KR101634165B1 - Disturbance observer based speed controller for dual generator type wind turbine and operating method thereof - Google Patents

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KR101634165B1 KR1020140196018A KR20140196018A KR101634165B1 KR 101634165 B1 KR101634165 B1 KR 101634165B1 KR 1020140196018 A KR1020140196018 A KR 1020140196018A KR 20140196018 A KR20140196018 A KR 20140196018A KR 101634165 B1 KR101634165 B1 KR 101634165B1
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Abstract

본 발명에 의한 병렬형 풍력 발전기의 외란 관측기 기반 속도 제어기 및 그 운영 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 외란 관측기 기반 속도 제어기는 입력 받은 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 출력하는 전기 시스템; 입력 받은 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도를 출력하는 기계 시스템; 및 입력 받은 이전 주기의 제1 발전기와 제2 발전기의 회전속도, 제1 발전기와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기와 제2 발전기의 출력값을 각각 출력하는 외란 관측기를 포함하되, 상기 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치는 제1 발전기의 속도 제어기의 출력값, 제2 발전기의 속도 제어기의 출력값과 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값, 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값 각각의 차이값으로 생성되는 것을 특징으로 한다.A disturbance observer-based speed controller and its operating method of a parallel wind turbine according to the present invention is disclosed. The disturbance observer-based speed controller according to the present invention includes an electric system for outputting the applied torque of the first generator and the applied torque of the second generator based on the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator, A mechanical system for outputting a rotational speed of the first generator and a rotational speed of the second generator based on the input torque of the first generator and the applied torque of the second generator; And a disturbance observer for outputting the output values of the first generator and the second generator based on the rotation speeds of the first generator and the second generator and the current control command values of the first generator and the second generator, Wherein the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator are set such that the output value of the speed controller of the first generator, the output value of the speed controller of the second generator and the output value of the disturbance observer of the first generator, And the difference value between the output values of the output values.

Figure R1020140196018
Figure R1020140196018

Description

병렬형 풍력 발전기의 외란 관측기 기반 속도 제어기 및 그 운영 방법{DISTURBANCE OBSERVER BASED SPEED CONTROLLER FOR DUAL GENERATOR TYPE WIND TURBINE AND OPERATING METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a speed controller based on a disturbance observer of a parallel type wind turbine, and a method of operating the same. [0002] DISTURBANCE OBSERVER BASED SPEED CONTROLLER FOR DUAL GENERATOR TYPE WIND TURBINE AND OPERATING METHOD THEREOF [

본 발명은 병렬형 풍력 발전기의 외란 관측기 기반 속도 제어기 설계 및 그 운영 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a disturbance observer-based speed controller design and operation method of a parallel type wind turbine.

풍력발전기는 바람의 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치로서, 풍력발전기의 회전축 방향에 따라 수평형 풍력발전기(Horizontal Axis Wind Tubine; HAWT)와 수직형 풍력발전기(Vertical Axis Wind Tubine)로 구분된다.A wind turbine is a device that converts the kinetic energy of the wind into electric energy. The wind turbine is divided into a horizontal axis wind turbine (HAWT) and a vertical axis wind turbine according to the direction of the rotation axis of the wind turbine.

최근에 이러한 수직형 풍력발전기와 수평형 풍력 발전기의 장단점을 고려한 새로운 형태의 수평 병렬형 풍력발전기가 제안된 바 있다. 수평 병렬형 풍력 발전기는 기존 수평형 풍력발전기와 달리 너셀 안에 베벨 기어와 중공축으로 구성되어 있고, 두 대의 발전기는 수직형 풍력발전기와 같이 지상에 설치되어 송전선 꼬임을 해결할 수 있다. 로터에서 생산된 동력은 지상과 수평하게 설치된 두 개의 베벨 기어와 수직으로 설치된 중공축을 통해서 지상의 발전기로 전달된다.Recently, there has been proposed a new type of horizontal parallel type wind turbine considering the advantages and disadvantages of such a vertical type wind power generator and a horizontal type wind power generator. Horizontal parallel type wind turbine is composed of bevel gear and hollow shaft in nacelle, unlike conventional horizontal type wind turbine, and two generators can be installed on the ground like vertical type wind turbine to solve transmission line twist. The power generated by the rotor is transferred to the ground generators through two bevel gears installed horizontally and horizontally and a hollow shaft installed vertically.

그러나 병렬형 풍력발전기의 블레이드의 회전축인 로터축을 의미하는 롤축과 너셀의 회전축을 의미하는 요축은 서로 커플링 되어 있어 서로에 대한 영향을 받게 된다. 그 영향은 외란과 마찬가지로 속도를 제어함에 있어 좋지 않은 영향을 끼치게 된다.However, the roll axis, which means the rotor axis, which is the rotation axis of the blade of the parallel wind turbine, and the yaw axis, which means the rotation axis of the nucelle, are coupled to each other and are influenced by each other. The effect, like disturbance, has a bad influence on controlling speed.

등록특허공보 제10-1377818호, 2014.03.26. 공고Patent Registration No. 10-1377818, March 26, 2014. Announcement

따라서 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 외란 관측기를 추가 구성하여 그 추가 구성된 외란 관측기에서 제1 발전기와 제2 발전기의 회전 속도, 제1 발전기와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 이용하여 롤축 회전 속도와 요축 회전 속도를 제어하도록 하는 병렬형 풍력 발전기의 외란 관측기 기반 속도 제어기 및 그 운영 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a disturbance observer in which a rotational speed of a first generator and a second generator, A velocity controller based on a disturbance observer of a parallel type wind power generator that controls a roll axis rotation speed and a yaw axis rotation speed by using an instruction value, and a method of operating the same.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 외란 관측기 기반 속도 제어기는 입력 받은 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 출력하는 전기 시스템; 입력 받은 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도를 출력하는 기계 시스템; 및 입력 받은 이전 주기의 제1 발전기와 제2 발전기의 회전속도, 제1 발전기와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기와 제2 발전기의 출력값을 각각 출력하는 외란 관측기를 포함하되, 상기 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치는 제1 발전기의 속도 제어기의 출력값, 제2 발전기의 속도 제어기의 출력값과 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값, 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값 각각의 차이값으로 생성되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, a disturbance observer-based speed controller according to an aspect of the present invention includes a speed controller for controlling a disturbance observer based on a current control command value of a first generator and a current control command value of a second generator, An electric system for outputting an applied torque of the electric motor; A mechanical system for outputting a rotational speed of the first generator and a rotational speed of the second generator based on the input torque of the first generator and the applied torque of the second generator; And a disturbance observer for outputting the output values of the first generator and the second generator based on the rotation speeds of the first generator and the second generator and the current control command values of the first generator and the second generator, Wherein the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator are set such that the output value of the speed controller of the first generator, the output value of the speed controller of the second generator and the output value of the disturbance observer of the first generator, And the difference value between the output values of the output values.

바람직하게, 상기 전기 시스템은 상기 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 상기 제2 발전기의 전류 제어 지령치 각각에 토크 상수를 곱하고 그 곱한 결과로 상기 제1 발전기의 인가 토크와 상기 제2 발전기의 인가 토크를 생성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the electric system multiplies the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator by a torque constant, and as a result multiplies the applied torque of the first generator and the applied torque of the second generator .

