KR101516269B1

KR101516269B1 - Pitch control system and method for blade of wind power generator

Info

Publication number: KR101516269B1
Application number: KR1020130091481A
Authority: KR
Inventors: 임재성; 정준희
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2015-05-04
Also published as: KR20150015737A

Abstract

풍력 발전기의 블레이드 피치 제어 시스템 및 방법이 개시된다. 풍력 발전기의 블레이드 피치 제어 시스템은, 블레이드의 피치를 조절하는 액츄에이터의 작동을 제어하는 피치 제어기; 및 미리 지정된 멀티 드룹 제어 곡선을 이용하여 계통 주파수의 변동량에 상응하는 터빈 출력을 결정하고, 상기 결정된 터빈 출력을 발생시키는 피치 제어 신호를 상응하는 풍력 발전기에 구비된 상기 피치 제어기로 출력하는 주 제어기를 포함한다.A blade pitch control system and method for a wind power generator is disclosed. A blade pitch control system for a wind power generator includes a pitch controller for controlling the operation of an actuator for adjusting the pitch of the blades; And a main controller for determining a turbine output corresponding to the variation of the grid frequency using a predetermined multi-droop control curve and outputting a pitch control signal for generating the determined turbine output to the pitch controller provided in the corresponding wind turbine generator .

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a blade pitch control system for a wind turbine generator,

본 발명은 풍력 발전기의 블레이드 피치 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a blade pitch control system and method for a wind turbine.

친환경적 발전기로서 구조 및 설치가 간단하여 최근 사용이 증가하고 있는 풍력 발전기는 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하여 발전기를 구동시켜 전력을 생산하는 장치이다. 관련 선행기술로는 한국공개특허 제2012-0124030호(풍력발전시스템 및 그 제어방법) 등이 있다.A wind turbine generator that is easy to construct and install as an environmentally friendly generator has recently been increasingly used. It is a device that converts wind energy into mechanical energy and drives the generator to produce electric power. Related prior arts include Korea Patent Publication No. 2012-0124030 (wind power generation system and its control method).

일반적으로 풍력 발전기는 소정의 높이를 가지는 타워, 타워의 상단에 회전 가능하게 설치되고 내부에 발전기가 구비되는 너셀, 너셀의 선단에 위치하는 허브, 허브로부터 반경 방향으로 연장된 다수의 블레이드를 구비한다. Generally, a wind power generator includes a tower having a predetermined height, a nose cell rotatably mounted on an upper end of the tower and having a generator therein, and a plurality of blades extending radially from the hub. .

풍력 발전기는 강풍이 부는 경우 블레이드의 회전 속도가 필요 이상으로 가속되는 안전 사고의 위험이 있어 블레이드의 피치를 제어하고, 약풍이 부는 경우에는 적정한 발전량 조절을 위해 블레이드의 피치를 제어하는 피치 제어 시스템을 더 구비한다. The wind turbine has a pitch control system that controls the pitch of the blades because of the risk of safety accidents in which the rotational speed of the blades accelerates more than necessary when a strong wind blows, and a pitch control system for controlling the pitch of the blades .

즉, 풍력 발전기의 피치 제어 시스템은 소정의 주기로 출력되는 전력을 측정하고, 적정 출력을 초과하거나 감소하는 경우 블레이드의 피치를 조정하여 적정 출력을 유지하도록 하는 시스템이다. 피치 제어 시스템은 구동 방식에 따라 고정 피치를 사용하는 수동 피치 시스템(passive pitch system)과 가변 피치를 사용하는 능동 피치 시스템(Active pitch system)으로 구분될 수 있다.That is, the pitch control system of the wind power generator measures the power output in a predetermined cycle and adjusts the pitch of the blades when the power is exceeded or decreased to maintain the proper output. The pitch control system can be classified into a passive pitch system using a fixed pitch according to a driving method and an active pitch system using a variable pitch.

피치 제어 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 블레이드가 회전하기 시작하는 시작 풍속(Cut-in speed)부터 정격 풍속(Rated speed)까지는 토크 제어(Torque control) 방식으로 피치 제어를 수행하지만, 정격 풍속 이상에서는 바람의 변화에 따른 급격한 출력 변화로 인한 과부하로부터 시스템을 보호하기 위해 일정 출력을 유지하도록 하는 피치 제어(Pitch contol)를 수행한다.The pitch control system performs pitch control by a torque control method from a start-up speed at which the blade starts to rotate to a rated speed as shown in FIG. 1, but the rated wind speed In order to protect the system from overload due to sudden change in output due to wind change, a pitch control is performed to maintain a constant output.

