KR101408372B1 - Power converter apparatus for applying to senserless type mppt control of wind power system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 풍력발전시스템의 센서리스형 엠피피티 제어를 적용한 전력변환장치에 관한 것이다.
본 발명은 풍력 발전시스템에서 발전기의 전력을 전압 전류 검출부로 검출한 후 검출된 전력을 최대 전력점 추적 알고리즘으로 제어하여 최대 전력점에서 전류를 제어하여 독립 부하로 전달할 수 있도록 함으로써, 최대 전력을 얻기 위해 고가의 엔코더, 홀센서를 사용하지 않고도 설치비용 단가를 줄일 수 있게 되어 전력 생산 단가 비용을 낮출 수 있어 타 재생 에너지 시스템이나 상용 전원을 공급하기 위해 추가되는 계통 설비 비용가에 견주어 경쟁력을 높일 수 있고, 아울러 풍력 발전 시스템의 경우 설치되는 장소가 야외이며 무빙 파트가 포함되어 있어 장시간 사용 시 유지, 보수에 상당한 시간과 비용이 소모되는 관점에서 속도 검출부가 불필요하게 됨으로써, 시설유지 및 보수를 해야 할 부분이 감소하게 되며 이로 인해 신뢰성 및 비용 절감을 할 수 있어 풍력 발전 에너지 즉 신재생 에너지의 보급화를 가속시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power conversion apparatus to which a sensorless type amplifier control of a wind power generation system is applied.
In the present invention, the power of a generator is detected by a voltage / current detection unit in a wind power generation system, and then the detected power is controlled by a maximum power point tracking algorithm to control a current at a maximum power point to be transmitted to an independent load. It is possible to reduce the cost of installation cost without using high-priced encoder and hall sensor, thus lowering the cost of production cost of electric power, thereby enhancing competitiveness compared to the cost of system equipment added to supply other renewable energy system or commercial power supply In addition, in the case of the wind power generation system, since the installation place is outdoors and the moving part is included, the speed detection part is unnecessary from the viewpoint that considerable time and cost are consumed in maintenance and repair when using for a long time, This reduces reliability and cost. It is possible to accelerate the spread of wind power generation energy, that is, renewable energy.

Description

풍력발전시스템의 센서리스형 엠피피티 제어를 적용한 전력변환장치{POWER CONVERTER APPARATUS FOR APPLYING TO SENSERLESS TYPE MPPT CONTROL OF WIND POWER SYSTEM} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power conversion apparatus using a sensorless type amplifier control of a wind power generation system,

본 발명은 풍력발전시스템의 센서리스형 엠피피티 제어를 적용한 전력변환장치에 관한 것으로, 상세하게는 풍력을 이용한 풍력발전시스템에서 발전된 전압,전류를 최대 전력 점 추정(Maximun Power Point Tracker)제어를 통해 부하로 최대 전력을 전달할 수 있도록 한 풍력발전시스템의 센서리스형 엠피피티 제어를 적용한 전력변환장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion apparatus using sensorless type MPPT control of a wind power generation system and, more particularly, to a power conversion apparatus using a wind power generation system using a wind power generation system, The present invention relates to a power conversion apparatus employing a sensor-less MPPT control of a wind power generation system capable of transmitting maximum power to a load.

일반적으로 풍력발전시스템은 전력변환장치의 제어에 따라 발전기에서 발생된 전력이 계통이나 부하쪽으로 전달되는 전력량이 다르다. 즉 제어기법에 따라 최대 전력이 전달될 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.Generally, in a wind power generation system, electric power generated from a generator differs according to the control of a power conversion apparatus, and the amount of electric power transmitted to a system or a load is different. That is, maximum power may or may not be delivered according to the control scheme.

따라서 종래의 제어기법에 따라 풍력발전 시스템의 전력변환장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 풍력으로 회전하는 윈드터빈(1); 상기 윈드터빈(1)에 의해 발전하는 발전기(2); 상기 발전기(2)로부터 발전기의 속도를 검출하는 발전기속도검출부(3); 상기 발전기(2)로 발전된 3상 교류를 직류로 변환하는 3상 정류기(4); 상기 3상 정류기(4)로부터 전압,전류를 검출하는 제1 전압,전류검출부(5); 상기 3상 정류기(4)로부터 정류된 직류전압을 일정전압으로 유지하는 직류-직류 부스트컨버터(6); 상기 직류-직류 부스트컨버터(6)로부터 전압, 전류를 검출하는 제2 전압전류검출부(7); 상기 직류-직류 부스트컨버터(6)로부터 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 부하로 공급하는 3상 인터버(8): 상기 발전기속도검출부(3)에서 검출된 발전 속도를 풍속에 대한 발전전력 특성곡선(9)에 의해 산출된 최대전력과 상기 부하의 출력전력을 연산 제어하고 상기 연산 된 제어신호를 비례적분제어를 통해 상기 직류-직류 부스트컨버터(6)와 3상 인버터(8)를 제어하는 제어부(10)로 부하에 최대전력을 전달하도록 되어 있다.Therefore, as shown in FIG. 1, the power conversion apparatus of the wind power generation system according to the conventional control technique includes a wind turbine 1 rotating by wind force; A generator (2) generating by the wind turbine (1); A generator speed detector 3 for detecting the speed of the generator from the generator 2; A three-phase rectifier (4) for converting the three-phase alternating current generated by the generator (2) into a direct current; A first voltage and current detector 5 for detecting voltage and current from the three-phase rectifier 4; A DC-DC boost converter 6 for maintaining a DC voltage rectified from the three-phase rectifier 4 at a constant voltage; A second voltage / current detector (7) for detecting voltage and current from the DC / DC boost converter (6); A three-phase inverter (8) for converting a DC voltage from the DC-DC boost converter (6) into a three-phase AC voltage and supplying the DC voltage to a load, Controls the DC-DC boost converter (6) and the three-phase inverter (8) through the proportional integral control by calculating and controlling the maximum power calculated by the characteristic curve (9) and the output power of the load, And the maximum power is transmitted to the load by the control unit 10 which performs the control.