바람직하게, 상기 기계 시스템은 입력 받은 상기 제1 발전기의 인가 토크와 상기 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 롤축 토크와 요축 토크를 생성하고, 생성된 상기 롤축 토크와 상기 요축 토크를 기반으로 롤축 회전속도와 요축 회전속도를 생성하며, 생성된 상기 롤축 회전속도와 상기 요축 회전속도를 기반으로 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도를 생성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the mechanical system generates a roll shaft torque and a yaw axis torque based on the input applied torque of the first generator and the applied torque of the second generator, and rotates the roll shaft based on the generated roll shaft torque and the yaw axis torque And generates a rotation speed of the first generator and a rotation speed of the second generator on the basis of the generated roll axis rotation speed and the yaw axis rotation speed.

바람직하게, 상기 기계 시스템은 수학식

Figure 112015127153010-pat00001
을 이용하여 롤축 토크 τr와 요축 토크 τy를 생성하되, 여기서, 상기 τT는 제1 발전기의 인가 토크, 상기 τB는 제2 발전기의 인가 토크, 상기 ρ는 기어비를 나타내는 것을 특징으로 한다.Advantageously, said mechanical system further comprises:
Figure 112015127153010-pat00001
, Wherein τ T is an applied torque of the first generator, τ B is an applied torque of the second generator, and ρ is a gear ratio, by using the torque command τ r and the yaw axis torque τ y .

바람직하게, 상기 기계 시스템은 수학식

Figure 112014128728311-pat00002
을 이용하여 롤축 회전 속도 ωr와 요축 회전 속도 ωy를 생성하되, 여기서, τF, τR는 바람에 의해서 터빈에 인가 되는 토크,
Figure 112014128728311-pat00003
는 롤축과 요축에 인가 되는 외란 토크, τr, τy는롤축과 요축에 인가하는 발전기의 토크, Jrr, brr는 롤축의 관성 모멘트와 마찰 계수, Jyy, byy는 요축의 관성 모멘트와 마찰 계수, Jry, bry는 요축 회전으로 인하여 발생하는 롤축 관성 모멘트와 마찰 계수, Jyr, byr는 롤축 회전으로 인하여 발생하는 요축 관성 모멘트와 마찰 계수를 나타내는 것을 특징으로 한다.Advantageously, said mechanical system further comprises:
Figure 112014128728311-pat00002
The use to produce a roll, but the rotation speed ω r and a yaw axis rotation rate ω y, where, τ F, τ R is the torque applied to the turbine by the wind,
Figure 112014128728311-pat00003
Τ r and τ y are the torques of the generators applied to the roll axis and the yaw axis, J rr and b rr are the inertial moment and friction coefficient of the roll axis, and J yy and b yy are the moments of inertia of the yaw axis J ry and b ry are the roll axis moment of inertia and frictional coefficient due to the yaw axis rotation, and J yr and b yr are the yaw axis inertia moment and friction coefficient caused by roll axis rotation.

바람직하게, 상기 기계 시스템은 수학식

Figure 112015127153010-pat00004
을 이용하여 제1 발전기의 회전속도 ωT와 제2 발전기의 회전속도 ωB를 생성하는 것을 특징으로 한다.Advantageously, said mechanical system further comprises:
Figure 112015127153010-pat00004
The rotation speed? T of the first generator and the rotation speed? B of the second generator are generated.

바람직하게, 상기 외란 관측기는 수학식

Figure 112015127153010-pat00005
Figure 112015127153010-pat00006
,
Figure 112015127153010-pat00007
,
Figure 112015127153010-pat00008
를 이용하여 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00009
와 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00010
를 생성하되, 여기서,
Figure 112015127153010-pat00011
는 롤-요축과 제1 발전기와 제2 발전기 측 변수 사이의 관계를 나타내는 좌표 변환이고, ωr,Qy,Q는 저주파 통과 필터 Q(s)의 대역폭,
Figure 112015127153010-pat00012
는 공칭 시스템의 롤축 관성 모멘트와 마찰 계수,
Figure 112015127153010-pat00013
는 공칭 시스템의 요축 관성 모멘트와 마찰 계수를 나타내는 것을 특징으로 한다.Preferably, the disturbance observer includes:
Figure 112015127153010-pat00005
Figure 112015127153010-pat00006
,
Figure 112015127153010-pat00007
,
Figure 112015127153010-pat00008
The output value of the disturbance observer of the first generator
Figure 112015127153010-pat00009
And the output value of the disturbance observer of the second generator
Figure 112015127153010-pat00010
, ≪ / RTI >
Figure 112015127153010-pat00011
Is the coordinate transformation indicating the relationship between the roll yaw axis and the first generator and the second generator side variable, and? R, Q ,? Y and Q are the bandwidths of the low pass filter Q (s)
Figure 112015127153010-pat00012
The roll axis moment of inertia and the coefficient of friction of the nominal system,
Figure 112015127153010-pat00013
Is characterized by representing the yaw axis inertia moment and the friction coefficient of the nominal system.

본 발명의 다른 한 관점에 따른 외란 관측기 기반 속도 제어기의 운영 방법은 전기 시스템이 입력 받은 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 출력하는 단계; 기계 시스템이 입력 받은 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도를 출력하는 단계; 및 외란 관측기가 입력 받은 이전 주기의 제1 발전기와 제2 발전기의 회전속도, 제1 발전기와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기와 제2 발전기의 출력값을 각각 출력하는 단계를 포함하되, 상기 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치는 제1 발전기의 속도 제어기의 출력값, 제2 발전기의 속도 제어기의 출력값과 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값, 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값 각각의 차이값으로 생성되는 것을 특징으로 한다.A method of operating a speed controller based on disturbance observer according to another aspect of the present invention is a method of operating a speed controller based on disturbance observer based on a current control command value of a first generator and a current control command value of a second generator, Outputting an applied torque of the motor; Outputting the rotational speed of the first generator and the rotational speed of the second generator based on the applied torque of the first generator and the applied torque of the second generator; And outputting the output values of the first generator and the second generator based on the rotation speeds of the first generator and the second generator and the current control command values of the first generator and the second generator, Wherein the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator are set such that the output value of the speed controller of the first generator, the output value of the speed controller of the second generator and the output value of the disturbance observer of the first generator, And a difference value of each output value of the disturbance observer.

이를 통해, 본 발명은 외란 관측기를 추가 구성하여 그 추가 구성된 외란 관측기에서 제1 발전기와 제2 발전기의 회전 속도, 제1 발전기와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 이용하여 롤축 회전 속도와 요축 회전 속도를 제어하도록 함으로써, 외란과 파라미터 불확실성에 대해서 강인성을 갖는 효과가 있다.Accordingly, in the present invention, the disturbance observer is additionally constructed so that the rotation speed of the first generator and the second generator, the current control command value of the first generator and the second generator, There is an effect of having robustness against disturbance and parameter uncertainty.

