KR101589710B1 - 통합 컨버터 시스템 및 통합 컨버터 시스템이 구비된 풍력 발전기 - Google Patents

통합 컨버터 시스템 및 통합 컨버터 시스템이 구비된 풍력 발전기 Download PDF

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Abstract

통합 컨버터 시스템이 구비된 풍력 발전기가 개시된다. 풍력 발전기에 구비된 통합 컨버터 시스템은, 계통측 컨버터; 발전기측 컨버터와 피치모터 제어용 컨버터를 포함하는 통합 발전기측 컨버터; 및 상기 발전기측 컨버터에 의해 변환된 직류 전력을 상기 계통측 컨버터로 전달하는 커패시터를 포함한다.

Description

통합 컨버터 시스템 및 통합 컨버터 시스템이 구비된 풍력 발전기{Integrated converter system and wind power generator having integrated converter system}
본 발명은 통합 컨버터 시스템 및 통합 컨버터 시스템이 구비된 풍력 발전기에 관한 것이다.
풍력 발전기는 일반적으로 블레이드와 발전기를 구비하고, 블레이드가 풍력을 받아 회전하는 기계적 예너지를 발전기에 의해 전기 에너지로 변환하는 장치이다.
풍력 발전기의 발전기에서 출력되는 전기 에너지는 컨버터 시스템(즉, 전력 변환 시스템)을 거쳐서 전력 계통으로 공급된다. 컨버터 시스템은 발전기로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터와 이 컨버터로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터를 포함하여 구성된다. 이때 발전기가 출력하는 전기 에너지의 양은 블레이드의 피치각 제어에 의해 조절된다.
발전 가능한 풍속이 발생하면 피치 시스템은 블레이드가 회전할 수 있도록 블레이드의 각을 조절하며, 일정 속도 이상의 회전수로 블레이드가 회전되면 컨버터 시스템이 동작하여 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 출력한다.
이와 같이, 피치 시스템과 컨버터 시스템은 풍력 발전기의 전력 생산을 위해 필수적 구성이며, 이들 중 하나라도 정상적으로 동작하지 않으면 풍력 발전기 시스템은 오류로 인해 정지하게 된다.
이러한 피치 시스템과 컨버터 시스템은 풍력 발전기의 시스템을 전체적으로 총괄 제어하는 시스템 제어기에 의해 개별 제어되며, 이에 관한 선출원 발명으로는 한국공개특허 제2012-0103966호(가변속 풍력 터빈 시스템) 등이 있다.
그러나 시스템 제어기에 의해 피치 시스템과 컨버터 시스템이 총괄 제어되는 종래의 풍력 발전기는 효과적인 전력 생산을 위해 피치 시스템과 컨버터 시스템이 직접 통신하지 않고 시스템 제어기에 의해서만 제어되도록 구성되어 있어 통신 과정에서의 시간 지연으로 풍속 변화에 대한 실시간 정밀 제어가 곤란하고, 피치 시스템과 컨버터 시스템간의 통신 불량만으로도 풍력 발전기가 정지할 우려가 있었다.
한국공개특허 제2012-0103966호(가변속 풍력 터빈 시스템)
본 발명은 통합 컨버터 시스템 자체에서 컨버터 시스템과 피치 시스템이 동시에 제어되고, 컨버터 시스템과 피치 시스템간의 직접 통신을 통해 풍력 발전기가 제어됨으로써 시스템 응답성을 극대화하고, 실시간 풍속 변동에 효과적으로 대응할 수 있는 통합 컨버터 시스템 및 통합 컨버터 시스템이 구비된 풍력 발전기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 통합 컨버터 시스템이 구비된 풍력 발전기로서, 상기 통합 컨버터 시스템은, 계통측 컨버터; 발전기측 컨버터와 피치모터 제어용 컨버터를 포함하는 통합 발전기측 컨버터; 및 상기 발전기측 컨버터에 의해 변환된 직류 전력을 상기 계통측 컨버터로 전달하는 커패시터를 포함하되, 상기 피치모터 제어용 컨버터는 상기 커패시터에 병렬 연결되는, 통합 컨버터 시스템이 구비된 풍력 발전기가 제공된다.