이때 상기 최대 전력 점 추정 제어를 위해 최대 전력을 전달하기 위한 전류 지령치는 영구자석동기발전기(2)로부터 발전기속도검출부(3)를 통해서 검출된 속도를 풍속에 대한 풍력발전기의 발전전력 특성곡선(9)에 의해 산출된 최대 전력값에 의해서 결정되고, 이 전류 지령치가 직류-직류부스터컨버터(6)에 전달되어 3상 인버터(8)를 통해서 부하나 계통에 전달하게 된다.At this time, the current command value for transmitting the maximum power for the maximum power point estimation control is obtained by multiplying the detected speed from the permanent magnet synchronous generator 2 through the generator speed detector 3 by the generated power characteristic curve 9 of the wind turbine , And this current command value is transmitted to the DC-DC booster converter 6 and transmitted to the load and the system through the three-phase inverter 8.

이와 같이 종래의 풍력발전 시스템은 속도를 검출하기 위해 발전기 속도 검출부(3)를 엔코더 또는 홀센서를 이용하여 검출하도록 되어 있어, 풍력발전시스템의 경우 속도를 검출하기 위하여 고가의 엔코더 또는 홀센서 추가로 구비하여야 하므로 상기 구입에 따른 제작 비용 및 유지 보수비가 증가하게 되는 문제점이 있다.As described above, in the conventional wind power generation system, the generator speed detection unit 3 is detected using an encoder or hall sensor in order to detect the speed. In the case of the wind power generation system, an expensive encoder or hall sensor Therefore, the manufacturing cost and the maintenance cost increase due to the purchase.

또한 전력을 공급하기 위해서 계통 설비를 추가로 작업하는데 드는 비용이 만만치 않을 뿐만 아니라 계통 설비를 설치하는 환경이 열악하면서 거리 또한 변전소로부터 먼 위치에 있기 때문에 여러 가지 어려움을 가지고 있다.In addition, not only is there a lot of cost to work additional system facilities to supply electric power, but also there are various difficulties because the environment for installing system facilities is poor and the distance is also far from the substation.

특히 재생에너지를 이용한 발전시스템, 특히 풍력발전시스템의 경우, 한전 전원을 상용가에 전달하기 어려운 도서 산간이나 섬과 같은 외진 곳에 설치하는 경우가 많은데, 이 이유는 전력을 공급하기 위해서 계통설비를 추가로 작업하는데 드는 비용이 만만치 않을 뿐만 아니라, 계통설비가 설치되는 환경이 열악하면서 거리 또는 변전소에서 먼 위치에 있기 때문에 여러 가지로 어려움을 가지고 있다.In particular, in the case of power generation systems using renewable energy, especially wind power generation systems, it is often the case that the KEPCO power source is installed in a remote place such as an island or an island that is difficult to deliver to a commercial market. Not only is it costly to work, but it is also difficult because the environment in which the system is installed is poor and is located far from the street or substation.

이러한 주변 환경 여건상 설치 비용 및 유지 보수가 저렴하고, 용이하여야 함을 감안하여 볼 때 상기 풍력발전시스템은 비용과 유지 보수 측면에서 기대에 미치지 못하는 미흡한 문제점을 가지게 되었다.Considering that the installation cost and maintenance are inexpensive and easy due to the surrounding environment conditions, the wind power generation system has a problem that it does not meet the expectations in terms of cost and maintenance.

상기 문제점을 해결하고자 하는 본 발명의 과제는 상용전원 대체 전력으로 사용하게 되는 풍력발전시스템의 제작비용을 줄여 전력 생산단가를 줄이는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION [0006] The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to reduce the production cost of a wind power generation system to be used as a commercial power alternative power,

상기 문제점을 해결하고자 하는 본 발명의 다른 과제는 풍력발전시스템이 설치 비용 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention to solve the above problems is to reduce the installation cost and the maintenance cost of the wind power generation system.

