KR101693704B1

KR101693704B1 - Complex power generating output control system

Info

Publication number: KR101693704B1
Application number: KR1020150013588A
Authority: KR
Inventors: 장길수; 정승민; 김현욱
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2015-01-28
Filing date: 2015-01-28
Publication date: 2017-01-09
Also published as: KR20160093164A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템은 제1발전설비, 적어도 하나 이상의 발전어레이를 포함하는 제2발전설비 및 상기 제1발전설비와 상기 제2발전설비의 연계지점인 PCC(Point of Common Coupling)출력부를 포함하는 복합발전 출력제어 시스템으로서, 상기 발전어레이는 서로 연결되어 있는 적어도 하나 이상의 발전장치를 포함하고, 상기 제2발전설비의 직류부에 연결되어 PCC출력부의 출력을 제어하는 가변저항부 및 상기 가변저항부와 연결되어 상기 제2발전설비에서 생산된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 전력변환장치를 포함한다.A combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention includes a first power generation facility, a second power generation facility including at least one power generation array, and a second power generation facility including a PCC Wherein the power generation array includes at least one power generation device connected to each other and is connected to a dc part of the second power generation facility for controlling the output of the PCC output part, And a power conversion unit connected to the variable resistance unit and converting the direct current power produced by the second power generation facility into an alternating current power.

Description

[0001] COMPLEX POWER GENERATING OUTPUT CONTROL SYSTEM [0002]

본 발명은 복합발전 출력제어 시스템에 관한 발명으로써, 보다 상세하게는 풍력과 파력을 조합한 복합발전에서 출력을 제어하는 시스템에 관한 발명이다.The present invention relates to a combined power generation output control system, and more particularly, to a system for controlling an output in a combined power generation combining wind power and wave power.

신재생에너지원에 대한 관심이 증가하고 전력전자설비 기술의 빠른 성장에 따라, 소규모 분산전원설비의 용량이 증가하고 있다. 또한, 단일 신재생에너지 발전 설비로 단지를 구성하기보다 서로 다른 환경의 영향을 받는 발전설비를 복합적으로 구성하여 환경에 의한 계통 영향을 줄이고 관련 기반시설을 공유함으로서 경제성을 극대화하기 위한 방안이 주목받고 있다. 전력 산업 분야에서는, 각 설비의 대형화 및 대단지화에 의한 출력변동성이 커짐에 따라 출력특성을 안정화하기 위한 기술에 주목하고 있으며 분산전원을 소규모 시스템으로 구성하여 하나의 발전 설비 단위로 연계, 출력제어를 수행하고자 하는 연구가 진행되고 있다. With increasing interest in renewable energy sources and the rapid growth of power electronic equipment technology, the capacity of small-scale distributed power facilities is increasing. In addition, rather than constructing a complex with a single new renewable energy generation facility, a plan to maximize the economic efficiency by reducing the influence of the system due to the environment and sharing the related infrastructure is drawing attention have. In the electric power industry, attention is paid to the technology for stabilizing the output characteristics as the output variability becomes larger due to the enlargement and enlargement of each facility, and a distributed power supply is constructed as a small-scale system, Research is underway.

추가적으로, 신재생에너지원의 비중 증가에 대비하여 전체 시스템의 출력 제어 뿐 아니라 출력 예측 시스템 개발, 무효전력의 추가적 공급 방안에 대한 연구를 지속적으로 수행하고 있다.In addition, in order to increase the proportion of new and renewable energy sources, we are continuing to study not only the output control of the whole system but also the output prediction system and the additional supply of reactive power.