상기 통합 컨버터 시스템은, 발전기에 의해 생산된 전기 에너지를 변환하여 계통으로 공급하기 위해 상기 발전기측 컨버터와 상기 계통측 컨버터의 동작을 제어하는 제1 서브 제어기; 피치 제어 지령에 상응하는 전류가 피치 모터에 공급되도록 하기 위해, 상기 커패시터에 충전된 전기 에너지를 이용하여 전압을 생성하도록 상기 피치모터 제어용 컨버터를 제어하는 제2 서브 제어기; 및 상기 제1 서브 제어기로 발전량 지령을 입력하고, 상기 제2 서브 제어기로 상기 피치 제어 지령을 입력하는 컨버터 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 서브 제어기와 상기 제2 서브 제어기는 현재 발전량 정보와 현재 피치각 정보를 상호간에 주고 받도록 통신 연결될 수 있다.
상기 제1 서브 제어기는 상기 제2 서브 제어기로부터 수신된 현재 피치각 정보가 상기 현재 발전량 정보에 부합되지 않는 경우, 상기 제2 서브 제어기로 피치각 조정 요청을 전송할 수 있다.
상기 제2 서브 제어기는 상기 제1 서브 제어기로부터 수신된 현재 발전량 정보가 상기 현재 피치각 정보에 부합되지 않는 경우, 상기 제1 서브 제어기로 발전량 조정 요청을 전송할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 통합 컨버터 시스템 자체에서 컨버터 시스템과 피치 시스템이 동시에 제어되고, 컨버터 시스템과 피치 시스템간의 직접 통신을 통해 풍력 발전기가 제어됨으로써 시스템 응답성을 극대화하고, 실시간 풍속 변동에 효과적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 풍력 발전기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 구비된 통합 컨버터 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
도 1은 종래기술에 따른 풍력 발전기의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 풍력 발전기는 허브(5)와 블레이드(6)로 구성된 로터(4), 발전기(7), 컨버터 시스템(20), 시스템 제어기(40), 공기밀도 측정기(50) 및 풍속기(60)를 포함한다.
풍력 발전기는 허브(5)와 블레이드(6)로 구성된 로터(4)를 회전시켜 풍력을 기계적 에너지로 변환시키고, 이 기계적 에너지는 발전기(7)의 회전자를 회전시켜 전기 에너지로 변환된다.
이때, 로터(4)를 회전시키기에 충분한 풍속, 즉 시동 풍속(cut-in wind speed)에 도달되면, 시스템 제어기(40)는 블레이드(6)의 피치가 공칭 피치(nominal pitch)가 되도록 피치 지령(βc)을 로터(4)에 전달한다.
시스템 제어기(40)는 공기 밀도 측정기(50)로부터 제공되는 발전기(7)와 컨버터 시스템(20)이 설치된 너셀 외부의 공기밀도를 측정하거나 추정하여 생성한 공기 밀도값 정보(ρ*)와, 풍속기(60)로부터 제공되는 풍속 정보(v)와, 로터(4)의 회전 속도(ωr)에 근거한 토크 지령을 출력함으로써 풍력 발전기가 정격 속도 이하의 풍속에서도 최대의 출력을 생산하도록 할 수 있다.
또한 시스템 제어기(40)는 로터(4)의 토크(Tf), 발전기(7)의 토크(Tg), 계통(30)으로 공급되는 전압(V*)과 주파수(f*) 등을 종합적으로 고려함으로써 시동 풍속, 정격 풍속 및 최대 풍속(cut out wind speed) 등에서 최대의 출력을 생산하도록 풍력 발전기를 제어할 수 있다.
다만, 발전기(7)에서 출력되는 전압과 전류는 일정하지 않기 때문에 컨버터 시스템(20)을 통해 일정한 전압과 전류를 가지는 전기 에너지로 변환된 후 계통(30)으로 공급된다.
시스템 제어기(40)에서 출력된 토크 지령은 컨버터 시스템(20)의 제어기(28)로 입력된다. 컨버터 시스템(20)의 제어기(28)는 발전기측 컨버터(22)와 계통측 컨버터(26)로부터 전달되는 전류와 전압값 및/또는 커패시터(24)로부터 전달되는 DC 전압의 값, 계통(30)으로부터 입력되는 전압(V*)과 주파수(f*)값과 입력되는 토크 지령에 근거해서 발전기측 및 계통측 컨버터(22, 26)의 스위칭 소자(예를 들어, IGBT, MOSFETs, GTOs, 또는 SCRs)의 턴-온 또는 턴-오프를 제어하는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 생성한다.