상기 문제점을 해결하고자 하는 본 발명의 또 다른 과제는 풍력발전시스템의 신뢰성을 높여 전력공급 중단 또는 차단 등으로 인한 사용에 불편이 없도록 하는데 있다. Another object of the present invention is to improve the reliability of a wind power generation system so as to prevent inconveniences due to interruption or interruption of power supply.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 수단은 풍력으로 발전하는 발전기; 상기 발전기로 발전된 3상 교류를 직류로 변환하는 3상 정류기; 상기 3상 정류기로부터 발전기 전압,전류를 검출하는 발전기 전압전류 검출부; 상기 3상 정류기에서 정류된 직류를 일정하게 유지하는 직류-직류 부스트 컨버터; 상기 직류-직류 부스트 컨버터에서 일정하게 유지된 직류를 3상 교류로 변환하는 3상 인버터; 상기 직류-직류 부스트 컨버터의 출력 전류 전압을 검출하는 인버터 전압 전류 검출부; 및 상기 발전기 전압전류 검출부로부터 검출된 전압, 전류로 전력을 연산하여 직류-직류 부스트 컨버터를 제어함과 아울러 상기 인버터 전압 전류 검출부로부터 검출된 3상 전압,전류를 연산하여 상기 3상 인버터를 제어하는 주제어부를 포함하고, 상기 주제어부는 상기 발전기 전압 전류 검출부로부터 100us 마다 발전기 전압, 전류를 검출하고, 상기 검출된 전압이 기설정된 최소전압보다 큰가를 판단하여 상기 검출된 전압이 최소전압보다 크면, 검출된 전압에 대하여 전력을 연산하고 상기 연산된 전력을 발전기의 특성에 의해 기설정된 테이블에 의해 최대 전류지령치를 선정하여 현재 전력이 이전 전력보다 큰가를 비교하며, 상기 현재 전력이 이전 전력보다 크면 전류를 증가하고, 반대로 현재 전력이 이전 전력보다 크지 않고 작으면 전류를 감소하며, 상기 증감된 전류의 한계치를 설정한 후, 설정된 한계치 전류를 비례 적분제어기로 펄스폭 변조제어하여 상기 펄스폭 변조된 제어신호를 아이지비티(IGBT)제어보드를 통해 상기 직류-직류 부스트 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a wind power generator comprising: a generator; A three-phase rectifier for converting the three-phase alternating current generated by the generator into a direct current; A generator voltage current detector for detecting a generator voltage and a current from the three-phase rectifier; A DC-DC boost converter for maintaining a rectified rectified current in the three-phase rectifier; A three-phase inverter for converting a direct current maintained in the DC-DC boost converter into a three-phase AC; An inverter voltage / current detector for detecting an output current voltage of the DC / DC boost converter; And a control unit for controlling the DC-DC boost converter by calculating the power based on the voltage and the current detected from the generator voltage current detection unit, and controlling the three-phase inverter by calculating the three-phase voltage and current detected from the inverter voltage- Wherein the main controller detects the generator voltage and current at every 100 us from the generator voltage current detector and determines whether the detected voltage is greater than a preset minimum voltage. If the detected voltage is greater than the minimum voltage, Calculating a maximum current command value according to a table preset by the characteristics of the generator, comparing the calculated power with a current power, comparing the current power with a previous power, comparing the current power with a previous power, Conversely, if the current power is not greater than the previous power and smaller, , And sets a limit value of the increase / decrease current. Then, the limit value current is controlled to pulse width modulation by a proportional integral controller to control the pulse width modulated control signal to control the DC / DC boost converter through an IGBT control board .

본 발명에서 상기 주제어부는 상기 발전기 전압전류 검출부로 100us마다 발전기의 전압과 전류를 검출한 후, 이 검출된 발전 전압과 전류를 연산하여 전력값을 저장함과 아울러 상기 발전기에서 검출된 전압이 최소전압 이상을 만족하면 발전 된 전력을 계통이나 독립부하로 전달하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the main controller may detect the voltage and current of the generator every 100 us with the generator voltage current detector, calculate the detected generator voltage and current to store the power value, The developed electric power is transmitted to the system or the independent load.

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본 발명에서 상기 주제어부는 상기 인버터 전압 전류 검출부로부터 검출된 3상 전압,전류를 3상 좌표계의 무효전력분과 유효전력분인 d-q축 좌표계로 변화하여 백터제어하고 초기 과도상태에서 d축과 q축 지령치 성분이 서로 간섭항으로 적용되어 무효전력분인 d축지령값이 0 성분이 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the main control unit controls the vector by changing the three-phase voltage and current detected from the inverter voltage and current detecting unit to the dq axis coordinate system, which is the reactive power of the three-phase coordinate system and the active power, Components are applied to each other as an interference term so that the d-axis command value as the reactive power component becomes 0 component.