최근 주목 받고 있는 풍력시스템은 출력 변동문제와 소음문제로 인해 해상에 대규모로 구성하는 방향으로 연구되고 있으며, 해상에서 발전이 가능하고 효율성에서 장점을 가지고 있는 태양광 및 파력발전과의 연계를 통한 복합시스템 구성이 고려되고 있다. 해상풍력시스템을 구성하기 위해서는 계통에 전력을 공급하기 위한 송변전 설비 인프라를 구축해야 하며, 환경적으로 영향을 미치지 않는 타 발전설비와 연계 시 인프라 구축비용이 절감된다는 장점이 있다. Recently, attention has been focused on the large-scale construction of wind turbines due to power fluctuation problems and noise problems. In addition, the wind turbine system has been developed to be able to generate electricity at sea and to combine with solar and wave power generation System configuration is being considered. In order to construct the offshore wind power system, it is necessary to construct a transmission and transmission facility infrastructure to supply power to the grid, and it is advantageous in that the infrastructure construction cost is reduced when linking with other power generation facilities not affecting the environment.

기존 전력계통에서는 분산전원의 낮은 용량으로 인해 발전량 변동을 예측하고 제어하기보다, 변동성이 심할 경우 발전 설비를 분리하여 계통에의 영향을 차단하도록 제어하는 경우가 빈번했다. 그러나 복합발전과 같이 설비용량이 10 MW를 초과하는 발전 단위는 차단으로 인한 경제적 손실을 고려하여 보다 정확한 제어관리시스템의 필요성이 요구되고 있다.In the existing power system, rather than predicting and controlling power generation variation due to the low capacity of the distributed power source, it is often the case that the power generation facility is separated and the influence on the system is controlled when the fluctuation is severe. However, a power generation unit with a capacity exceeding 10 MW, such as combined power generation, is required to have a more accurate control management system in view of the economic loss due to the shutdown.

본 발명의 목적은 복합발전의 전력을 제어하기 위해서 발전시스템의 직류부에서 전압변동을 고려할 수 있는 복합발전 출력제어 시스템을 제공하는데 있다. 또한 출력제어를 다수의 유닛으로 수행할 수 있는 복합발전 출력제어 시스템을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a combined power generation output control system capable of considering voltage fluctuations in a dc part of a power generation system to control the power of the combined power generation system. And to provide a combined power generation output control system capable of performing output control with a plurality of units.

본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템에 의하면 전력제어에 따른 빠른 응답과 무효전력을 향상시킬 수 있으며, 복합발전설비를 동시에 전력제어에 참여시킬 수 있어 효과적으로 출력지령에 맞는 제어를 수행할 수 있다. According to the combined power generation output control system according to the embodiment of the present invention, it is possible to improve the quick response and the reactive power according to the power control and simultaneously participate in the power control of the combined power generation facility, .

도1은 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템의 구성도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 가변저항부의 기능블럭도이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템의 개념도이다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 복합발전의 각 발전기와 회로구성도이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템의 개략적인 계통도이다.
도6은 도5에 도시된 복합발전 출력제어 시스템의 등가회로도이다.
도7은 가변저항을 구하기 위한 예시행렬을 전체시스템으로 확대한 행렬계산식이다.
도8은 일반적인 복합발전 출력제어 시스템의 출력변동을 나타낸 그래프이다.
도9는 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템의 출력변동을 나타낸 그래프이다.1 is a configuration diagram of a combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention.
2 is a functional block diagram of a variable resistance unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram of a combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram of each generator and a circuit of a combined power generation according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram of a combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention.
6 is an equivalent circuit diagram of the combined power generation output control system shown in FIG.
FIG. 7 is a matrix equation for expanding the example matrix for obtaining the variable resistance to the whole system.
8 is a graph showing output variations of a general combined power generation output control system.
FIG. 9 is a graph showing output variations of the combined power generation output control system according to the embodiment of the present invention.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.It is to be understood that the specific structural or functional description of embodiments of the present invention disclosed herein is for illustrative purposes only and is not intended to limit the scope of the inventive concept But may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.The embodiments according to the concept of the present invention can make various changes and can take various forms, so that the embodiments are illustrated in the drawings and described in detail herein. It should be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, or alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms may be named for the purpose of distinguishing one element from another, for example, without departing from the scope of the right according to the concept of the present invention, the first element may be referred to as a second element, The component may also be referred to as a first component.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there are features, numbers, steps, operations, elements, parts or combinations thereof described herein, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the context in the relevant art and, unless explicitly defined herein, are to be interpreted as ideal or overly formal Do not.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings attached hereto.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention.