그러나, 피치 제어를 위해 이용되는 드룹 제어(Droop control) 곡선이 단지 발전기 출력과 발전기 주파수의 특성 곡선에 불과하여 다양한 종류의 풍력 발전기 특성(예를 들어, 출력 특성, 반응 속도 등)을 충분히 고려하지 못하고 있으며, 따라서 피치 제어 시스템이 드룹 제어 곡선을 이용하여 효과적으로 피치 제어를 수행할 수 없는 문제점이 있다.However, the droop control curve used for the pitch control is merely a characteristic curve of the generator output and the generator frequency, so that various types of wind generator characteristics (e.g., output characteristics, reaction speed, etc.) Therefore, there is a problem that the pitch control system can not effectively perform the pitch control by using the droop control curve.

본 발명은 다양한 풍력 발전기 특성을 고려한 드룹 제어 곡선을 이용하여 개별 풍력 발전기에 대해 효과적인 피치 제어가 수행될 수 있도록 하는 풍력 발전기의 블레이드 피치 제어 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a blade pitch control system and method for a wind turbine that enables effective pitch control to be performed on an individual wind turbine generator using a droop control curve considering various characteristics of the wind turbine generator.

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 발전기의 블레이드 피치 제어 시스템에 있어서, 블레이드의 피치를 조절하는 액츄에이터의 작동을 제어하는 피치 제어기; 및 미리 지정된 멀티 드룹 제어 곡선을 이용하여 계통 주파수의 변동량에 상응하는 터빈 출력을 결정하고, 상기 결정된 터빈 출력을 발생시키는 피치 제어 신호를 상응하는 풍력 발전기에 구비된 상기 피치 제어기로 출력하는 주 제어기를 포함하는 블레이드 피치 제어 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a blade pitch control system for a wind turbine, comprising: a pitch controller for controlling an operation of an actuator for adjusting a pitch of a blade; And a main controller for determining a turbine output corresponding to the variation of the grid frequency using a predetermined multi-droop control curve and outputting a pitch control signal for generating the determined turbine output to the pitch controller provided in the corresponding wind turbine generator A blade pitch control system is provided.

상기 멀티 드룹 제어 곡선은 정격 주파수보다 높은 주파수 영역과 상기 정격 주파수보다 낮은 주파수 영역에서의 주파수 대비 터빈 출력의 관계를 나타내는 직선의 기울기 절대값이 상이할 수 있다.The multi-droop control curve may have a slope absolute value of a straight line indicating the relationship between the frequency range higher than the rated frequency and the turbine output relative to the frequency in the frequency range lower than the rated frequency.

상기 주 제어기는 상기 풍력 발전기 내의 동기기(synchronous machine)의 회전수는 일정하게 유지하고 상기 블레이드의 피치 조절을 통해 터빈 출력을 변동하도록 제어할 수 있다.The main controller can control the turbine output to fluctuate by adjusting the pitch of the blades while maintaining a constant number of rotations of a synchronous machine in the wind turbine.

상기 멀티 드룹 제어 곡선은 풍력 발전 단지에 구비된 풍력 발전기별로 개별 지정될 수 있다.The multi-droplet control curve may be individually designated for each wind turbine provided in the wind turbine.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 풍력 발전기의 블레이드 피치 제어 방법에 있어서, 주 제어기가 계통 주파수 측정값을 이용하여 계통 주파수의 변동량을 산출하는 단계; 상기 주 제어기가 미리 지정된 멀티 드룹 제어 곡선을 이용하여 상기 계통 주파수의 변동량에 상응하는 터빈 출력을 결정하는 단계; 및 상기 주 제어기가 상기 결정된 터빈 출력을 발생시키기 위한 피치 제어 신호를 상응하는 풍력 발전기에 구비된 피치 제어기로 출력하는 단계를 포함하는 블레이드 피치 제어 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a blade pitch of a wind turbine, the method comprising: calculating a variation of a grid frequency using a grid frequency measurement value; Determining by the main controller a turbine output corresponding to a variation of the grid frequency using a predetermined multi-drop control curve; And the main controller outputting a pitch control signal for generating the determined turbine output to a pitch controller provided in the corresponding wind turbine generator.