상기 과제의 해결수단에 따른 본 발명은 풍력 발전시스템에서 발전기의 전력을 전압 전류 검출부로 검출한 후 검출된 전력을 최대 전력점 추적 알고리즘으로 제어하여 최대 전력점에서 전류를 제어하여 독립 부하로 전달할 수 있도록 함으로써, 최대 전력을 얻기 위해 고가의 엔코더, 홀센서를 사용하지 않고도 설치비용 단가를 줄일 수 있게 되어 전력 생산 단가 비용을 낮출 수 있어 타 재생 에너지 시스템이나 상용 전원을 공급하기 위해 추가되는 계통 설비 비용가에 견주어 경쟁력을 높일 수 있게 되었다. According to the present invention, in the wind power generation system, the power of the generator is detected by the voltage / current detection unit, and the detected power is controlled by the maximum power point tracking algorithm to control the current at the maximum power point to be transmitted to the independent load , It is possible to reduce the cost of the installation cost without using expensive encoders and Hall sensors in order to obtain the maximum power, thereby lowering the cost of production cost of the electric power generation. Therefore, the cost of the system equipment added to supply other renewable energy systems or commercial power To increase their competitiveness.

또한 본 발명은 풍력 발전 시스템의 경우 설치되는 장소가 야외이며 무빙 파트가 포함되어 있어 장시간 사용 시 유지, 보수에 상당한 시간과 비용이 소모되는 관점에서 속도 검출부(엔코더, 홀센서)가 불필요하게 됨으로써, 시설유지 및 보수를 해야 할 부분이 감소하게 되며 이로 인해 신뢰성 및 비용 절감을 할 수 있어 풍력 발전 에너지 즉 신재생 에너지의 보급화를 가속시킬 수 있다.Further, since the wind power generation system of the present invention is installed in an outdoor area and includes a moving part, a speed detector (encoder, hall sensor) is unnecessary from the viewpoint that a considerable time and cost are required for maintenance and repair in long- The maintenance and repair of the facility will be reduced, thereby reducing the reliability and cost, which can accelerate the supply of wind energy, that is, renewable energy.

도 1은 종래 풍력발전시스템의 전력변환장치의 제어 회로도
도 2는 본 발명 풍력발전시스템의 전력변환장치의 제어 회로도
도 3은 본 발명 풍력발전시스템의 전력변환장치의 발전기의 회전자 속도에 따른 전압과 전류의 선형특성도
도 4는 본 발명 풍력발전시스템의 전력변환장치의 직류-직류 부스트 컨버터의 제어 플로우챠트1 is a circuit diagram of a power conversion apparatus of a conventional wind power generation system.
2 is a control circuit diagram of a power conversion apparatus of a wind power generation system according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a linear characteristic of a voltage and a current according to a rotor speed of a generator of a power conversion apparatus of a wind power generation system according to the present invention
4 is a control flow chart of the DC-DC boost converter of the power conversion apparatus of the wind power generation system of the present invention

이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명 풍력발전시스템의 전력변환장치의 제어 회로도로서, 본 발명의 전력변환장치(20)는 발전기(21), 3상 정류기(22), 발전기 전압전류 검출부(23), 직류-직류 부스트 컨버터(24), 3상 인버터(25), 인버터 전압전류 검출부(26), 주제어부(27), 및 아이지비티(IGBT) 제어보드(28), 아이피엠(IPM)제어보드(29)를 포함하게 된다.2 is a control circuit diagram of a power conversion apparatus of a wind power generation system according to the present invention. The power conversion apparatus 20 of the present invention includes a generator 21, a three-phase rectifier 22, a generator voltage current detection unit 23, The boost converter 24, the three-phase inverter 25, the inverter voltage / current detection unit 26, the main control unit 27, the IGBT control board 28 and the IPM control board 29 .

상기 발전기(21)는 영구자석동기모터(PMSM) 발전기로 구비되며, 풍력에 의해 상기 영구자석동기모터(PMSM)에서는 3상 교류 전력을 발생하게 된다.The generator 21 is provided as a permanent magnet synchronous motor (PMSM) generator, and the permanent magnet synchronous motor (PMSM) generates three-phase alternating current power by wind power.

상기 영구자석동기모터(PMSM)는 도 3에 도시한 바와 같이, 선간 전압과 선간 전류(부하전류)가 선형적으로 반비례하는 특성을 갖는다. 즉 회전자 속도에 따라 전압과 전류가 선형 특성을 가지므로, 상기 회전자 속도를 알면 그 속도에 해당하는 발전기의 최대 출력을 산출할 수 있으며, 반대로 전압과 전류를 알면 해당되는 회전자 속도에서 최대 전력을 유출할 수 있다.As shown in Fig. 3, the permanent magnet synchronous motor (PMSM) has a characteristic in which a line-to-line voltage and a line-to-line current (load current) are linearly inversely proportional to each other. That is, since the voltage and current have a linear characteristic according to the rotor speed, if the rotor speed is known, the maximum output of the generator corresponding to the speed can be calculated. If the voltage and current are known, Power can be leaked.