도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템은 제1발전설비(100), 적어도 하나 이상의 발전어레이(210)를 포함하는 제2발전설비(200) 및 상기 제1발전설비(100)와 상기 제2발전설비(200)의 연계지점인 PCC(Point of Common Coupling)출력부(300)를 포함하는 복합발전 출력제어 시스템으로서, 상기 발전어레이(210)는 서로 연결되어 있는 적어도 하나 이상의 발전장치(211)를 포함하고, 상기 제2발전설비(200)의 직류부에 연결되어 PCC출력부(300)의 출력을 제어하는 가변저항부(400) 및 상기 가변저항부(400)와 연결되어 상기 제2발전설비(200)에서 생산된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 전력변환장치(PCS)(500)를 포함한다.1, a combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention includes a first power generation facility 100, a second power generation facility 200 including at least one power generation array 210, A combined power generation output control system including a power generation facility (100) and a point of common coupling (PCC) output unit (300) as a connection point of the second power generation facility (200) A variable resistance unit 400 including at least one power generation device 211 having a first power generation unit 200 and connected to a DC power supply of the second power generation facility 200 to control the output of the PCC output unit 300, And a power conversion unit (PCS) 500 connected to the second power generation facility 400 to convert the DC power produced by the second power generation facility 200 into AC power.

제1발전설비(100)는 적어도 하나 이상의 발전기(미도시)를 포함한다. 특히 제1발전설비(100)는 풍력발전설비일 수 있으며, 적어도 하나 이상의 발전기는 풍력발전기일 수 있다. 특히 본 발명의 일실시예에 따른 풍력발전기가 포함하는 풍력 터빈은 DFIG(Doubly Fed Induction Generator, 이중여자 유도발전기)타입일 수 있다. 이러한 DFIG타입의 풍력발전장치를 사용함으로써 제한범위 가변 속 방식에서 권선형 유도 발전기는 여자전류를 고정자와 회전자 양쪽에서 인가할 수 있게 된다.The first power generation facility 100 includes at least one generator (not shown). In particular, the first power generation facility 100 may be a wind power generation facility, and at least one of the generators may be a wind power generator. In particular, the wind turbine included in the wind turbine according to an embodiment of the present invention may be a double fed induction generator (DFIG) type. By using such a DFIG type wind turbine generator, the wound induction generator can apply excitation current to both the stator and the rotor in the limited range variable speed system.

발전기는 수직형, 수평형 풍력발전기일 수 있으며, 수백KW ~ 수MW의 발전출력을 가질 수 있고, 적어도 하나 이상의 발전기의 출력은 계통과 연결된다.The generator may be a vertical, horizontal wind power generator and may have a power output of several hundred KW to several MW, and the output of at least one generator is connected to the system.

