KR101545839B1 - Method for controlling a output in a wind turbine - Google Patents

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KR101545839B1 KR1020150091875A KR20150091875A KR101545839B1 KR 101545839 B1 KR101545839 B1 KR 101545839B1 KR 1020150091875 A KR1020150091875 A KR 1020150091875A KR 20150091875 A KR20150091875 A KR 20150091875A KR 101545839 B1 KR101545839 B1 KR 101545839B1
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강용철
강모세
이진식
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전북대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a method for controlling a wind power generator and, more particularly, to a method for controlling the output of a wind power generator, which includes an output increasing step of increasing the output of a wind power generator by adding an effective power value in proportion to kinetic energy stored in the wind power generator at the point of occurrence of an accident to the output of the wind power generator, when the accident occurs. In the output increasing step, a specific rotor speed is set to a limitation speed, and the effective power value is increased to make the sum of the difference of the output of the wind power generator, caused by inertia control and mechanical input thereof, zero. The specific rotor speed reflects the limitation control range of the rotor speed of the wind power generator.

Description

풍력발전기의 출력 제어 방법{Method for controlling a output in a wind turbine}[0001] The present invention relates to a wind turbine generator,

본 발명은 풍력발전기의 출력 제어 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 외란으로 인한 계통 주파수 하락 시 풍력발전기를 이용하여 주파수 하락폭을 감소시키기 위한 출력 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling the output of a wind power generator. More particularly, the present invention relates to an output control method for reducing a frequency drop using a wind power generator when a system frequency falls due to disturbance.

풍력발전의 경제성과 기술력의 증가로 인해 전 세계적으로 풍력발전의 수용률이 증가하면서 전력망의 특성이 점차 변화하고 있다. 그 중 하나는 바로 계통관성의 감소 현상이다. Due to the increased availability of wind power generation worldwide, the characteristics of the power grid are gradually changing due to the increase in the economic efficiency and the technological power of the wind power generation. One of them is the reduction of system inertia.

이중 여자형 유도 발전기(Doubly Fed Induction Generator, DFIG)와 같은 가변속 풍력발전기는 전력 생산을 극대화시키기 위해 일반적으로 최대 출력 추종 제어(maximum power point tracking, MPPT)를 수행하는데, 최대 출력 추종 제어는 풍력발전기의 출력이 계통주파수에 대응하지 않는다. 위와 같은 제어 방식은 계통 관성을 감소시켜 외란이 발생하는 경우 주파수 편차가 증가하게 되고 주파수 안정도 및 계통의 신뢰도까지도 감소시킬 수 있다.Variable speed wind generators, such as the Doubly Fed Induction Generator (DFIG), typically perform maximum power point tracking (MPPT) to maximize power generation, while maximum power follow- Does not correspond to the system frequency. The above control method reduces the system inertia, so that when the disturbance occurs, the frequency deviation increases, and the frequency stability and the reliability of the system can also be reduced.

이러한 문제를 해결하기 위해 가변속 풍력발전기의 주파수제어에 관한 방법들이 제안되어 왔다. 그 일 예로, 주파수 변화율(rate of change of frequency, ROCOF)루프를 DFIG 컨버터의 유효전력 제어기에 추가하여 주파수 하락 시 풍력발전기가 ROCOF에 비례하는 유효전력을 생산하는 방식이 있다. 이 방식은 계통주파수 하락을 억제할 수 있지만, 주파수가 반등한 이후에는 오히려 방해요소로 작용하는 단점을 가지고 있다.In order to solve such a problem, methods for frequency control of a variable speed wind power generator have been proposed. One example is the addition of a rate of change of frequency (ROCOF) loop to the active power controller of the DFIG converter to produce a reactive power that is proportional to the ROCOF when the frequency falls. This method can suppress the decrease of the system frequency, but it has a disadvantage that it acts as an obstacle after the frequency rebound.

위 방식의 단점을 보완하기 위해 주파수 변화율 루프에 주파수 변화량 루프를 더해 주파수 하락 시 풍력발전기가 주파수 변화율과 주파수 변화량에 비례하는 유효전력을 추가로 생산하는 방안도 제시되었다. 이 방식에 따를 경우, 주파수 제어에 대한 기여도를 높일 수 있다.In order to compensate for the disadvantages of the above method, a frequency change loop is added to the frequency change rate loop, and a method is proposed in which the wind power generator generates additional active power proportional to the frequency change rate and the frequency change amount at the time of the frequency drop. According to this method, the contribution to frequency control can be increased.

한편, 풍력발전기가 주파수 하락 시점에서 출력하던 유효전력에 정격의 0.1pu에 해당하는 값을 추가하여 10초간 생산하는 계단형 출력 관성제어 방식도 제안되었다. 10초 이 후, 감소한 회전자 속도를 다시 회복시키기 위해 주파수 하락 시점의 출력보다 정격의 0.05pu에 해당하는 값만큼 작은 유효전력을 20초간 일정하게 출력하도록 했다.Meanwhile, a stepped output inertia control method in which a value corresponding to 0.1 pu of the rated power is added to the active power output from the wind turbine at the time of the frequency drop, for 10 seconds, has also been proposed. In order to recover the reduced rotor speed after 10 seconds, the active power which is smaller than the output of the frequency drop point by 0.05 pu of the rated value is outputted constantly for 20 seconds.

그러나 종래의 방식들은 풍력발전단지를 풍력발전기 한 대로 등가화하고, 풍력발전기 1기를 제어 대상으로 설정한 상태에서 진행된 연구로, 풍력발전단지를 제어하는 방법에 대해서는 언급되지 않았으며, 특히, 풍력발전단지 내에 개별 풍력발전기의 출력이 달라지는 상황을 고려하지 않았다. 따라서, 실제 풍력발전단지를 제어하는 데에 적용하기에는 여러가지 어려움이 있었으며, 특히 후류 효과 등에 의해 달라지는 각 풍력 발전기들의 회전자 속도를 관성 제어에 반영할 수 없는 한계가 있었다.However, in the conventional methods, the wind turbine is equalized to one wind turbine and the first wind turbine generator is set as the control target. As a result, the method of controlling the wind turbine is not mentioned, and in particular, The situation where the output of the individual wind turbine generator is varied within the complex was not considered. Therefore, there are various difficulties to be applied to control the actual wind farm, and there is a limit in which the rotor speed of each wind turbine, which changes due to the wake effect, can not be reflected in the inertia control.

J. Ekanayake and N. Jenkins, "Comparison of the response of doubly fed and fixed-speed induction generator wind turbines to changes in network frequency", IEEE Transaction on Energy conversion, vol. 19, no. 4, 2004, pp. 800-802.J. Ekanayake and N. Jenkins, "Comparison of the response of doubly fed and fixed-speed induction generator wind turbines to changes in network frequency ", IEEE Transaction on Energy conversion, vol. 19, no. 4, 2004, pp. 800-802. J. Morren, S. Haan, W. L. Kling, and J. A. Ferreira, "Wind turbines emulating inertia and supporting primary frequency control", IEEE Transaction on Power systems, vol. 21, no. 1, 206, pp. 433-434.J. Morren, S. Haan, W. L. Kling, and J. A. Ferreira, "Wind turbines emulating inertia and supporting primary frequency control", IEEE Transaction on Power systems, vol. 21, no. 1, 206, pp. 433-434. N. R. Ullah, T. Thiringer, and D. Karlsson, "Temporary primary frequency control support by variable speed wind turbines- potential and applications", IEEE Transaction on Power system, Vol. 23, no. 2, 2008, pp. 601-612.N. R. Ullah, T. Thiringer, and D. Karlsson, "Temporary primary frequency control support by variable speed wind turbines- potential and applications", IEEE Transaction on Power system, Vol. 23, no. 2, 2008, pp. 601-612.