즉 발전기측/계통측 컨버터(22, 26)의 스위치 턴-온 또는 턴-오프 제어를 통해서 컨버터 시스템(20)에서 안정적인 전력을 생성하여 계통(30)에 공급할 수 있게 된다.
이와 같이, 종래기술에 따른 풍력 발전기는 시스템 제어기(40)가 컨버터 시스템(20)과 피치 시스템이 개별적, 독립적으로 구성되어 각각 제어되는 구조를 가지고 있다.
즉, 일정 풍속 이상인 경우 시스템 제어기(40)는 피치 시스템으로 동작 개시 신호를 출력하여 피치 시스템이 블레이드의 피치각을 조절하도록 제어하고, 피치 시스템으로부터 동작 정보 등에 대한 피드백 정보를 제공받는다.
또한, 발전 속도 이상이 되면 시스템 제어기(40)는 컨버터 시스템(20)으로 동작 개시 신호를 출력하여 컨버터 시스템(20)이 전기 에너지 변환 처리를 수행하도록 하고, 컨버터 시스템(20)으로부터 발전량 정보 등에 대한 피드백 정보를 제공받는다.
시스템 제어기(40)는 컨버터 시스템(20)으로부터 입력되는 피드백 정보를 컨버터 시스템(20)으로 출력한 지령 발전값과 대비한 후 피치 시스템으로 피치각 조절에 대한 지령을 출력하여 블레이드의 피치각이 실시간 제어되도록 처리한다.
그러나 시스템 제어기(40)에 의해 총괄적으로 제어되도록 하는 풍력 발전기는 컨버터 시스템(20)과 피치 시스템 간의 연동 처리시 반드시 시스템 제어기(40)를 통하도록 구성되어 있기 때문에 통신 지연이 발생될 수 밖에 없고, 실시간 변화특성을 가지는 풍황에 효과적인 대응이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 구비된 통합 컨버터 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기에 구비된 통합 컨버터 시스템(200)은 통합 발전기측 컨버터(210), 커패시터(24), 계통측 컨버터(26), 제1 서브 제어기(230), 제2 서브 제어기(240) 및 컨버터 제어기(250)를 포함한다.
통합 발전기측 컨버터(210)는 발전기측 컨버터(22)와 피치모터 제어용 컨버터(220)을 포함한다. 통합 발전기측 컨버터(210)에 포함되는 발전기측 컨버터(22)의 수량은 하나 이상일 수도 있다.
발전기측 컨버터(22)와 피치모터 제어용 컨버터(220)는 후술되는 바와 같이 각각 독립된 동작을 수행하기 때문에, 각각 독립된 제어기(즉, 제1 서브 제어기(230) 또는 제2 서브 제어기(240))에 의해 각각 제어되도록 구성되며, 제1 및 제2 서브 제어기(230, 240)는 통합 컨버터 시스템(200)을 통합 제어하는 컨버터 제어기(250)에 제어되도록 구성된다.
통합 발전기측 컨버터(210)에 포함되는 발전기측 컨버터(22)는 발전기(7)로부터 출력되는 교류(AC) 출력을 직류(DC) 형태로 변환하는 동작을 수행하고, 계통측 컨버터(26)는 발전기측 컨버터(22)에 의하여 변환된 직류 전력을 계통(Grid) 측에서 사용하기에 적절한 교류 전력으로 변환하는 동작을 수행하며, 발전기측 컨버터(22)와 계통측 컨버터(26)는 커패시터(24)를 통해 상호 연결된다. 여기서, 발전기측 컨버터(22) 및 계통측 컨버터(26)에 관한 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 구성, 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 구성은 당업자에게 자명하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
커패시터(24)는 발전기측 컨버터(22) 및 계통측 컨버터(26)에 각각 병렬로 연결되어, 두 컨버터(22, 26) 사이에서 에너지가 전달되도록 기능한다. 커패시터(24)는 에너지를 충, 방전할 수 있는 소자로서 예를 들어 커패시터일 수 있다.