또한, 본 발명은 추가 구성된 외란 관측기를 이용하여 롤축 회전 속도와 요축 회전 속도를 제어하기 때문에 전기/기계 시스템을 공칭 시스템과 유사하게 동작시킬 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 외루프 제어기 즉, 속도 제어기의 설계가 용이할 수 있다.Further, the present invention controls the roll shaft rotation speed and the yaw axis rotation speed by using the additional disturbance observer, so that the electric / mechanical system can operate similar to the nominal system. Accordingly, the design of the outer loop controller, that is, the speed controller, can be facilitated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 풍력 발전 시스템의 외란 관측기 기반 속도 제어기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 시스템의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계 시스템의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외란 관측기의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공칭 시스템의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제어기의 운영 방법을 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7b는 정현파 형태 외란에 대한 롤축/요축 각속도를 보여주는 도면이다.
1 is a view showing a disturbance observer-based speed controller of a parallel wind power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the operation principle of an electric system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the operation principle of a mechanical system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the operation principle of a disturbance observer according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the operation principle of the nominal system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 illustrates a method of operating a speed controller according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIGS. 7A to 7B are diagrams showing roll axis / yaw axis angular velocity for sinusoidal disturbance.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 병렬형 풍력 발전기의 외란 관측기 기반 속도 제어기 및 그 운영 방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.Hereinafter, a disturbance observer-based speed controller and its operating method of a parallel wind turbine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention will be described in detail with reference to the portions necessary for understanding the operation and operation according to the present invention.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.In describing the constituent elements of the present invention, the same reference numerals may be given to constituent elements having the same name, and the same reference numerals may be given thereto even though they are different from each other. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding component has different functions according to the embodiment, or does not mean that the different components have the same function. It should be judged based on the description of each component in the example.

특히, 본 발명에서는 외란 관측기를 추가 구성하여 그 추가 구성된 외란 관측기에서 제1 발전기와 제2 발전기의 회전 속도와 제1 발전기와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 이용하여 롤축 회전 속도와 요축 회전 속도를 제어하도록 하는 새로운 방안을 제안한다.Particularly, in the present invention, a disturbance observer is additionally provided, and the roll shaft rotation speed and the yaw axis rotation speed are calculated using the rotational speeds of the first and second generators and the current control command values of the first and second generators in the additional disturbance observer A new method to control the system is proposed.

여기서, 외란 관측기(Disturbance Observer)는 기본적으로 동적 시스템에 인가되는 외란을 추정하는 알고리즘이다. 외란 관측기는 상황에 따라 외란 자체를 추정하는 것이 주된 목표일 수 있고 추정된 외란을 기반으로 외란을 억제하거나 제거하는 제어 입력을 생성함으로써 보다 강인한 제어 시스템을 구성하는데도 사용될 수 있다.Here, the disturbance observer is basically an algorithm for estimating a disturbance applied to the dynamic system. The disturbance observer can also be used to construct a more robust control system by generating a control input that may be the primary goal of estimating the disturbance itself, depending on the situation, and suppressing or eliminating the disturbance based on the estimated disturbance.

외란은 마찰과 같이 실제로 시스템 구동에 영향을 끼치는 외부 요인 뿐 아니라 시스템의 불확실성에 의해 발생하는 예상치 못한 거동이라 생각할 수 있으므로 외란에 의한 영향을 효과적으로 억제하는 것은 강인한 제어 시스템의 구성을 위해 필수적이다.Disturbance is considered to be an unexpected behavior caused by system uncertainties as well as external factors that actually affect system operation, such as friction, so effectively suppressing the effects of disturbance is essential for a robust control system configuration.

외란 관측기는 이처럼 강인한 제어 시스템을 구성할 수 있다는 면에서 탁월한 성능을 갖는다는 것이 알려져 있으며, 다양한 산업 현장에서 널리 사용되고 있다.Disturbance observers are known to have excellent performance in terms of configuring such a robust control system and are widely used in various industrial fields.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 병렬형 풍력 발전 시스템의 외란 관측기 기반 속도 제어기를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a disturbance observer-based speed controller of a parallel wind power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 외란 관측기 기반 속도 제어기는 속도 제어기(110), 전기 시스템(120), 기계 시스템(130), 외란 관측기(140)를 포함할 수 있다.1, the disturbance observer-based speed controller according to the present invention may include a speed controller 110, an electrical system 120, a mechanical system 130, and a disturbance observer 140.

속도 제어기(110)는 입력 받은 기준 롤축 회전 속도, 기준 요축 회전 속도와 이전 주기의 제1 발전기의 회전 속도, 제2 발전기의 회전 속도를 기반으로 제1 발전기 속도 제어기의 출력과 제2 발전기의 속도 제어기의 출력값을 출력할 수 있다.The speed controller 110 receives the output of the first generator speed controller and the speed of the second generator based on the reference reference shaft rotation speed, the reference yaw axis rotation speed, the rotation speed of the first generator, The output value of the controller can be outputted.

이때, 속도 제어기(110)로부터 출력된 제1 발전기 속도 제어기의 출력값

Figure 112015127153010-pat00014
, 제2 발전기의 속도 제어기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00015
과 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00016
, 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00017
이 각각 감산되어 전기 시스템의 입력값 즉, 제1 발전기의 전류 제어 지령치
Figure 112015127153010-pat00018
와 제2 발전기의 전류 제어 지령치
Figure 112015127153010-pat00019
로 인가 된다.At this time, the output value of the first generator speed controller output from the speed controller 110
Figure 112015127153010-pat00014
, The output value of the speed controller of the second generator
Figure 112015127153010-pat00015
And the output value of the disturbance observer of the first generator
Figure 112015127153010-pat00016
, The output value of the disturbance observer of the second generator
Figure 112015127153010-pat00017
Is subtracted from the input value of the electric system, that is, the current control command value
Figure 112015127153010-pat00018
And the current control command value of the second generator
Figure 112015127153010-pat00019
.

전기 시스템(120)은 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 입력 받아 그 입력 받은 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 출력할 수 있다.The electric system 120 receives the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator and receives the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator, The torque and the applied torque of the second generator can be outputted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 시스템의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining the operation principle of an electric system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전기 시스템(120)은 입력 신호로서 제1 발전기의 전류 제어 지령치

Figure 112015127153010-pat00020
과 제2 발전기의 전류 제어 지령치
Figure 112015127153010-pat00021
을 입력 받을 수 있다.Referring to FIG. 2, an electrical system 120 according to the present invention includes a current control command
Figure 112015127153010-pat00020
And the current control command value of the second generator
Figure 112015127153010-pat00021
Can be input.

전기 시스템(120)은 입력 받은 제1 발전기의 전류 제어 지령치

Figure 112015127153010-pat00022
과 제2 발전기의 전류 제어 지령치
Figure 112015127153010-pat00023
을 기반으로 제1 발전기의 인가 토크 τT와 제2 발전기의 인가 토크 τB를 생성할 수 있다.The electric system 120 receives the current control command value < RTI ID = 0.0 >
Figure 112015127153010-pat00022
And the current control command value of the second generator
Figure 112015127153010-pat00023
To generate an applied torque? T of the first generator and an applied torque? B of the second generator.