본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 계통 주파수 하락 시, 주파수 하락폭을 감소시키는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the conventional art, and it is an object of the present invention to reduce a frequency drop when a system frequency falls.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 풍력발전단지 출력 제어 방법은 사고 발생 시, 풍력발전기의 출력을 사고 발생 시점에 풍력발전기에 저장된 운동에너지에 비례하여 증가시키는 단계를 포함한다.In order to solve the above-described problems, the present invention provides a method for controlling the output of a wind turbine generator, comprising the step of increasing the output of the wind turbine generator in proportion to the kinetic energy stored in the wind turbine generator at the time of occurrence of an accident.

본 발명의 일 실시예에서 출력 증가 단계는 최대 출력 추종 제어(Maximum Power Point Tracking)를 를 위한 유효 전력에 풍력발전기의 운동에너지에 비례하여 생성되는 출력을 더하여 증가시킬 수 있다.In an embodiment of the present invention, the output increase step may increase the active power for maximum power point tracking by adding an output proportional to the kinetic energy of the wind power generator.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 복수의 풍력발전기를 포함하는 풍력발전단지를 제어하는 경우, 출력 증가 단계는 사고 발생 시점의 각 풍력발전기의 회전자에 저장된 운동에너지에 비례하여 각 풍력발전기의 출력을 증가시킬 수 있고, 이 때 운동에너지는 후류 효과(wake effect)가 반영된 각 풍력발전기의 입력 풍속에 비례할 수 있다. On the other hand, in another embodiment of the present invention, in the case of controlling a wind turbine including a plurality of wind turbines, the output increasing step is a step of increasing the output of each wind turbine in proportion to the kinetic energy stored in the rotor of each wind turbine at the time of occurrence of the accident And the kinetic energy may be proportional to the input wind speed of each wind turbine reflected in the wake effect.

본 발명의 다른 실시예에서는 풍력발전기의 회전자 속도의 한계 제어범위를 반영하여 출력을 증가시킬 수 있고, 보다 상세하게는

Figure 112015062544898-pat00001
에 의해 출력 증가량이 결정될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the output can be increased to reflect the limit control range of the rotor speed of the wind turbine,
Figure 112015062544898-pat00001
The output increase amount can be determined.

본 발명에 따르면, 계통에서 발전기 탈락 등과 같은 사고 발생 시 주파수 하락을 최소화할 수 있다.According to the present invention, frequency drop can be minimized in the event of an accident such as a dropout of a generator in a system.

뿐만 아니라, 풍력발전단지 내에 개별 풍력발전기의 특성(운전 조건)을 고려하여 풍력발전단지의 관성제어 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 풍력발전기가 최저 운전 속도 이하로 감속되지 않아, 풍력발전단지의 관성제어 시 발생할 수 있는 주파수의 2차 하락을 방지할 수 있다.In addition, not only can the inertial control performance of the wind turbine be improved in consideration of the characteristics (operating conditions) of the individual wind turbine generator in the wind turbine, but also because the wind turbine is not decelerated below the minimum operation speed, It is possible to prevent a second drop of the frequency that can occur in the control.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 풍력발전단지의 출력 제어 방법을 시뮬레이션하기 위한 풍력발전단지의 예시적 모형을 나타낸 것이다.
도 2은 내지 도 5는 본 발명과 종래 기술에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 풍력발전단지 내에서 발생하는 후류 효과를 예시적으로 나타낸 그림이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 풍력발전기의 출력과 기계적 입력을 나타낸 그래프이다.
도 8, 도 9는 본 발명의 다른 실시예와 종래 기술에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 shows an exemplary model of a wind turbine for simulating the output control method of a wind farm according to an embodiment of the present invention.
2 to 5 are graphs showing simulation results according to the present invention and the related art.
6 is a diagram illustrating an example of a wake effect occurring in a wind power generation complex.
Figure 7 is a graph showing the output and mechanical input of a wind turbine in one embodiment of the present invention.
8 and 9 are graphs showing simulation results according to another embodiment of the present invention and prior art.

본 발명의 전술한 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.The foregoing and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 풍력발전기 출력 제어 방법은 [발명의 배경이 되는 기술]에서 언급한 방식과는 다르게 사고 발생 시, 풍력발전기의 출력을 사고 발생 시점의 풍력발전기에 저장된 운동에너지에 비례하여 증가시킨다.Unlike the method described in the Background of the Invention, the method of controlling the output of the wind turbine generator of the present invention increases the output of the wind turbine generator in proportion to the kinetic energy stored in the wind turbine generator at the time of the occurrence of an accident.

[발명의 배경이 되는 기술]에 언급된 방식(선행기술문헌 3)은 계통에서 사고가 발생하여 주파수가 감소하면, 사고 발생 시점(주파수 하락 시점)에 출력하던 유효 전력에 특정 수치(0.1pu) 만큼 더한 값으로 유효 전력을 증가시키고 이를 일정시간(예, 10초) 유지한다. 일정 시간이 지난 후에는, 사고 발생 시점에 출력되던 유효전력에 특정 수치(0.05pu) 만큼 유효 전력을 감소시키고 일정 시간(예, 20초) 유지한다. 기존의 방식은 이와 같이 발전기의 상태와 무관한 특정 크기의 유효 전력을 일정시간 유지하는 방식으로 계통의 사고 발생에 대응한다.(Prior Art Document 3), when a frequency is decreased due to an accident in a system, a specific value (0.1 pu) is set for the active power output at the time of an accident (frequency drop time) , And maintains it for a predetermined time (for example, 10 seconds). After a certain period of time, the active power output at the time of the accident is reduced to a specific value (0.05 pu) and maintained for a certain period of time (for example, 20 seconds). In the conventional method, the active power of a specific size irrespective of the state of the generator is maintained for a predetermined time, thereby coping with the occurrence of an accident in the system.

참고로, 본 발명에서 언급하는 사고란 계통 주파수의 하락을 야기하는 외란을 통칭하는 것으로 계통 동기발전기가 탈락하는 큰 외란으로부터 급격한 부하 투입에 의한 작은 외란까지 다양한 외란을 포함한다. 본 발명의 실시예에서는 큰 외란에 해당하는 계통 동기발전기의 탈락을 통해 발명의 성능을 검증한다.For reference, the accident referred to in the present invention refers to a disturbance causing a decrease in the system frequency, and includes various disturbances ranging from a large disturbance in which the system synchronous generator is dropped to a small disturbance due to abrupt load input. In the embodiment of the present invention, the performance of the invention is verified through the elimination of the system synchronous generator corresponding to a large disturbance.