제1 서브 제어기(230)는 발전기측 컨버터(22)와 계통측 컨버터(26)의 동작을 제어하여 발전기(7)에서 생산되는 전기 에너지가 계통 측으로 안정적으로 공급되도록 한다. 이때, 제1 서브 제어기(230)는 컨버터 제어기(250)로부터 입력되는 발전량 지령에 따른 발전량이 출력되도록 발전기측 컨버터(22)와 계통측 컨버터(26)의 동작을 제어할 수 있다.
또한 통합 발전기측 컨버터(210)에 구비된 피치모터 제어용 컨버터(220)는 커패시터(24)에 병렬로 연결되어, 커패시터(24)에 충전된 에너지를 이용하여 제2 서브 제어기(240)의 피치 제어 지령에 따른 전압을 합성하고 피치 모터(260)에 토크를 인가시켜, 피치 모터(260)가 블레이드의 피치각을 조절하도록 한다.
즉, 피치모터 제어용 컨버터(220)는 피치 모터(260)에 대한 동작 전원 공급용 컨버터로 구비되며, 풍황에 따라 블레이드의 피치각이 조절될 수 있도록 하기 위해, 제2 서브 제어기(240)의 피치 제어 지령에 따른 전압을 합성하여 피치 모터에 토크를 인가시킨다. 후술되는 바와 같이, 제2 서브 제어기(240)는 제1 서브 제어기(230)로부터 입력되는 발전량 정보를 토대로 블레이드의 피치각이 조절되도록 하기 위해 피치모터 제어용 컨버터(220)의 동작을 제어할 수도 있다.
피치모터 제어용 컨버터(220)는 발전기(7)에서 생산되는 전력을 계통 측으로 전달하기 위해 기능하는 발전기측 컨버터(22)와 달리, 발전기(7)에서 생산되는 전력을 소모하도록 기능할 뿐 발전 동작에는 기여하지 않는 특성을 가진다.
또한 피치모터 제어용 컨버터(220)와 발전기측 컨버터(22)가 각각 합성하는 전압의 크기가 상이할 수 있다. 이는, 피치 모터(260)가 발전기(7)에 비해 용량이 매우 작은 편이므로 피치각 제어 동작을 위해 합성될 전압과 발전량에 따라 합성될 전압이 상이할 수 있기 때문이다.
피치모터 제어용 컨버터(220)는 제2 서브 제어기(240)의 제어에 의해 컨버터 제어기(250)로부터 입력받은 피치 제어 지령에 따른 전압을 합성하여 피치 모터(260)측으로 전류를 인가하도록 동작되며, 피치 모터(260)는 인가된 전류에 상응하여 발생되는 토크에 의해 피치각 회전이 수행되도록 하고, 제2 서브 제어기(240)는 피치 제어 지령에 상응하는 피치각 회전이 완료되면 전압 합성을 중지하도록 피치모터 제어용 컨버터(220)를 제어한다.
발전기측 컨버터(22)와 계통측 컨버터(26)의 동작을 제어하는 제1 서브 제어기(230)와 피치모터 제어용 컨버터(220)의 동작을 제어하는 제2 서브 제어기(240)는 후술되는 바와 같이, 발전량 정보와 피치각 정보를 서로 주고 받으면서 풍속별 피치 제어 및 발전량 제어가 정밀하게 이루어질 수 있도록 광통신 방식으로 상호 연결될 수 있다. 물론, 제1 서브 제어기(230)와 제2 서브 제어기(240)가 상호 연동되도록 하기 위한 통신 연결 방식이 광통신 방식 이외에도 다양할 수 있을 것이다.
제1 서브 제어기(230)와 제2 서브 제어기(240)는 컨버터 제어기(250)에 의해 제어되며, 컨버터 제어기(250)는 통합 컨버터 시스템(200), 풍력 발전기의 진동을 감시하는 진동감시 시스템, 블레이드 위치를 제어하는 요 시스템 등을 총괄적으로 제어하는 시스템 제어기(40)로부터 입력된 동작 지령(예를 들어 현재 풍속, 발전량 등 중 하나 이상)에 상응하도록 발전량 지령과 피치 제어 지령을 제1 서브 제어기(230)와 제2 서브 제어기(240)로 각각 입력한다. 즉, 컨버터 제어기(250)는 제1 서브 제어기(230)와 제2 서브 제어기(240)에 각각 상이한 지령을 내려 원하는 토크가 출력되도록 제어할 수 있다. 컨버터 제어기(252)와 시스템 제어기(40)는 예를 들어 CAN 통신방식으로 상호 연결될 수 있다.