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, 다양한 풍력 발전기 특성을 고려한 드룹 제어 곡선을 이용하여 개별 풍력 발전기에 대해 효과적인 피치 제어가 수행될 수 있는 있는 효과가 있다.According to the embodiment of the present invention, there is an effect that effective pitch control can be performed on an individual wind turbine generator by using a droop control curve considering various characteristics of the wind turbine generator.

도 1은 풍속에 따른 풍력 발전기의 제어 기법을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 회전자 속도를 제어하는 일반적인 피치각 제어 알고리즘을 나타낸 도면.
도 4는 터빈 출력을 제어하는 일반적인 피치각 제어 알고리즘을 나타낸 도면.
도 5는 종래기술에 따른 드룹 제어 곡선을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 드룹 제어 곡선을 이용한 피치각 제어 알고리즘을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 드룹 제어 곡선을 나타낸 도면.1 is a view showing a control technique of a wind power generator according to wind speeds;
FIG. 2 is a schematic view of a configuration of a pitch control system of a wind turbine according to an embodiment of the present invention; FIG.
3 shows a general pitch angle control algorithm for controlling the rotor speed;
Figure 4 shows a general pitch angle control algorithm for controlling the turbine output.
5 shows a droop control curve according to the prior art;
6 is a diagram illustrating a pitch angle control algorithm using a multi-droop control curve according to an embodiment of the present invention.
7 illustrates a multi-droplet control curve in accordance with an embodiment of the present invention.

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.

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.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the terms "part," "unit," "module," "device," and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, Lt; / RTI >

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, 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 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 피치 제어 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 회전자 속도를 제어하는 일반적인 피치각 제어 알고리즘을 나타낸 도면이며, 도 4는 터빈 출력을 제어하는 일반적인 피치각 제어 알고리즘을 나타낸 도면이다. 도 5는 종래기술에 따른 드룹 제어 곡선을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 드룹 제어 곡선을 이용한 피치각 제어 알고리즘을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 드룹 제어 곡선을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a view schematically showing a configuration of a pitch control system of a wind turbine according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing a general pitch angle control algorithm for controlling a rotor speed, Lt; RTI ID = 0.0 > pitch < / RTI > control algorithm. FIG. 5 is a diagram illustrating a droop control curve according to the related art, FIG. 6 is a diagram illustrating a pitch angle control algorithm using a multi-droop control curve according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a view showing a multi-droop control curve according to FIG.

본 실시예에 따른 피치 제어 시스템은 이하에서 설명되는 바와 같이 풍력 발전기 내의 동기기(synchronous machine)의 회전수는 일정하되 멀티 드룹 제어(multi droop control) 곡선을 이용하여 피치를 제어하는 능동 피치 시스템(active pitch system)이라 할 수 있다. The pitch control system according to the present embodiment is an active pitch system in which the number of rotations of a synchronous machine in a wind turbine is constant but a pitch is controlled using a multi droop control curve as described below pitch system.

도 2를 참조하면, 풍력 발전기의 피치 제어 시스템은 피치 제어기(210), 액츄에이터(220), 블레이드(230) 및 주 제어기(240)를 포함한다. 피치 제어기(210)는 주 제어기(240)로부터 피치 제어를 위한 제어 신호를 입력받아 액츄에이터(220)의 작동을 제어한다.2, the pitch control system of a wind turbine includes a pitch controller 210, an actuator 220, a blade 230, and a main controller 240. [ The pitch controller 210 receives a control signal for pitch control from the main controller 240 and controls the operation of the actuator 220. [

액츄에이터(220)는 피치 제어기(210)의 제어에 의해 작동되어 블레이드(230)를 구동하며, 블레이드(230)의 피치 각도를 조절한다. The actuator 220 is operated under the control of the pitch controller 210 to drive the blade 230 and adjust the pitch angle of the blade 230.

예를 들어 액츄에이터(220)는 전자-유압 액츄에이터일 수 있다. 이 경우, 액츄에이터(220)는 유압 액츄에이터, 유압 액츄에이터에 적절한 유압을 공급하기 위한 펌프, 펌프를 구동시키는 전기 모터를 구비할 수 있으며, 피치 제어기(210)는 전기 모터의 작동을 제어하여 액츄에이터(220)의 동작을 제어할 수 있다.For example, the actuator 220 may be an electro-hydraulic actuator. In this case, the actuator 220 may include a hydraulic actuator, a pump for supplying an appropriate hydraulic pressure to the hydraulic actuator, and an electric motor for driving the pump. The pitch controller 210 controls the operation of the electric motor 220 Can be controlled.