제2발전설비(200)는 적어도 하나 이상의 발전어레이(210)를 포함한다. 특히 제2발전설비(200)는 파력발전설비일 수 있으며, 적어도 하나 이상의 발전어레이(210)는 적어도 하나 이상의 발전장치(211)를 포함할 수 있으며, 여기서 발전장치(211)는 파력발전기일 수 있다. 파력발전기는 작동원리에 따라 진동수주형, 월파형, 가동물체형 중 적어도 어느 하나일 수 있으며, 진동수주형 파력발전은 워터 칼럼 내부로 유입된 파랑에 의해 생기는 공간의 변화를 내부 공기의 유동으로 변환하고, 이를 유도관으로 유입하여 공기의 흐름을 생성시키고 유도관 내에 설치된 터빈을 회전시켜 전기를 얻는 방식이다. 특히 입사파가 장치의 전면에서 반사되어 중복파가 형성되고 이때 수면의 상부 노즐부에 공기의 흐름이 발생한다. 월파형 파력발전은 파랑의 진행방향 전면에 사면을 두어 운동에너지에 의해 파랑이 사면을 넘어서게 되면 이를 위치에너지로 변환하여 저수한 후 형성된 수두차(1차 변환)를 이용하여 저장된 해수를 저수지의 하부로 흘리면 통로 하부에 설치된 수차터빈(2차 변환)이 회전하여 발전하는 방식이다.The second power generation facility 200 includes at least one power generation array 210. In particular, the second power generation facility 200 may be a wave power generation facility, and at least one power generation array 210 may include at least one power generation device 211, wherein the power generation device 211 may be a wave power generator have. The wave generator may be at least one of a vibration frequency mold, a wall wave type, and a moving object type in accordance with the operation principle. The vibration frequency type power wave generation converts the change of the space caused by the wave introduced into the water column into the flow of the inside air , Which is introduced into the induction tube to generate the air flow and the turbine in the induction tube is rotated to obtain electricity. Particularly, the incident wave is reflected from the front surface of the apparatus and a double wave is formed, and at this time, a flow of air is generated in the upper nozzle portion of the water surface. In the case of the wall wave power generation, slope is placed in front of the direction of the wave, and when the wave exceeds the slope due to the kinetic energy, it is converted into position energy and stored, and then the stored sea water is stored (Secondary conversion) installed in the lower part of the passageway rotates and generates electricity.

가동물체형은 수면의 움직임에 따라 민감하게 반응하도록 고안된 기구를 사용하여 파랑에너지를 기구에 직접 전달하여 기구의 움직임을 전기 에너지로 변환하는 방식이다. 발전장치는 수KW ~ 수백 KW의 발전출력을 가질 수 있다. The moving object type is a method of converting the motion of the mechanism into electric energy by directly transmitting the wave energy to the mechanism using a mechanism designed to respond sensitively to the movement of the water surface. The generator can have a power output of several KW to several hundred KW.

PCC출력부(300)는 제1발전설비(100)와 제2발전설비(200)에서 생산되는 전력을 부하로 제공하는 기능을 담당하고, 출력되는 전력은 교류전력일 수 있다. PCC출력부(300)는 제1발전설비(100)와 연결되어 있으며, 제2발전설비(200)의 전력변환장치(PCS)(500)와 연결되어 있다.The PCC output unit 300 functions to provide power generated by the first power generating facility 100 and the second power generating facility 200 as a load, and the output power may be AC power. The PCC output unit 300 is connected to the first power generation facility 100 and is connected to the power conversion apparatus 500 of the second power generation facility 200.

가변저항부(400)는 PCC출력부(300)에서 출력되는 전력을 제어하는 기능을 수행한다. The variable resistance unit 400 controls the power output from the PCC output unit 300.

도2는 본 발명의 실시예에 따른 가변저항부의 기능블럭도이다.2 is a functional block diagram of a variable resistance unit according to an embodiment of the present invention.

도2에 도시된 바와 같이 가변저항부(400)는 가변저항(410)과 가변저항 제어모듈(420)을 포함한다. 가변저항(410)은 전기회로에서 저항값을 임의로 바꿀 수 있는 저항기이다. As shown in FIG. 2, the variable resistance unit 400 includes a variable resistance 410 and a variable resistance control module 420. The variable resistor 410 is a resistor that can arbitrarily change a resistance value in an electric circuit.