본 발명은 사고 발생 시점, 달리 말해 주파수 하락 시점에 풍력발전기의 출력을 사고 발생 시점에 풍력발전기에 저장된 운동에너지에 비례하여 증가시킨다. 풍력발전기의 출력은 정격 풍속 이하(풍력발전기가 구동 가능한 풍속 범위 내)에서는 풍속에 비례하여 출력이 결정된다. 즉, 본 발명을 달리 표현하면, 사고 발생 이전에 큰 출력(에너지)을 내는 풍력발전기일수록, 사고 발생 시 더 많은 출력(에너지)을 방출시키도록 제어하는 것이다. 이는 종래 방식(일정한 상수 값을 더한 또는 뺀 출력을 특정 시간 동안 지속적으로 출력)과는 다른 것으로, 풍력발전기의 운전 상태(사고 발생 시점의 풍속)를 고려하여 사고(외란)에 대처하는 것이다.The present invention increases the output of the wind power generator at the time of occurrence of the accident, that is, at the time of the frequency drop, in proportion to the kinetic energy stored in the wind power generator at the time of occurrence of the accident. The output of the wind turbine generator is determined in proportion to the wind speed under the rated wind speed (within the wind speed range where the wind turbine can be driven). In other words, expressing the present invention in other words, a wind turbine generating a large output (energy) before the occurrence of an accident is controlled so as to release more output (energy) in case of an accident. This is different from the conventional method (continuously outputting a constant value plus or minus an output for a specific time) and coping with an accident (disturbance) considering the operating state of the wind turbine generator (wind speed at the time of the accident).

본 발명의 일 실시예에서는 풍력발전기에 저장된 운동에너지에 비례하여 출력을 증가시키는 데에 있어서, 최대 출력 추종 제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT)를 위한 유효 전력 기준 값에 풍력발전기의 운동에너지에 비례하여 생성되는 유효전력 기준 값을 더하여 출력을 증가시킨다.In one embodiment of the present invention, in increasing the output in proportion to the kinetic energy stored in the wind turbine, the active power reference value for maximum power point tracking (MPPT) is proportional to the kinetic energy of the wind power generator And the output is increased.

본 실시예를 식으로 표현하면 아래 [수학식 1]과 같다.This embodiment can be expressed by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Pref = PMPPT + ΔPP ref = P MPPT +? P

위 [수학식 1]에서 PMPPT는 최대 출력 추종 제어를 위한 풍력발전기의 출력 기준 값이고, ΔP는 사고 발생 시 증가시키는 풍력발전기의 출력 기준 값이다. 앞서 설명한대로 ΔP는 사고 발생 시점에 풍력발전기에 저장된 운동에너지에 비례한다. 그리고 Pref는 본 발명의 출력 제어 방법에 따른 사고 발생 시점 이후의 풍력발전기 출력 기준값이다.In Equation (1), P MPPT is the output reference value of the wind turbine generator for maximum power follow-up control, and? P is an output reference value of the wind turbine generator that increases when an accident occurs. As described earlier, ΔP is proportional to the kinetic energy stored in the wind turbine at the time of the accident. And P ref is a reference value of the output of the wind turbine generator after the occurrence of an accident according to the output control method of the present invention.

기존의 방식(특히, 선행기술문헌 3)에서는 최대 출력 추종 제어 대신 사전에 결정된 특정 출력을 일정시간 유지하도록 풍력발전기를 제어하였으나, 본 실시예에서는 풍력발전기의 운동에너지를 고려하여 유효전력 증가량을 다르게 산정함으로써 사고 발생 직후 풍력발전기의 출력을 가능한 한 큰 값으로 급격하게 증가시킬 수 있다. 이에 따라 계통 사고 발생 시 주파수가 하락되는 폭이 감소되고 풍력발전기는 종래 방식에 비해 크고 빠른 대응을 보일 수 있다.In the conventional method (especially the prior art document 3), instead of the maximum output follow-up control, the wind power generator is controlled so as to maintain a predetermined specific output for a predetermined time. However, in this embodiment, It is possible to rapidly increase the output of the wind turbine generator to as large a value as possible immediately after an accident occurs. As a result, the decrease in the frequency of the system failure is reduced, and the wind turbine generator can cope with a large and quick response as compared with the conventional system.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 운동에너지에 비례하여 풍력발전기의 에너지를 증가시키는 데에 있어서 풍력발전기의 회전자 속도의 한계 제어범위를 반영하여 출력을 증가시킬 수 있다. Meanwhile, in an embodiment of the present invention, in increasing the energy of the wind power generator in proportion to the kinetic energy, the output can be increased by reflecting the limit control range of the rotor speed of the wind power generator.

운동에너지에 비례하여 추가되는 유효 전력은, 풍력발전기가 관성 제어 도중 회전자 속도가 한계 속도 이하로 감속되지 않는 범위(한계 제어 범위) 내에서 최대로 낼 수 있는 출력값으로 결정된다. 즉, 회전자 속도가 높아 운동에너지가 큰 풍력발전기의 경우에는 추가되는 유효 전력이 크게 산정되고, 반대로 회전자 속도가 낮아 운동에너지가 작은 풍력발전기는 추가되는 유효 전력이 작게 산정된다. 위 [수학식 1]의 ΔP를 본 실시예에 따라 산정하는 방식의 일 예를 식으로 표현하면 아래 [수학식 2]와 같다.The active power added in proportion to the kinetic energy is determined as an output value that can be maximized within a range (limit control range) in which the rotor speed of the wind turbine is not decelerated below the limit speed during inertia control. That is, in the case of a wind turbine having a high kinetic energy due to a high rotor speed, the added active power is estimated to be large. On the other hand, a wind turbine having a low kinetic energy due to a low rotor speed is considered to have a small added effective power. An example of a method of estimating? P of Equation (1) according to the present embodiment is expressed by Equation (2) below.

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112015062544898-pat00002
Figure 112015062544898-pat00002

위 [수학식 2]에서 Pmech는 풍력발전기의 기계적 입력이다. Pmech를 풍력발전기의 특성 또는 정의하는 방식에 따라 구체적인 수식이 달라질 수 있다. 한편, 댐핑을 고려하는지 여부에 따라 [수학식 2]의 형태는 달라질 수 있다.In Equation (2) above, P mech is the mechanical input of the wind power generator. Depending on the nature of the wind generator or how it defines the P mech , the specific formulas may vary. On the other hand, depending on whether damping is taken into consideration, the form of Equation (2) can be changed.

한편, [수학식 1]의 PMPPT는 kω3으로 표현될 수 있다(풍력발전기의 제어 모드에 따라 계수인 k값이 달라질 수 있으며, PMPPT가 ω의 세제곱에 비례하는 형태의 식으로 표현되는 경우, 위 [수학식 1]의 PMPPT와 수학적으로 동일한 의미를 갖는 것으로 보아야 한다.). 따라서, 위 [수학식 1], [수학식 2]를 아래 [수학식 3]으로 표현할 수 있고, 이를 기초로 ΔP를 도출하면 [수학식 4]와 같다.On the other hand, P MPPT in Equation (1) can be expressed as k? 3 (k value can be changed according to the control mode of the wind turbine, and P MPPT is expressed by a formula proportional to the cube of? , It should be regarded as having the same mathematical meaning as P MPPT in Equation (1) above. Therefore, the above equations (1) and (2) can be expressed by the following equation (3), and the equation (4) can be derived from this equation.