주 제어기(240)는 피치 제어기(210)로 피치 제어를 위한 제어 신호를 출력한다. 주 제어기(240)는 예를 들어 마이크로프로세서와 메모리 장치를 포함할 수 있다.The main controller 240 outputs a control signal for pitch control to the pitch controller 210. [ The main controller 240 may include, for example, a microprocessor and a memory device.

도 3과 도 4에는 각각 주 제어기(240)가 블레이드(230)의 피치각 제어를 통해 기계적 출력 토크를 조정하고, 결과적으로 원하는 출력값을 얻도록 하기 위한 일반적인 피치각 제어 알고리즘이 도시되어 있다.3 and 4 illustrate a typical pitch angle control algorithm for the main controller 240 to adjust the mechanical output torque through the pitch angle control of the blade 230, resulting in a desired output value.

도 3에는 회전자 속도를 제어하는 방법을 적용하는 일반적인 피치각 제어 알고리즘이 도시되어 있다. 3 shows a general pitch angle control algorithm applying a method of controlling the rotor speed.

도시된 피치각 제어 알고리즘은 발전기의 속도값(Wg)과 발전기의 기준 속도값(Wref)을 비교하여 PI 제어기를 통해 에러값을 제거한 후 블레이드(230)의 관성에 의해 발생하는 1차 지연 요소를 고려(1/1+as, 여기서 a는 블레이드(230)의 기계적 시정수임)하고, 적분기(1/s)를 거쳐 풍력 발전기의 출력을 일정하게 제어하기 위한 피치각(angle)을 산출한다. 해당 피치각 제어 알고리즘은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The pitch angle control algorithm shown in the figure compares the speed value Wg of the generator with the reference speed value Wref of the generator to remove the error value through the PI controller and then outputs the first delay element generated by the inertia of the blade 230 (1/1 + as, where a is the mechanical time constant of the blade 230) and calculates the pitch angle for constantly controlling the output of the wind turbine generator via the integrator 1 / s. Since the pitch angle control algorithm is obvious to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.

또한, 도 4에는 터빈 출력을 제어하는 방법을 이용하는 일반적인 피치각 제어 알고리즘이 도시되어 있다. Also shown in FIG. 4 is a general pitch angle control algorithm that employs a method for controlling turbine power.

도시된 피치각 제어 알고리즘은 풍력 발전기에서 출력되는 실제 유효전력값(Pwt)과 계통 주파수의 변화량(△f)에 따라 드룹 제어 곡선(도 5 참조)에 의해 결정되는 출력 변화량(△Pg)의 합산값, 즉 풍력 발전기로 전달되는 터빈 지령값(Pref)과 계통 연계점(PCC, Point of Common Coupling)에서 측정한 유효 전력값(Pmeas)를 비교하여 PI 제어기를 통해 에러값을 제거한 후 블레이드(230)의 관성에 의해 발생하는 1차 지연 요소(1/1+as, 여기서 a는 블레이드(230)의 기계적 시정수임)를 고려하고, 적분기(1/s)를 거쳐 풍력 발전기의 출력을 일정하게 제어하기 위한 피치각(angle)을 산출한다. 해당 피치각 제어 알고리즘은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The pitch angle control algorithm shown in the figure is based on the sum of the output variation amount? Pg determined by the droop control curve (see FIG. 5) according to the actual active power value Pwt output from the wind power generator and the variation amount? F of the grid frequency The turbine command value Pref transmitted to the wind turbine is compared with the effective power value Pmeas measured at the point of common coupling PCC to remove the error value through the PI controller and then the blade 230 (1/1 + as, where a is the mechanical time constant of the blade 230) generated by the inertia of the wind turbine generator (1 / s) And calculates a pitch angle to be used. Since the pitch angle control algorithm is obvious to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.