가변저항 제어모듈(420)은 가변저항부(400)에 있는 가변저항의 저항값을 결정한다. 가변저항 제어모듈(420)에 의해 결정되는 가변저항은 유효전력에 적합한 가변저항값을 설정한다. 특히 가변저항부(400)는 복합발전 출력제어 시스템의 직류부(DC부)에 연결되어 복합발전 출력제어 시스템의 PCC출력부(300)의 출력에 영향을 미친다. 가변저항 제어모듈(420)은 특히 제2발전설비(200), 보다 상세하게는 적어도 하나 이상의 파력발전장치의 각 구간의 전압을 예측한다. 가변저항 제어모듈(420)에 의해서 결정되는 가변저항값에 대해서는 아래 실시예를 통해서 상세히 설명한다.The variable resistance control module 420 determines the resistance value of the variable resistor in the variable resistance portion 400. [ The variable resistor determined by the variable resistance control module 420 sets a variable resistance value suitable for the active power. Particularly, the variable resistance unit 400 is connected to the dc part (DC part) of the combined power generation output control system and affects the output of the PCC output part 300 of the combined power generation output control system. The variable resistance control module 420 predicts the voltage of each section of the second power generation facility 200, more specifically, at least one of the at least one wave generator. Variable resistance values determined by the variable resistance control module 420 will be described in detail in the following embodiments.

제2발전설비(200)는 적어도 하나 이상의 발전어레이(210)를 포함하고, 발전어레이(210)는 복수개의 발전장치(211)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 복수 개의 발전장치는 파력발전장치일 수 있으며, 각각의 파력발전장치에서 생산되는 전력은 교류전력이다. 각 파력발전장치는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 복수개의 AC/DC컨버터(미도시)와 연결되어 있어 직류부에 직류전력을 공급한다.The second power generation facility 200 includes at least one power generation array 210 and the power generation array 210 includes a plurality of power generation devices 211. A plurality of power generation devices according to an embodiment of the present invention may be a wave power generation device, and the power produced by each wave power generation device is AC power. Each wave power generator is connected to a plurality of AC / DC converters (not shown) for converting AC power into DC power, and supplies DC power to the DC power.

전력변환장치(PCS)(500)는 가변저항부(400)와 연결되어 있으며, 직류부에 연결되어 있는 가변저항부(400)에서 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 PCC출력부(300)로 제공한다. The PCS 500 is connected to the variable resistance unit 400. The PCS output unit 300 converts DC power supplied from the variable resistance unit 400 connected to the DC unit to AC power, .

이상 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템의 각 구성에 대해서 살펴보았다. 이하 본 발명의 실시예에 따른 실제 구현된 복합발전 출력제어 시스템에 대해서 설명한다.The configuration of the combined power generation output control system according to the embodiment of the present invention has been described above. Hereinafter, an actual combined combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention will be described.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템의 개념도이다.3 is a conceptual diagram of a combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 복합발전의 각 발전기와 회로구성도이다.4 is a circuit diagram of each generator and a circuit of a combined power generation according to an embodiment of the present invention.

도3과 도4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템은 파력-해상풍력 복합발전 출력제어 시스템으로서, 해상에서의 연동가능성을 바탕으로 구상되었다. 도3과 같이 복합발전 출력제어 시스템은 부유식 시스템으로 10MW급의 풍력발전 설비용량과 2.4MW급 파력발전 설비용량으로 구성된다. 발전되는 전력은 해상변전소를 통해 계통과 연계된다.As shown in FIGS. 3 and 4, the combined power generation output control system according to the embodiment of the present invention is designed based on the possibility of interworking at sea as a combined power control system of a wave-sea wind power combined power generation system. As shown in FIG. 3, the combined power generation output control system is composed of a wind power generation facility capacity of 10MW and a wave power generation facility capacity of 2.4MW. Generated power is linked to the grid through the marine substation.

도4와 같이 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템은 하나의 어레이에 6개의 파력발전장치를 포함하고 있으며, 각 어레이는 어레이 연결 포인트(C1, C2)에서 연결된다. 어레이 연결 포인트(array connection point)는 서로 연결되어 가변저항부와 전력변환장치(PCS)와 연결되어 있다. 파력발전장치와 풍력발전장치는 PCC출력부를 통해 변전소(substation)와 연결된다.As shown in FIG. 4, the combined power generation output control system according to the embodiment of the present invention includes six wave generators in one array, and each array is connected at the array connection points C1 and C2. The array connection points are connected to each other and connected to the variable resistance unit and the power conversion unit (PCS). The wave power generator and the wind power generator are connected to the substation through the PCC output.