제1 서브 제어기(230)와 제2 서브 제어기(240)는 발전량 지령과 피치 제어 지령에 의해 계통측 컨버터(26)와 피치모터 제어용 컨버터(220)의 동작을 개시하도록 제어한 이후에는, 제1 서브 제어기(230)와 제2 서브 제어기(240)간의 동작 상태 정보(예를 들어 발전량 정보, 피치각 정보)를 서로 주고받음으로써 시스템 제어기(40) 및/또는 컨버터 제어기(250)의 제어 동작 없이 지정된 발전량의 안정적 출력을 위한 처리를 수행할 수 있는 장점이 있다. 물론, 풍속이 변화하는 등의 경우 컨버터 제어기(250)가 제1 및 제2 서브 제어기(230)로 새로운 지령을 입력할 수 있음은 당연하다.
이를 통해, 통합 컨버터 시스템(200)은 풍황에 따라 0V에서 정격 전압까지 발전 출력이 조정되며, 피치 모터(260) 또한 풍황에 따라 피치각을 조정하게 된다.
또한 만일 LVRT 등의 계통 사고가 발생된 경우에는 통합 컨버터 시스템(200)에 상응하는 제1 서브 제어기(230)가 신속하게 계통 사고의 발생을 감지하고 제2 서브 제어기(240)를 통해 피치각 조절이 이루어지도록 요청함으로써 신속한 사고 대처가 가능해지는 장점도 있다.
이에 비해, 종래의 풍력 발전기에서는 컨버터 시스템(20)에서 계통 사고를 감지할지라도 시스템 제어기(40)로 이를 통지하고, 시스템 제어기(40)가 계통 사고에 대응하기 위한 후속 조치를 시행하도록 구성되어 있어 각 구성 요소간의 신호 송수신 과정에서 수십 ms 이상의 시간 지연이 발생되어 신속한 사고 대처가 불가능한 문제점이 있었다. 또한 종래의 풍력 발전기는 시스템 제어기(40)로 모든 정보(예를 들어, 풍속, 풍향, 발전량, 피치각 등)가 수집된 후 상응하는 구성요소로 지령이 입력되는 구조이기 때문에 불연속적인 풍속 변화나 돌풍의 발생시 신속한 대처가 곤란하여 블레이드 파손 등의 악영향이 발생될 우려도 있다.
이하, 광통신 방식으로 상호 연동되는 제1 서브 제어기(230)와 제2 서브 제어기(240)의 동작 방식에 대해 간략히 설명한다.
컨버터 제어기(250)는 시스템 제어기(40)로부터 현재 풍속에 대한 정보를 제공받은 후, 해당 풍속에서 발전될 발전량에 상응하는 발전량 지령과 피치 제어 지령을 제1 서브 제어기(230)와 제2 서브 제어기(240)에 각각 입력한다. 예를 들어, 3m/s의 풍속에서 발전이 시작된다면, 컨버터 제어기(250)는 3m/s의 풍속에 맞는 지령을 제1 서브 제어기(230)와 제2 서브 제어기(240)에 각각 입력할 것이다. 또한, 컨버터 제어기(250)는 풍속에 관한 정보를 제1 및 제2 서브 제어기(230, 240)로 실시간 입력할 수도 있을 것이다.
풍속이 결정되면 어느 수준의 전기 에너지가 발전되어 출력되어야 하며, 피치각이 어느 수준으로 조정되어야 한다는 것이 미리 지정되어 있으므로, 제1 및 제2 서브 제어기(230, 240)는 현재의 발전량 정보와 피치각 정보를 상호 제공함으로써 풍속에 상응하는 적절한 발전이 이루어지도록 할 수 있다.
즉, 제1 서브 제어기(230)에서 현재의 발전량 정보를 제2 서브 제어기(240) 측으로 제공하면, 제2 서브 제어기(240)는 발전량 정보와 현재의 피치각 정보를 비교할 수 있으며, 적절한 발전량이 아닌 경우 제2 서브 제어기(240)는 제1 서브 제어기(230)측으로 발전량 조정 요청을 전송할 수 있다.