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112015062544898-pat00003
Figure 112015062544898-pat00003

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112015062544898-pat00004
Figure 112015062544898-pat00004

따라서, 본 발명은 풍력발전기의 출력 지령값 및 기계적 입력을 통해, 풍력발전기의 회전자 속도가 한계 속도에 이르지 않게 하는 범위 내에서 관성 제어를 위해 증가시키는 출력을 연산할 수 있다.Thus, the present invention is able to calculate, through the output command value and the mechanical input of the wind turbine generator, the output which is increased for inertia control within a range that does not allow the rotor speed of the wind turbine to reach the limit speed.

본 실시예를 그래프 상에서 표현하면 도 7과 같이 나타낼 수 있다.The present embodiment can be expressed as a graph in FIG.

도 7의 청색 실선은 풍력발전기의 기계적 입력을 나타내는 곡선이고 두 개의 적색 실선 중 아래에 위치한 것은 최대출력추종 제어에 따른 출력, 위의 곡선은 본 발명의 일 실시예에 따라 증가된 출력을 반영한 출력 곡선이다. 본 발명은, ωmin 내지 ω*의 구간에서 기계적 입력과 관성 제어에 따른 출력의 차이의 총합이 0이되도록(이를 식으로 표현한 것이 [수학식 2]이다.) 풍력발전기를 제어한다.The blue solid line in FIG. 7 is a curve representing the mechanical input of the wind turbine generator and the lower one of the two red solid lines is the output according to the maximum output follow-up control, and the curve is an output reflecting the increased output according to an embodiment of the present invention Curve. The present invention controls the wind turbine generator so that the sum of the differences between the mechanical input and the output due to the inertia control is zero (in the expression (2)) in the interval between? Min and? * .

한편 [수학식 1] 내지 [수학식 4]에서는 전력에 관한 식으로 출력을 표현하였으나, 동일한 기술적 의미를 가지는 다른 요소, 예를 들어 토크에 관한 식으로 표현하는 것도 가능하다. 즉, 앞서 명세서에서 예시적으로 기술한 출력 제어 외에도 출력을 제어하기 위한 다양한 요소들에 의해 관성 제어를 수행하는 것 또한 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.In Equation (1) to Equation (4), although the output is expressed by the equation relating to the power, it is also possible to express the equation with another factor having the same technical meaning, for example, torque. That is, in addition to the output control exemplarily described in the specification, performing inertial control by various elements for controlling the output should also be considered as belonging to the present invention.

한편, 본 실시예에서는 wmin과 w*를 각각 최저 운전 속도와 최적 운전 속도로 두고 관성제어를 위한 ΔP를 산정했으나, wmin과 w*가 다른 값을 사용할 때도 ΔP를 산정할 수 있다. 즉, 풍력발전기가 MPPT 제어모드로 운전되지 않아서 회전자 속도가 w*가 아닌 경우에도 [수학식 4]의 w* 자리에 현재 회전자 속도를 대입하여 구할 수 있다. 또한, 풍력발전기의 감속 한계를 wmin으로 두고 가정한 0.7pu 이하로의 감속을 허용하지 않는 한도 내에서 ΔP를 산정했으나 제어목적에 따라 wmin 이상의 특정 회전자 속도를 한계속도로 정하여 ΔP를 산정할 수 있다.Meanwhile, in the present embodiment, ΔP for inertia control is calculated by setting w min and w * as the minimum operation speed and the optimum operation speed, respectively, but ΔP can be calculated even when w min and w * use different values. That is, even if the rotor speed is not w * because the wind turbine is not operated in the MPPT control mode, the current rotor speed can be obtained by substituting the current rotor speed into the w * position of [Equation 4]. In addition, ΔP was calculated to the extent that deceleration down to 0.7 pu was not allowed, assuming that the deceleration limit of the wind turbine was set to w min . However, depending on the control purpose, the specific rotor speed over w min was set as the limit speed, can do.

본 발명과 종래의 방식(선행기술문헌 2, 3)에 따른 주파수 하락 수준, 회복 시간 등은 도 1 내지 도 5를 통해 상세히 살펴본다.The frequency drop level and the recovery time according to the present invention and the conventional method (Prior Art Documents 2 and 3) will be described in detail with reference to FIG. 1 to FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 풍력발전단지의 출력 제어 방법을 시뮬레이션하기 위한 풍력발전단지의 예시적 계통을 나타낸 것이다.1 shows an exemplary system of a wind turbine for simulating a method of controlling the output of a wind turbine according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 계통은 기력 거버너를 사용하는 동기발전기 4기와 5MW DFIG 20기로 이루어진 풍력발전단지, 500MW를 소비하는 고정부하로 구성된다. 풍력발전단지의 내부망은 3개의 피더로 구성되어 있고, 이 단지는 60MVA 주 변압기 2기와 해저 케이블을 통해 계통과 연계된다. DFIG의 기동, 정격, 종단풍속은 각각 4m/s, 11m/s, 25m/s이고, 풍력발전기의 회전자 속도 한계 범위는 0.7-1.25pu이다. 외란으로 인한 계통주파수 하락을 모의하기 위해 40초에 50MW를 출력하는 동기발전기 1기가 탈락한다.The system shown in Fig. 1 is composed of four synchronous generators using a stoichiometric governor, a wind power generation complex consisting of 20 5MW DFIG, and a fixed load consuming 500MW. The internal network of the wind farm consists of three feeders, which are connected to the grid through two 60 MVA main transformers and submarine cables. The DFIG start, rating, and terminal wind speeds are 4m / s, 11m / s and 25m / s, respectively, and the rotor speed limit range of the wind turbine is 0.7-1.25pu. To simulate the system frequency drop caused by disturbance, one synchronous generator outputting 50 MW in 40 seconds is eliminated.

풍속이 11m/s, 9m/s 인 경우에 대해 시뮬레이션을 시행하였다. 11m/s, 9m/s 인 경우 증가시키는 출력량을 각각 0.3pu, 0.2pu로 하여 시뮬레이션 하였다.The simulations were carried out for wind speeds of 11 m / s and 9 m / s. 11m / s, and 9m / s, respectively, were simulated at 0.3pu and 0.2pu, respectively.

도 2 내지 도 5에 나타난 그래프는 각각 다음 항목을 나타낸다. 첫 번 째 그래프는 시간에 따른 계통 주파수, 두 번째 그래프는 시간에 따른 풍력발전단지의 유효전력, 세 번째 그래프는 풍력발전기의 회전자 속도이다. 각 그래프에서 녹색 실선은 선행기술문헌 2의 방식을 적용한 경우, 청색 실선은 선행기술문헌 3의 방식을 적용한 경우의 결과이며, 본 발명의 실시예에 따른 결과는 적색 실선으로 표시되었다.The graphs shown in Figs. 2 to 5 show the following items, respectively. The first graph shows the grid frequency over time, the second graph shows the active power of the wind power plant over time, and the third graph shows the rotor speed of the wind power generator. In each graph, the green solid line is the result of applying the method of the prior art document 2, the blue solid line is the result of applying the method of the prior art document 3, and the result of the embodiment of the present invention is indicated by the red solid line.

