 값 이하로 설정하여 상기 대역 소거 필터의 민감도를 낮추며,
상기 능동 댐핑 코드에는 전류 제어기가 추가 구현되어 있되,
상기 계통측 인덕턴스에 따라 상기 컨버터 제어의 발산을 방지하도록 상기 전류 제어기의 P 게인을 조정하는 단계를 더 포함하고,
상기 단계 (d)는 상기 P 게인을 추가 적용하여 상기 능동 댐핑 코드를 수정하는 LVRT 제어 방법. An LVRT control method performed in an LVRT control apparatus for performing converter control according to LVRT (Low Voltage Ride Through) conditions in a wind power generation system,
(a) recognizing whether an LVRT situation has occurred;
(b) calculating a system side inductance viewed from the converter when an LVRT situation occurs;
(c) adjusting a damping parameter of an active damping code implemented with a band elimination filter according to the systematic inductance; And
(d) modifying the active damping code by applying the adjusted damping parameter,
Wherein the active damping code is a code for preventing the converter control from diverging,
Wherein the damping parameter is a resonant frequency and a Q factor of the band-
Wherein the Q factor is set to a value less than a steady state value to reduce the sensitivity of the band elimination filter when an LVRT situation occurs,
A current controller is additionally implemented in the active damping code,
Further comprising adjusting P gain of the current controller to prevent divergence of the converter control in accordance with the systematic inductance,
Wherein the step (d) further includes applying the P gain to modify the active damping code.
상기 컨버터의 계통단에, 상기 컨버터와 계통 사이에 직렬 연결된 직렬 리액터와, 상기 컨버터와 상기 직렬 리액터가 연결되는 노드에 연결되는 단락 리액터와, 상기 직렬 리액터에 병렬 연결된 직렬 리액터 스위치와, 상기 단락 리액터에 병렬 연결된 단락 리액터 스위치와, 상기 노드 및 상기 단락 리액터 사이에 연결된 단락 스위치를 포함하는 LVRT 모의 장치가 인입되어 LVRT 상황의 발생을 모의 실험하는 LVRT 제어 방법. 9. The method of claim 8,
A series reactor connected in series between the converter and the system, a short reactor connected to a node to which the converter and the series reactor are connected, a series reactor switch connected in parallel to the series reactor, And an LVRT simulator device including a short-circuiting switch connected between the node and the short-circuit reactor is coupled to simulate the occurrence of an LVRT situation.
상기 단계 (b)는 상기 컨버터의 계통단에 포함된 LC 필터의 인덕턴스와, 전선의 인덕턱스와, 상위측 변압기의 인덕턴스와, 상기 LVRT 모의 장치에 포함된 직렬 리액터 및 단락 리액터 중 적어도 하나에 의한 인덕턴스 중 하나 이상이 적용된 등가 인덕턴스를 계통측 인덕턴스로 산정하는 LVRT 제어 방법. 10. The method of claim 9,
Wherein said step (b) comprises at least one of an inductance of the LC filter included in the system end of the converter, an inductance of the wire, an inductance of the upper side transformer, and a series reactor and a short circuit reactor included in the LVRT simulator LVRT control method for calculating equivalent inductance to at least one of inductances as system inductance.
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