이때, 전류 제어 지령치와 인가 토크 간의 관계는 다음의 [수학식 1]과 같이 나타낸다.At this time, the relationship between the current control command value and the applied torque is expressed by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014128728311-pat00024
Figure 112014128728311-pat00024

Figure 112014128728311-pat00025
Figure 112014128728311-pat00025

여기서, Kt는 토크 상수를 나타낸다.Here, K t represents a torque constant.

전기 시스템(120)은 전류 제어기와 전기 시스템을 통합한 시스템으로서, 생성된 제1 발전기의 인가 토크 τT와 제2 발전기의 인가 토크 τB를 출력할 수 있다.The electrical system 120 is a system that integrates a current controller and an electrical system, and can output an applied torque τ T of the generated first generator and an applied torque τ B of the second generator.

기계 시스템(130)은 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 입력 받아 그 입력 받은 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 제1 발전기의 회전 속도와 제2 발전기의 회전 속도를 출력할 수 있다.The mechanical system 130 receives the applied torque of the first generator and the applied torque of the second generator and calculates the rotational speed of the first generator based on the applied torque of the first generator and the applied torque of the second generator, The rotational speed of the generator can be outputted.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기계 시스템의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining the operation principle of a mechanical system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 기계 시스템(130)은 전기 시스템(120)으로부터 제1 발전기의 인가 토크 τT와 제2 발전기의 인가 토크 τB를 입력 받을 수 있다.Referring to FIG. 3, the mechanical system 130 according to the present invention may receive an applied torque τ T of the first generator and an applied torque τ B of the second generator from the electrical system 120.

기계 시스템(130)은 입력 받은 제1 발전기의 인가 토크 τT와 제2 발전기의 인가 토크 τB를 기반으로 롤축 토크 τr와 요축 토크 τy를 생성할 수 있다.The mechanical system 130 may generate the roll axis torque r and the yaw axis torque r y based on the applied torque τ T of the first generator and the applied torque τ B of the second generator.

이러한 인가 토크와 롤축, 요축 토크 간의 관계는 다음의 [수학식 2]와 같이 나타낸다.The relationship between the applied torque and the roll axis and the yaw axis torque is expressed by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112014128728311-pat00026
Figure 112014128728311-pat00026

여기서, ρ는 기어비를 나타낸다.Here, rho represents the gear ratio.

기계 시스템(130)은 생성된 롤축 토크 τr와 요축 토크 τy를 기반으로 롤축 회전 속도 ωr와 요축 회전 속도 ωy를 생성할 수 있다.Mechanical system 130 the generated roll torque τ r and y based on the yaw axis torque τ may generate a roll axis rotation speed ω r and a yaw axis rotation rate ω y.

이때, 롤축/요축 토크와 회전 속도 간의 관계는 다음의 [수학식 3]과 같이 나타낸다.At this time, the relationship between the roll axis / yaw axis torque and the rotational speed is expressed by the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112014128728311-pat00027
Figure 112014128728311-pat00027

여기서, τF, τR는 바람에 의해서 터빈에 인가 되는 토크,

Figure 112014128728311-pat00028
는 롤축과 요축에 인가 되는 외란 토크, τr, τy는롤축과 요축에 인가하는 발전기의 토크, Jrr, brr는 롤축의 관성 모멘트와 마찰 계수, Jyy, byy는 요축의 관성 모멘트와 마찰 계수, Jry, bry는 요축 회전으로 인하여 발생하는 롤축 관성 모멘트와 마찰 계수, Jyr, byr는 롤축 회전으로 인하여 발생하는 요축 관성 모멘트와 마찰 계수를 나타낸다.Here, τ F and τ R are the torques applied to the turbine by the wind,
Figure 112014128728311-pat00028
Τ r and τ y are the torques of the generators applied to the roll axis and the yaw axis, J rr and b rr are the inertial moment and friction coefficient of the roll axis, and J yy and b yy are the moments of inertia of the yaw axis And J ry and b ry are the roll axis moment of inertia and frictional coefficient due to yaw axis rotation, and J yr and b yr represent the yaw axis moment of inertia and friction coefficient due to roll axis rotation.

기계 시스템(130)은 생성된 롤축 회전 속도 ωr와 요축 회전 속도 ωy를 기반으로 제1 발전기의 회전 속도 ωT와 제2 발전기의 회전 속도 ωB를 생성할 수 있다.Mechanical system 130 based on the generated roll axis rotation speed ω r and a yaw axis rotation rate ω y may generate a rotational speed ω B of the first generator rotational speed ω T and the second generator.

이때, 롤축/요축과 발전기 회전속도 간의 관계는 다음의 [수학식 4]와 같이 나타낸다.At this time, the relationship between the roll axis / yaw axis and the generator rotation speed is expressed by the following equation (4).

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112014128728311-pat00029
Figure 112014128728311-pat00029

기계 시스템(130)은 생성된 제1 발전기의 회전 속도 ωT와 제2 발전기의 회전 속도 ωB를 출력할 수 있다.The mechanical system 130 can output the rotation speed? T of the generated first generator and the rotation speed? B of the second generator.

외란 관측기(140)는 이전 주기의 제1 발전기와 제2 발전기의 회전 속도, 제1 발전기와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 입력 받아 그 입력 받은 이전 주기의 제1 발전기와 제2 발전기의 회전 속도, 제1 발전기와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값과 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값을 출력할 수 있다.The disturbance observer 140 receives the rotational speeds of the first and second generators of the previous period and the current control command values of the first and second generators and receives the rotational speeds of the first and second generators And output the output value of the disturbance observer of the first generator and the output value of the disturbance observer of the second generator based on the current control command value of the first generator and the second generator.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 외란 관측기의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the operation principle of a disturbance observer according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 외란 관측기(140)는 기계 시스템(130)으로부터 출력된 이전 주기의 제1 발전기의 회전 속도 ωT, 제2 발전기의 회전 속도 ωB, 제1 발전기의 전류 제어 지령치

Figure 112015127153010-pat00030
, 제2 발전기의 전류 제어 지령치
Figure 112015127153010-pat00031
를 기반으로 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00032
와 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00033
를 출력할 수 있다.Referring to FIG. 4, the disturbance observer 140 according to the present invention includes a rotational speed? T of the first generator, a rotational speed? B of the second generator, a current of the first generator, Control command value
Figure 112015127153010-pat00030
, The current control command value of the second generator
Figure 112015127153010-pat00031
The output value of the disturbance observer of the first generator
Figure 112015127153010-pat00032
And the output value of the disturbance observer of the second generator
Figure 112015127153010-pat00033
Can be output.

이때, 제1 발전기와 제2 발전기의 와란 관측기의 출력값은 다음의 [수학식 5]와 같이 나타낸다.At this time, the output value of the observer of the first generator and the second generator is expressed by the following equation (5).