이하에서는 시뮬레이션 결과에 대해 상세하게 살펴본다.Hereinafter, the simulation results will be described in detail.

도 2는 11m/s의 풍속에서, 0.2pu 만큼의 출력을 증가시킨 경우를 나타낸다. 도 2a(주파수 그래프)를 보면, 선행기술문헌 3의 방식(출력을 일정하게 증가)의 경우 주파수 하락폭이 가장 크다. 선행기술문헌 3의 방식은 사고 발생 이후에 주파수가 1차적으로 회복하나, 가속구간으로 전환(50초)되면서 풍력발전단지의 출력이 감소하는 데에 따른 영향으로 다시 주파수가 하락하고, 가속 구간이 종료되는 시점(70초)에서는 풍력발전단지 출력이 증가하므로 다시 주파수에 변동이 발생한다. 즉 주파수가 완전히 회복하기까지는 약 37초가 소요된다. 선행기술문헌 2의 방식에서 주파수 하락폭은 작았다. 또한, 이 경우에는 관성제어 종료 시까지 풍력발전단지의 출력에 급격한 변화가 발생하지 않기 때문에 선행기술문헌 3에서와 같은 주파수의 급격한 변동은 발생하지 않는다. 주파수를 회복하는 데에 소요되는 시간이 오래 걸리는 단점도 있다(약, 20초 소요). 본 발명의 경우, 주파수 하락폭(약 0.5Hz)도 크지 않고 신속하게 주파수를 회복한다(약 10초 소요). 이것은 선행기술문헌 2의 방식에 비해 최저주파수점을 지난 이후 풍력발전단지의 출력이 더 큰 것에 기인한다. 본 발명은 관성제어 중 0.2 pu의 일정한 유효전력 기준값을 추가하지만 선행기술문헌 2의 주파수의 변화량에 비례한 유효전력 기준값을 추가하기 때문에 주파수가 회복된 이후에는 시점에는 그 양이 작아진다. 한편, 풍력발전단지의 유효전력(도 2b) 및 풍력발전기의 회전자 속도(도 2c)를 살펴보면, 관성제어 수행 시 본 발명에서는 유효전력이 빠르게 증가하여 계통의 사고에 바로 대응한다. 또한, 운동에너지의 방출이 다른 방식보다 크기 때문에 회전자 속도의 감소가 가장 크다.Fig. 2 shows a case in which the output is increased by 0.2 pu at a wind speed of 11 m / s. In FIG. 2A (frequency graph), the frequency drop is largest when the method of the prior art document 3 (the output is constantly increased). In the method of the prior art document 3, the frequency is firstly recovered after the occurrence of the accident, but the frequency decreases again due to the decrease in the output of the wind power generation plant after switching to the acceleration period (50 seconds) At the time of termination (70 seconds), the output of the wind power generation complex increases and the frequency changes again. That is, it takes about 37 seconds for the frequency to fully recover. In the method of the prior art document 2, the frequency drop was small. In this case, since the abrupt change does not occur in the output of the wind power generation complex until the end of the inertia control, the sudden fluctuation of the frequency as in the prior art document 3 does not occur. It also takes a long time (about 20 seconds) to recover the frequency. In the case of the present invention, the frequency drop (about 0.5 Hz) is not large and the frequency is quickly recovered (takes about 10 seconds). This is due to the fact that the output of the wind farm is larger after passing the lowest frequency point compared to the method of the prior art document 2. The present invention adds a constant active power reference value of 0.2 pu during inertia control but adds an active power reference value proportional to the change amount of the frequency of the prior art document 2 so that the amount is reduced at a point in time after the frequency is recovered. 2B) of the wind turbine and the rotor speed of the wind turbine (FIG. 2C). When the inertia control is performed, the present invention rapidly increases active power to cope with system accidents. In addition, the decrease in rotor speed is greatest because the kinetic energy release is greater than other methods.

도 3은 11m/s의 풍속에서, 0.3pu 만큼의 출력을 증가시킨 경우를 나타낸다. 도 3a 주파수 그래프를 보면, 선행기술문헌 3의 방식(출력을 일정하게 증가)의 경우에 주파수가 가장 많이 하락하고, 주파수를 회복하는 시간도 오래 걸린다. 선행기술문헌 3의 방식은 사고 발생 이후에 주파수가 1차적으로 회복하나, 가속구간으로 전환(50초)되면서 다시 주파수가 하락하고, 가속 구간이 종료되는 시점(70초)에서는 다시 주파수가 상승하였다가 회복한다. 즉 주파수가 완전히 회복하기까지는 약 37초가 소요된다. 선행기술문헌 2의 방식은 선행기술문헌 3의 방식에 비해 더 나은 결과를 보이나, 본 발명과 비교할 때, 주파수 하락폭도 크고, 주파수가 1차 평형 상태에 도달하기까지 소요되는 시간도 길다. 한편, 풍력발전단지의 유효전력(도 3b)과 풍력발전기의 회전자 속도 그래프(도 3c)를 살펴보면, 본 발명은 사고 직후 풍력발전단지의 출력을 급격히 증가시켜 주파수 하락을 막는 역할을 하고 이를 위해 많은 운동에너지가 방출되어 다른 방식에 비해 회전자 속도의 감소가 크게 나타난다.Fig. 3 shows a case in which the output is increased by 0.3 pu at a wind speed of 11 m / s. The frequency graph of FIG. 3A shows that the frequency decreases most when the method of the prior art document 3 (the output increases steadily), and it takes a long time to recover the frequency. In the method of the prior art document 3, the frequency is primarily recovered after the occurrence of an accident, but the frequency decreases again after switching to the acceleration period (50 seconds), and the frequency again rises at the time point when the acceleration period ends (70 seconds) Is recovering. That is, it takes about 37 seconds for the frequency to fully recover. Although the method of the prior art document 2 shows better results than the method of the prior art document 3, when compared with the present invention, the frequency drop is large and the time required for the frequency to reach the first equilibrium state is also long. 3B) and a rotor speed graph of the wind power generator (FIG. 3C), the present invention rapidly increases the output of the wind power generation plant immediately after the accident to prevent the frequency drop. Many kinetic energies are released, resulting in a significant reduction in rotor speed over other methods.