도 5에 도시된 종래기술에 따른 드룹 제어 곡선에서 확인되는 바와 같이, 표준 계통 주파수(fn)으로부터 △f만큼 주파수 저하가 발생되면, 터빈 출력은 △Pg만큼 증가하게 되며, 이때의 관계식은 △f/△Pg = -m으로 표현될 수 있다. 여기서, m의 부호가 음수(-)인 이유는 주파수가 저하되는 경우 터빈 출력이 증가되기 때문이다. As can be seen from the droop control curve according to the prior art shown in Fig. 5, when frequency degradation occurs by DELTA f from the standard systematic frequency fn, the turbine output increases by DELTA Pg, and the relational expression at this time is DELTA f / DELTA Pg = -m. Here, the sign of m is negative (-) because the turbine output increases when the frequency decreases.

전술한 바와 같이, 종래에는 터빈 출력을 제어하기 위해 이용되는 드룹 제어 곡선이 허용 가능한 주파수 범위 내에서 동일한 기울기를 가지는 직선으로 표현되어 있어 다양한 풍력 발전기의 특성(예를 들어, 출력 특성, 반응 속도 등)을 반영하지 못하는 문제점이 있었다.As described above, conventionally, the droop control curve used for controlling the turbine output is represented by a straight line having the same slope within an allowable frequency range, so that characteristics (e.g., output characteristics, reaction speed, etc.) of various wind turbines ), Which is a problem.

그러나 본 실시예에 따른 주 제어기(240)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 정격 주파수(fn)(예를 들어 60Hz) 이상의 주파수 범위와 그 이하의 주파수 범위에서 주파수-터빈 출력의 관계를 나타내는 직선이 각각 상이한 기울기를 가지는 멀티 드룹 제어 곡선을 이용하여 피치각 제어를 수행하는 특징을 가진다.However, the main controller 240 according to the present embodiment is capable of controlling the relationship of the frequency-turbine output in the frequency range not less than the rated frequency fn (for example, 60 Hz) and the frequency range lower than the rated frequency fn The pitch angle control is performed using a multi-droop control curve having different slopes.

참고로, 도 7의 (a)에 예시된 멀티 드룹 제어 곡선은 계통 주파수가 정격 주파수보다 높은 경우에는 주파수 대비 터빈 출력의 기울기 절대값이 크고(직선 ① 참조), 계통 주파수가 정격 주파수보다 낮은 경우에는 주파수 대비 터빈 출력의 기울기 절대값이 작은(직선 ② 참조) 특징을 가진다.7 (a), when the system frequency is higher than the rated frequency, the absolute value of the slope of the turbine output relative to the frequency is large (see line (1)) and the system frequency is lower than the rated frequency Has a characteristic that the absolute value of the slope of the turbine output relative to frequency is small (see line 2).

주 제어기(240)가 도 7의 (a)에 예시된 멀티 드룹 제어 곡선이 적용하여 피치 제어를 수행하는 경우, 정격 주파수보다 계통 주파수가 높은 경우에는 안정적으로 발전 출력을 줄일 수 있고, 계통 주파수가 정격 주파수보다 낮은 경우에는 더 빠른 시간에 발전 출력을 증가시킬 수 있다.When the main controller 240 performs the pitch control by applying the multi-droop control curve illustrated in FIG. 7A, the generation output can be stably reduced when the system frequency is higher than the rated frequency, If it is lower than the rated frequency, the power output can be increased faster.

이에 비해, 도 7의 (b)에 예시된 멀티 드룹 제어 곡선은 계통 주파수가 정격 주파수보다 높은 경우에는 주파수 대비 터빈 출력의 기울기 절대값이 작고(직선 ③ 참조), 계통 주파수가 정격 주파수보다 낮은 경우에는 주파수 대비 터빈 출력의 기울기 절대값이 큰(직선 ④ 참조) 특징을 가져, 앞서 설명한 도 7의 (a)와 반대되는 특성을 가진다.7 (b), when the system frequency is higher than the rated frequency, the absolute value of the slope of the turbine output relative to frequency is small (see line 3), and when the system frequency is lower than the rated frequency Has a characteristic in which the absolute value of the slope of the turbine output relative to the frequency is large (see the straight line 4), and has a characteristic opposite to that of FIG. 7 (a) described above.