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112014128728311-pat00034
Figure 112014128728311-pat00035
,
Figure 112014128728311-pat00034
Figure 112014128728311-pat00035
,

Figure 112014128728311-pat00036
,
Figure 112014128728311-pat00037
Figure 112014128728311-pat00036
,
Figure 112014128728311-pat00037

여기서, Q(s)는 저주파 통과 필터를 나타내고, Pn(s)는 플랜트의 파라미터 불확실성을 고려한 공칭값을 나타낸다. 또한,

Figure 112015127153010-pat00038
는 롤-요축과 제1 발전기와 제2 발전기 측 변수 사이의 관계를 나타내는 좌표 변환이고, ωr,Qy,Q는 저주파 통과 필터 Q(s)의 대역폭,
Figure 112015127153010-pat00039
는 공칭 시스템의 롤축 관성 모멘트와 마찰 계수,
Figure 112015127153010-pat00040
는 공칭 시스템의 요축 관성 모멘트와 마찰 계수를 나타낸다.Where Q (s) denotes the low pass filter and P n (s) denotes the nominal value taking into account the parameter uncertainty of the plant. Also,
Figure 112015127153010-pat00038
Is the coordinate transformation indicating the relationship between the roll yaw axis and the first generator and the second generator side variable, and? R, Q ,? Y and Q are the bandwidths of the low pass filter Q (s)
Figure 112015127153010-pat00039
The roll axis moment of inertia and the coefficient of friction of the nominal system,
Figure 112015127153010-pat00040
Represents the yaw axis inertia moment and the friction coefficient of the nominal system.

이때, 외란 관측기를 설계할 때 중요한 것은 공칭 플랜트 선정과 Q-필터 선정이다. 이러한 이유는 외란 관측기가 공칭 플랜트와 Q-필터로 구성되어 있기 때문이다.In designing the disturbance observer, it is important to select the nominal plant and Q-filter. This is because the disturbance observer is composed of the nominal plant and Q-filter.

외란 관측기는 등가 외란을 제거함으로써 공칭 플랜트처럼 동작하게 되며 실제 이러한 특성은 Q-필터의 절점 주파수 이하의 대역에서 유효하게 된다. 이와 같은 주된 특징을 역으로 해석하면 외란 관측기가 적용된 시스템이 가졌으면 하는 특성이 보이도록 공칭 플랜트를 선정할 수도 있다. 통상적으로 공칭 플랜트는 실제 제어 대상과 최대한 근사하게 선정할 것으로 권고한다.The disturbance observer operates like a nominal plant by removing the equivalent disturbance, which actually becomes effective in the band below the nodal frequency of the Q-filter. By reversing these main characteristics, it is possible to select the nominal plant so that the characteristics of the system to which the disturbance observer is applied should be seen. Normally, it is recommended that the nominal plant be selected as closely as possible to the actual control target.

이러한 상황을 고려하여 병렬형 풍력 발전기 시스템에서 공칭 플랜드는 롤축과 요축이 디커플링될 수 있도록 다음의 [수학식 6]과 같이 선정된다.Considering this situation, in a parallel wind turbine system, the nominal plan is selected as shown in Equation (6) below so that the roll axis and yaw axis can be decoupled.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112014128728311-pat00041
Figure 112014128728311-pat00041

Q-필터는 안정한 저주파 통과 필터이며 그 상대차수가 공칭 플랜드(Pn)의 상대차수보다 같거나 커야한다. 이는 전달함수 를 실제로 구현 가능케 하기 위함이다.The Q-filter is a stable low-pass filter and its relative order must be greater than or equal to the relative order of the nominal plane (P n ). This is to actually implement the transfer function.

병렬형 풍력 발전기 시스템에서 Q-필터를 다음의 [수학식 7]과 같이 선정한다.In the parallel wind turbine system, the Q-filter is selected as shown in the following equation (7).

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112014128728311-pat00042
Figure 112014128728311-pat00042

이러한 전기 시스템(120)과 기계 시스템(130)은 공칭 시스템과 유사하게 동작한다.The electrical system 120 and the mechanical system 130 operate similarly to the nominal system.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공칭 시스템의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the operation principle of the nominal system according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 외란 관측기를 통해 시스템(120)과 기계 시스템(130)은 공칭 시스템과 유사하게 동작한다. 이러한 공칭 시스템은 시스템 외란과 파라미터 불확실성이 없는 디커플링된 시스템이기 때문에 속도 제어기 설계를 쉽게 할 수 있다.Referring to FIG. 5, system 120 and mechanical system 130 operate similarly to the nominal system through a disturbance observer. Because this nominal system is a decoupled system without system disturbances and parameter uncertainties, it is easy to design a speed controller.

부연 설명하면, 병렬형 풍력 발전기의 중요한 이슈는 롤축과 요축이 각각 발전과 위치 제어를 최대한 잘 할 수 있도록 하는 것이다. 롤축과 요축은 서로 커플링 되어있기 때문에 서로에 대해 영향을 받게 된다. 서로에 대한 영향은 분명 외란과 마찬가지로 속도를 제어하는데 안 좋은 영향을 미치게 될 것이다. 이러한 영향에 대해 외란 관측기를 통해서 커플링 되어 있는 롤축과 요축 시스템이 마치 디커플링 된 것처럼 동작하도록 한다.In addition, an important issue of parallel wind turbines is that the roll axis and yaw axes can perform power generation and position control as best as possible. Since the roll axis and yaw axis are coupled to each other, they are influenced by each other. The effect on each other will have a bad influence on the speed control as well as disturbance. For this effect, the roll axis and yaw axis system coupled through the disturbance observer behave as if they were decoupled.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 속도 제어기의 운영 방법을 나타내는 도면이다.FIG. 6 illustrates a method of operating a speed controller according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 외란 관측기 기반 속도 제어기는 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 입력 받을 수 있다(S610).As shown in FIG. 6, the disturbance observer-based speed controller according to the present invention can receive the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator (S610).

이때, 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치는 제1 발전기의 속도 제어기의 출력값과 제2 발전기의 속도 제어기의 출력값, 및 이전 주기의 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값과 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값 각각의 차이값으로 생성된다.At this time, the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator are determined by the output value of the speed controller of the first generator, the output value of the speed controller of the second generator, and the output value of the disturbance observer of the first generator, 2 generator is generated as the difference value of each output value of the disturbance observer of the generator.

다음으로, 외란 관측기 기반 속도 제어기는 입력 받은 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 생성할 수 있다(S620).Next, the disturbance observer-based speed controller may generate the applied torque of the first generator and the applied torque of the second generator based on the input current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator (S620) .

다음으로, 외란 관측기 기반 속도 제어기는 생성된 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도를 생성할 수 있다.Next, the disturbance observer-based speed controller can generate the rotational speed of the first generator and the rotational speed of the second generator based on the generated applied torque of the first generator and the applied torque of the second generator.

구체적으로 설명하면, 외란 관측기 기반 속도 제어기는 입력 받은 상기 제1 발전기의 인가 토크와 상기 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 롤축 토크와 요축 토크를 생성하고(S630), 생성된 상기 롤축 토크와 상기 요축 토크를 기반으로 롤축 회전속도와 요축 회전속도를 생성하며(S640), 생성된 상기 롤축 회전속도와 상기 요축 회전속도를 기반으로 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도를 생성하게 된다(S650).More specifically, the disturbance observer-based speed controller generates a roll shaft torque and a yaw axis torque based on the input torque of the first generator and the applied torque of the second generator (S630) The roll shaft rotation speed and the yaw axis rotation speed are generated based on the yaw axis torque (S640), and the rotation speed of the first generator and the rotation speed of the second generator are generated based on the generated roll shaft rotation speed and the yaw axis rotation speed (S650).