본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템은 도3에 도시된 바와 같이 4개의 풍력발전장치를 포함할 수도 있으며, 도4에 도시된 바와 같이 2개의 풍력발전장치를 포함할 수도 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 하나의 어레이에 6개의 파력발전장치를 포함하고 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.The combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention may include four wind power generators as shown in FIG. 3, and may include two wind power generators as shown in FIG. 4, But is not limited to. It also includes six wave generators in an array, but is not necessarily limited thereto.

이하 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템에서 가변저항값을 결정하는 방법에 대해서 살펴본다.Hereinafter, a method for determining a variable resistance value in a combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention will be described.

설명의 편의상 하나의 어레이 연결 포인트(array connection point)(C1)를 갖고, 하나의 어레이에 2개의 파력발전장치가 구비되어 있는 복합발전 출력제어 시스템의 경우를 예를 들어 설명한다.For convenience of explanation, the case of a combined power generation output control system having one array connection point C1 and two wave generating devices in one array will be described as an example.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템의 개략적인 계통도이다.5 is a schematic diagram of a combined power generation output control system according to an embodiment of the present invention.

도6은 도5에 도시된 복합발전 출력제어 시스템의 등가회로도이다.6 is an equivalent circuit diagram of the combined power generation output control system shown in FIG.

앞서 설명한 바와 같이 복합발전 출력제어 시스템 내부의 파력발전용 전력변환장치(PCS)와 파력발전 사이에는 직류부(DC시스템)로 구성되며 각 구간의 전압은 파력발전기 출력에 따라 달라진다. 이 직류부 내부에 가변저항을 연동하여 제어하고자 한다면 유효전력에 적합한 가변저항값을 설정해야 한다. 이러한 가변저항값을 설정하기 위해서는 먼저 각 구간의 전압이 적절히 예측되어야 한다. As described above, the DC power system (DC system) is used between the power generator (PS) and the power generator for wave power generation in the combined power generation output control system, and the voltage of each section varies depending on the output of the wave generator. If a variable resistor is to be controlled in the DC part, a variable resistance value suitable for the active power should be set. In order to set the variable resistance value, the voltage of each section should be properly estimated.

도6의 등가회로를 수학식으로 표현하면 아래 수학식 1과 같다.The equivalent circuit of FIG. 6 can be expressed by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

여기서, g_n은 파력발전기의 어드미턴스 값, g_vr은 가변저항의 어드미턴스 값, g_eq는 전력변환장치의 등가 어드미턴스 값, g_lm은 l과 m사이의 어드미턴스 값, V_n은 각 지점의 전압값, I_eq는 전력변환장치의 등가전류를 의미한다.G _nq is an admittance value between 1 and m, V _n is a voltage value at each point, g _n is an admittance value of the wave generator, g _vr is an admittance value of the variable resistor, g _eq is an equivalent admittance value of the power converter, g _lm is an admittance value between 1 and m, , And I _eq represents the equivalent current of the power converter.

제어하고자 하는 전력에 맞는 등가 저항은 다음 수학식 2에 의해 계산된다.The equivalent resistance corresponding to the electric power to be controlled is calculated by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

g_vr=P_vr/V_PCS ² g _vr = P _vr / V _PCS ²

여기서 V_pcs값을 얻기 위해서 각 파력발전기의 출력을 통해 등가 어드미턴스 값을 얻어야 하고 등가 어드미턴스 값은 다음 수학식 3으로 표현할 수 있다.Here, in order to obtain the V _pcs value, an equivalent admittance value should be obtained through the output of each wave generator, and the equivalent admittance value can be expressed by the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

g_n=-(P_n/V_n ²)g _n = - (P _n / V _n ² )