도 7의 (a) 및 (b)에 각각 도시된 직선 ①과 ③의 기울기 m1과 직선 ②와 ④의 기울기 m2는 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 정격 주파수(fn), 계통 주파수의 허용 범위(즉, fmax, fmin), 터빈 출력의 허용 범위(즉, Pgmax Pgmin)가 미리 결정되어 있다면 하기 수학식 1을 이용하여 주파수 변동량(△f)에 따른 터빈 출력이 실시간 산출될 수 있을 것이다.The slope m1 of the straight lines 1 and 3 and the slope m2 of the straight lines 2 and 4 shown in Figs. 7 (a) and 7 (b) can be expressed by the following equation (1). If the rated frequency fn, the permissible range of the grid frequency (i.e., fmax, fmin), and the permissible range of the turbine output (i.e., Pgmax Pgmin) are predetermined, The turbine output can be calculated in real time.

도시된 멀티 드룹 제어 곡선은 풍력 발전기의 특성(예를 들어, 출력 특성, 응답 시간 등)에 부합되도록 지정될 수 있으며, 풍력 발전 단지에 다양한 종류의 풍력 발전기가 존재하는 경우 각 풍력 발전기별로 적용되는 멀티 드룹 제어 곡선은 상이할 수 있다.The illustrated multi-droop control curve can be specified to match the characteristics of the wind turbine (e.g., output characteristics, response time, etc.) and can be applied to each wind turbine generator when there are various types of wind turbine in the wind turbine The multi-droop control curve may be different.

또한 주 제어기(240)는 예시된 멀티 드룹 제어 곡선을 이용하여 각 풍력 발전기의 블레이드 피치각을 제어함에 있어, 어느 하나의 풍력 발전기가 자신의 최대 출력량 근처에서 발전하고 있을 때, 부하가 증가하는 등의 문제로 인해 발전량을 늘려야 하는 상황에선 해당 풍력 발전기의 발전량은 유지한 상태에서 다른 풍력 발전기의 출력량을 늘려 풍력 발전 단지에 대한 요구 발전량을 만족하도록 제어할 수도 있음은 당연하다. Also, in controlling the blade pitch angle of each wind turbine generator using the illustrated multi-droplet control curve, the main controller 240 may control the blade pitch angle of each wind turbine such that when one of the wind turbine generators is near its maximum output, It is natural that it is possible to increase the output of other wind power generators while maintaining the generated power of the corresponding wind power generators so as to control the required amount of generated power for the wind power generators to be satisfied.

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.

210 : 피치 제어기 220 : 엑츄에이터
230 : 블레이드 240 : 주 제어기210: pitch controller 220: actuator
230: blade 240: main controller

Claims

A blade pitch control system for a wind power generator,
A pitch controller for controlling the operation of the actuator for adjusting the pitch of the blade; And
And a main controller for determining a turbine output corresponding to the variation of the system frequency using a predetermined multi-droop control curve and outputting a pitch control signal for generating the determined turbine output to the pitch controller provided in the corresponding wind turbine generator However,
Wherein the multi-droop control curve differs from the first slope absolute value of the straight line indicating the relationship between the first frequency region higher than the rated frequency and the turbine output relative to the frequency in the second frequency region lower than the rated frequency,
The slope m1 of the straight line in the first frequency region and the slope m2 of the straight line in the second frequency region are calculated by the following equations.

Where fn is the rated frequency, fmax is the permissible maximum value of the grid frequency, fmin is the allowable minimum value of the grid frequency, Pgmax is the allowable maximum value of the turbine output, Pgmin is the allowable minimum value of the turbine output, and Pg is the turbine output value at the rated frequency .

delete

The method according to claim 1,
Wherein the main controller controls to maintain a constant number of rotations of a synchronous machine in the wind turbine and to vary the turbine output through adjustment of the pitch of the blades.

The method according to claim 1,
Wherein the multi-droplet control curve is individually designated for each wind turbine provided in the wind power generation complex.

A blade pitch control method for a wind power generator,
The main controller calculating a variation of the grid frequency using the grid frequency measurement value;
Determining by the main controller a turbine output corresponding to a variation of the grid frequency using a predetermined multi-drop control curve; And
The main controller outputting a pitch control signal for generating the determined turbine output to a pitch controller provided in a corresponding wind turbine generator,
Wherein the multi-droop control curve differs from the first slope absolute value of the straight line indicating the relationship between the first frequency region higher than the rated frequency and the turbine output relative to the frequency in the second frequency region lower than the rated frequency,
Wherein a slope (m1) of a straight line in the first frequency region and a slope (m2) of a straight line in the second frequency region are calculated by the following equations, respectively.