다음으로, 외란 관측기 기반 속도 제어기는 생성된 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도, 입력 받은 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값과 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값을 각각 출력하여 피드백할 수 있다(S660).Next, the disturbance observer-based speed controller calculates the disturbance of the first generator based on the rotation speed of the generated first generator, the rotation speed of the second generator, the current control command value of the input first generator and the current control command value of the second generator, The output value of the observer and the output value of the disturbance observer of the second generator can be respectively output and fed back (S660).

이하에서는 본 발명에 따른 병렬형 풍력 발전기를 위한 외란 관측기 기반 속도 제어기를 시뮬레이션하고 그 시뮬레이션한 결과를 설명하기로 한다.Hereinafter, a speed controller based on a disturbance observer for a parallel type wind turbine according to the present invention will be simulated and the simulation results will be described.

1. 시뮬레이션 파라미터 선정: 시뮬레이션에서 전류 제어기의 대역폭은 속도 제어기보다 충분히 빠르게 선정하고 공칭 플랜트와 실제 플랜트는 아래와 같이 선정하였다.1. Selection of simulation parameters: In the simulation, the bandwidth of the current controller is selected faster than the speed controller, and the nominal plant and the actual plant are selected as follows.

- ωcc(전류 제어기의 대역폭) = 500[rad/s]-? cc (bandwidth of current controller) = 500 [rad / s]

- ωcs(속도 제어기의 대역폭) = 100[rad/s]-? cs (bandwidth of the speed controller) = 100 [rad / s]

- 공칭플랜트

Figure 112014128728311-pat00043
- Nominal plant
Figure 112014128728311-pat00043

- 공칭플랜트

Figure 112014128728311-pat00044
- Nominal plant
Figure 112014128728311-pat00044

시뮬레이션에 사용된 병렬형 풍력 발전기의 파라미터는 다음의 [표 1]과 같다.The parameters of the parallel type wind turbine used in the simulation are shown in [Table 1].

이름name 심볼symbol value 정격속도Rated speed ωω 400[rpm]400 [rpm] 정격전압Rated voltage EE 220[Vac](3phase)220 [V ac ] (3 phase) 정격출력Rated output Po P o 1[kW]1 [kW] 역기전력 상수Back electromotive force constant Ke K e 0.875[V/(rad/s)]0.875 [V / (rad / s)] 관성 모멘트Moment of inertia JJ 0.026[kgm2]0.026 [kgm 2 ] 상 저항Phase resistance RR 8.4Ω8.4Ω 상 인덕턴스Phase inductance LL 57[mH]57 [mH]

2. 시뮬레이션 결과: 시뮬레이션 결과는 롤축과 요축에 각각 정현파 형태의 외란이 가해질 경우, 선형 PI 속도 제어기와 외란 관측기가 적용된 PI 속도 제어기를 비교한 것이다.2. Simulation Results: The simulation results show that, when sinusoidal disturbances are applied to the roll axis and yaw axis, the linear PI speed controller and the PI speed controller with the disturbance observer are compared.

롤축은 10[rad/s]로 속도제어를 하고 있고 8[s]에 5·sin(1t)[N·m] 형태의 외란을 가하였다. 요축은 0~2[s]에서 0[rad/s], 2[s]부터 5[rad/s]로 속도제어를 하고 있으며, 5[s]에서 50·sin(0.5t)[N·m] 형태의 외란을 가하였다.The speed of the roll axis is controlled at 10 [rad / s] and a disturbance of 5 · sin (1t) [N · m] is applied at 8 [s]. The yaw axis is controlled from 0 [rad / s] to 2 [s] to 5 [rad / s] from 0 to 2 [s] ] Type disturbance.

도 7a 내지 도 7b는 정현파 형태 외란에 대한 롤축/요축 각속도를 보여주는 도면이다.FIGS. 7A to 7B are diagrams showing roll axis / yaw axis angular velocity for sinusoidal disturbance.

도 7a 내지 도 7b에 도시한 바와 같이, 외란 관측기를 적용한 시스템의 경우 정현파 외란에 대해 영향을 받지 않으며 외란을 잘 제거하여 속도 제어가 잘되는 것을 볼 수 있다.As shown in FIGS. 7A and 7B, the system using the disturbance observer is not affected by the sinusoidal disturbance, and the disturbance is well removed and the speed control is good.

또한, PI 속도 제어기만 적용한 롤축을 보게 되면 2[s] 구간에서 요축의 영향을 받아 속도 값이 변하고 있지만 외란 관측기를 적용한 롤축은 거의 영향을 받지 않는 것을 알 수 있다.In addition, when the roll axis applied only to the PI speed controller is viewed, the velocity value changes due to the influence of the yaw axis in the 2 [s] interval, but the roll axis using the disturbance observer is hardly affected.

즉, 기존의 선형 PI 속도 제어기와 외란에 대한 속도 추종 성능을 비교하면 외란 관측기 기반 속도 제어기가 정현파 형태의 외란에 대해서 강인성을 가짐을 알 수 있다.In other words, it can be seen that the disturbance observer based speed controller has robustness against the sinusoidal disturbance by comparing the speed follower performance with the conventional linear PI speed controller.

또한 외란 관측기 기반 속도 제어기는 롤축과 요축이 디커플링 된 것처럼 동작하는 결과를 얻었다. 이 결과는 롤축과 요축에 대해서 각각 제어기를 설계할 수 있는 장점이 있다.Also, the disturbance observer - based speed controller was operated as if the roll axis and yaw axis were decoupled. This result has the advantage of designing the controller for the roll axis and yaw axis, respectively.

한편, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.It is to be understood that the present invention is not limited to these embodiments, and all of the elements constituting the embodiments of the present invention described above are described as being combined or operated together. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. In addition, although all of the components may be implemented as one independent hardware, some or all of the components may be selectively combined to perform a part or all of the functions in one or a plurality of hardware. As shown in FIG. In addition, such a computer program may be stored in a computer-readable medium such as a USB memory, a CD disk, a flash memory, etc., and read and executed by a computer, thereby implementing embodiments of the present invention. As the storage medium of the computer program, a magnetic recording medium, an optical recording medium, a carrier wave medium, or the like may be included.