이하에서는, 도 2와 도 3을 비교한다. 동일한 조건 하에 본 발명의 실시예에 따라 0.2pu와 0.3pu를 증가시킨 경우, 0.3pu를 증가시 경우가 주파수 하락폭(0.2pu 증가시 0.55Hz, 0.3pu 증가시 0.42Hz)이 더 작다. 이와 같은 출력 증가로 인해 회전자 속도의 감소량(0.2pu 증가 시 0.1pu, 0.3pu 증가 시 0.17pu)이 달라진다. 0.3pu를 증가시킨 경우에도 회전자 속도는 1.08pu로 최저운전속도까지는 여유가 있기 때문에 본 발명이 제안하는 제어를 충분히 수행할 수 있음을 알 수 있다. 즉, 상대적으로 높은 풍속인 11m/s인 경우, 풍력발전단지의 관성제어 능력이 크기 때문에 출력을 높게 증가시킬 수 있고 이에 따라 관성제어의 성능이 향상될 수 있다.Hereinafter, Fig. 2 and Fig. 3 are compared. When 0.2 pu and 0.3 pu are increased according to the embodiment of the present invention under the same conditions, the frequency drop (0.55 Hz when increasing 0.2 pu, 0.42 Hz when increasing 0.3 pu) is smaller when 0.3 pu is increased. This increase in output results in a decrease in the rotor speed (0.1 pu when increasing 0.2 pu and 0.17 pu when increasing 0.3 pu). It can be understood that the control proposed by the present invention can be sufficiently performed because the rotor speed is 1.08pu even when 0.3pu is increased and there is a margin up to the minimum operation speed. That is, in the case of a relatively high wind speed of 11 m / s, since the inertia control capability of the wind power generation complex is large, the output can be increased to a high level, and the performance of the inertia control can be improved.

도 4는 9m/s의 풍속에서, 0.2pu 만큼의 출력을 증가시킨 경우를 나타낸다. 도 4a (주파수 그래프)를 보면, 선행기술문헌 3의 방식(출력을 일정하게 증가)의 경우에 주파수 하락폭이 가장 크다. 또한, 선행기술문헌 3의 방식은 사고 발생 이후에 1차적으로 회복하나, 가속구간으로 전환(50초)되면서 다시 주파수가 하락하고, 가속 구간이 종료되는 시점(70초)에서는 다시 주파수에 변동이 발생한다. 선행기술문헌 2의 방식은 선행기술문헌 3의 방식에 비해서는 주파수 하락폭이 작고, 회복시간도 짧으나, 본 발명에 비해서는 주파수 하락폭이 크고, 주파수 회복 시간도 길다. 본 발명의 경우, 주파수 하락 폭이 가장 작고, 회복 시간도 가장 짧다(주파수가 신속하게 1차 평형 상태로 돌아온다.). 한편, 풍력발전단지의 유효전력(도 4b)과 풍력발전기의 회전자 속도 그래프(도 4c)를 살펴보면, 본 발명은 사고 직후 풍력발전단지의 출력을 급격히 증가시켜 주파수 하락을 막는 역할을 하고 이를 위해 많은 운동에너지가 방출되어 다른 방식에 비해 회전자 속도의 감소가 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.Fig. 4 shows a case in which the output is increased by 0.2 pu at a wind speed of 9 m / s. 4A (frequency graph), the frequency drop is largest in the case of the method of the prior art document 3 (the output is constantly increased). In addition, the method of the prior art document 3 is primarily recovered after the occurrence of an accident, but the frequency falls again after switching to the acceleration section (50 seconds). At the time when the acceleration section ends (70 seconds) Occurs. The method of the prior art document 2 has a smaller frequency drop and a shorter recovery time than the method of the prior art document 3. However, the frequency drop is larger and the frequency recovery time is longer than that of the present invention. In the case of the present invention, the frequency drop width is the smallest and the recovery time is shortest (the frequency quickly returns to the first equilibrium state). 4b) of the wind turbine and the rotor speed graph of the wind turbine (FIG. 4c), the present invention rapidly increases the output of the wind turbine immediately after the accident to prevent the frequency drop. It can be seen that a large amount of kinetic energy is released, resulting in a significant decrease in the rotor speed compared to other methods.

도 5는 9m/s의 풍속에서, 0.3pu 만큼의 출력을 증가시킨 경우를 나타낸다. 도 3a 주파수 그래프를 보면, 본 발명의 방식을 적용한 경우, 최초에 주파수 하락폭은 적으나, 65초 이후에 주파수가 다시 한번 크게 하락(2차 하락) 하는 것을 볼 수 있다. 특히, 2차 하락은 1차 하락보다 주파수 하락폭이 훨씬 큰 것을 볼 수 있다. 이와 같은 2차 하락은 풍력발전기가 최저 운전 속도로 감속하여 관성제어가 중단되고 MPPT 제어모드로 변경되면서 풍력단지의 출력이 급격히 줄어들기 때문에 발생한다.5 shows a case in which the output is increased by 0.3 pu at a wind speed of 9 m / s. In the frequency graph of FIG. 3A, when the method of the present invention is applied, it can be seen that the frequency drop is initially small, but the frequency again drops greatly (second drop) after 65 seconds. In particular, the second decline is much larger than the first decline. This second decline occurs because the output of the wind turbine is sharply reduced as the wind turbine decelerates at the lowest operating speed and inertia control is interrupted and the mode is changed to the MPPT control mode.

즉, 도 5의 조건을 적용하는 경우, 오히려 선행기술문헌에 제시된 방식에 비하여 사고 대처에 비효율적임을 확인할 수 있다. 도 5를 도 3과 비교하면, 11m/s의 풍속에서 0.3pu만큼 출력을 증가시키는 경우(도 3의 예)에는 선행기술문헌의 방식뿐만 아니라, 도 2(11m/s의 풍속에서 0.2pu 증가), 도 5(9m/s의 풍속에서 0.3pu 증가)에 나타난 본 발명의 방식에 비하여 훨씬 효과적으로 사고에 대처할 수 있다.That is, when the condition of FIG. 5 is applied, it can be confirmed that it is ineffective in coping with accidents as compared with the method shown in the prior art document. Comparing FIG. 5 with FIG. 3, in the case of increasing the output by 0.3 pu at an air velocity of 11 m / s (the example of FIG. 3) ), And Fig. 5 (0.3 pu increase in the air velocity of 9 m / s).

풍속이 11m/s인 경우에는 0.3pu를 입력하고, 9m/s인 경우에는 0.2pu를 입력하는 경우, 바꿔 말해 풍속에 비례하여 출력을 증가시키는 경우에 관성제어 성능을 향상 시킬 수 있다. 한편, 풍속에 비해 지나치게 높게 출력을 증가시키거나 반대로 풍속에 비해 낮게 출력을 증가시키는 경우에는 관성제어가 중단되어 주파수 안정도를 오히려 악화시키거나 관성제어의 성능이 감소되는 결과를 가져올 수 있다. The inertia control performance can be improved when 0.3 pu is input when the wind speed is 11 m / s and when 0.2 pu is input when the speed is 9 m / s, in other words, when the output is increased in proportion to the wind speed. On the other hand, when the output is increased excessively compared to the wind speed or conversely, when the output is increased lower than the wind speed, the inertia control is interrupted to deteriorate the frequency stability or reduce the performance of the inertia control.

도 2 내지 도 5를 종합적으로 고려하면 도 1과 같은 조건에서 시뮬레이션을 수행한 결과, 풍속이 11m/s인 경우에는 출력을 0.3pu 증가시킬 때, 풍속이 9m/s인 경우에는 출력을 0.2pu 증가시킬 때, 관성제어의 성능이 가장 향상된다.2 to 5, when the wind speed is 11 m / s, the output is increased by 0.3 pu, and when the wind speed is 9 m / s, the output is 0.2 pu , The performance of the inertia control is most improved.