그래서 영구자석동기모터(PMSM)의 특성을 이용하여 회전자의 속도를 검출하지 않고 발전기(21)의 전압과 전류의 파라미터만으로 발전기에서 생성되는 최대전력을 계통이나 부하에 전달할 수 있다.Therefore, the maximum power generated by the generator can be transmitted to the system or the load only by the parameters of the voltage and current of the generator 21 without detecting the speed of the rotor by using the characteristics of the permanent magnet synchronous motor (PMSM).

상기 3상 정류기(22)는 발전기(21)의 3상 출력단에 접속되어 상기 발전기(21)로부터 발전된 3상 교류전력을 직류로 변환하게 되며, 상기 3상 정류기(22)의 다이오드로 구성되어 직류로 정류하게 된다.The three-phase rectifier 22 is connected to the three-phase output terminal of the generator 21 and converts the three-phase AC power generated from the generator 21 to DC. The three-phase rectifier 22 comprises a diode of the three- .

상기 발전기 전압전류 검출부(23)는 상기 3상 정류기(22)의 출력단에 접속되어 상기 3상 정류기(22)로부터 정류된 직류전압으로 발전기(21)의 전압과 전류를 검출하게 되며, 상기 발전기 전압전류 검출부(23)는 100us마다 발전기(21)의 전압과 전류를 검출하여 후술할 주제어부(27)에 입력하게 된다.The generator voltage current detector 23 is connected to the output terminal of the three-phase rectifier 22 and detects the voltage and current of the generator 21 with a DC voltage rectified from the three-phase rectifier 22, The current detection unit 23 detects the voltage and current of the generator 21 every 100 us and inputs it to the main control unit 27 to be described later.

상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)는 상기 3상 정류기(22)의 출력단에 접속되어 3상 정류기(22)에서 정류된 직류 전압을 일정하게 유지하면서 출력하게 되며, 상기 발전기 전압전류 검출부(23)로부터 검출된 전압,전류를 센서리스 최대전력점 추적제어에 의해 출력전류를 제어하여 풍속에 대한 최대전력을 출력하게 된다The DC-DC boost converter 24 is connected to the output terminal of the three-phase rectifier 22 to output a constant DC voltage rectified by the three-phase rectifier 22, And outputs the maximum power to the wind speed by controlling the output current by the sensorless maximum power point tracking control

상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)는 캐패시터(C1), IGBT 스위칭소자, 다이오드, 캐패시터(C2)로 구성하게 된다.The DC-DC boost converter 24 includes a capacitor C1, an IGBT switching device, a diode, and a capacitor C2.

상기 3상 인버터(25)는 상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)의 출력단에 접속되어 상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)에서 출력되는 전압을 3상 교류전압으로 변환하게 되며, 상기 3상 인버터(25)는 트랜지스터(TR), 에프이티(FET), 에스씨알(SCR)중 어느 하나의 전력제어소자로 구성하게 된다.The three-phase inverter 25 is connected to the output terminal of the DC-DC boost converter 24 to convert the voltage output from the DC-DC boost converter 24 into a three-phase AC voltage, 25 constitute a power control element of any one of the transistor TR, the FET, and the SCR.

상기 인버터 전압 전류 검출부(26)는 상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)의 출력단에 접속되어 3상 인버터(25)로 출력되는 3상 전압,전류를 검출하여 후술할 주제어부(27)에 입력하게 된다.The inverter voltage / current detector 26 is connected to the output terminal of the DC / DC boost converter 24 to detect the three-phase voltage and current output to the three-phase inverter 25 and inputs it to the main controller 27 do.

상기 주 제어부(27)는 상기 발전기 전압 전류 검출부(23)로부터 검출된 전압, 전류에 대하여 전력을 연산하고 연산된 전력은 발전기의 특성에 의해 기설정된 테이블에 의해 전류를 증감 제어하면서 펄스 폭 변조로 아이지비트(IGBT)제어보드(28)를 통해서 상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)를 최대 전력점 추정 알고리즘으로 제어하게 된다. The main control unit 27 calculates the power for the voltage and current detected by the generator voltage and current detector 23, and the calculated power is controlled by the pulse width modulation The DC-DC boost converter 24 is controlled by the maximum power point estimation algorithm through the IGBT control board 28. [