이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the invention has been shown and described with reference to certain embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

110: 속도 제어기
120: 전기 시스템
130: 기계 시스템
140: 외란 관측기
110: Speed controller
120: Electrical system
130: Mechanical Systems
140: disturbance observer

Claims (14)

입력 받은 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 출력하는 전기 시스템;
입력 받은 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도를 출력하는 기계 시스템; 및
입력 받은 이전 주기의 제1 발전기와 제2 발전기의 회전속도, 제1 발전기와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기와 제2 발전기의 출력값을 각각 출력하는 외란 관측기;
를 포함하되, 상기 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치는 제1 발전기의 속도 제어기의 출력값, 제2 발전기의 속도 제어기의 출력값과 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값, 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값 각각의 차이값으로 생성되는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기.
An electric system for outputting an applied torque of the first generator and an applied torque of the second generator based on a current control command value of the first generator and a current control command value of the second generator;
A mechanical system for outputting a rotational speed of the first generator and a rotational speed of the second generator based on the input torque of the first generator and the applied torque of the second generator; And
A disturbance observer for outputting the output values of the first generator and the second generator based on the rotational speeds of the first and second generators and the current control command values of the first and second generators in the previous cycle;
Wherein the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator are set such that the output value of the speed controller of the first generator, the output value of the speed controller of the second generator and the output value of the disturbance observer of the first generator, Wherein the disturbance observer-based speed controller is generated with a difference value between output values of the disturbance observer of the generator.
제1 항에 있어서,
상기 전기 시스템은,
상기 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 상기 제2 발전기의 전류 제어 지령치 각각에 토크 상수를 곱하고 그 곱한 결과로 상기 제1 발전기의 인가 토크와 상기 제2 발전기의 인가 토크를 생성하는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기.
The method according to claim 1,
The electrical system includes:
Multiplying each of the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator by a torque constant and generating an applied torque of the first generator and an applied torque of the second generator as a result of multiplication, Observer based speed controller.
제1 항에 있어서,
상기 기계 시스템은,
입력 받은 상기 제1 발전기의 인가 토크와 상기 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 롤축 토크와 요축 토크를 생성하고,
생성된 상기 롤축 토크와 상기 요축 토크를 기반으로 롤축 회전속도와 요축 회전속도를 생성하며,
생성된 상기 롤축 회전속도와 상기 요축 회전속도를 기반으로 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도를 생성하는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기.
The method according to claim 1,
The machine system comprises:
Generating a roll shaft torque and a yaw axis torque based on the input torque of the first generator and the applied torque of the second generator,
Generates a roll axis rotation speed and a yaw axis rotation speed based on the generated roll shaft torque and the yaw axis torque,
Wherein the rotation speed of the first generator and the rotation speed of the second generator are generated based on the generated roll axis rotation speed and the yaw axis rotation speed.
제3 항에 있어서,
상기 기계 시스템은,
수학식
Figure 112015127153010-pat00045
을 이용하여 롤축 토크 τr와 요축 토크 τy를 생성하되,
여기서, 상기 τT는 제1 발전기의 인가 토크, 상기 τB는 제2 발전기의 인가 토크, 상기 ρ는 기어비를 나타내는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기.
The method of claim 3,
The machine system comprises:
Equation
Figure 112015127153010-pat00045
To generate the roll shaft torque? R and the yaw axis torque? Y ,
Where τ T is the applied torque of the first generator, τ B is the applied torque of the second generator, and ρ is the gear ratio.
제3 항에 있어서,
상기 기계 시스템은,
수학식
Figure 112014128728311-pat00046
을 이용하여 롤축 회전 속도 ωr와 요축 회전 속도 ωy를 생성하되,
여기서, τF, τR는 바람에 의해서 터빈에 인가 되는 토크,
Figure 112014128728311-pat00047
는 롤축과 요축에 인가 되는 외란 토크, τr, τy는롤축과 요축에 인가하는 발전기의 토크, Jrr, brr는 롤축의 관성 모멘트와 마찰 계수, Jyy, byy는 요축의 관성 모멘트와 마찰 계수, Jry, bry는 요축 회전으로 인하여 발생하는 롤축 관성 모멘트와 마찰 계수, Jyr, byr는 롤축 회전으로 인하여 발생하는 요축 관성 모멘트와 마찰 계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기.
The method of claim 3,
The machine system comprises:
Equation
Figure 112014128728311-pat00046
To generate a roll shaft rotation speed? R and a yaw axis rotation speed? Y ,
Here, τ F and τ R are the torques applied to the turbine by the wind,
Figure 112014128728311-pat00047
Τ r and τ y are the torques of the generators applied to the roll axis and the yaw axis, J rr and b rr are the inertial moment and friction coefficient of the roll axis, and J yy and b yy are the moments of inertia of the yaw axis J ry and b ry are the roll axis moment of inertia and frictional coefficient due to yaw axis rotation and J yr and b yr represent the yaw axis inertia moment and friction coefficient due to roll axis rotation. Speed controller.
제3 항에 있어서,
상기 기계 시스템은,
수학식
Figure 112015127153010-pat00048
을 이용하여 제1 발전기의 회전속도 ωT와 제2 발전기의 회전속도 ωB를 생성하는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기.
The method of claim 3,
The machine system comprises:
Equation
Figure 112015127153010-pat00048
Wherein the rotational speed? T of the first generator and the rotational speed? B of the second generator are generated by using the disturbance observer-based speed controller.
제1 항에 있어서,
상기 외란 관측기는,
수학식
Figure 112015127153010-pat00049
Figure 112015127153010-pat00050
,
Figure 112015127153010-pat00051
,
Figure 112015127153010-pat00052
를 이용하여 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00053
와 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00054
를 생성하되,
여기서,
Figure 112015127153010-pat00055
는 롤-요축과 제1 발전기와 제2 발전기 측 변수 사이의 관계를 나타내는 좌표 변환이고, ωr,Qy,Q는 저주파 통과 필터 Q(s)의 대역폭,
Figure 112015127153010-pat00056
는 공칭 시스템의 롤축 관성 모멘트와 마찰 계수,
Figure 112015127153010-pat00057
는 공칭 시스템의 요축 관성 모멘트와 마찰 계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기.
The method according to claim 1,
The disturbance observer includes:
Equation
Figure 112015127153010-pat00049
Figure 112015127153010-pat00050
,
Figure 112015127153010-pat00051
,
Figure 112015127153010-pat00052
The output value of the disturbance observer of the first generator
Figure 112015127153010-pat00053
And the output value of the disturbance observer of the second generator
Figure 112015127153010-pat00054
Lt; / RTI >
here,
Figure 112015127153010-pat00055
Is the coordinate transformation indicating the relationship between the roll yaw axis and the first generator and the second generator side variable, and? R, Q ,? Y and Q are the bandwidths of the low pass filter Q (s)
Figure 112015127153010-pat00056
The roll axis moment of inertia and the coefficient of friction of the nominal system,
Figure 112015127153010-pat00057
Wherein the disturbance observer-based velocity controller represents the yaw axis inertia moment and the friction coefficient of the nominal system.