등가 어드미턴스 값(g_n)과 각 구간의 초기 전압값, 등가 전류원의 전류값을 바탕으로 반복계산법(Iteration)을 활용하여 각 파력발전기 출력전압, 제어하고자 하는 유효전력 값에 맞는 가변저항값을 계산할 수 있다. Based on the equivalent admittance value (g _n ), the initial voltage value of each section, and the current value of the equivalent current source, the variable resistance value corresponding to the output voltage of each wave generator and the active power value to be controlled is calculated using the iterative calculation method .

반복계산법은 아래 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.The iterative calculation method can be expressed by Equation (4) below.

[수학식 4]&Quot; (4) "

[V]=[g]^-1×[I][V] = [g] ^-1 [I]

이와 같은 수식은 앞선 수학식 1의 행렬에서 [g]행렬의 역행렬을 통해 연산을 수행한 것이다. Such an equation is obtained by performing an operation on the inverse matrix of the [g] matrix in the matrix of the above-mentioned equation (1).

도7은 가변저항을 구하기 위한 예시행렬을 전체시스템으로 확대한 행렬계산식이다.FIG. 7 is a matrix equation for expanding the example matrix for obtaining the variable resistance to the whole system.

이와 같은 수식을 전체 시스템으로 확대할 경우 행렬의 크기는 도7에 도시된 바와 같다. 여기서 전체 시스템이란 두개의 파력발전 어레이 연결 포인트를 갖고 복수개의 파력발전장치를 포함하는 복합발전 출력제어 시스템으로서 도4에 도시된 시스템을 예로 들 수 있다.When such an equation is extended to the whole system, the size of the matrix is as shown in FIG. Here, the overall system is a system shown in FIG. 4 as a combined power generation output control system having two wave generating array connection points and including a plurality of wave generating apparatuses.

가변저항을 설정할 경우 제어가능량을 지정해야 하는데 최대 전압 변동 예상값을 바탕으로 다음 수학식 5 내지 7과 같이 표현할 수 있다.When the variable resistance is set, the controllable amount must be specified. The controllable amount can be expressed by the following equations (5) to (7) based on the estimated maximum voltage variation value.

[수학식 5]&Quot; (5) "

P_con ^max = g_vr ^max × (V_rate+ I_dc ^max/g_eq)² P _con ^max = g _vr ^max x (V _rate + I _dc ^max / g _eq ) ²

여기서, P_con ^max는 PCC출력부의 최대전력, g_vr ^max는 가변저항 최대 어드미턴스, V_rate는 직류부의 정격전압, I_dc ^max는 직류부의 최대전류이다.Here, P _con ^max is the maximum power of the PCC output, g _vr ^max is the variable resistance maximum admittance, V _rate is the rated voltage of the DC part, and I _dc ^max is the maximum current of the DC part.

[수학식 6]&Quot; (6) "

P_con ^min = g_vr ^min × V_rate ² P _con ^min = g _vr ^min x V _rate ²

여기서, P_con ^min는 PCC출력부의 최소전력, g_vr ^min는 가변저항 최소 어드미턴스이다.Where P _con ^min is the minimum power of the PCC output and g _vr ^min is the variable resistance minimum admittance.

[수학식 7]&Quot; (7) "

I_dc ^max = P_wave ^max/V_rate I _dc ^max = P _wave ^max / V _rate

결국 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템은 유효전력 제어를 위해 기존에 파력발전장치의 제어를 통해서 수행하던 것을 파력발전장치에도 유효전력 출력을 제한할 수 있도록 가변저항에 값을 할당함으로써 빠른 응답과 무효전력 향상효과를 기대할 수 있다. As a result, in the combined power generation output control system according to the embodiment of the present invention, in order to control active power, a value that is previously performed through control of a wave power generator is assigned to a variable resistor Fast response and reactive power improvement effect can be expected.