여기서 상기 최대 전력점 추정 알고리즘은 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 발전기 전압 전류 검출부(23)로부터 100us 마다 발전기 전압(Vdc), 전류(Idc)를 검출하는 단계(S1), 상기 검출된 전압(Vdc)이 최소전압 보다 큰가를 판단하는 단계(S2), 상기 검출된 전압(Vdc)이 최소전압 보다 크면, 검출된 전압에 대하여 전력을 연산하는 단계(S3), 상기 연산된 전력을 발전기의 특성에 의해 기설정된 테이블(도3의 회전자 속도에 따른 전압과 전류의 선형특성도)에 의해 최대 전류(Idc ref)지령치를 선정하는 단계(S4), 이어서 현재 전력(Pout)이 이전 전력(Pout)보다 큰가를 비교하는 단계(S5), 상기 현재 전력(Pout)이 이전 전력보다 크면 전류(Idc ref)를 증가하고, 반대로 현재 전력(Pout)이 이전 전력보다 크지 않고 작으면 전류(Idc ref)를 감소하는 단계(S6), 상기 증감된 제어 전류(Idc ref)를 한계치로 설정하는 단계(S7), 상기 설정된 한계치 전류(I LIMIT)를 비례 적분제어기로 펄스폭 변조(PWM) 제어하는 단계(S8), 상기 펄스폭 변조된 제어신호를 아이지비티(IGBT)제어보드(28)를 통해 상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)를 제어하는 단계(S9)로 제어하게 된다. 4, the maximum power point estimation algorithm includes a step S1 of detecting a generator voltage Vdc and a current Idc at 100 us from the generator voltage current detector 23, (S2) determining if the detected voltage (Vdc) is greater than a minimum voltage, calculating (S3) power for the detected voltage if the detected voltage (Vdc) is greater than a minimum voltage, (Step S4) of selecting a maximum current Idc ref command value by a table (a linear characteristic diagram of a voltage and a current according to the rotor speed in FIG. 3) predetermined by the current command Pout If the current power Pout is greater than the previous power, the current Idc ref is increased. Conversely, if the current power Pout is not greater than the previous power and smaller than the previous power, the current Idc ref is compared. Decreasing the control current Idc ref, Establishing a threshold (S7), the set current limit (I A direct current boost converter (24) - the LIMIT) to proportional-integral control step (S8), AIJI the pulse width modulated control signal Bt (IGBT) control board 28, the direct current through the controlling pulse width modulation (PWM) (S9).

또한 상기 주 제어부(27)는 상기 인버터 전압전류 검출부(26)에서 검출된 3상 전압,전류를 통상의 인버터제어 알고리즘을 이용하여 무효,유효 전력분으로 변환하여 벡터 제어하고, 초기 과도상태에서 d축 과 q축 지령치 성분이 서로 간섭항으로 적용되어 응답성을 향상시키며 무효 전력분을 0 성분이 되도록 연산한 후 비례적분제어기로 펄스폭 변조(PWM)하고 아이피엠(IPM)제어보드(29)를 통해 상기 3상 인버터(25)를 제어하게 된다.Further, the main control unit 27 converts the three-phase voltage and current detected by the inverter voltage / current detecting unit 26 into an inactive and an active power by using a normal inverter control algorithm and performs vector control. In the initial transient state, Axis and q-axis setpoint components are applied as interference terms to improve responsiveness, and the reactive power component is calculated to be a zero component, and then pulse width modulation (PWM) is performed with a proportional integral controller and an IPM control board 29 is used. Phase inverter 25 is controlled through the three-phase inverter 25.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 풍력을 이용한 발전기(21)로부터 발생한 3상 교류전력을 3상 정류기(22)를 통해서 직류전원으로 변환하여 직류-직류 부스트 컨버터(24)로 입력하게 된다.The three-phase AC power generated by the wind power generator 21 is converted into a DC power through the three-phase rectifier 22 and input to the DC-DC boost converter 24.

상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)로 입력되는 직류전원은 주제어부(27)에서상기 발전기 전압,전류 검출부(23)를 제어하여 상기 발전기(21)로부터 100us 마다 전압(Vdc),전류(Idc)를 검출하게 되고, 상기 검출된 전압(Vdc),전류(Idc)에 대하여 최대 전력점 추정 알고리즘을 통해서 상기 검출된 전압(Vdc)이 최소 전압보다 큰가를 판단하게 된다(단계S2).The direct current power input to the DC-DC boost converter 24 controls the generator voltage and current detector 23 in the main controller 27 to generate a voltage Vdc, a current Idc, And it is determined whether the detected voltage Vdc is greater than the minimum voltage through the maximum power point estimation algorithm for the detected voltages Vdc and Idc (step S2).

여기서 상기 검출된 전압(Vdc)이 최소 전압보다 크면, 검출된 전압에 대하여 전력을 연산하게 되고(단계S3), 반면에서 상기 검출된 전압(Vdc)이 최소 전압보다 크지 않으면, 상기 발전기 전압,전류 검출부(23)를 제어하여 검출된 전압(Vdc)이 최소 전압보다 클 때까지 반복하여 검출하게 된다.If the detected voltage Vdc is greater than the minimum voltage, the power is calculated for the detected voltage (step S3). On the other hand, if the detected voltage Vdc is not greater than the minimum voltage, The detection unit 23 is controlled so that the detected voltage Vdc is repeatedly detected until it is greater than the minimum voltage.