또한, 제2 서브 제어기(240)에서 현재의 피치각 정보를 제1 서브 제어기(230) 측으로 제공하면, 제1 서브 제어기(230)는 현재의 발전량 정보와 입력된 피치각 정보를 비교할 수 있으며, 적절한 피치각이 아닌 경우 제1 서브 제어기(230)는 제2 서브 제어기(240)측으로 피치각 조정 요청을 전송할 수 있다.
바람의 속성이 균일하게 유지되는 경우에는 제1 및 제2 서브 제어기(230, 240)간의 상태 정보 송수신이 불필요할 수 있으나, 바람이 실시간 변화하는 경우에는 상태 정보의 송수신을 통해 피치 시스템과 컨버터 시스템간의 응답성 향상이 도모될 수 있음은 당연하다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 발전기의 통합 컨버터 시스템(200)은 발전기(7)에서 생산되는 전기 에너지를 변환하여 계통에 제공하기 위한 발전기측 컨버터(22), 계통측 컨버터(26) 및 커패시터(24)와, 피치 모터(260)에 동작 전원을 공급하기 위한 피치모터 제어용 컨버터(220)를 구비한다. 또한 발전기측 컨버터(22)와 계통측 컨버터(26)의 동작을 제어하는 제1 서브 제어기(230)와 피치모터 제어용 컨버터(220)의 동작을 제어하는 제2 서브 제어기(240)를 더 구비하며, 제1 서브 제어기(230)와 제2 서브 제어기(240) 간에는 각각 제어하는 구성 요소의 실시간 상태정보(예를 들어, 발전량 정보, 피치각 정보) 가 제공되도록 구성함으로써 피치 시스템과 컨버터 시스템 간의 응답성 및 상호 연동이 가능한 특징을 가진다.
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.
4 : 로터 5 : 허브
6 : 블레이드 7 : 발전기
20 : 컨버터 시스템 30 : 계통
22 : 발전기측 컨버터 24 : 커패시터
26 : 계통측 컨버터 40 : 시스템 제어기
50 : 공기밀도 측정기 60 : 풍속기
200 : 통합 컨버터 시스템 210 : 통합 발전기측 컨버터
220 : 피치모터 제어용 컨버터 230 : 제1 서브 제어기
240 : 제2 서브 제어기 250 : 컨버터 제어기
260 : 피치 모터

Claims (5)

  1. 풍력 발전기에 구비되는 통합 컨버터 시스템으로서,
    계통측 컨버터;
    발전기측 컨버터와 피치모터 제어용 컨버터를 포함하는 통합 발전기측 컨버터;
    상기 발전기측 컨버터에 의해 변환된 직류 전력을 상기 계통측 컨버터로 전달하는 커패시터;
    발전기에 의해 생산된 전기 에너지를 변환하여 계통으로 공급하기 위해 상기 발전기측 컨버터와 상기 계통측 컨버터의 동작을 제어하는 제1 서브 제어기;
    피치 제어 지령에 상응하는 전류가 피치 모터에 공급되도록 하기 위해, 상기 커패시터에 충전된 전기 에너지를 이용하여 전압을 생성하도록 상기 피치모터 제어용 컨버터를 제어하는 제2 서브 제어기; 및
    상기 제1 서브 제어기로 발전량 지령을 입력하고, 상기 제2 서브 제어기로 상기 피치 제어 지령을 입력하는 컨버터 제어기를 포함하되,
    상기 피치모터 제어용 컨버터는 상기 커패시터에 병렬 연결되는, 통합 컨버터 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 서브 제어기와 상기 제2 서브 제어기는 현재 발전량 정보와 현재 피치각 정보를 상호간에 주고 받도록 통신 연결되는, 통합 컨버터 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 서브 제어기는 상기 제2 서브 제어기로부터 수신된 현재 피치각 정보가 상기 현재 발전량 정보에 부합되지 않는 경우, 상기 제2 서브 제어기로 피치각 조정 요청을 전송하는, 통합 컨버터 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 서브 제어기는 상기 제1 서브 제어기로부터 수신된 현재 발전량 정보가 상기 현재 피치각 정보에 부합되지 않는 경우, 상기 제1 서브 제어기로 발전량 조정 요청을 전송하는, 통합 컨버터 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120103966A (ko) 2011-03-11 2012-09-20 삼성중공업 주식회사 가변속 풍력 터빈 시스템
KR20130003894A (ko) * 2011-07-01 2013-01-09 삼성중공업 주식회사 풍력발전 시스템 및 그 방법

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