도8은 일반적인 복합발전 출력제어 시스템의 출력변동을 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing output variations of a general combined power generation output control system.

도9는 본 발명의 실시예에 따른 복합발전 출력제어 시스템의 출력변동을 나타낸 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing output variations of the combined power generation output control system according to the embodiment of the present invention.

도8에 도시된 바와 같이 일반적인 복합발전 출력제어 시스템은 계통운영자의 지령(8MW)에 맞게 출력을 제어하고 있으며 파력발전은 해당 제어에 참여하지 않고 있다. 해당 풍력발전이 제어에 전적으로 활용됨에 따라 출력제어가 지령을 조금 초과하는 경우도 발생할 수 있으며, 무효전력의 확보에 대해 수동적(PF제어)으로 진행되고 있다. As shown in FIG. 8, the general combined power generation output control system controls the output according to the system operator's command (8MW), and the power generation does not participate in the control. As the wind turbine is fully utilized for the control, the output control may slightly exceed the command, and passive control (PF control) is in progress to secure the reactive power.

도9는 복합발전 출력제어 시스템에 본 발명의 실시예에 따른 제어기법을 활용하여 파력발전 제어를 수행하는 경우이다. 풍력과 파력을 동시에 제어에 참여시킬 수 있기 때문에 보다 효과적으로 지령에 맞는 출력제어를 수행할 수 있으며, 해당 구간에서 출력 가능한 무효전력량(Q_reserve)이 소폭 증가한 것을 확인할 수 있다.
FIG. 9 shows a case in which wave power generation control is performed using a control technique according to an embodiment of the present invention in a combined power generation output control system. It is possible to perform the output control according to the command more effectively because the wind force and the wave force can be involved in the control at the same time, and it can be confirmed that the Q _reserve which can be outputted in the corresponding section is slightly increased.

100 제1발전설비
200 제2발전설비
210 발전어레이
211 제1발전장치
300 PCC출력부
400 가변저항부
410 가변저항
420 가변저항 제어모듈
500 전력변환장치(PCS)100 1st power generation facility
200 Second power generation facility
210 power generation array
211 First power generation device
300 PCC output
400 variable resistance portion
410 variable resistor
420 Variable Resistance Control Module
500 Power Inverter (PCS)

Claims

A first generation facility;
A second power generation facility including at least one power generation array; And
And a PCC (Point of Common Coupling) output unit, which is a connection point between the first power generation facility and the second power generation facility,
Wherein the power generation array includes at least one power generation device connected to each other,
A variable resistor connected to the dc part of the second power generation facility and controlling the output of the PCC output part; And
And a power conversion unit connected to the variable resistor unit and converting the direct current power produced by the second power generation facility into an alternating current power,
Wherein the variable resistor section includes a variable resistor and a variable resistance control module for controlling the variable resistor,
Wherein the variable resistance control module uses an admittance value, an initial voltage value, and an equivalent current source of each of the at least one power generation device to determine a resistance value of the variable resistance.

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The method according to claim 1,
The variable resistance control module calculates an interval-specific predicted output voltage using an iterative calculation method of Equation (1) below and calculates an admittance element g _n (1) of Equation (1) And calculates a variable resistance value according to the following equation (3): " (3) "
[Equation 1]

Where [V] is a matrix composed of the voltage of each generator section, [g] is a matrix composed of the admittance of each generator section, and [I] is a matrix composed of current values of each generator section
&Quot; (2) "
g _n = - (P _n / V _n ² )
Here, g _n is an admittance value for each power generation apparatus, P _n is a power value for each power generation apparatus, and V _n is a voltage value for each power generation apparatus
&Quot; (3) "
g _vr = P _vr / V _PCS ²
Here, _gvr is the resistance value of the variable resistor, _Pvr is the power value of the variable resistor, V _PCS is the voltage of the power converter of the second power generation facility

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