한편 상기 검출된 전압에 대하여 전력이 연산이 완료되면, 상기 주제어부(27)에서는 상기 연산된 전력을 발전기의 특성에 의해 기설정된 테이블(도3의 회전자 속도에 따른 전압과 전류의 선형특성도)에 의해 최대 전류(Idc ref) 지령치를 선정하게 된다(단계S4).On the other hand, when the calculation of the electric power with respect to the detected voltage is completed, the main control unit 27 calculates the calculated electric power based on the table (the linear characteristic of voltage and current according to the rotor speed in Fig. 3 The maximum current Idc ref command value is selected (step S4).

이어서 주제어부(27)에서는 선정된 최대 전류(Idc ref)지령치로 현재 전력(Pout)이 이전 전력(Pout)보다 큰가를 비교하게 되고(단계S5), 이때 상기 현재 전력(Pout)이 이전 전력(Pout)보다 크면 최대 전류(Idc ref)를 증가하고, 반대로 현재 전력(Pout)이 이전 전력(Pout)보다 크지 않고 작으면 최대 전류(Idc ref)를 감소하여(단계S6). 상기 증감 제어된 전류(Idc ref)의 한계치 전류를 설정하고(단계7), 상기 설정된 한계치 전류를 비례적분제어기로 펄스폭 변조(PWM)제어한 후(S8), 아이지비티(IGBT)제어보드(28)를 통해 상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)를 제어하게 된다(단계S9).The main controller 27 compares the current value Pout with the predetermined maximum current Idc ref command value to determine whether the current power Pout is greater than the previous power Pout at step S5, Pout, the maximum current Idc ref is increased. On the other hand, if the current power Pout is not greater than the previous power Pout, the maximum current Idc ref is decreased (step S6). (Step 7), and the PWM controller controls the pulse width modulation (PWM) of the set threshold current to control the IGBT (IGBT) control board 28 to control the DC-DC boost converter 24 (step S9).

그리고 상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)에서는 상기 주제어부(27)의 제어신호에 의해 3상 인버터(15)로 3상 전압 전류를 출력하게 되고, 상기 주제어부(27)에서는 인버터 전압,전류 검출부(26)를 통해 상기 3상 인버터(15)의 3상 전압,전류를 검출하게 되며, 이 검출된 3상 전압,전류를 통상의 인버터제어 알고리즘으로 무효,유효 전력분으로 변환하여 벡터 제어하고, 초기 과도상태에서 d축과 q축 지령치 성분이 서로 간섭항으로 적용되어 응답성을 향상시키며 무효 전력분을 0성분이 되도록 제어하고 연산한 후 비례적분제어기로 펄스폭 변조(PWM)하고 아이피엠(IPM)제어보드(29)를 통해 상기 3상 인버터(25)를 제어하게 된다.The DC-DC boost converter 24 outputs a three-phase voltage current to the three-phase inverter 15 by a control signal of the main controller 27. In the main controller 27, the inverter voltage, Phase voltage and current of the three-phase inverter 15 through the inverter 26, converts the detected three-phase voltage and current into an invalid, effective power fraction by a normal inverter control algorithm, performs vector control, In the initial transient state, the d-axis and q-axis command value components are applied as interference terms to improve the responsiveness, and the reactive power component is controlled to be zero component, and then pulse width modulation (PWM) Phase inverter 25 via the IPM control board 29.

그러므로 상기 3상 인버터(25)에서는 상기 직류-직류 부스트 컨버터(24)에서 입력되는 직류전압을 3상 교류전압으로 변환하여 부하단에 최대 전력을 전달할 수 있게 된다.Therefore, in the three-phase inverter 25, the DC voltage input from the DC-DC boost converter 24 is converted into the three-phase AC voltage, and the maximum power can be transmitted to the lower stage.

상기와 같이 본 발명은 발전기(21)에 회전속도를 검출하지 않고도, 발전된 전압과 전류만을 검출하고 이 검출된 전압과 전류를 최대 전력점 추정 알고리즘으로 최대전력을 출력하도록 제어함으로써, 상기 발전기(21)에서 발생된 최대 전력을 부하에 전달할 수 있게 되는 것이다. As described above, the present invention detects only the developed voltage and current without detecting the rotational speed of the generator 21 and controls the detected voltage and current to output the maximum power using the maximum power point estimation algorithm, ) To the load.