즉, 사고 발생 시점의 풍력발전기에 저장된 운동에너지에 비례하여 출력을 증가시키는 경우, 종래에 비해 주파수 하락폭을 줄이고, 주파수 회복 시간을 단축할 수 있다.That is, when the output is increased in proportion to the kinetic energy stored in the wind turbine at the time of the occurrence of the accident, the frequency drop can be reduced and the frequency recovery time can be shortened compared with the conventional case.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 복수의 풍력발전기를 포함하는 풍력발전단지를 제어하는 경우, 상기 출력 증가 단계는 사고 발생 시점의 각 풍력발전기의 운동에너지에 비례하여 각 풍력발전기의 출력을 증가시킨다. 선행기술문헌 1 내지 3에 제시된 방식은 풍력발전기를 제어하는 것일 뿐, 이를 풍력발전단지로 확장하지 않았다. 또한, 선행기술문헌 1 내지 3은 풍력발전단지 내에 각 풍력발전기의 운전조건이 달라지는 것을 고려하지 않으므로, 모든 풍력발전기를 동일하게 제어한다. 그러나 본 발명은 풍력발전단지 내에 각 풍력발전기를 개별적으로 제어한다. 그 결과 각 풍력발전기의 관성제어 능력을 반영할 수 있게 되어 풍력발전단지의 관성제어 성능이 향상된다.Meanwhile, in an embodiment of the present invention, when controlling a wind turbine including a plurality of wind turbines, the output increasing step increases the output of each wind turbine generator in proportion to the kinetic energy of each wind turbine at the time of occurrence of an accident . The approach shown in the prior art documents 1 to 3 is to control the wind turbine, but it does not extend it to the wind turbine. In addition, the prior art documents 1 to 3 do not take into account the different operating conditions of the respective wind turbines in the wind turbine, so all the wind turbines are controlled in the same manner. However, the present invention separately controls each wind power generator in the wind farm. As a result, inertia control capability of each wind turbine can be reflected, and the inertia control performance of the wind turbine can be improved.

본 발명은 앞서 살펴본 대로, 사고 발생시 증가시키는 출력의 양을 사고 발생 시점의 풍력발전기에 저장된 운동에너지에 비례하여 결정한다. 여기서 운동에너지는 풍력발전기에 입력되는 풍속에 의해 결정될 수 있고, 풍속(풍력발전기의 블레이드를 회전시키기 위하여 풍력발전기에 입력되는 바람의 속도)은 풍력발전단지 내에 각 풍력발전기가 모두 다르다. 본 발명은 이러한 특징에 착안하여, 각 풍력발전기의 개별 운동에너지를 고려하여 관성 제어 시 출력을 증가시킨다. 이로써 개개의 풍력발전기의 특징을 반영한 제어가 가능하다.As described above, the present invention determines the amount of output to be increased in the event of an accident in proportion to the kinetic energy stored in the wind turbine at the time of the occurrence of the accident. Here, the kinetic energy can be determined by the wind speed input to the wind turbine, and the wind speed (the speed of the wind input to the wind turbine to rotate the blade of the wind turbine) is different for each wind turbine in the wind turbine. In view of this feature, the present invention increases the output in inertia control in consideration of the individual kinetic energy of each wind turbine. This allows control that reflects the characteristics of individual wind turbines.

한편, 풍력발전기를 각각 제어하기 위하여 고려하는 개별 풍속은 풍력발전기의 후류 효과(wake effect)를 반영한다. 후류 효과는 풍력발전단지 내에 각 풍력발전기에 도달하는 바람의 속도가 달라지도록 하는 주된 원인 중 하나이다. 정격 출력 범위 내에서 풍력발전기의 출력은 풍속에 의존하므로, 후류 효과에 의해 풍속이 달라지면, 풍력발전기의 출력 또한 각각 달라진다. 본 발명은 이러한 상황을 반영하여 풍력발전기를 제어한다. 한편 후류 효과에 따른 풍속은 직접 측정할 수도 있으나, 특정 연산 식에 의해 도출할 수 있고, 이러한 연산 결과를 바탕으로 본 실시예에 따른 제어를 수행할 수 있다.On the other hand, the individual wind speeds considered for controlling each of the wind power generators reflect the wake effect of the wind power generator. The wake effect is one of the main causes for the speed of the wind to reach each wind turbine within the wind farm. Since the output of the wind power generator depends on the wind speed within the rated output range, if the wind speed is changed by the wake effect, the output of the wind power generator also varies. The present invention reflects this situation to control the wind power generator. On the other hand, the wind speed according to the wake effect can be directly measured, but can be derived by a specific calculation formula, and the control according to the present embodiment can be performed based on the calculation result.

도 6은 풍력발전단지 내에서 발생하는 후류 효과를 예시적으로 나타낸 그림이다. 바람은 풍력발전기를 통과하면서 운동에너지 중 일부를 잃고 평균 속도가 감소된다. 다수의 풍력 발전기로 구성된 풍력발전단지에서는 앞에 위치한 풍력발전기의 영향으로 뒤쪽에 위치한 풍력발전기에 도달하는 바람의 평균 풍속이 감소하는데 이것을 후류 효과라 한다. 도 6을 보면 x축 거리가 늘어날수록, 즉 바람이 불어오는 방향으로부터 풍력발전기의 위치가 멀어질수록 상대적으로 바람을 먼저 맞이하게 되는 풍력발전기를 회전시키기 위해 바람이 가진 운동에너지가 사용되고, 바람의 속도는 낮아지게 된다. 또한, 풍력발전기의 구동(블레이드의 회전)에 의해 생성되는 풍력발전기 뒤 쪽의 난류(turbulence)도 후류효과를 야기하는 원인이 된다. 따라서, 바람의 방향 선상에서 뒤에 위치한(바람을 나중에 맞이하게 되는) 풍력발전기는 앞에 있는 풍력발전기에 비해 출력량이 적어진다.6 is a diagram illustrating an example of a wake effect occurring in a wind power generation complex. As the wind passes through the wind turbine, it loses some of its kinetic energy and its average speed decreases. In the case of a wind turbine consisting of multiple wind turbines, the wind velocity of the wind arriving at the rear wind turbine decreases due to the influence of the front wind turbine generator. 6, the kinetic energy of the wind is used to rotate the wind turbine, which winds relatively first as the x-axis distance increases, that is, as the position of the wind turbine generator increases from the wind blowing direction. The speed is lowered. In addition, the turbulence behind the wind turbine generated by the driving of the wind turbine (rotation of the blade) also causes the wake effect. Thus, a wind turbine located behind (in the direction of the wind later) in the direction of the wind will produce less power than a wind turbine in front.

풍력발전단지 내의 풍력발전기는, 특히 MPPT 제어를 수행하는 풍력발전기는 입력 풍속에 대한 최적의 회전자 속도로 운전하는데, 그 결과 풍력발전단지 내의 각 풍력발전기의 회전자 속도는 서로 달라지고, 출력 또한 달라진다.Wind turbines in wind farms, especially wind turbines that perform MPPT control, operate at the optimum rotor speed for the input wind speed. As a result, the rotor speed of each wind turbine in the wind farm is different, It is different.