전기 시스템이 입력 받은 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 출력하는 단계;
기계 시스템이 입력 받은 제1 발전기의 인가 토크와 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도를 출력하는 단계; 및
외란 관측기가 입력 받은 이전 주기의 제1 발전기와 제2 발전기의 회전속도, 제1 발전기와 제2 발전기의 전류 제어 지령치를 기반으로 제1 발전기와 제2 발전기의 출력값을 각각 출력하는 단계;
를 포함하되, 상기 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 제2 발전기의 전류 제어 지령치는 제1 발전기의 속도 제어기의 출력값, 제2 발전기의 속도 제어기의 출력값과 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값, 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값 각각의 차이값으로 생성되는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기의 운영 방법.
Outputting the applied torque of the first generator and the applied torque of the second generator based on the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator received by the electric system;
Outputting the rotational speed of the first generator and the rotational speed of the second generator based on the applied torque of the first generator and the applied torque of the second generator; And
Outputting the output values of the first and second generators based on the rotational speeds of the first generator and the second generator and the current control command values of the first generator and the second generator in the previous period when the disturbance observer is inputted;
Wherein the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator are set such that the output value of the speed controller of the first generator, the output value of the speed controller of the second generator and the output value of the disturbance observer of the first generator, And the difference value of each output value of the disturbance observer of the generator is generated.
제8 항에 있어서,
상기 인가 토크를 출력하는 단계는,
상기 제1 발전기의 전류 제어 지령치와 상기 제2 발전기의 전류 제어 지령치 각각에 토크 상수를 곱하고 그 곱한 결과로 상기 제1 발전기의 인가 토크와 상기 제2 발전기의 인가 토크를 생성하는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기의 운영 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the step of outputting the applied torque comprises:
Multiplying each of the current control command value of the first generator and the current control command value of the second generator by a torque constant and generating an applied torque of the first generator and an applied torque of the second generator as a result of multiplication, Operating method of observer - based speed controller.
제8 항에 있어서,
상기 회전속도를 출력하는 단계는,
입력 받은 상기 제1 발전기의 인가 토크와 상기 제2 발전기의 인가 토크를 기반으로 롤축 토크와 요축 토크를 생성하고,
생성된 상기 롤축 토크와 상기 요축 토크를 기반으로 롤축 회전속도와 요축 회전속도를 생성하며,
생성된 상기 롤축 회전속도와 상기 요축 회전속도를 기반으로 제1 발전기의 회전속도와 제2 발전기의 회전속도를 생성하는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기의 운영 방법.
9. The method of claim 8,
The step of outputting the rotation speed includes:
Generating a roll shaft torque and a yaw axis torque based on the input torque of the first generator and the applied torque of the second generator,
Generates a roll axis rotation speed and a yaw axis rotation speed based on the generated roll shaft torque and the yaw axis torque,
Wherein the rotation speed of the first generator and the rotation speed of the second generator are generated based on the roll shaft rotation speed and the yaw axis rotation speed.
제10 항에 있어서,
상기 회전속도를 출력하는 단계는,
수학식
Figure 112015127153010-pat00058
을 이용하여 롤축 토크 τr와 요축 토크 τy를 생성하되,
여기서, 상기 τT는 제1 발전기의 인가 토크, 상기 τB는 제2 발전기의 인가 토크, 상기 ρ는 기어비를 나타내는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기의 운영 방법.
11. The method of claim 10,
The step of outputting the rotation speed includes:
Equation
Figure 112015127153010-pat00058
To generate the roll shaft torque? R and the yaw axis torque? Y ,
Where τ T is the applied torque of the first generator, τ B is the applied torque of the second generator, and ρ is the gear ratio.
제10 항에 있어서,
상기 회전속도를 출력하는 단계는,
수학식
Figure 112014128728311-pat00059
을 이용하여 롤축 회전 속도 ωr와 요축 회전 속도 ωy를 생성하되,
여기서, τF, τR는 바람에 의해서 터빈에 인가 되는 토크,
Figure 112014128728311-pat00060
는 롤축과 요축에 인가 되는 외란 토크, τr, τy는롤축과 요축에 인가하는 발전기의 토크, Jrr, brr는 롤축의 관성 모멘트와 마찰 계수, Jyy, byy는 요축의 관성 모멘트와 마찰 계수, Jry, bry는 요축 회전으로 인하여 발생하는 롤축 관성 모멘트와 마찰 계수, Jyr, byr는 롤축 회전으로 인하여 발생하는 요축 관성 모멘트와 마찰 계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기의 운영 방법.
11. The method of claim 10,
The step of outputting the rotation speed includes:
Equation
Figure 112014128728311-pat00059
To generate a roll shaft rotation speed? R and a yaw axis rotation speed? Y ,
Here, τ F and τ R are the torques applied to the turbine by the wind,
Figure 112014128728311-pat00060
Τ r and τ y are the torques of the generators applied to the roll axis and the yaw axis, J rr and b rr are the inertial moment and friction coefficient of the roll axis, and J yy and b yy are the moments of inertia of the yaw axis J ry and b ry are the roll axis moment of inertia and frictional coefficient due to yaw axis rotation and J yr and b yr represent the yaw axis inertia moment and friction coefficient due to roll axis rotation. Operating method of speed controller.
제10 항에 있어서,
상기 회전속도를 출력하는 단계는,
수학식
Figure 112015127153010-pat00061
을 이용하여 제1 발전기의 회전속도 ωT와 제2 발전기의 회전속도 ωB를 생성하는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기의 운영 방법.
11. The method of claim 10,
The step of outputting the rotation speed includes:
Equation
Figure 112015127153010-pat00061
Wherein the rotation speed ω T of the first generator and the rotation speed ω B of the second generator are generated by using the disturbance observer-based speed controller.
제8 항에 있어서,
상기 출력값을 출력하는 단계는,
수학식
Figure 112015127153010-pat00062
Figure 112015127153010-pat00063
,
Figure 112015127153010-pat00064
,
Figure 112015127153010-pat00065
를 이용하여 제1 발전기의 외란 관측기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00066
와 제2 발전기의 외란 관측기의 출력값
Figure 112015127153010-pat00067
를 생성하되,
여기서,
Figure 112015127153010-pat00068
는 롤-요축과 제1 발전기와 제2 발전기 측 변수 사이의 관계를 나타내는 좌표 변환이고, ωr,Qy,Q는 저주파 통과 필터 Q(s)의 대역폭,
Figure 112015127153010-pat00069
는 공칭 시스템의 롤축 관성 모멘트와 마찰 계수,
Figure 112015127153010-pat00070
는 공칭 시스템의 요축 관성 모멘트와 마찰 계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 외란 관측기 기반 속도 제어기의 운영 방법.
9. The method of claim 8,
The step of outputting the output value may include:
Equation
Figure 112015127153010-pat00062
Figure 112015127153010-pat00063
,
Figure 112015127153010-pat00064
,
Figure 112015127153010-pat00065
The output value of the disturbance observer of the first generator
Figure 112015127153010-pat00066
And the output value of the disturbance observer of the second generator
Figure 112015127153010-pat00067
Lt; / RTI >
here,
Figure 112015127153010-pat00068
Is the coordinate transformation indicating the relationship between the roll yaw axis and the first generator and the second generator side variable, and? R, Q ,? Y and Q are the bandwidths of the low pass filter Q (s)
Figure 112015127153010-pat00069
The roll axis moment of inertia and the coefficient of friction of the nominal system,
Figure 112015127153010-pat00070
Wherein the yaw axis inertia moment and the friction coefficient of the nominal system are expressed as a yaw axis inertia moment and a friction coefficient of the nominal system.
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