20; 전력변환장치 21; 발전기
22; 3상 정류기 23; 발전기 전압전류 검출부
24; 직류-직류 부스트 컨버터
25; 3상 인버터 26; 인버터 전압전류 검출부
27; 주제어부 28; 아이지비티(IGBT)제어보드
29; 아이피엠(IPM)제어보드20; Power converter 21; generator
22; Three-phase rectifier 23; Generator voltage current detector
24; DC-DC boost converter
25; Three-phase inverter 26; Inverter voltage / current detection unit
27; A main control unit 28; IGBT control board
29; IPM control board

Claims (4)

풍력으로 발전하는 발전기;
상기 발전기로 발전된 3상 교류를 직류로 변환하는 3상 정류기;
상기 3상 정류기로부터 발전기 전압,전류를 검출하는 발전기 전압전류 검출부;
상기 3상 정류기에서 정류된 직류를 일정하게 유지하는 직류-직류 부스트 컨버터;
상기 직류-직류 부스트 컨버터에서 일정하게 유지된 직류를 3상 교류로 변환하는 3상 인버터;
상기 직류-직류 부스트 컨버터의 출력 전류 전압을 검출하는 인버터 전압 전류 검출부; 및
상기 발전기 전압전류 검출부로부터 검출된 전압, 전류로 전력을 연산하여 직류-직류 부스트 컨버터를 제어함과 아울러 상기 인버터 전압 전류 검출부로부터 검출된 3상 전압,전류를 연산하여 상기 3상 인버터를 제어하는 주제어부를 포함하고,
상기 주제어부는 상기 발전기 전압 전류 검출부로부터 100us 마다 발전기 전압, 전류를 검출하고, 상기 검출된 전압이 기설정된 최소전압보다 큰가를 판단하여 상기 검출된 전압이 최소전압보다 크면, 검출된 전압에 대하여 전력을 연산하고 상기 연산된 전력을 발전기의 특성에 의해 기설정된 테이블에 의해 최대 전류지령치를 선정하여 현재 전력이 이전 전력보다 큰가를 비교하며, 상기 현재 전력이 이전 전력보다 크면 전류를 증가하고, 반대로 현재 전력이 이전 전력보다 크지 않고 작으면 전류를 감소하며, 상기 증감된 전류의 한계치를 설정한 후, 설정된 한계치 전류를 비례 적분제어기로 펄스폭 변조제어하여 상기 펄스폭 변조된 제어신호를 아이지비티(IGBT)제어보드를 통해 상기 직류-직류 부스트 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 센서리스형 엠피피티 제어를 적용한 전력변환장치.A generator generating wind power;
A three-phase rectifier for converting the three-phase alternating current generated by the generator into a direct current;
A generator voltage current detector for detecting a generator voltage and a current from the three-phase rectifier;
A DC-DC boost converter for maintaining a rectified rectified current in the three-phase rectifier;
A three-phase inverter for converting a direct current maintained in the DC-DC boost converter to a three-phase AC;
An inverter voltage / current detector for detecting an output current voltage of the DC / DC boost converter; And
Wherein the controller controls the DC-DC boost converter by calculating the voltage and current based on the detected voltage and current from the generator voltage current detector, and calculates the three-phase voltage and current detected by the inverter voltage and current detector to control the three- ≪ / RTI >
Wherein the main controller detects the generator voltage and current at every 100 us from the generator voltage current detector and judges whether the detected voltage is greater than a preset minimum voltage and if the detected voltage is greater than the minimum voltage, And compares the calculated power with a preset maximum current command value according to a table preset by the characteristics of the generator to compare whether the current power is greater than the previous power and increases the current if the current power is greater than the previous power, (IGBT) by controlling the pulse width modulation of the set threshold current by a proportional integral controller, and then, when the pulse width modulation signal is not greater than the previous power, DC converter according to claim 1 or 2, wherein the DC-DC boost converter Power conversion system using sensorless type Ampity control of system. 제 1 항에 있어서,
상기 주제어부는 상기 발전기 전압전류 검출부로 100us마다 발전기의 전압과 전류를 검출한 후, 이 검출된 발전 전압과 전류를 연산하여 전력값을 저장함과 아울러 상기 발전기에서 검출된 전압이 최소전압 이상을 만족하면 발전 된 전력을 계통이나 독립부하로 전달하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 센서리스형 엠피피티 제어를 적용한 전력변환장치.The method according to claim 1,
The main control unit detects the voltage and current of the generator every 100 us with the generator voltage and current detecting unit, calculates the detected generation voltage and current, stores the power value, and if the voltage detected by the generator satisfies the minimum voltage or more And the developed electric power is transmitted to a system or an independent load. The electric power conversion apparatus employing the sensorless type IMPEFITY control of the wind power generation system. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 주제어부는 상기 인버터 전압 전류 검출부로부터 검출된 3상 전압,전류를 3상 좌표계의 무효전력분과 유효전력분인 d-q축 좌표계로 변화하여 백터제어하고 초기 과도상태에서 d축과 q축 지령치 성분이 서로 간섭항으로 적용되어 무효전력분인 d축지령값이 0 성분이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 풍력발전시스템의 센서리스형 엠피피티 제어를 적용한 전력변환장치.The method according to claim 1,
The main controller changes the three-phase voltage and current detected by the inverter voltage / current detecting unit into a dq axis coordinate system, which is a reactive power component of the three-phase coordinate system and an active power component, and performs vector control. In the initial transient state, And the d-axis command value of reactive power is applied as an interference term so that the d-axis command value becomes 0 component.
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