본 실시예는 복수의 풍력발전기가 배치될 때 발생하는 풍력발전단지 고유의 상황을 고려하여 풍력발전단지를 제어한다. 구체적으로, 각 풍력발전기를 개별적으로 제어하면서 동시에 전체 풍력발전단지가 외란에 효율적으로 대응할 수 있도록 풍력발전단지를 제어한다.The present embodiment controls the wind turbine in consideration of the unique situation of the wind turbine generated when a plurality of wind turbines are disposed. Specifically, each wind turbine generator is controlled separately, and at the same time, the wind turbine generator is controlled so that the entire wind turbine generator can efficiently cope with disturbance.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 풍력발전기의 회전자 속도의 한계 범위를 고려하여 출력을 증가시킨다. Meanwhile, in an embodiment of the present invention, the output is increased in consideration of the limit range of the rotor speed of the wind turbine.

선행기술문헌 2의 경우 풍력발전기를 제어하는 시간에 대해 구체적으로 언급되어 있지 않고, 선행기술문헌 3의 경우 항상 동일한 시간(감속구간 10초, 가속구간 20초) 동안 풍력발전기를 제어한다.In the case of Prior Art Document 2, the time for controlling the wind turbine generator is not specifically described. In the case of the prior art document 3, the wind turbine generator is always controlled at the same time (10 seconds for the deceleration section and 20 seconds for the acceleration section).

그러나, 본 발명은 회전자 속도의 한계 범위를 고려하여 관성제어 수행 여부를 결정하므로, 풍력발전기의 관성제어 능력을 반영할 수 있다. However, since the present invention determines whether the inertia control is performed in consideration of the limit range of the rotor speed, it can reflect the inertia control ability of the wind turbine.

도 8 내지 9는 본 발명의 다른 실시예, 구체적으로는 풍력발전기의 회전자 속도의 한계 제어범위를 반영하여 풍력발전기의 출력을 증가시키는 예와 종래 기술을 비교한 그래프이다. 여기서 한계 제어범위란 풍력발전기의 최저 운전 속도 또는 제어 목적에 의해 정해진 최저 속도까지의 범위를 말한다.FIGS. 8 to 9 are graphs showing an example of increasing the output of a wind turbine according to another embodiment of the present invention, specifically, a limit control range of the rotor speed of the wind turbine, and a conventional technique. Here, the limit control range refers to the range from the minimum operation speed of the wind turbine generator to the minimum speed determined by the control purpose.

도 8a, 도 9a는 계통 주파수, 도 8b, 도 9b는 풍력발전기의 출력, 도 8c, 도 9c는 회전자 속도에 관한 것이고, 각 그래프에서 녹색 실선은 선행기술문헌 2의 방식을 적용한 경우, 청색 실선은 선행기술문헌 3의 방식을 적용한 경우의 결과이며, 본 발명의 실시예에 따른 결과는 적색 실선으로 표시되었다. 도 8은 풍속이 9m/s인 경우, 도 9는 풍속이 11m/s인 경우의 시뮬레이션 결과이다.FIGS. 8A and 9A show the system frequency, FIGS. 8B and 9B show the output of the wind turbine generator, FIGS. 8C and 9C show the rotor speed, and the green solid line in each graph indicates the case where the system of the prior art document 2 is applied. The solid line is a result of applying the method of the prior art document 3, and the result of the embodiment of the present invention is indicated by a red solid line. Fig. 8 shows simulation results when the wind speed is 9 m / s, and Fig. 9 shows simulation results when the wind speed is 11 m / s.

먼저 도 8을 보면, [수학식 4]를 이용하여 연산된 ΔP는 0.1871pu이다. 이 때의 주파수 최저점은 약 59.60Hz로 기존의 방식에 비하여 주파수 최저점이 더 높았다. 본 발명의 실시예에 따르면, 주파수 하락 초기에 기존의 방식들보다 더 큰 유효전력을 회전자 운동에너지로부터 출력하기 때문에, 주파수의 하락폭이 적고, 신속하게 회복할 수 있다.Referring first to FIG. 8, ΔP calculated using [Equation 4] is 0.1871 pu. At this time, the lowest point of the frequency was about 59.60Hz, which is higher than the lowest point of the conventional method. According to the embodiment of the present invention, since the larger effective power is output from the rotor kinetic energy at the initial stage of the frequency drop than the conventional methods, the fall of the frequency is small and it can be quickly recovered.

풍속이 11m/s인 경우에, [수학식 4]를 이용하여 연산된 ΔP는 0.3648pu이다. 풍속이 빠를수록 달리 말해 회전자의 속도에 따른 운동에너지가 높을수록 더 많은 출력을 증가시키는 것을 확인할 수 있다. 연산된 ΔP를 반영하여 시뮬레이션을 진행한 결과를 도 9를 통해 살펴보면, 주파수 최저점은 약 59.66Hz로 기존의 방식에 비하여 더 높은 주파수 최저점을 보이는 것을 확인할 수 있다. 이 경우에도 본 실시예는 주파수 하락 초기에 기존의 방식들보다 더 큰 유효전력을 회전자 운동에너지로부터 출력하기 때문에, 주파수의 하락폭이 적고, 신속하게 회복할 수 있다.In the case where the wind speed is 11 m / s,? P calculated using the equation (4) is 0.3648 pu. In other words, the higher the kinetic energy according to the rotor speed, the more the output increases. The result of the simulation based on the calculated ΔP is shown in FIG. 9, which shows that the lowest point of the frequency is about 59.66 Hz, which is higher than the conventional method. Even in this case, since the present embodiment outputs a larger effective power than the conventional methods from the rotor kinetic energy at the beginning of the frequency decline, the fall of the frequency is small and it can recover quickly.

지금까지 살펴본 본 발명의 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것으로 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 수정, 변경, 부가가 가능한 부분까지 본 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention, As well.

Claims (2)

풍력발전기를 제어하는 방법에 있어서,
사고 발생 시, 풍력발전기의 출력을 사고 발생 시점에 풍력발전기에 저장된 운동에너지에 비례하는 유효 전력 값을 더하여 증가시키는 출력 증가 단계;
를 포함하고,
상기 출력 증가 단계는,
특정 회전자 속도를 한계속도로 정하여 풍력발전기의 기계적 입력과 관성 제어에 따른 출력의 차이의 총합이 0이 되도록 유효 전력 값을 증가시키고, 상기 특정 회전자 속도는 풍력발전기 회전자 속도의 한계 제어범위를 반영하는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 출력 제어 방법A method for controlling a wind turbine generator,
An output increasing step of increasing the output of the wind power generator at the time of an accident by adding an active power value proportional to the kinetic energy stored in the wind power generator at the time of an accident;
Lt; / RTI >
Wherein the output increasing step includes:
The specific rotor speed is set to a limit speed to increase the effective power value so that the sum of the difference between the mechanical input of the wind power generator and the output due to the inertia control becomes zero, Of the output of the wind turbine generator 청구항 1에 있어서, 상기 출력 증가량은
Figure 112015062544898-pat00005

에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 풍력발전기의 출력 제어 방법

The method of claim 1,
Figure 112015062544898-pat00005

Of the output of the wind turbine generator

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